CN116611253B - 单极板设计方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单极板设计方法、装置、计算机设备和存储介质，属于燃料电池领域，方法包括获取待设计单极板的活性区域以及该活性区域内的初始流场分布图、待设计单极板的负载工况范围；基于初始流场分布图确定流场最小等效长度；根据负载工况范围、流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，调节结构可在外力作用下发生变形，以调节流场等效长度；根据调节数量设置调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图。通过本申请的处理方案，根据燃料电池反应需求设计可适配多种工况的可变形单极板。

Description

单极板设计方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种单极板设计方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

目前，燃料电池单极板的流道结构皆为固定形式，无法根据燃料电池的工作状态进行改变，故而燃料电池单极板流道为了保证反应气分布均匀性及良好的排水性能时，需要增加流道压降，这样会在高功率高气流量工况下造成较多的泵气损失；如果采用流道压降小的构型，其在低功率低气流量工况下排水性或反应气体分布均匀性不佳，进而造成燃料电池的性能不佳。这说明现有单一的流场分布无法适应不同工况。

发明内容

因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种可以根据燃料电池反应需求设计可适配多种工况的可变形单极板的单极板设计方法、装置、计算机设备和存储介质。

为了实现上述目的，本发明提供一种单极板设计方法，包括：获取待设计单极板的活性区域以及该活性区域内的初始流场分布图、所述待设计单极板的负载工况范围，所述待设计单极板采用至少单层金属薄板制成，两侧面分别设有气体流道与冷却液流道，金属薄板两侧的气体流道与冷却液流道交错设置，相邻所述气体流道之间和相邻所述冷却液流道之间的凸起结构实现支撑与电流传导的作用；基于所述初始流场分布图确定流场最小等效长度；根据所述负载工况范围、所述流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，所述调节结构在单极板中的高度低于被替代的凸起结构的高度，所述调节结构在气体与冷却液压力差作用下向所述气体流道或者所述冷却液流道发生形变，以调节反应气体在所述活性区域内的流场等效长度，所述金属薄板在所述调节结构位置处的弹性变形量大于所述金属薄板的平均弹性变形量；根据所述调节数量设置所述调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图。

在一些实施例中，所述根据所述负载工况范围、所述流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，包括：根据所述负载工况范围确定流场等效长度范围；根据所述流场等效长度范围和所述流场最小等效长度确定调节结构的调节数量。

在一些实施例中，所述根据所述调节数量设置所述调节结构的位置，包括：根据所述调节数量将所述初始流场分布图进行划分成对应份数的待选区域；根据所述负载工况范围的下限值和所述流场最小等效长度在所述待选区域中确定所述调节结构的位置。

在一些实施例中，所述根据所述负载工况范围的下限值和所述流场最小等效长度在所述待选区域中确定所述调节结构的位置，包括：基于所述负载工况范围中的预计气体流量和所述流场最小等效长度在所述待选区域中选择至少一个所述调节结构的位置；根据所述初始流场分布图中的流道宽度确定所述调节结构的尺寸；基于所述调节结构的尺寸和所述初始流场分布图中的流道排布确定所述调节结构的位置。

在一些实施例中，方法还包括：基于所述调节结构的尺寸和所述调节结构的位置确定调节结构的变形条件。

在一些实施例中，所述初始流场分布图为阳极初始流场分布图或阴极初始流场分布图。

在一些实施例中，所述调节结构包含第一子调节结构和第二子调节结构，所述第一子调节结构的驱动压差小于第二子调节结构的驱动压差。

一种单极板设计装置，所述装置包括：信息获取模块，用于获取待设计单极板的活性区域以及该活性区域内的初始流场分布图、所述待设计单极板的负载工况范围，所述待设计单极板采用至少单层金属薄板制成，两侧面分别设有气体流道与冷却液流道，金属薄板两侧的气体流道与冷却液流道交错设置，相邻所述气体流道之间和相邻所述冷却液流道之间的凸起结构实现支撑与电流传导的作用；等效长度提取模块，用于基于所述初始流场分布图确定流场最小等效长度；数量计算模块，用于根据所述负载工况范围、所述流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，所述调节结构在单极板中的高度低于被替代的凸起结构的高度，所述调节结构在气体与冷却液压力差作用下向所述气体流道或者所述冷却液流道发生形变，以调节反应气体在所述活性区域内的流场等效长度，所述金属薄板在所述调节结构位置处的弹性变形量大于所述金属薄板的平均弹性变形量；位置设计模块，用于根据所述调节数量设置所述调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的优点在于：根据待设计单极板的负载工况确定调节结构的调节数量，并根据调节数量设置调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图，将调节结构插入活性区域内，根据需要改变冷却液流场或反应气体流场的局部流阻，以调节反应气体在活性区域内的流场等效长度，从而改变流场配置，满足不同工况下的流场特性需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的实施例中单极板设计方法的流程图；

图2是本发明的实施例中燃料电池单极板的示意图；

图3是本发明的实施例中设计前燃料电池单极板的等效流场示意图；

图4是本发明的实施例中调节结构工作时燃料电池单极板的等效流场示意图；

图5是本发明的实施例中燃料电池单极板中流场结构的示意图；

图6是图5中燃料电池单极板中流场结构的细节示意图；

图7是本发明的另一实施例中燃料电池单极板的示意图；

图8是本发明的另一实施例中调节结构工作前燃料电池单极板的等效流场示意图；

图9是本发明的另一实施例中第一调节结构工作时燃料电池单极板的等效流场示意图；

图10是本发明的另一实施例中第二调节结构工作时燃料电池单极板的等效流场示意图；

图11是本发明的另一实施例中燃料电池单极板的示意图；

图12是本发明的另一实施例中调节结构工作前燃料电池单极板的等效流场示意图；

图13是本发明的另一实施例中第一调节结构工作时燃料电池单极板的等效流场示意图；

图14是本发明的另一实施例中第二调节结构工作时燃料电池单极板的等效流场示意图；

图15是本发明的一实施例中调节结构的截面示意图；

图16是本发明的一实施例中调节结构的发生形变的截面示意图；

图17为一个实施例中单极板设计装置的结构框图；

图18为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本申请实施例提供一种单极板设计方法，可以应用在终端或服务器上，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式智能设备，服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。如图1所示，方法包括以下步骤：

步骤101，获取待设计单极板的活性区域以及该活性区域内的初始流场分布图、待设计单极板的负载工况范围。

单极板可以用于组装成双极板或燃料电池单元。燃料电池单元包括阴极板、膜电极和阳极板，阴极板和阳极板中至少一种为本申请实施例所述的燃料电池的单极板。双极板由两块单极板组装而成。至少其中一块单极板为本申请实施例所述的燃料电池的单极板。

待设计单极板仅包括图2中的极板本体10。极板本体10采用至少单层金属薄板制成，极板本体10的两侧面上错位开设有气体流道，金属薄板两侧的气体流道与冷却液流道交错设置，气体流道和冷却液流道可以是通过金属薄板冲压一体形成的。相邻所述气体流道之间和相邻所述冷却液流道之间的凸起结构实现支撑与电流传导的作用。为了便于组装成双极板或燃料电池单元，极板本体上设置有阳极进气口1a、阴极进气口2a、冷却液入口3a、阳极排气口1b、阴极排气口2b以及冷却液出口3b。在图2中仅展示了一条流道11，在图2中流道所经过的方形区域12为活性区域12。流道11可以是冷却液流道，也可以是气体流道。气体流道和冷却液流道之间通过凸起结构实现支撑与电流传导的作用。

在一个实施例中，初始流场分布图为阳极初始流场分布图或阴极初始流场分布图。初始流场分布图可以包含在单极板上所有流场的不同流道的分布。当需要对单极板进行设计时，服务器对阳极流场和阴极流场分布分别进行设计，再进行整合得到单极板的流场设计图。

负载工况范围是燃料电池可以提供的工作流道压降范围，该工作流道压降范围可以大于常见燃料电池的工作流道压降。

步骤102，基于初始流场分布图确定流场最小等效长度。

流场包含流道（气体流道和冷却液流道均包含在内），以及流道之间的间隙、不同极板与极板之间的间隙、极板与膜电极之间的间隙等一切气体和液体等流体能够流进去的间隙。流场等效长度是指所有从流场入口到流场出口的气体粒子在流场中通过的流道长度的平均值。流场等效长度是指单一气流从流场入口到流场出口的距离；流场等效宽度是指具有该流场等效长度的流道宽度。如图3所示，基于初始流场分布图确定流场最小等效长度（图中黑色箭头），此时流场最小等效长度为活性区域12的长度，流场最大等效宽度为活性区域12的宽度。

步骤103，根据负载工况范围、流场最小等效长度确定调节结构的调节数量。

调节结构可在外力作用下发生变形，以调节流场等效长度。调节结构在单极板中的高度低于被替代的凸起结构的高度，调节结构与金属薄板一体成型、且替代部分凸起结构，可在外力作用下向气体流道或者冷却液流道发生形变，以调节反应气体在所述活性区域内的流场等效长度，金属薄板在所述调节结构位置处的弹性变形量大于所述金属薄板的平均弹性变形量。弹性变形量是指在受到外力的作用下，金属薄板发生形状改变的数值。

在一个实施例中，服务器可以根据负载工况范围确定合适的流场等效长度范围。而后，服务器根据流场等效长度范围和流场最小等效长度确定调节结构的调节数量。流场包含流道，以及流道之间的间隙、极板与极板之间的间隙、极板与膜电极之间的间隙等一切气体和液体等流体能够流进去的间隙。

在一个实施例中，服务器还可以先将初始流场视作一个整体；然后将其按照大致相近的比例将初始流场分成若干份，优选范围是2~5份；确定划分后的初始流场中的预计气流量是否能满足负载工况范围内的工作需求；当判定为是时，确定调节结构的调节数量；当判定为否时，服务器可以对划分后的初始流场进行二次细分，并重复上述操作，直至划分后的流场中的预计气流量能满足负载工况范围内的工作需求。

在一个实施例中，调节结构由可以凸起的流场脊结构组成，该脊结构的高度低于不可变形部分的脊结构高度，且可变形脊结构的高度为不可变形脊结构高度的20%~90%，优选为40%~60%。流道11的顶端一般设置为和膜电极接触。调节结构和流道11一体设置，当可变形脊结构未发生变形时调节结构的顶端不与膜电极接触；当可变形脊结构发生变形时，调节结构的顶端与膜电极接触。

流场脊结构可以和极板本体一体成型，可以采用同一材质或不同材质。在一个实施例中，调节结构可以采用双向形状记忆合金来制造可变形结构、或者采用可变形结构的支撑体，在较低温度下降低可变形结构脊的高度，在较高温度下提高可变形结构脊的高度。在一个实施例中，调节结构也可以采用电致伸缩材料制备而成，当用微电极刺激可变形结构脊下的电活性聚合物，使其产生纵向伸缩和横向缩涨，由此驱动可变形脊结构的高度变化。在一个实施例中，调节结构和极板采用同一材质，调节结构可以采用比极板更薄厚度的金属薄板制备而成，此时调节结构的弹性模量小于极板的弹性模量，可以在冷却液流场和气体流场之间的驱动压差下发生变形。

弹性模量是与材料性质有关的常数，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大。金属薄板可以采用冲压或是轧压等方式制备，金属薄板在调节结构位置处的平均厚度小于金属薄板的平均厚度。也可以通过对调节结构位置处的金属薄板进行二次处理，使得金属薄板在调节结构位置处的平均厚度小于金属薄板的平均厚度、或者使得金属薄板在调节结构位置处的弹性模量小于金属薄板的平均弹性模量。也可以采用多种金属制备同一一块金属薄板，这样不同金属所在位置处的弹性模量存在差异，从而实现金属薄板在调节结构位置处的弹性模量小于金属薄板的平均弹性模量。

步骤104，根据调节数量设置调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图。

当确定调节数量时，服务器可以在活性区域内分配调节结构的位置，从而得到设计后的调整流场分布图。服务器可以先将活性区域内不可变形部分的流场进行标记删除，而后根据预计气流量进行调整调节结构的位置。不可变形部分的流场可以是点阵流场、包括点阵流场的复合流场或者组合流场等。

如图2所示，设计后的调整流场分布图上设置了调节结构20。当压差不足时，调节结构20的变形特征没有凸起阻隔流体，流场流向示意图如图3所示；当压差足够时，调节结构20的变形特征凸起以阻隔流体，流场流向示意图如图4所示。如图4所示，当调节结构20工作时，图中黑色箭头为此时流场的等效长度，该流场等效长度近似为活性区域12的3倍活性区域12的宽度，故在图4中流场等效长度大于图3中流场等效长度。

如图5所示，燃料电池单极板可以具有不同形式的流场结构，例如网格形流场结构、直通道流场结构、蛇形流场结构、螺旋形流场结构、交指形流场结构等。如图5和图6所示，燃料电池单极板中的流场结构为以点阵式支撑结构形成的网格形流场结构（此图中未显示流场外侧的密封结构、流场入口结构和流场出口结构）。凸起结构15在图中以点阵方式进行排列，调节结构20替代了部分凸起结构15的位置。调节结构20也可以实现支撑与电流传导的作用。

如图5和图6所示，调节结构20替代了一列凸起结构15的部分位置，在一些实施例中，调节结构20可以替代多列凸起结构15的部分位置。调节结构20的长度和宽度不受凸起结构的限制。在一些实施例中，燃料电池单极板可以包括多个调节结构20，且调节结构20可以设置在同一侧或不同侧。

上述方法，根据待设计单极板的负载工况确定调节结构的调节数量，并根据调节数量设置调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图，将调节结构插入活性区域内，可以根据反应需求通过气体与冷却液压差实时调整调节结构的凸起变形量，以调节反应气体在活性区域内的流场等效长度，从而改变流场配置，满足不同工况下的流场特性需求。

在一个实施例中，根据调节数量设置调节结构的位置，包括：根据调节数量将初始流场分布图进行划分成对应份数的待选区域；根据负载工况范围的下限值和流场最小等效长度在待选区域中确定调节结构的位置。

服务器可以根据调节数量将初始流场分布图进行划分成对应份数的待选区域，而后根据负载工况范围的下限值和流场最小等效长度在待选区域中确定调节结构的位置。

在一些实施例中，根据负载工况范围的下限值和流场最小等效长度在待选区域中确定调节结构的位置，包括：基于负载工况范围中的预计气体流量和流场最小等效长度在待选区域中选择至少一个调节结构的位置；根据初始流场分布图中的流道宽度确定调节结构的尺寸；基于调节结构的尺寸和初始流场分布图中的流道排布确定调节结构的位置。

服务器可以基于负载工况范围中的预计气体流量和流场最小等效长度在待选区域中选择至少一个调节结构的位置，当存在多个待选位置时，服务器可以均将其列入备选。服务器根据初始流场分布图中的流道宽度确定调节结构的尺寸。调节结构的尺寸包含调节结构的长度以及宽度，根据长度和宽度可以确定调节结构的总面积。不同备选位置会使得调节结构的尺寸存在差异。服务器基于调节结构的尺寸和初始流场分布图中的流道排布确定调节结构的位置。此时，服务器可以根据初始流场分布图中不可变形部分的流场对调节结构的位置进行筛除，避免调节结构与不可变形部分的流场发生交叠。当剩余位置的数量大于1个时，服务器可以根据调节结构的尺寸进行二次筛选。

在一些实施例中，服务器还可以基于调节结构的尺寸和调节结构的位置确定调节结构的变形条件。当调节结构的尺寸过大时，服务器可以采用双向形状记忆合金来制造、或是采用比极板更薄厚度的金属薄板制备而成；当调节结构的位置靠近或远离气体的出入口时，采用电致伸缩材料制备而成。

在一个实施例中，如图7所示，调节结构包含第一子调节结构21和第二子调节结构22，第一子调节结构的驱动压差小于第二子调节结构的驱动压差。

当压差不足时，变形特征无法凸起、阻隔流体，流场流向如图8所示；当压差达到第一驱动压差时，第一子调节结构21凸起以阻隔流体，流场流向如图9所示；当压差达到第二驱动压差时，第一子调节结构21和第二子调节结构22凸起以阻隔流体，流场流向如图10所示。如图8~10所示，流场的等效长度随着变形特征凸起的数量增加而增加，从而实现更宽范围的工况调节。

在一个实施例中，如图11所示，调节结构包含第一子调节结构21’和第二子调节结构22’，第一子调节结构的驱动压差小于第二子调节结构的驱动压差。

当压差不足时，变形特征无法凸起、阻隔流体，流场流向如图12所示，流场向右下流动；当压差达到第一驱动压差时，第一子调节结构21’凸起以阻隔流体，流场流向如图13所示，流场近似呈N字形流动；当压差达到第二驱动压差时，第一子调节结构21’和第二子调节结构22’凸起以阻隔流体，流场流向如图14所示，流场近似呈多个Z字形流动。如图12~14所示，流场的等效长度随着变形特征凸起的数量增加而增加，从而实现更宽范围的工况调节。

在一个实施例中，如图15~图16所示，调节结构与极板本体的薄壁一体成型，在冷却液流场和气体流场之间的驱动压差下向气体流道或者冷却液流道发生形变。极板本体10中的冷却液流道11的顶端一般设置为和膜电极200接触。调节结构20与极板本体10一体成型，故设置了调节结构20的冷却液流道11的顶端不与膜电极200接触。极板本体10还设置了气体流道13，当冷却液流道11的顶端不与膜电极200接触时，气体可以经由此处间隙向另一侧流动，例如在图15中，气体可以经由此处间隙从左向右实现气体的流动14。

当冷却液流道中的液体压力大于气体流道中的气体压力时，调节结构20会向气体流道发生形变，从而图16中冷却液流道11的顶端与膜电极200之间的间隙在图16中被填充，将气体流道13转变成两条平行且不完全隔绝的流道，此时气体仅可以在气体流道13中进行折返流动，无法实现从左向右实现气体的流动14。

当冷却液流道中的液体压力小于气体流道中的气体压力时，调节结构20会向冷却液流道发生形变，从而在图16中被填充的冷却液流道11的顶端与膜电极200之间的间隙在图15中会恢复，将两条平行且不完全隔绝的气体流道13恢复成一条气体流道，此时气体无法在气体流道13中进行折返流动、仅可以实现从左向右实现气体的流动14。

在一个实施例中，如图17所示，提供了一种单极板设计装置，装置包括信息获取模块901、等效长度提取模块902、数量计算模块903和位置设计模块904。

信息获取模块901，用于获取待设计单极板的活性区域以及该活性区域内的初始流场分布图、待设计单极板的负载工况范围，待设计双极板采用两层金属薄板制成，两侧面分别开设有气体流道，所述两金属薄板中间在与气体流道的交错位置处设有冷却液流道，气体流道和冷却液流道之间通过凸起结构实现支撑与电流传导的作用。

等效长度提取模块902，用于基于初始流场分布图确定流场最小等效长度。

数量计算模块903，用于根据负载工况范围、流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，调节结构与金属薄板一体成型、且替代部分凸起结构，可在外力作用下向所述气体流道或者所述冷却液流道发生形变，以调节反应气体在活性区域内的流场等效长度，金属薄板在所述调节结构位置处的弹性变形量大于所述金属薄板的平均弹性变形量。

位置设计模块904，用于根据调节数量设置调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图。

在其中一个实施例中，数量计算模块903包括：

流场等效长度范围确定单元，用于根据负载工况范围确定流场等效长度范围。

调节数量计算单元，用于根据流场等效长度范围和流场最小等效长度确定调节结构的调节数量。

在其中一个实施例中，位置设计模块904包括：

划分单元，用于根据调节数量将初始流场分布图进行划分成对应份数的待选区域。

位置确定单元，用于根据负载工况范围的下限值和流场最小等效长度在待选区域中确定调节结构的位置。

在其中一个实施例中，位置设计模块904包括：

位置筛选单元，用于基于负载工况范围中的预计气体流量和流场最小等效长度在待选区域中选择至少一个调节结构的位置。

尺寸确定单元，用于根据初始流场分布图中的流道宽度确定调节结构的尺寸。

位置设计单元，用于基于调节结构的尺寸和初始流场分布图中的流道排布确定调节结构的位置。

在其中一个实施例中，装置还包括：

变形筛选模块，用于基于调节结构的尺寸和调节结构的位置确定调节结构的变形条件。

关于单极板设计装置的具体限定可以参见上文中对于单极板设计方法的限定，在此不再赘述。上述单极板设计装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图18所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储初始流场分布图等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种单极板设计方法。

本领域技术人员可以理解，图18中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取待设计单极板的活性区域以及该活性区域内的初始流场分布图、待设计单极板的负载工况范围，待设计双极板采用两层金属薄板制成，两侧面分别设有气体流道，所述两金属薄板中间夹层在与气体流道的交错位置处设有冷却液流道，气体流道和冷却液流道之间通过凸起结构实现支撑与电流传导的作用；基于初始流场分布图确定流场最小等效长度；根据负载工况范围、流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，调节结构用于调节流场等效长度；根据调节数量设置调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的根据负载工况范围、流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，包括：根据负载工况范围确定流场等效长度范围；根据流场等效长度范围和流场最小等效长度确定调节结构的调节数量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的根据调节数量设置调节结构的位置，包括：根据调节数量将初始流场分布图进行划分成对应份数的待选区域；根据负载工况范围的下限值和流场最小等效长度在待选区域中确定调节结构的位置。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的根据负载工况范围的下限值和流场最小等效长度在待选区域中确定调节结构的位置，包括：基于负载工况范围中的预计气体流量和流场最小等效长度在待选区域中选择至少一个调节结构的位置；根据初始流场分布图中的流道宽度确定调节结构的尺寸；基于调节结构的尺寸和初始流场分布图中的流道排布确定调节结构的位置。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的基于调节结构的尺寸和调节结构的位置确定调节结构的变形条件。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取待设计单极板的活性区域以及该活性区域内的初始流场分布图、待设计单极板的负载工况范围；基于初始流场分布图确定流场最小等效长度；根据负载工况范围、流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，调节结构用于调节流场等效长度；根据调节数量设置调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时实现的根据负载工况范围、流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，包括：根据负载工况范围确定流场等效长度范围；根据流场等效长度范围和流场最小等效长度确定调节结构的调节数量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时实现的根据调节数量设置调节结构的位置，包括：根据调节数量将初始流场分布图进行划分成对应份数的待选区域；根据负载工况范围的下限值和流场最小等效长度在待选区域中确定调节结构的位置。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时实现的根据负载工况范围的下限值和流场最小等效长度在待选区域中确定调节结构的位置，包括：基于负载工况范围中的预计气体流量和流场最小等效长度在待选区域中选择至少一个调节结构的位置；根据初始流场分布图中的流道宽度确定调节结构的尺寸；基于调节结构的尺寸和初始流场分布图中的流道排布确定调节结构的位置。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时实现的基于调节结构的尺寸和调节结构的位置确定调节结构的变形条件。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种单极板设计方法，其特征在于，包括：

获取待设计单极板的活性区域以及该活性区域内的初始流场分布图、所述待设计单极板的负载工况范围，所述待设计单极板采用至少单层金属薄板制成，两侧面分别设有气体流道和冷却液流道，金属薄板两侧的气体流道与冷却液流道交错设置，相邻所述气体流道之间和相邻所述冷却液流道之间的凸起结构实现支撑与电流传导的作用；

基于所述初始流场分布图确定流场最小等效长度；

根据所述负载工况范围、所述流场最小等效长度确定调节结构的调节数量；所述调节结构在单极板中的高度低于被替代的凸起结构的高度，所述调节结构在气体与冷却液压力差作用下向所述气体流道或者所述冷却液流道发生形变，以调节反应气体在所述活性区域内的流场等效长度，所述金属薄板在所述调节结构位置处的弹性变形量大于所述金属薄板的平均弹性变形量；所述流场等效长度是指所有从流场入口到流场出口的气体粒子在流场中通过的流道长度的平均值；

根据所述调节数量设置所述调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图。

2.根据权利要求1所述的单极板设计方法，其特征在于，所述根据所述负载工况范围、所述流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，包括：

根据所述负载工况范围确定流场等效长度范围；

根据所述流场等效长度范围和所述流场最小等效长度确定调节结构的调节数量。

3.根据权利要求1所述的单极板设计方法，其特征在于，所述根据所述调节数量设置所述调节结构的位置，包括：

根据所述调节数量将所述初始流场分布图进行划分成对应份数的待选区域；

根据所述负载工况范围的下限值和所述流场最小等效长度在所述待选区域中确定所述调节结构的位置。

4.根据权利要求3所述的单极板设计方法，其特征在于，所述根据所述负载工况范围的下限值和所述流场最小等效长度在所述待选区域中确定所述调节结构的位置，包括：

基于所述负载工况范围中的预计气体流量和所述流场最小等效长度在所述待选区域中选择至少一个所述调节结构的位置；

根据所述初始流场分布图中的流道宽度确定所述调节结构的尺寸；

基于所述调节结构的尺寸和所述初始流场分布图中的流道排布确定所述调节结构的位置。

5.根据权利要求4所述的单极板设计方法，其特征在于，方法还包括：

基于所述调节结构的尺寸和所述调节结构的位置确定调节结构的变形条件。

6.根据权利要求1所述的单极板设计方法，其特征在于，所述初始流场分布图为阳极初始流场分布图或阴极初始流场分布图。

7.根据权利要求1所述的单极板设计方法，其特征在于，所述调节结构包含第一子调节结构和第二子调节结构，所述第一子调节结构的驱动压差小于第二子调节结构的驱动压差。

8.一种单极板设计装置，其特征在于，所述装置包括：

信息获取模块，用于获取待设计单极板的活性区域以及该活性区域内的初始流场分布图、所述待设计单极板的负载工况范围，所述待设计单极板采用至少一层金属薄板制成，两侧面分别设有气体流道和冷却液流道，所述气体流道与所述冷却液流道交错设置，相邻所述气体流道之间和相邻所述冷却液流道之间通过凸起结构实现支撑与电流传导的作用；

等效长度提取模块，用于基于所述初始流场分布图确定流场最小等效长度；

数量计算模块，用于根据所述负载工况范围、所述流场最小等效长度确定调节结构的调节数量，所述调节结构在单极板中的高度低于被替代的凸起结构的高度，所述调节结构在气体与冷却液压力差作用下向所述气体流道或者所述冷却液流道发生形变，以调节反应气体在所述活性区域内的流场等效长度，所述金属薄板在所述调节结构位置处的弹性变形量大于所述金属薄板的平均弹性变形量；所述流场等效长度是指所有从流场入口到流场出口的气体粒子在流场中通过的流道长度的平均值；

位置设计模块，用于根据所述调节数量设置所述调节结构的位置，得到设计后的调整流场分布图。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。