公开(公告)号：CN109873186B

公开(公告)日：2022-05-27

申请号：CN201910162441.4

申请日：2019-03-05

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  蒋杨

IPC分类号： H01M8/04298 ,  H01M8/04992

摘要： 本发明公开了一种建立质子交换膜燃料电池的准二维模型建立方法，该模型的建立主要包括：求解流道内传质方程、求解沿流道的局部电流密度和电池输出电压、顺逆流进气模式下，准二维模型的迭代求解等。由于电池运行时由于反应气体的消耗，沿流道方向存在反应气浓度的下降，催化层反应速率的变化使得电池沿流道方向各节点电流密度不同。模型考虑了沿流道方向的实际反应气体浓度分布，能够更好地反映电池运行的局部特性，使模型物理过程更完整，提高了模型的准确性和应用价值，特别有助于电堆及系统级燃料电池模型的开发，推动燃料电池实际应用领域的发展。模型的求解方法具有更好的收敛性和计算效率，有助于模型快速稳定地对电池运行情况进行预测。

公开(公告)号：CN114186438A

公开(公告)日：2022-03-15

申请号：CN202111634997.2

申请日：2021-12-27

申请人： 天津大学

发明人： 王博文 ,  焦魁 ,  倪萌 ,  杜青 ,  刘智

IPC分类号： G06F30/20 ,  C25B1/04 ,  C25B9/19

摘要： 本发明公开了一种用于制氢的质子交换膜电解池性能预测模型的建立方法，实现不同操作工况下，电解池所需的输入电压的预测。构建的用于制氢的质子交换膜电解池性能预测模型的建立方法，模型包括5个部分：求解电解池所需的输入电压、求解阳极和阴极的活化过电势、求解传质过电势、求解欧姆过电势以及两相流传质计算。本发明提出的建模方法准确描述了质子交换膜电解池的电化学反应机理和内部传质特征，同时也考虑了电解池内的两相传输特性。对于预测质子交换膜电解池的性能具有很高的实际意义和准确性。模型的输入参数涵盖了电解池运行中的各项操作工况参数和电池材料设计参数，能够对这些核心参数对电解池性能的影响进行有效预测。

公开(公告)号：CN113193207A

公开(公告)日：2021-07-30

申请号：CN202110473047.X

申请日：2021-04-29

申请人： 天津大学

发明人： 杜青 ,  秦政国 ,  焦魁 ,  包志铭 ,  查森 ,  陈向阳

IPC分类号： H01M8/0258 ,  H01M4/86 ,  H01M8/10

摘要： 本发明公开了一种平行分区交错排列的质子交换膜燃料电池阴极流场板，在阴极流场板与阳极流场板之间设置多孔电极。在阴极平行流场板的水平线线上，设有部分挡板，有挡板区域与无挡板区域等分交错布置，挡板交错区域分为n个偶数区域，每个分区域设有M排×N列个挡板，气体在阴极平行流场的流道形成相邻区域的压力差。压差促使气体在高、低压区域流动，以增强阴极流场板的传质与除水能力，可通过挡板数量来改变脊下对流的强度。沟脊结构保证燃料电池的机械支撑和低电阻，形成气体的三维方向的流动，进而提升燃料电池的净功率和电池输出性能。在提升除水能力的基础上，有效提高多孔电极内氧气浓度，避免局部氧气缺乏。

公开(公告)号：CN110134983A

公开(公告)日：2019-08-16

申请号：CN201910159304.5

申请日：2019-03-04

申请人： 天津大学

发明人： 杜青 ,  杨子荣 ,  罗威 ,  范立超 ,  焦魁

IPC分类号： G06F17/50 ,  H01M8/04298

摘要： 本发明公开了一种质子交换膜燃料电池冷却系统的建模方法，利用管带状带翅片式换热器对燃料电池进行冷却，其中换热器模型的建立基于气-液式换热，冷却系统具体模型的建立包括7个步骤：能量守恒方程的建立、散热器的效率、冷却液与扁管之间的对流换热计算、管壁内部的热传导计算、扁管外与空气之间的对流换热计算、翅片效率计算、以及冷却液与电堆之间的传热计算，由此构建出质子交换膜燃料电池完整的冷却系统。弥补了已有三维散热器模型计算效率低且无法直接用于系统模型中的弊端。散热器模型基于效能-传热单元数法，无需像对数平均温差法进行迭代计算，模型的计算效率高且能够保证足够的模型精度。

公开(公告)号：CN108875183A

公开(公告)日：2018-11-23

申请号：CN201810584600.5

申请日：2018-06-06

申请人： 天津大学

发明人： 杜青 ,  杨子荣 ,  范立超 ,  刘展睿 ,  焦魁

IPC分类号： G06F17/50 ,  H01M8/04828

摘要： 本发明提出了一种利用膜加湿器实现燃料电池进气加湿的建模方法，建立了一维平板式膜加湿器的瞬态仿真模型，模型的控制方程包括：膜中含水量、流道中水蒸气、湿润侧流道中液态水以及能量等四个守恒方程。利用燃料电池堆高热高湿尾气对入口处低温干燥反应气体进行加湿，充分考虑了加湿器内部的水热耦合传输过程，水蒸气、液态水以及膜态水之间的相变过程以及水气联合加湿作用。模型基于显示格式更新算法，控制方程在各层中心处求解，计算效率高且能够保证足够的模型精度。膜加湿器模型能够实现与电堆的耦合，通过边界条件的设定，构建完善的加湿系统，作为系统的传热传质分析、结构优化以及选型的数值仿真工具，对于实际产品开发具有很强的指导意义。

公开(公告)号：CN107946614A

公开(公告)日：2018-04-20

申请号：CN201711135247.4

申请日：2017-11-13

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  王博文

IPC分类号： H01M8/04089 ,  H01M8/04223 ,  H01M8/04298

摘要： 本发明公开了一种质子交换膜燃料电池阳极氮气吹扫策略的设计方法，定义判断了吹扫策略优劣性的指标，在不同电池运行工况下提供合适、优异的吹扫策略。策略设计包括三项参数的选择：1不同电流密度下工作的扫气开始时刻；2扫气流速；3扫气最佳时长。利用电池堆排气阀吹扫阳极的氮气，既使可提高燃料能量转化效率，又可减少氢气排放的目的。通过比较能量利用率和燃料浪费率两项指标判定扫气策略的优异性，衡量吹扫策略优劣性的指标-能量利用率和燃料浪费率。通过对实际燃料电池工况进行扫气策略设计，可以提高燃料电池能量转化效率，也减少了氢气燃料的浪费排放，实现质子交换膜燃料电池阳极内氮气吹扫策略的优化。

公开(公告)号：CN107944072A

公开(公告)日：2018-04-20

申请号：CN201710939155.5

申请日：2017-10-11

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  蒋杨

IPC分类号： G06F17/50

摘要： 本发明公开了一种质子交换膜燃料电池参数敏感性的确定方法，包括计算模型的建立和对燃料电池参数敏感性的分析两个部分：第一部分分为5个步骤，包括：电池性能以输出电压为指标；确定欧姆损失；确定活化损失；反应气体的浓度计算；以及电池水管理。第二部分为7个步骤，包括：选取待分析的参数；确定各个参数敏感性指标为；确定各个参数的取值范围；将样本空间标准化；将标准化的样本空间离散；随机取样策略；以及计算敏感性指标。能够定量确定各个工况下参数的敏感性顺序，找出电池运行时哪些参数是重要参数，哪些是次要参数，能够指导电池的设计优化和实际开发，最终为提高电池性能和稳定性提供依据。

公开(公告)号：CN107681175A

公开(公告)日：2018-02-09

申请号：CN201710858723.9

申请日：2017-09-21

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  樊林浩 ,  牛志强

IPC分类号： H01M8/0258

摘要： 本发明公开了一种质子交换膜燃料电池分体式阴极流道的优化结构，其结构为：由6块挡气板、1块侧边上水板和1块中间上水板组合为一组，视阴极流道的总长度设置N组分体设置在阴极流道中。流道中每间隔三个与四个挡气板的中间位置均设有一块顺时针倾斜150度的侧边上水板和中间上水板。挡气板顺时针倾斜30度与阴极流道的侧壁面接触，中间上水板为T形结构，侧边上水板和中间上水板引导液态水沿阴极流道的上壁面流出，各挡气板之间的间距设置为6mm。该阴极流道结构的优化可强化液态水排出和氧气传输的两种功能，显著改善质子交换膜燃料电池阴极“水淹”和氧气不足的现象，提升燃料电池的性能。

公开(公告)号：CN106848351A

公开(公告)日：2017-06-13

申请号：CN201611221206.2

申请日：2016-12-26

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  王博文 ,  蒋杨

IPC分类号： H01M8/04298

摘要： 本发明公开了一种质子交换膜燃料电池性能预测模型建立的方法，构建的模型包括垂直于极板方向的一维模型和1+1+1维的准三维模型，构建垂直于极板方向的一维模型具体包括四个步骤：确定电池输出电压、确定欧姆损失、确定活化损失、以及水管理；1+1+1维准三维模型在垂直于极板方向一维模型的基础上，增加了沿电池流道方向和垂直于流道的肋板方向。求解反应物和水的质量守恒方程，得到的电池各层内平均液态水体积分数和催化层内反应物浓度，由此求出欧姆损失和活化损失，调节电流密度、温度、进气相对湿度等工况，可预测不同工况下质子交换膜燃料电池的输出电压。质子交换膜燃料电池性能预测模型的建立，将有效节约开发经费并缩短开发周期。

公开(公告)号：CN104143645A

公开(公告)日：2014-11-12

申请号：CN201410360862.5

申请日：2014-07-25

申请人： 天津大学

发明人： 尹燕 ,  杜青 ,  李献国 ,  焦魁

IPC分类号： H01M8/02 ,  H01M8/10

CPC分类号： H01M8/026

摘要： 本发明公开了一种质子交换膜燃料电池流道，它包括至少一个分支流道，沿气体流动方向和排水方向在每一个分支流道的流道壁上设置有多个具有变接触角的几何分区结构，从分支流道进口到出口，所述的多个具有变接触角的几何分区结构的接触角依次减小。本发明的优点：本发明结构简单，易于加工且成本较低，通过在气体流动方向上设置不同分区的接触角渐变结构，使得相同分支流道内沿进口方向到出口方向的接触角渐次减小，亲水性逐渐增强，导致水滴在流道壁面表面张力梯度的存在，增大了水滴沿流道接触角减小方向的传输驱动力，有效促进了水滴在流道内向出口方向的传输，使得阴极产生的水能够快速通过流道排出到达出口。