JP4946164B2 - Fuel cell stack analysis program, analysis apparatus, and analysis method - Google Patents
Fuel cell stack analysis program, analysis apparatus, and analysis method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4946164B2 JP4946164B2 JP2006132835A JP2006132835A JP4946164B2 JP 4946164 B2 JP4946164 B2 JP 4946164B2 JP 2006132835 A JP2006132835 A JP 2006132835A JP 2006132835 A JP2006132835 A JP 2006132835A JP 4946164 B2 JP4946164 B2 JP 4946164B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- stack
- analysis
- individual
- cell stack
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池スタックの電池特性を予測計算する解析技術に関し、特に、燃料電池スタック内でのガスの流れ特性及び燃料電池の発電性能の解析に関する。 The present invention relates to an analysis technique for predicting and calculating cell characteristics of a fuel cell stack, and more particularly to analysis of gas flow characteristics in a fuel cell stack and power generation performance of the fuel cell.
燃料電池の開発では、燃料電池セル又はスタックの、圧力損失を含むガスの流れ特性や、発電性能などの、電池特性の解析が重要である。 In the development of fuel cells, it is important to analyze battery characteristics such as gas flow characteristics including pressure loss and power generation performance of fuel cells or stacks.
燃料電池の電池特性を予測計算する際には、燃料電池セル内、又は複数のセルを含む燃料電池スタック内における、ガス、水、電子、プロトン、及び熱などの物質輸送現象をモデル化して解析を行う。例えば、特許文献１には、燃料電池セル内のガスについての、非線形の物質輸送方程式及び熱伝達方程式などを数値計算により解くことで、燃料電池セルの物理的及び化学的特性を解析するプログラムが開示されている。
When predicting and calculating the battery characteristics of a fuel cell, modeling and analyzing mass transport phenomena such as gas, water, electrons, protons, and heat in the fuel cell or in a fuel cell stack including multiple cells I do. For example,
ここで、燃料電池の電池特性の解析に用いられるモデルは、各種の化学反応、物質移動、熱移動、相変化などを含む分布定数系の複雑な反応系のダイナミクスが記述されるため、高次数の非線形モデルとなる。したがって、燃料電池の電池特性の解析は、計算に非常に時間がかかり、また、収束解が得られない場合もある。特に、多数の燃料電池セルを含む燃料電池スタックの電池特性を解析する場合、多数のセルについて一度に計算する必要があるため、計算時間の短縮及び収束性の確保が大きな課題となる。 Here, the model used for the analysis of fuel cell characteristics describes the dynamics of complex reaction systems, including various chemical reactions, mass transfer, heat transfer, phase change, etc. This is a nonlinear model. Therefore, the analysis of the cell characteristics of the fuel cell takes a very long time to calculate, and there are cases where a convergent solution cannot be obtained. In particular, when analyzing the battery characteristics of a fuel cell stack including a large number of fuel cells, since it is necessary to perform calculations for a large number of cells at once, shortening the calculation time and ensuring convergence are major issues.
本発明の目的は、複数の燃料電池セルを含む燃料電池スタックの電池特性の計算について、計算時間を短縮し、収束性を確保することのできる、解析プログラム、解析装置、及び解析方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an analysis program, an analysis apparatus, and an analysis method capable of reducing the calculation time and ensuring the convergence for calculating the battery characteristics of a fuel cell stack including a plurality of fuel cells. That is.
本発明に係る燃料電池スタック解析プログラムは、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックの電池特性を予測計算する燃料電池スタック解析プログラムであって、前記各燃料電池セルを、所定の圧力損失を有する簡略化圧損体とする、前記燃料電池スタックの簡易スタックモデルを用いて、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行うことで、前記各燃料電池セルについて、流入及び流出するガスの入出力条件を決定する第１のスタック解析手段、前記第１のスタック解析手段における計算によって決定された前記入出力条件を用いて、個別の前記燃料電池セルについて、ガスの流れの解析計算を行い、その個別の燃料電池セルのガス流れ特性を計算する個別セル解析手段、前記簡易スタックモデルにおける各燃料電池セルについて、前記個別セル解析手段における計算によって得られた、個別の前記燃料電池セルのガス流れ特性の値を代入して、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行い、前記燃料電池スタックのガス流れ特性を計算する第２のスタック解析手段、としてコンピュータを機能させることを特徴とする。 A fuel cell stack analysis program according to the present invention is a fuel cell stack analysis program that predicts and calculates battery characteristics of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked, and each fuel cell is subjected to a predetermined pressure loss. By using the simplified stack model of the fuel cell stack, which is a simplified pressure loss body, the gas flow in the fuel cell stack is analyzed and calculated, so that the inflow and outflow of gas for each fuel cell First flow analysis means for determining input / output conditions, and using the input / output conditions determined by the calculation in the first stack analysis means, gas flow analysis calculation is performed for each individual fuel cell. Individual cell analysis means for calculating gas flow characteristics of the individual fuel cells, and each fuel cell cell in the simplified stack model. Substituting the value of the gas flow characteristic of each individual fuel cell obtained by the calculation in the individual cell analyzing means, the analysis of the gas flow in the fuel cell stack is performed, and the fuel cell stack is calculated. The computer is made to function as a second stack analyzing means for calculating the gas flow characteristics of the first stack.
また、前記個別セル解析手段は、個別の前記燃料電池セルの発電性能をさらに計算し、前記第２のスタック解析手段は、前記簡易スタックモデルにおける各燃料電池セルについて、前記個別セル解析手段における計算によって得られた、個別の前記燃料電池セルの発電性能の値をさらに代入し、前記燃料電池スタックの発電性能をさらに計算することが好ましい。また、本発明に係る燃料電池スタック解析プログラムにおいて、前記第２のスタック解析手段で、前記簡易スタックモデルに代入する値は、前記個別セル解析手段における計算によって得られた、個別の前記燃料電池セルのガス流れ特性の値に統計的なばらつきを与えた値であることが好ましい。 The individual cell analysis means further calculates the power generation performance of the individual fuel cells, and the second stack analysis means calculates the individual cell analysis means for each fuel cell in the simplified stack model. It is preferable to further calculate the power generation performance of the fuel cell stack by further substituting the value of the power generation performance of the individual fuel cell obtained by the above. Further, in the fuel cell stack analysis program according to the present invention, the value assigned to the simplified stack model by the second stack analysis unit is an individual fuel cell obtained by calculation in the individual cell analysis unit. It is preferable that the value of the gas flow characteristics is statistically varied.
また、本発明に係る燃料電池スタック解析プログラムにおいて、前記個別セル解析手段で行われる、個別の前記燃料電池セルについてのガスの流れの解析計算は、その個別の燃料電池セルにおける発電反応によるガス消費量及び生成量の計算を含むことが好ましい。また、前記個別セル解析手段で行われる、個別の前記燃料電池セルについてのガスの流れの解析計算は、その個別の燃料電池セル内のガスを気液二相流として行われることが好ましい。 In the fuel cell stack analysis program according to the present invention, the gas flow analysis calculation for each individual fuel cell performed by the individual cell analysis means is performed by gas consumption due to a power generation reaction in the individual fuel cell. It is preferable to include calculation of quantity and production. Moreover, it is preferable that the analysis calculation of the gas flow about the said individual fuel cell performed by the said individual cell analysis means is performed by using the gas in the individual fuel cell as a gas-liquid two-phase flow.
本発明に係る燃料電池スタック解析装置は、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックの電池特性を予測計算する燃料電池スタック解析装置であって、前記各燃料電池セルを、所定の圧力損失を有する簡略化圧損体とする、前記燃料電池スタックの簡易スタックモデルを用いて、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行うことで、前記各燃料電池セルについて、流入及び流出するガスの入出力条件を決定する第１のスタック解析手段と、前記第１のスタック解析手段における計算によって決定された前記入出力条件を用いて、個別の前記燃料電池セルについて、ガスの流れの解析計算を行い、その個別の燃料電池セルのガス流れ特性を計算する個別セル解析手段と、前記簡易スタックモデルにおける各燃料電池セルについて、前記個別セル解析手段における計算によって得られた、個別の前記燃料電池セルのガス流れ特性の値を代入して、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行い、前記燃料電池スタックのガス流れ特性を計算する第２のスタック解析手段と、を備えることを特徴とする。 A fuel cell stack analyzing apparatus according to the present invention is a fuel cell stack analyzing apparatus that predicts and calculates battery characteristics of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked, and each of the fuel cells has a predetermined pressure loss. By using the simplified stack model of the fuel cell stack, which is a simplified pressure loss body, the gas flow in the fuel cell stack is analyzed and calculated, so that the inflow and outflow of gas for each fuel cell Using the first stack analyzing means for determining the input / output conditions and the input / output conditions determined by the calculation in the first stack analyzing means, the gas flow analysis calculation is performed for each individual fuel cell. Individual cell analysis means for calculating gas flow characteristics of the individual fuel cells, and for each fuel cell in the simplified stack model. , By substituting the value of the gas flow characteristic of each individual fuel cell obtained by the calculation in the individual cell analysis means, and performing an analysis calculation of the gas flow in the fuel cell stack, And second stack analyzing means for calculating gas flow characteristics.
本発明に係る燃料電池スタック解析方法は、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックの電池特性を予測計算する燃料電池スタック解析方法であって、前記各燃料電池セルを、所定の圧力損失を有する簡略化圧損体とする、前記燃料電池スタックの簡易スタックモデルを用いて、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行うことで、前記各燃料電池セルについて、流入及び流出するガスの入出力条件を決定する第１のスタック解析ステップと、前記第１のスタック解析ステップにおける計算によって決定された前記入出力条件を用いて、個別の前記燃料電池セルについて、ガスの流れの解析計算を行い、その個別の燃料電池セルのガス流れ特性を計算する個別セル解析ステップと、前記簡易スタックモデルにおける各燃料電池セルについて、前記個別セル解析ステップにおける計算によって得られた、個別の前記燃料電池セルのガス流れ特性の値を代入して、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行い、前記燃料電池スタックのガス流れ特性を計算する第２のスタック解析ステップと、を備えることを特徴とする。 A fuel cell stack analysis method according to the present invention is a fuel cell stack analysis method for predicting and calculating battery characteristics of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked, and each fuel cell is subjected to a predetermined pressure loss. By using the simplified stack model of the fuel cell stack, which is a simplified pressure loss body, the gas flow in the fuel cell stack is analyzed and calculated, so that the inflow and outflow of gas for each fuel cell First flow analysis step for determining input / output conditions, and using the input / output conditions determined by the calculation in the first stack analysis step, gas flow analysis calculation is performed for each individual fuel cell. And an individual cell analysis step for calculating gas flow characteristics of the individual fuel cells, and each fuel cell in the simplified stack model. Substituting the value of the gas flow characteristic of the individual fuel cell obtained by the calculation in the individual cell analysis step for the cell, performing analysis calculation of the gas flow in the fuel cell stack, and the fuel cell And a second stack analysis step for calculating the gas flow characteristics of the stack.
本発明によれば、複数の燃料電池セルを含む燃料電池スタックの電池特性の計算について、個別の燃料電池セルのガス流れ特性を計算することができ、計算時間を短縮し、収束性を確保することのできる、解析プログラム、解析装置、及び解析方法を提供することができる。
According to the present invention, regarding the calculation of the battery characteristics of a fuel cell stack including a plurality of fuel cells, the gas flow characteristics of individual fuel cells can be calculated , the calculation time is shortened, and convergence is ensured. An analysis program, an analysis apparatus, and an analysis method can be provided.
以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明に係る燃料電池スタック解析プログラムによるスタック解析処理の流れの一例を示すフローチャートである。ここで、「簡易スタックモデル」とは、燃料電池スタックのモデルであって、燃料電池スタックに含まれる各セルを、所定の圧力損失を有する簡略化した圧損体としてモデル化し、この簡略化圧損体が複数積層された構造を有する燃料電池スタックのモデルを意味する。 FIG. 1 is a flowchart showing an example of a flow of stack analysis processing by a fuel cell stack analysis program according to the present invention. Here, the “simple stack model” is a model of the fuel cell stack, in which each cell included in the fuel cell stack is modeled as a simplified pressure loss body having a predetermined pressure loss. Means a model of a fuel cell stack having a stacked structure.
以下、本実施形態におけるスタック解析処理の流れについて説明する。 Hereinafter, the flow of stack analysis processing in the present embodiment will be described.
まずＳ１で、簡易スタックモデルの初期値を設定する。簡易スタックモデルの初期値には、簡略化圧損体の圧力損失があり、この初期値は、任意の値に設定できる。例えば、簡易スタックモデル内の、すべての簡略化圧損体の圧力損失を同一の値に設定できる。また、各簡略化圧損体について、例えば収束性の観点などから、初期値として望ましい圧力損失の値が予めわかっている場合は、その値を初期値として設定しても良い。 First, in S1, the initial value of the simple stack model is set. The initial value of the simple stack model includes the pressure loss of the simplified pressure loss body, and this initial value can be set to an arbitrary value. For example, the pressure loss of all the simplified pressure loss bodies in the simple stack model can be set to the same value. In addition, for each simplified pressure loss body, when a pressure loss value desirable as an initial value is known in advance from the viewpoint of convergence, for example, the value may be set as the initial value.
また、燃料電池スタックは、燃料電池セルを多数積層して形成されるが、その周辺部分に４つの流路（マニホールド）が形成される。すなわち、アノードガスの供給用および排出用、カソードガスの供給用および排出用の４つである。これらマニホールドの形状や入り口、出口の形状などを考慮したガス流れ特性についても簡易スタックモデルの初期値として設定される。また、流入ガスの流量、温度、圧力、粘度などの特性も初期値として設定される。 The fuel cell stack is formed by laminating a large number of fuel cells, and four flow paths (manifolds) are formed in the peripheral portion thereof. That is, there are four types for supplying and discharging the anode gas and for supplying and discharging the cathode gas. The gas flow characteristics considering the shape of the manifold and the shape of the inlet and outlet are also set as initial values of the simple stack model. In addition, characteristics such as the flow rate, temperature, pressure, and viscosity of the inflowing gas are set as initial values.
次にＳ２で、簡易スタックモデルを用いて、スタック内のガスの流れ解析計算を行う。その結果、スタック内の、簡略化圧損体としてモデル化された各セルについて、流入及び流出するガスの、圧力、温度、及び流速などの入出力条件が決まる。セルのスタック内での位置が異なると、異なる入出力条件が得られる。 Next, in S2, gas flow analysis calculation in the stack is performed using the simple stack model. As a result, input / output conditions such as pressure, temperature, and flow rate of the inflowing and outflowing gas are determined for each cell that is modeled as a simplified pressure loss body in the stack. Different input / output conditions are obtained when the position of the cell in the stack is different.
次にＳ３では、Ｓ２で求めた、スタック内の各セルのガスの圧力、温度、及び流速などの入出力条件を用いて、個別のセルについて、ガスの流れ解析を行う。個別のセルについて、ガスの流れ解析計算を行うことで、そのセルの圧力損失を含むガスの流れ特性を求めることができる。さらに、そのセルの発電性能及びその他の特性値を求めることにしても良い。Ｓ３で解析対象とする個別のセルのモデルは、簡略化圧損体ではなく、セル内部の形状などを考慮したモデルを用いる。 Next, in S3, the gas flow analysis is performed for each individual cell using the input / output conditions such as the gas pressure, temperature, and flow velocity of each cell in the stack obtained in S2. By performing the gas flow analysis calculation for each individual cell, the gas flow characteristics including the pressure loss of the cell can be obtained. Further, the power generation performance and other characteristic values of the cell may be obtained. The model of the individual cell to be analyzed in S3 is not a simplified pressure loss body, but a model that takes into account the shape of the inside of the cell.
Ｓ３の解析計算では、セルにおける発電反応によるガスの消費量及び生成量や発熱量の計算を行う。こうすると、セル内の単なるガスの流れだけでなく、発電反応についても考慮した解析を行うことができる。発電反応についても考慮した解析を行う場合、発電反応による生成水をすべて気体として扱って計算しても良いし、セル内のガスを気液二相流として扱って計算しても良い。セル内のガスを気液二相流として扱って計算すると、セル内の水滴の挙動、及び生成液体水による水詰まりから生じるセルの圧力損失の上昇を考慮した計算を行うことができるため、より現実に近い解析結果が得られる。また、計算を簡略化するため、Ｓ３の解析計算で、セルにおける発電反応によるガスの消費量及び生成量や発熱量の計算を行わずに、セル内のガスの流れの計算だけを行うこともできる。 In the analysis calculation of S3, the consumption, generation amount, and heat generation amount of the gas due to the power generation reaction in the cell are calculated. In this way, it is possible to perform an analysis considering not only the gas flow in the cell but also the power generation reaction. When performing an analysis that also takes into account the power generation reaction, the calculation may be performed by treating all the water generated by the power generation reaction as a gas, or treating the gas in the cell as a gas-liquid two-phase flow. When calculating the gas in the cell as a gas-liquid two-phase flow, it is possible to perform calculations that take into account the behavior of the water droplets in the cell and the increase in cell pressure loss resulting from clogging with the generated liquid water. Analytical results close to reality can be obtained. In addition, in order to simplify the calculation, in the analysis calculation of S3, the calculation of the gas flow in the cell may be performed without calculating the gas consumption, generation amount and heat generation amount due to the power generation reaction in the cell. it can.
Ｓ３の解析計算は、スタックを構成するすべてのセルについて行っても良いし、一部のセルのみについて行っても良い。例えば、１００個のセルからなるスタックの解析を行う場合に、隣り合う１０個のセルを１つのグループとして、各グループについて１つの代表セルについてのみ、Ｓ３の計算を行うようにすることができる。 The analysis calculation of S3 may be performed for all the cells constituting the stack, or may be performed for only some cells. For example, when analyzing a stack of 100 cells, it is possible to calculate S3 for only one representative cell for each group, with 10 adjacent cells as one group.
Ｓ３の解析計算の後、Ｓ４では、予め設定された数のセルについて、個別の解析を行ったかどうかを判定する。予め設定された数の個別セルの計算が終了していればＳ５に進み、終了していなければＳ３に戻って、まだ解析が行われていないセルについてＳ３の解析を行う。 After the analysis calculation in S3, in S4, it is determined whether or not individual analysis has been performed for a preset number of cells. If the calculation of the preset number of individual cells has been completed, the process proceeds to S5. If not completed, the process returns to S3, and the analysis of S3 is performed for the cells that have not been analyzed yet.
Ｓ５では、Ｓ３の計算によって求められた個別のセルの特性値を、簡易スタックモデル内の、そのセルに対応する簡略化圧損体に代入する。代入する個別のセルの特性値は、圧力損失を含むガスの流れ特性、発電性能、及びその他の特性値のうち、Ｓ３の計算で求めた値である。スタックを構成するすべてのセルについてＳ３の計算を行った場合は、各セルについてのＳ３での計算結果を、各セルに対応する簡略化圧損体に代入する。前述の例のように、１００個のセルからなるスタックの解析を行う場合であって、隣り合う１０個のセルを１つのグループとして、各グループについて１つの代表セルについてのみ、Ｓ３の計算を行った場合は、各グループの１０個のセルのそれぞれに対応する１０個の簡略化圧損体に対して、そのグループの代表セルについてのＳ３の計算結果を代入する。 In S5, the characteristic value of the individual cell obtained by the calculation in S3 is substituted into the simplified pressure loss body corresponding to the cell in the simple stack model. The characteristic value of the individual cell to be substituted is a value obtained by the calculation of S3 among the gas flow characteristic including pressure loss, power generation performance, and other characteristic values. When S3 is calculated for all the cells constituting the stack, the calculation result in S3 for each cell is substituted into the simplified pressure loss body corresponding to each cell. As in the above example, when a stack of 100 cells is analyzed, 10 cells adjacent to each other are regarded as one group, and the calculation of S3 is performed only for one representative cell for each group. In this case, the calculation result of S3 for the representative cell of the group is substituted for 10 simplified pressure-loss bodies corresponding to 10 cells of each group.
Ｓ５で、簡易スタックモデルの簡略化圧損体に代入する値は、Ｓ３の計算結果の値に統計的なばらつきを与えた値であっても良い。こうすることで、より現実に近い解析が可能となる。 In S5, the value to be substituted into the simplified pressure loss body of the simple stack model may be a value obtained by giving statistical variation to the value of the calculation result in S3. By doing so, an analysis closer to reality becomes possible.
次にＳ６では、各セルについて、個別の特性値が代入されたスタックモデルを用いて、スタック内のガスの流れ解析を行う。Ｓ６での、ガスの流れ解析によって、燃料電池スタック全体の圧力損失を含むガスの流れ特性を求めることができる。また、さらに、燃料電池スタックの発電性能を求めることにしても良い。Ｓ６では、Ｓ３の計算結果に基づいて簡略化圧損体の特性値が設定されているので、Ｓ２で行われる解析計算よりも高精度の解析計算を行うことができる。Ｓ６の解析計算では、スタック内のガスの流れだけでなく、生成水、電子、プロトン、及び熱の輸送現象について考慮した計算を行っても良い。Ｓ６の解析計算が終了すると、スタック解析処理は終了する。 Next, in S6, the flow of gas in the stack is analyzed using a stack model in which individual characteristic values are substituted for each cell. By the gas flow analysis in S6, the gas flow characteristics including the pressure loss of the entire fuel cell stack can be obtained. Furthermore, the power generation performance of the fuel cell stack may be obtained. In S6, since the characteristic value of the simplified pressure loss body is set based on the calculation result of S3, it is possible to perform analysis calculation with higher accuracy than the analysis calculation performed in S2. In the analysis calculation of S6, not only the gas flow in the stack but also the calculation considering the transport phenomenon of generated water, electrons, protons, and heat may be performed. When the analysis calculation in S6 ends, the stack analysis process ends.
本実施形態では、Ｓ１からＳ６の処理を一度だけ行うが、Ｓ６の後、再びＳ３に戻って、Ｓ６での計算の結果得られた個別セルのガスの入出力条件などを設定し、Ｓ３からＳ６の処理を行っても良い。こうすると、より高精度の解析を行うことができる。望ましい精度の計算結果が得られるまで、Ｓ３からＳ６の処理を繰り返すこともできる。 In the present embodiment, the processes from S1 to S6 are performed only once, but after S6, the process returns to S3 again, and the gas input / output conditions of the individual cells obtained as a result of the calculation in S6 are set. The process of S6 may be performed. In this way, a more accurate analysis can be performed. The processing from S3 to S6 can be repeated until a calculation result with a desired accuracy is obtained.
図２は、本発明に係る燃料電池スタック解析プログラムを実行させることができるコンピュータの構成の一例を示す概略図である。コンピュータ１０は、ＣＰＵ（中央演算装置：Central Processing Unit）１２、メモリ（主記憶装置）１４、及び入出力インターフェース１６などをバス２４で接続した構成をしている。また、入力装置１８、出力装置２０、及び外部記憶２２などの周辺装置が、入出力インターフェース１６を介してＣＰＵ１２及びメモリ１４と接続される。入力装置１８を用いて、解析計算の初期値などの、プログラムの実行条件を設定することができる。出力装置２０には、プログラムによる解析計算の結果を表示させることができる。外部記憶２２は、例えばハードディスクやＣＤ、ＤＶＤなどの記憶媒体である。外部記憶２２のうち、ハードディスクなどの固定記憶装置には、以上で説明した処理を実行する命令を記述したプログラムをインストールすることができる。外部記憶２２に記憶されたプログラムを、メモリ１４が読み出し、ＣＰＵ１２が実行することで、本発明に係る燃料電池スタック解析装置としてコンピュータ１０を機能させることができる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a computer capable of executing the fuel cell stack analysis program according to the present invention. The computer 10 has a configuration in which a CPU (Central Processing Unit) 12, a memory (main storage device) 14, an input /
１０ コンピュータ、１２ ＣＰＵ、１４ メモリ、１６ 入出力インターフェース、１８ 入力装置、２０ 出力装置、２２ 外部記憶、２４ バス。 10 computer, 12 CPU, 14 memory, 16 input / output interface, 18 input device, 20 output device, 22 external storage, 24 bus.
Claims (8)
前記各燃料電池セルを、所定の圧力損失を有する圧損体とする、前記燃料電池スタックのスタックモデルについて、前記圧損体の圧力損失、前記燃料電池スタックに流入するガスの特性を初期値として設定し、前記設定した初期値における前記スタックモデルを用いて、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行うことで、前記各燃料電池セルについて、流入及び流出するガスの入出力条件を決定する第１のスタック解析手段、
前記第１のスタック解析手段における計算によって決定された前記入出力条件を用いて、個別の前記燃料電池セルについて、ガスの流れの解析計算を行い、その個別の燃料電池セルのガス流れ特性を計算する個別セル解析手段、
としてコンピュータを機能させることを特徴とする燃料電池スタック解析プログラム。 A fuel cell stack analysis program for predicting and calculating battery characteristics of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked,
Each of said fuel cell, and pressure loss body that have a predetermined pressure loss, the stack model of the fuel cell stack, the pressure loss of the pressure loss body, the initial characteristics of the gas flowing into the fuel cell stack By setting the value as a value and performing an analysis calculation of the gas flow in the fuel cell stack using the stack model at the set initial value , input / output of gas flowing in and out of each fuel cell A first stack analyzing means for determining a condition;
Using the input / output conditions determined by the calculation in the first stack analyzing means, an analysis calculation of the gas flow is performed for each of the individual fuel cells, and a gas flow characteristic of the individual fuel cell is calculated. Individual cell analysis means,
A fuel cell stack analysis program for causing a computer to function as
前記スタックモデルにおける各燃料電池セルについて、前記個別セル解析手段における計算によって得られた、個別の前記燃料電池セルのガス流れ特性の値を代入して、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行い、前記燃料電池スタックのガス流れ特性を計算する第２のスタック解析手段、
としてコンピュータを機能させることを特徴とする燃料電池スタック解析プログラム。 The fuel cell stack analysis program according to claim 1, further comprising:
For each fuel cell prior kissing tack model, the obtained by calculation in the individual cell analysis means, by substituting the value of the gas flow characteristics of the individual of the fuel cell, the flow of gas in the fuel cell stack A second stack analyzing means for calculating the gas flow characteristics of the fuel cell stack,
A fuel cell stack analysis program for causing a computer to function as
前記個別セル解析手段は、個別の前記燃料電池セルの発電性能をさらに計算し、
前記第２のスタック解析手段は、前記スタックモデルにおける各燃料電池セルについて、前記個別セル解析手段における計算によって得られた、個別の前記燃料電池セルの発電性能の値をさらに代入し、前記燃料電池スタックの発電性能をさらに計算することを特徴とする燃料電池スタック解析プログラム。 In the fuel cell stack analysis program according to claim 2,
The individual cell analysis means further calculates the power generation performance of the individual fuel cells,
It said second stack analysis unit, for each of the fuel cells before the kiss tack model, the obtained by calculation in the individual cell analysis means, and further substituting the value of the power generation performance of the individual of the fuel cell, wherein A fuel cell stack analysis program for further calculating the power generation performance of a fuel cell stack.
前記第２のスタック解析手段で、前記スタックモデルに代入する値は、前記個別セル解析手段における計算によって得られた、個別の前記燃料電池セルのガス流れ特性の値に統計的なばらつきを与えた値であることを特徴とする燃料電池スタック解析プログラム。 In the fuel cell stack analysis program according to claim 2 or 3,
In the second stack analysis unit, value assigned before kissing tack model, the obtained by calculation in the individual cell analysis means, the statistical variation in the value of the gas flow characteristics of the individual of the fuel cell A fuel cell stack analysis program characterized by a given value.
前記個別セル解析手段で行われる、個別の前記燃料電池セルについてのガスの流れの解析計算は、その個別の燃料電池セルにおける発電反応によるガス消費量及び生成量の計算を含むことを特徴とする燃料電池スタック解析プログラム。 In the fuel cell stack analysis program according to any one of claims 2 to 4,
The gas flow analysis calculation for the individual fuel cells performed by the individual cell analysis means includes calculation of gas consumption and generation due to a power generation reaction in the individual fuel cells. Fuel cell stack analysis program.
前記個別セル解析手段で行われる、個別の前記燃料電池セルについてのガスの流れの解析計算は、その個別の燃料電池セル内のガスを気液二相流として行われることを特徴とする燃料電池スタック解析プログラム。 In the fuel cell stack analysis program according to claim 5,
The fuel cell analysis calculation performed by the individual cell analysis means for the individual fuel cell is performed as a gas-liquid two-phase flow using the gas in the individual fuel cell. Stack analysis program.
前記各燃料電池セルを、所定の圧力損失を有する圧損体とする、前記燃料電池スタックのスタックモデルについて、前記圧損体の圧力損失、前記燃料電池スタックに流入するガスの特性を初期値として設定し、前記設定した初期値における前記スタックモデルを用いて、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行うことで、前記各燃料電池セルについて、流入及び流出するガスの入出力条件を決定する第１のスタック解析手段と、
前記第１のスタック解析手段における計算によって決定された前記入出力条件を用いて、個別の前記燃料電池セルについて、ガスの流れの解析計算を行い、その個別の燃料電池セルのガス流れ特性を計算する個別セル解析手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック解析装置。 A fuel cell stack analyzer for predicting and calculating battery characteristics of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked,
Each of said fuel cell, and pressure loss body that have a predetermined pressure loss, the stack model of the fuel cell stack, the pressure loss of the pressure loss body, the initial characteristics of the gas flowing into the fuel cell stack By setting the value as a value and performing an analysis calculation of the gas flow in the fuel cell stack using the stack model at the set initial value , input / output of gas flowing in and out of each fuel cell First stack analyzing means for determining a condition;
Using the input / output conditions determined by the calculation in the first stack analyzing means, an analysis calculation of the gas flow is performed for each of the individual fuel cells, and a gas flow characteristic of the individual fuel cell is calculated. Individual cell analysis means to
A fuel cell stack analyzing apparatus comprising:
前記各燃料電池セルを、所定の圧力損失を有する圧損体とする、前記燃料電池スタックのスタックモデルについて、前記圧損体の圧力損失、前記燃料電池スタックに流入するガスの特性を初期値として設定し、前記設定した初期値における前記スタックモデルを用いて、前記燃料電池スタック内のガスの流れの解析計算を行うことで、前記各燃料電池セルについて、流入及び流出するガスの入出力条件を決定する第１のスタック解析ステップと、
前記第１のスタック解析ステップにおける計算によって決定された前記入出力条件を用いて、個別の前記燃料電池セルについて、ガスの流れの解析計算を行い、その個別の燃料電池セルのガス流れ特性を計算する個別セル解析ステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック解析方法。
A fuel cell stack analysis method for predicting and calculating battery characteristics of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked,
Each of said fuel cell, and pressure loss body that have a predetermined pressure loss, the stack model of the fuel cell stack, the pressure loss of the pressure loss body, the initial characteristics of the gas flowing into the fuel cell stack By setting the value as a value and performing an analysis calculation of the gas flow in the fuel cell stack using the stack model at the set initial value , input / output of gas flowing in and out of each fuel cell A first stack analysis step for determining conditions;
Using the input / output conditions determined by the calculation in the first stack analysis step, the gas flow analysis calculation is performed for each individual fuel cell, and the gas flow characteristics of the individual fuel cell are calculated. Individual cell analysis step to
A fuel cell stack analysis method comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006132835A JP4946164B2 (en) | 2006-05-11 | 2006-05-11 | Fuel cell stack analysis program, analysis apparatus, and analysis method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006132835A JP4946164B2 (en) | 2006-05-11 | 2006-05-11 | Fuel cell stack analysis program, analysis apparatus, and analysis method |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007305419A JP2007305419A (en) | 2007-11-22 |
| JP2007305419A5 JP2007305419A5 (en) | 2008-11-13 |
| JP4946164B2 true JP4946164B2 (en) | 2012-06-06 |
Family
ID=38839178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006132835A Expired - Fee Related JP4946164B2 (en) | 2006-05-11 | 2006-05-11 | Fuel cell stack analysis program, analysis apparatus, and analysis method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4946164B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6467628B2 (en) * | 2015-03-13 | 2019-02-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Method and apparatus for simulating fuel cell stack |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005044602A (en) * | 2003-07-28 | 2005-02-17 | Mitsubishi Materials Corp | Method and program for analyzing physical and chemical characteristics of fuel cell |
| JP2005052808A (en) * | 2003-08-01 | 2005-03-03 | Toyota Motor Corp | System identification apparatus and computer program |
| JP2005135813A (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Toyota Motor Corp | Fuel cell simulator, simulation method, simulation program, and recording medium |
| JP2005135814A (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Toyota Motor Corp | Fuel cell simulator, simulation method, simulation program, and recording medium |
-
2006
- 2006-05-11 JP JP2006132835A patent/JP4946164B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007305419A (en) | 2007-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP4645151A1 (en) | Wind tunnel test data static aero-elasticity correction method and apparatus, device, and storage medium | |
| Ploskas et al. | Optimization of circuitry arrangements for heat exchangers using derivative-free optimization | |
| CN112231876B (en) | Pipeline system fluid dynamic model generation system and method based on geometric model | |
| CN115101787A (en) | Flow simulation method and device of fuel cell, electronic equipment and medium | |
| Albalawi et al. | Distributed economic model predictive control for operational safety of nonlinear processes | |
| Shang et al. | Massively parallelization strategy for material simulation using high‐dimensional neural network potential | |
| Wächter et al. | Dynamic model of a pressurized SOFC/gas turbine hybrid power plant for the development of control concepts | |
| JP4946164B2 (en) | Fuel cell stack analysis program, analysis apparatus, and analysis method | |
| CN112749823B (en) | Memory, hydrogen net optimization method, device and equipment based on recovered hydrogen maximization | |
| US10422760B2 (en) | Method for analyzing honeycomb structure, and program and analysis device for the same | |
| CN114154110A (en) | A Numerical Integral Solution to the Initial Value Problem of Stiff Ordinary Differential Equations in Simulation | |
| CN119029252A (en) | A method and device for optimizing a hydrogen fuel cell power supply system | |
| Kutiš et al. | CFD analysis of downcomer of nuclear reactor VVER 440 | |
| JP2000090950A (en) | Apparatus and method for predicting cooling performance | |
| Parker et al. | Model predictive control simulations with block-hierarchical differential–algebraic process models | |
| Noguer et al. | A framework for the probabilistic analysis of PEMFC performance based on multi-physical modelling, stochastic method, and design of numerical experiments | |
| Breaz et al. | Fuel cell modeling with dSPACE and OPAL-RT real time platforms | |
| CN112750503B (en) | Memory, hydrogen network optimization method, device and equipment based on hydrogen utilization maximization | |
| CN116227127A (en) | Transformer performance determination method, device, computer equipment and storage medium | |
| CN114444296A (en) | Reactor modeling data acquisition method, apparatus, device, medium, and program product | |
| CN120297202B (en) | Fuel cell flow field uniformity detection method and device, vehicle and medium | |
| Zitney et al. | Coupled CFD and process simulation of a fuel cell auxiliary power unit | |
| Kuncheekanna et al. | Confidence analysis of design and cost performance for solvent-based CO2 capture from a cement plant: a stochastic modeling perspective | |
| CN121706429B (en) | Quantitative analysis method, quantitative analysis device, quantitative analysis computer equipment, quantitative analysis readable storage medium and quantitative analysis program product for membrane electrode parameter sensitivity of proton exchange membrane fuel cell | |
| Utgikar et al. | Advanced Reactors-Intermediate Heat Exchanger (IHX) Coupling: Theoretical Modeling and Experimental Validation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081001 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081001 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111115 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120110 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120207 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120220 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150316 Year of fee payment: 3 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4946164 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150316 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |