[发明专利]基于物理场分布非均匀性的质子交换膜燃料电池运行方法

权利要求书

1.基于物理场分布非均匀性的质子交换膜燃料电池运行方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1，建立PEMFC实验模型，根据PEMFC实验模型建立PEMFC的极化曲线；

步骤2，对PEMFC实验模型进行极化曲线测试，电流密度变化为阶跃函数变化，从零到极限电流密度，其中，对每一个测试电流，提供足够且等间隔的时间让PEMFC达到稳态，记录每一个测试电流对应PEMFC达到稳态时PEMFC的输出电压和输出功率；同时，记录每一个测试电流对应PEMFC运行过程中的电流密度和温度；绘制不同温度操作条件下PEMFC的极化曲线/功率曲线；

步骤3，调整PEMFC的操作条件，每调整一次PEMFC的操作条件，重复步骤2一次直至不再调整PEMFC的操作条件则执行步骤4；

步骤4，在同一坐标系下绘制以同一操作参数为变量的PEMFC极化曲线与功率曲线；

步骤5，根据步骤2记录的电流密度和温度，建立相应的数值矩阵；将物理场分布进行数值表示，得出PEMFC在某一时刻或输出电流下非均匀性的大小；

步骤6，在不同操作条件下，分别根据操作参数绘制在同一坐标系下PEMFC温度分布、电流密度分布非均匀性关于电流密度的关系图；

步骤7，根据PEMFC的极化曲线，首先确定PEMFC的适宜运行温度范围；其次对步骤5中数值 矩阵的非均匀性的标准差进行归一化处理，再绘制关于电流密度非均匀性与PEMFC输出功率的曲线,温度非均匀性与PEMFC输出功率的曲线；

步骤8，根据适宜温度运行范围内电流非均匀性与PEMFC输出功率的关系，提取相应的特征表达式计算出PEMFC输出功率；

步骤9，将步骤2中绘制的不同温度操作条件下PEMFC的极化曲线/功率曲线和步骤7中绘制的电流密度非均匀性与PEMFC输出功率的曲线/温度非均匀性与PEMFC输出功率的曲线进行对比，根据对比结果和步骤8中计算出的PEMFC输出功率，选取得出在不同电流密度运行下的最佳运行温度。

2.根据权利要求1所述的基于物理场分布非均匀性的质子交换膜燃料电池运行方法，其特征在于：所述PEMFC实验模型包含印刷电路板。

3.根据权利要求2所述的基于物理场分布非均匀性的质子交换膜燃料电池运行方法，其特征在于：所述步骤3中调整PEMFC的操作条件包括温度、进气压力、气体过量系数或相对湿度。

4.根据权利要求3所述的基于物理场分布非均匀性的质子交换膜燃料电池运行方法，其特征在于：所述步骤4中PEMFC实验模型的操作参数的变量为温度，且以温度每次变化10℃，分别绘制30℃至80℃区间，各温度对应的PEMFC功率曲线。

5.根据权利要求4所述的基于物理场分布非均匀性的质子交换膜燃料电池运行方法，其特征在于：所述步骤5中根据电流密度和温度分布，建立相应的数值矩阵，具体过程如下：

分别建立电流密度数值矩阵和温度数值矩阵，表达式如下：

其中，I(k)，T(k)分别表示步骤2中每一次数据记录下PEMFC的电流密度、温度，带有不同下标的i，t分别表示不同位置中的印刷电路板对应位置下PEMFC的电流密度、温度；m和n代表数字序号变量，分别作为i，t的下标变量用以表示不同位置；k代表测试记录序号。

6.根据权利要求5所述的基于物理场分布非均匀性的质子交换膜燃料电池运行方法，其特征在于：采用表征数据离散程度的标准差分别对电流密度数值矩阵与温度数值矩阵中的非均匀性进行量化描述，相关的表达式如下：

其中，EI(k)，ET(k)分别表示电流密度数值矩阵与温度数值矩阵的均值，SI(k)，ST(k)分别表示电流密度数值矩阵与温度数值矩阵中数据的标准差，用于量化描述电流密度、温度的非均匀性。