[发明专利]燃料电池输入输出特性的相似原理分析方法

权利要求书

1.燃料电池输入输出特性的相似原理分析方法，在给定的氢燃料电池数值模型的基础上，利用π定理和相似原理分别对模型参数与控制方程进行量纲分析和方程分析，其主要步骤包括：

1)确定模型参数，所述模型参数包括几何结构参数、物性参数和工况参数；

2)确定各参数的量纲，并筛选出作为量纲分析的基本参数；

3)利用π定理对模型参数进行量纲分析，获得无量纲数；

4)利用相似原理对模型控制方程进行分析，获得无量纲数，所述模型控制方程包括质量方程、动量方程、组分方程、离子势方程和电子势方程；

5)将两种方式获得的无量纲数进行比较，对于其中一种方式获得的无量纲数进行组合，以获得两者之间的关系，最终确定所研究燃料电池模型的无量纲数；

6)定义无量纲电压和无量纲电流，用以表示无量纲极化曲线。

2.根据权利要求1所述燃料电池输入输出特性的相似原理分析方法，其特征在于，所述燃料电池数值模型为氢燃料电池平行流道的单相等温模型，所述步骤1)确定的几何结构参数、物性参数、工况参数如下：

几何结构参数：有量纲的参数为特征长度l，单位为m，无量纲的参数为孔隙率ε；

物性参数：有量纲的参数为密度ρ、粘度μ、渗透率K、气体扩散系数D、法拉第常数除气体常数F/R，单位分别为kg/m³、Pa·s、m²、m²s^-1、(C·K)/J，无量纲的参数为亨利常数H；

工况参数：有量纲的参数为速度u、温度T、浓度c、电势φ、压力p，单位分别为m/s、K、mol/m^-3、V、Pa，无量纲的参数为水转化系数β、阴极转移系数α、化学计量比St、质量分数ω。

3.根据权利要求2所述燃料电池输入输出特性的相似原理分析方法，其特征在于，所述步骤1)中模型参数还包括组合参数，所述组合参数是将以组合形式出现的变量当作一个参数进行量纲分析。

4.根据权利要求3所述燃料电池输入输出特性的相似原理分析方法，其特征在于，所述相关组合参数包括法拉第常数除比表面积除参考交换电流密度F/(A_sj⁰)、电导率乘摩尔分数除比表面积除参考交换电流密度σM/(A_sj⁰)，单位分别为m³·s/mol、kg/(V·mol·m²)。