CN117996120B - 一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及燃料电池测试技术领域，尤其涉及一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法和装置，根据生产需求确定燃料电池气体扩散层的总体孔隙率，获取总体孔隙率下的多个孔隙率结构；获取燃料电池气体扩散层的性能评价指标，构建燃料电池气体扩散层的性能评价体系；结合评价函数和指标权重，计算多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数；依据评价分数，确定多个孔隙率结构中的最优设计方案。本发明不仅可以筛选出最佳燃料电池产品设计，同时还可以看出不同燃料电池产品设计之间性能指标的差异性，通过补足短板指导燃料电池产品优化设计方向。
Description
技术领域
本申请涉及燃料电池测试技术领域，尤其涉及一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法和装置。
背景技术
为了提升改善燃料电池水热管理性能，需要不断对气体扩散层的结构进行设计，如孔隙率为0.7的气体扩散层结构可有多种形式的设计方案。
虽然总体孔隙率都为0.7，但是内部每层内的结构是不同的，从上至下每层的孔隙率可以线性由大变小，也可以线性由小变大，可以随机大小分布，也可以均匀分布，因此每层的孔隙率也存在较大差异。在多种设计方案情况下其内部的气-水-热-电传输特性会有显著的不同。
不均匀孔隙率分布的气体扩散层设计方案，有可能各项输出性能指标较为均衡，而梯级孔隙率或者有序化孔隙率结构设计方案的目的可能单一或者部分指标十分突出。总之，在满足总体孔隙率设计下，局部每层的孔隙率设计可以有多种多样的组合形式。但当生产端依据需求选定一种总体孔隙率时，如何设计每层内的局部孔隙率使得性能输出均衡最佳是当前燃料电池优化设计的重点问题，而现有技术中缺少对于依据孔隙率性能指标评价的燃料电池优化设计方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方案，以解决现有技术中燃料电池局部孔隙率最佳设优化的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
根据本发明第一方面，本发明请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法，其特征在于，包括：
根据生产需求确定燃料电池气体扩散层的总体孔隙率，获取所述总体孔隙率下的多个孔隙率结构；
获取燃料电池气体扩散层的性能评价指标，构建燃料电池气体扩散层的性能评价体系；
结合评价函数和指标权重，计算所述多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数；
依据所述评价分数，确定所述多个孔隙率结构中的最优设计方案。
进一步的，所述多个孔隙率结构至少包括：
第一梯级孔隙率结构、第二梯级孔隙率结构、有序化孔隙率结构；
所述第一梯级孔隙率结构为气体扩散层从上至下每层的孔隙率线性由大变小；
所述第二梯级孔隙率结构为气体扩散层从上至下每层的孔隙率线性由小变大；
所述有序化孔隙率结构为气体扩散层从上至下每层的孔隙率均匀分布。
进一步的，所述燃料电池气体扩散层的性能评价指标至少包括：
特征性能指标、机械性能指标、电学性能指标、耐久性能指标；
所述特征性能指标包括所述燃料电池气体扩散层的透气率和排气能力；
所述机械性能指标包括所述燃料电池气体扩散层的拉伸强度和压缩特性；
所述电学性能指标包括所述燃料电池气体扩散层的垂直方向电导率和平面方向电导率；
所述耐久性能指标包括所述燃料电池气体扩散层的酸腐蚀耐受性。
进一步的，该方法还包括：
所述透气率是气体扩散层的核心性能指标，采用透气度仪利用等压差法比较相同压差下的多个孔隙率结构的性能差异。
进一步的，该方法还包括：
利用测试液态水突破压力表征所述燃料电池气体扩散层的排水能力；
测试前将红色染色水注射进入溶液池，注射液面为到达溶液池上方通道位置，关闭注水管路单向阀；
将注水管路连接气源压力管路，将所述多个孔隙率结构的燃料电池气体扩散层夹入测试夹具中，在上方空腔位置垫入白色吸水滤纸；
打开注水管路截止阀和气源管路减压阀调整至适合压力；
打开单向阀、截止阀，从低压至高压缓慢调节微压差计，记录白色吸收滤纸变红时微压差计压力示数作为液态水突破压力。
进一步的，该方法还包括：
所述拉伸强度反映所述燃料电池气体扩散层的生产制造工艺特点，其性能取决于碳纤维自身强度、浸渍粘结剂碳化后的强度，所述拉伸强度通过万能试验机进行试验；
所述压缩特性的测试方法采用计算所述多个孔隙率结构的燃料电池气体扩散层在无压力下的初始厚度和多次压缩后的厚度差异得到。
进一步的，该方法还包括：
所述酸腐蚀耐受性包括酸腐蚀前后所述燃料电池气体扩散层的厚度均匀性、平面方向电阻率、拉伸强度、透气率的变化幅度。
进一步的，所述结合评价函数和指标权重，计算所述多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数，还包括：
获取所述燃料电池气体扩散层下的各个性能评价指标的评价函数，计算得到各个性能评价指标的评价值；
依据各个指标性能对于燃料电池性能的重要性程度为每个性能评价指标值分配指标权重；
计算所述多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数。
根据本发明第二方面，本发明请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计装置，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法。
本申请涉及燃料电池测试技术领域，尤其涉及一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法和装置，根据生产需求确定燃料电池气体扩散层的总体孔隙率，获取总体孔隙率下的多个孔隙率结构；获取燃料电池气体扩散层的性能评价指标，构建燃料电池气体扩散层的性能评价体系；结合评价函数和指标权重，计算多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数；依据评价分数，确定多个孔隙率结构中的最优设计方案。本发明不仅可以筛选出最佳燃料电池产品设计，同时还可以看出不同燃料电池产品设计之间性能指标的差异性，通过补足短板指导燃料电池产品优化设计方向。
附图说明
图1为本发明第一实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的工作流程图；
图2为本发明第一实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的多个孔隙率结构示意图；
图3为本发明第一实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的透气率对比示意图；
图4为本发明第一实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的排水能力测试装置示意图；
图5为本发明第一实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的压缩率测试结果示意图；
图6为本发明第二实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计装置的结构示意图；
图7为本发明第三实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的厚度均匀性试验结果示意图；
图8为本发明第三实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的透气率试验结果示意图；
图9为本发明第三实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的排水能力试验结果示意图；
图10为本发明第三实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的拉伸强度试验结果示意图
图11为本发明第三实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的压缩特性试验结果示意图；
图12为本发明第三实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的平面方向电阻率试验结果示意图；
图13为本发明第三实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的垂直方向电阻率试验结果示意图；
图14为本发明第三实施例所请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法的酸腐蚀耐受性指标实验结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本申请中的术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
根据本发明第一实施例，本发明请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法，参照图1，包括：
S1,根据生产需求确定燃料电池气体扩散层的总体孔隙率，获取总体孔隙率下的多个孔隙率结构；
S2,获取燃料电池气体扩散层的性能评价指标，构建燃料电池气体扩散层的性能评价体系；
S3,结合评价函数和指标权重，计算多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数；
S4,依据评价分数，确定多个孔隙率结构中的最优设计方案。
进一步的，多个孔隙率结构至少包括：
第一梯级孔隙率结构、第二梯级孔隙率结构、有序化孔隙率结构；
第一梯级孔隙率结构为气体扩散层从上至下每层的孔隙率线性由大变小；
第二梯级孔隙率结构为气体扩散层从上至下每层的孔隙率线性由小变大；
有序化孔隙率结构为气体扩散层从上至下每层的孔隙率均匀分布。
具体的，参照图2，从左至右依次为第一梯级孔隙率结构、第二梯级孔隙率结构和有序化孔隙率结构。
进一步的，燃料电池气体扩散层的性能评价指标至少包括：
特征性能指标、机械性能指标、电学性能指标、耐久性能指标；
特征性能指标包括燃料电池气体扩散层的透气率和排气能力；
机械性能指标包括燃料电池气体扩散层的拉伸强度和压缩特性；
电学性能指标包括燃料电池气体扩散层的垂直方向电导率和平面方向电导率；
耐久性能指标包括燃料电池气体扩散层的酸腐蚀耐受性。
其中，在该实施例中，对于一个气体扩散层而言，从最上层至最下层，不同孔隙率组合形式下其力学性能具有较大差异性。虽然从生产工艺而言，按照同等的烧制温度等进行，各个碳纤维的性能达到一致，但由于结构的差异性，总体性能存在差异。
进一步的，该方法还包括：
透气率是气体扩散层的核心性能指标，采用透气度仪利用等压差法比较相同压差下的多个孔隙率结构的性能差异。
其中，在该实施例中，如图3，在20Pa压差下，AA和BB两种相同孔隙率设计但透气能力具有较大差异性。
进一步的，该方法还包括：
利用测试液态水突破压力表征燃料电池气体扩散层的排水能力；
测试前将红色染色水注射进入溶液池，注射液面为到达溶液池上方通道位置，关闭注水管路单向阀；
将注水管路连接气源压力管路，将多个孔隙率结构的燃料电池气体扩散层夹入测试夹具中，在上方空腔位置垫入白色吸水滤纸；
打开注水管路截止阀和气源管路减压阀调整至适合压力；
打开单向阀、截止阀，从低压至高压缓慢调节微压差计，记录白色吸收滤纸变红时微压差计压力示数作为液态水突破压力。
其中，在该实施例中，由于燃料电池产物水需要高效的排出以免堵塞气体传输通道造成电池“水淹”，相同处理条件下的气体扩散层由于结构特征的不同排水能力具有差异性。本实施例设计的测试装置图如图4所示：
由于气体扩散层毛细压力等左右，液态水需要一定的突破压力才能从下至上排出。因此测试通过测试液态水突破压力表征气体扩散层排水能力。测试前将红色染色水注射进入溶液池，注射液面为到达溶液池上方通道位置，关闭注水管路单向阀；将注水管路连接气源压力管路；将不同结构设计的气体扩散层样品夹入如下图测试夹具中，在上方空腔位置垫入白色吸水滤纸；打开注水管路截止阀；打开气源管路减压阀调整至适合压力；打开单向阀、截止阀；调节微压差计（从低压至高压缓慢调节），记录白色吸收滤纸变红时微压差计压力示数作为突破压力。
进一步的，该方法还包括：
拉伸强度反映燃料电池气体扩散层的生产制造工艺特点，其性能取决于碳纤维自身强度、浸渍粘结剂碳化后的强度，拉伸强度通过万能试验机进行试验；
压缩特性的测试方法采用计算多个孔隙率结构的燃料电池气体扩散层在无压力下的初始厚度和多次压缩后的厚度差异得到。
其中，在该实施例中，除了初次压缩性能，气体扩散层的反复压缩回弹性能对燃料电池装配过程及性能一致性保障具有重要意义。
压缩特性测试方法采用反复在压盘外侧施加压力如（1.0MPa）；
记录第一次压缩率、第二次压缩率/>、第三次压缩率/>等。压缩率按照式（1）计算：/>；
式中：为样品初始平均厚度（μm）；/>为1.0MPa压强下的厚度微米（μm）。
常规的压缩测试中一般使用第一次压缩率进行计算，但由于样品在反复压缩后起始厚度具有明显变化，因此在本实施例中，如图5所示，按照式（2）计算样品在无压力下的初始厚度/>和多次压缩后的厚度/>差异，使用第N次压缩率（N>=2）作为评价压缩特性的能力θ。
；
进一步的，该方法还包括：
酸腐蚀耐受性包括酸腐蚀前后燃料电池气体扩散层的厚度均匀性、平面方向电阻率、拉伸强度、透气率的变化幅度。
其中，在该实施例中，电阻率是影响气体扩散层性能的最为核心的指标之一。降低电阻率可以有效减少燃料电池的欧姆损失，提高导电能力。欧姆损失的直观表现是通过产热的途径损耗，这意味着电阻率也会影响到电池的热管理性能。平面方向电阻率受产品制备工艺的影响，如纤维的分散，碳化、石墨化的效果等。相比于平面方向电阻率，由于电子传输的方向，垂直方向电阻率对电池性能影响更甚。在测试过程中，常常选用不同压力下的垂直方向电阻率值来代表，也有助于装配预紧力等的确定，如常见的有1MPa下的垂直方向电阻率值。电阻率用通用电阻测试设备测试。
从用户端及研发端，耐久性是衡量气体扩散层性能稳定性及燃料电池寿命的重要因素。本申请通过利用酸腐蚀前后气体扩散层样品厚度均匀性（测厚仪）、平面方向电阻率、拉伸强度、透气率变化幅度（耐久试验后与试验前数值变化率，%）进行耐久性能评价。酸腐蚀的条件为：将样品放入装有15%H2O2+1mol/LH2SO4混合溶液容器中，置于80℃恒温水浴处理20天，过程中盛放溶液的容器需密封，中间观察混合溶液的量，若不足，需及时添加。
进一步的，步骤S3，还包括：
获取燃料电池气体扩散层下的各个性能评价指标的评价函数，计算得到各个性能评价指标的评价值；
依据各个指标性能对于燃料电池性能的重要性程度为每个性能评价指标值分配指标权重；
计算多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数。
其中，在该实施例中，不同孔隙率分布的结构设计方案中选出最佳的设计方案除了依托综合测评指标体系外，还需要依赖评价函数和指标权重的支撑。依据测试的结果及构建好的评分函数/权重进行测评，对不同孔隙率分布的结构设计方案产品进行综合打分，得到最佳的方案。指标单项得分最高为100分，乘以权重因子加权得到最终分数。
厚度均匀性由厚度变异系数x 1（厚度标准差除以平均厚度）评价，选择不同孔隙率分布的结构设计方案中厚度变异系数最大值Tmax作为评分下限，选择不同孔隙率分布的结构设计方案中厚度变异系数最小值Tmin作为评分上限。即在每一个固定孔隙率的多种分布结构中存在的最大值（max）和最小值（min）。但当最大值满足了一流产品技术要求时，可直接得满分。
厚度均匀性评价函数Q 1如式（3）所示，当满足一定指标条件下时，可以看出单项最少可以得40分，最高可以得60分，但若厚度均匀性太差，即高于2%，则认为该种结构设计方案容易造成偏离设计指标下限，得分为0。
（3）；
透气率x 2在压差50Pa下一般不小于200mL·mm/（cm2·h·mmHg）。选择不同孔隙率分布的结构设计方案中透气率最大值作为评分上限（若大于3000mL·mm/（cm2·h·mmHg），则认为性能足够好，得满分）。因此透气率评价函数Q 2如式（4）所示。
（4）；
排水能力由突破压力x 3表达，不同试验条件下液态水的突破压力约为1kPa至7kPa之间，因此评价函数Q 3如式（5）所示。
（5）；
常见的拉伸强度x 4在15MPa至30MPa之间。拉伸强度试验采用试验机夹持样品后施加拉力，记录样品断裂时的拉力大小。采用该断裂拉力大小除以样品宽度和夹持长度计算获得拉伸强度。拉伸强度评价函数Q 4如式（6）所示。
（6）；
压缩特性x 5评价函数Q 5如式（7）所示，选择不同孔隙率分布的结构设计方案中压缩特性最大值θmax作为评分下限，最小值θmin作为评分下上限。
（7）；
当前平面方向电阻率x 6一般不大于30mΩ·cm，部分低于5mΩ·cm；平面方向电阻率评价函数Q 6如式（8）所示。
（8）；
当前垂直方向电阻率x 7一般处于200mΩ·cm~500mΩ·cm之间。垂直方向电阻率评价函数Q 7如式（9）所示。
（9）；
通过对不同孔隙率分布的结构设计方案样品耐久性测试前后性能（酸腐蚀耐受性），如厚度均匀性、平面方向电阻率、拉伸强度、透气率变化幅度，进行耐久性能评价。耐久性评价函数Q 8如式（10）所示。
（10）；
式中：x i中i代表编号，在式（10）中取8,9,10,11，其中x 8代表厚度均匀性变化幅度、x 9代表平面方向电阻率变化幅度、x 10拉伸强度变化幅度、x 11透气率变化幅度。
获取评价函数后，通过给每个指标分配权重占比（根据该指标性能对于燃料电池性能的重要性程度分配），如表1所示。
表1指标权重占比表
不同孔隙率分布的结构设计方案利用评价函数以及指标权重占比即可获得评分得出最佳设计方案。性能综合评分计算方法如下：根据指标得分及权重占比计算得出，计算方法如下式。
；
式中，Q为不同孔隙率分布的结构设计方案综合性能评价得分；y i为序号为i的指标权重占比。
根据本发明第二方面，本发明请求保护一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计装置，参照图6，包括：
一个或多个处理器；
存储器，其上存储有一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现的一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法。
根据本发明第三实施例的一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法，选出了三种同一孔隙率但是不同结构设计的第一梯级孔隙率结构、第二梯级孔隙率结构和有序化孔隙率结构的试验数据给出一次完整的评价过程。
三种样品代号分别是A，B，C，样品厚度均匀性试验结果如图7所示：
利用式（3）计算，Tmin=1.01%；Tmax=2.42%。因此样品A在厚度均匀性得分为100分；样品B得分为0分；样品C得分为68.48分。
样品的样品透气率试验结果如图8所示，利用式（4）进行计算，因此样品A在透气率得分为2.04分，样品B得分为100分，样品C得分为19.2分；
样品排水能力试验结果如图9所示，利用式（5）进行计算；因此样品A在排水能力得分为13.67，样品B得分为89.67，样品C得分为48。
样品拉伸强度试验结果如图10所示，利用式（6）进行计算，样品A在拉伸强度得分为49.47，样品B得分为10.2，样品C得分为100。
样品压缩特性试验结果如图11所示，利用式（7）进行计算，样品A压缩特性得分为38.30，样品B得分为0，样品C得分为60.70。
样品平面方向电阻率试验结果如图12所示，利用式（8）进行计算，样品A平面方向电阻率得分为58.80，样品B得分为0，样品C得分为93.56。
样品垂直方向电阻率试验结果如图13所示，利用式（9）进行计算，样品A垂直方向电阻率得分为47.62，样品B得分为22.60，样品C得分为89.80。
酸腐蚀耐受性指标实验结果如图14所示，包括三种同一孔隙率不同结构样品的厚度均匀性变化幅度、平面方向电阻率变化幅度、拉伸强度变化幅度、透气率变化幅度试验结果。
利用式（10）进行计算：
样品A厚度均匀性变化幅度得分为48.17，样品B得分为6.33，样品C得分为79.67；
样品A平面方向电阻率变化幅度得分为100，样品B得分为0，样品C得分为100。
样品A拉伸强度变化幅度得分为10.83，样品B得分为0，样品C得分为32.67；
样品A透气率变化幅度得分为94.33，样品B得分为100，样品C得分为62.17。
将结果与表1相结合，如下表2所示，利用式（11）计算每个样品总得分：
表2指标总得分计算
因此利用式（11），样品A总得分计算为=6%×100+10%×2.04+12%13.67+8.5%×49.47+12.5%×38.3+12%×58.8+9%×47.62+6%×48.17+6%×100+9%×10.83+9%×94.33=46.53分。同理样品B总得分为33.04分；样品C得分为66.50分。因此同一孔隙率下样品C具有更好的性能表现。
该实施例不仅可以筛选出最佳产品设计，同时还可以看出不同产品设计之间性能指标的差异性，通过补足短板指导产品优化设计方向。
本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围。
以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本申请并不限制于以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本申请的范畴之中，因此，在不脱离本申请的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本申请的范围内。
Claims (6)
1.一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法，其特征在于，包括：
根据生产需求确定燃料电池气体扩散层的总体孔隙率，获取所述总体孔隙率下的多个孔隙率结构；
获取燃料电池气体扩散层的性能评价指标，构建燃料电池气体扩散层的性能评价体系；
结合评价函数和指标权重，计算所述多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数；
依据所述评价分数，确定所述多个孔隙率结构中的最优设计方案；
所述多个孔隙率结构至少包括：
第一梯级孔隙率结构、第二梯级孔隙率结构、有序化孔隙率结构；
所述第一梯级孔隙率结构为气体扩散层从上至下每层的孔隙率线性由大变小；
所述第二梯级孔隙率结构为气体扩散层从上至下每层的孔隙率线性由小变大；
所述有序化孔隙率结构为气体扩散层从上至下每层的孔隙率均匀分布；
所述燃料电池气体扩散层的性能评价指标至少包括：
特征性能指标、机械性能指标、电学性能指标、耐久性能指标；
所述特征性能指标包括所述燃料电池气体扩散层的透气率和排气能力；
所述机械性能指标包括所述燃料电池气体扩散层的拉伸强度和压缩特性；
所述电学性能指标包括所述燃料电池气体扩散层的垂直方向电导率和平面方向电导率；
所述耐久性能指标包括所述燃料电池气体扩散层的酸腐蚀耐受性；
所述结合评价函数和指标权重，计算所述多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数，还包括：
获取所述燃料电池气体扩散层下的各个性能评价指标的评价函数，计算得到各个性能评价指标的评价值；
依据各个指标性能对于燃料电池性能的重要性程度为每个性能评价指标值分配指标权重；
计算所述多个孔隙率结构在燃料电池气体扩散层的性能评价体系下的评价分数；
不同孔隙率分布的结构设计方案利用评价函数以及指标权重占比即可获得评分得出最佳设计方案；
性能综合评分计算方法如下：根据指标得分及权重占比计算得出，计算方法如下式：
；
式中，Q为不同孔隙率分布的结构设计方案综合性能评价得分；y i为序号为i的指标权重占比。
2.如权利要求1所述的一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法，其特征在于，还包括：
所述透气率是气体扩散层的核心性能指标，采用透气度仪利用等压差法比较相同压差下的多个孔隙率结构的性能差异。
3.如权利要求2所述的一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法，其特征在于，还包括：
利用测试液态水突破压力表征所述燃料电池气体扩散层的排水能力；
测试前将红色染色水注射进入溶液池，注射液面为到达溶液池上方通道位置，关闭注水管路单向阀；
将注水管路连接气源压力管路，将所述多个孔隙率结构的燃料电池气体扩散层夹入测试夹具中，在上方空腔位置垫入白色吸水滤纸；
打开注水管路截止阀和气源管路减压阀调整至适合压力；
打开单向阀、截止阀，从低压至高压缓慢调节微压差计，记录白色吸收滤纸变红时微压差计压力示数作为液态水突破压力。
4.如权利要求3所述的一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法，其特征在于，还包括：
所述拉伸强度反映所述燃料电池气体扩散层的生产制造工艺特点，其性能取决于碳纤维自身强度、浸渍粘结剂碳化后的强度，所述拉伸强度通过万能试验机进行试验；
所述压缩特性的测试方法采用计算所述多个孔隙率结构的燃料电池气体扩散层在无压力下的初始厚度和多次压缩后的厚度差异得到。
5.如权利要求4所述的一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法，其特征在于，还包括：
所述酸腐蚀耐受性包括酸腐蚀前后所述燃料电池气体扩散层的厚度均匀性、平面方向电阻率、拉伸强度、透气率的变化幅度。
6.一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计装置，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至5中任意一项所述的一种基于燃料电池气体扩散层性能评价的优化设计方法。
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