[发明专利]一种基于双堆流量分配一致性的空气进气歧管设计方法

说明书

本发明公开了一种基于双堆流量分配一致性的空气进气歧管设计方法，包括以下步骤：S1、检测双堆在运行时的内阻变化，确定上电堆和下电堆之间是否存在空气流量分配问题；S2、采集双堆系统运行参数并建立数学模型，分析出现流量分配不一致关键点；S3、根据压阻特性，基于双堆流量分配一致性优化歧管结构设计参数。本发明针对现有空气进气歧管设计结构，做0维理论计算，有效解决了现有歧管由于上下堆流量分配不均导致出现上下堆寿命及使用条件不一致问题。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种基于双堆流量分配一致性的空气进气歧管设计方法。

背景技术

现有技术中，并未发现针对双堆流量分配一致性做歧管设计的，在设计歧管管径时大都按照电堆分配头尺寸保证歧管截面积＞双堆进气截面积的2倍，采取取大不取小原则设计，并未有实际理论依据，而如此设计，由于进气压力之间动压与静压在实时变化，导致进气流量存在分配不均，一般而言上堆流量大，下堆流量小，长时间运行则会出现上下堆寿命及使用条件不一致问题。

发明内容

本发明提供一种基于双堆流量分配一致性的空气进气歧管设计方法，有效地解决了上下堆进气流量分配不均的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于双堆流量分配一致性的空气进气歧管设计方法，包括以下步骤：

S1、检测双堆在运行时的内阻变化，确定上电堆和下电堆之间是否存在空气流量分配问题；

S2、采集双堆系统运行参数并建立数学模型，分析出现流量分配不一致关键点；

S3、根据压阻特性，基于双堆流量分配一致性优化歧管结构设计参数。

作为上述方案的优选，步骤S1中，通过高频内阻仪检测双堆的内阻变化，内阻越大表明流量越大。

作为上述方案的优选，步骤S1中，确定双堆是否存在空气流量分配问题时需排除电堆自身引起的内阻差异：电堆通过点胶的形式组装，不会出现电堆差异引起内阻差异。

作为上述方案的优选，步骤S2中，系统运行参数包括电流、空气过量系数、气体密度、空压、水压、电堆功率、电压、气体流量、进口湿度、氢压、损耗功率、系统功率。

作为上述方案的优选，步骤S2中，数学模型的建立包括：

S21、简化歧管结构，并标出歧管的五处关键节点并标注序号：

标注下堆主管进口端端口处为1、下堆主管与下堆支管的连接点处为2、下堆支管出口端端口处为5、上堆主管中点处为3、上堆主管与上堆支管的连接点处为4、上堆支管出口端端口处为6；

S22、假设上电堆与下电堆进口气体流量Q相等，求各段压损ΔP

根据以下公式(1)得到上下堆气体流量：

Q₁＝2*Q_2-5＝2*Q_4-6 (1)

根据以下公式(2)得到在1-2-5处的局部压损，即下堆压损：

根据以下公式(3)得到上下堆流量一致时在3-4-6处的局部压损，即上堆压损：

根据以下公式(4)得到上下堆管路之间存在的压差：

ΔP＝ΔP_1-2-5-ΔP_3-4-6 (4)