JP2005285353A

JP2005285353A - 数値解析システム

Info

Publication number: JP2005285353A
Application number: JP2004093084A
Authority: JP
Inventors: Atsumi Ida; 敦巳井田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】膨大な作業工数を要することなく接触抵抗をモデル化できる数値解析システムを提案する。
【解決手段】本発明の数値解析システム（１０）は、解析対象を構成する各構成部材をモデル化したメッシュモデル（５１）の間に接触抵抗値が定義された微小メッシュ（５２）を介挿して解析対象の解析モデル（６０）を生成する解析モデル生成手段（２１）と、解析モデル（６０）に基づいて解析対象の電気特性を数値解析する数値解析手段（２２）を備える。各構成部材をモデル化したメッシュモデル（５１）の間に接触抵抗が定義された微小メッシュ（５２）を介挿することで、接触界面における接触抵抗の定義を省略することが可能となり、膨大な作業工数を要することなく接触抵抗をモデル化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は解析対象の電気特性を数値解析する数値解析システムに関し、特に、解析対象を構成する各構成部材の接触抵抗をモデル化するための改良技術に関する。

燃料電池の発電特性を数値解析する上で、例えば、特開平２０００−９０９５０号公報に開示されているような有限要素法による数値解析技術が利用されている。有限要素法による数値解析では、燃料電池セルを構成する膜電極接合体、拡散層、セパレータ等の各構成部材をモデル化したメッシュモデルについて、その形状、物性値、接触抵抗等を定義する必要がある。
特開平２０００−９０９５０号公報

しかし、燃料電池セルを構成する各構成部材の接触抵抗を定義するには、手入力で接触界面を指定しなければならず、作業工数が膨大になる。

そこで、本発明は膨大な作業工数を要することなく接触抵抗をモデル化できる数値解析システムを提案することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の数値解析システムは、解析対象を構成する各構成部材をモデル化したメッシュモデルの間に接触抵抗値が定義された微小メッシュを介挿して解析対象の解析モデルを生成する解析モデル生成手段と、解析モデルに基づいて解析対象の電気特性を数値解析する数値解析手段を備える。各構成部材をモデル化したメッシュモデルの間に接触抵抗が定義された微小メッシュを介挿することで、接触界面における接触抵抗の定義を省略することが可能となり、膨大な作業工数を要することなく接触抵抗をモデル化できる。微小メッシュの物性値は当該微小メッシュに接する何れかの構成部材の物性値と略同一に設定するのがよい。これにより微小メッシュ挿入に伴う数値解析誤差を低減できる。解析対象としては、例えば、燃料電池セルなどが好適である。

本発明によれば、各構成部材をモデル化したメッシュモデルの間に接触抵抗が定義された微小メッシュを介挿することで、接触界面における接触抵抗の定義を省略することが可能となり、膨大な作業工数を要することなく接触抵抗をモデル化できる。

本実施形態の数値解析システムは、解析対象を構成する各構成部材をモデル化したメッシュモデルの間に接触抵抗値が定義された微小メッシュを介挿して解析対象の解析モデルを生成する解析モデル生成手段と、解析モデルに基づいて解析対象の電気特性を数値解析する数値解析手段を備える。解析対象を構成する各構成部材とは、物理特性が同一の各部材をいう。燃料電池セルを解析対象として発電解析を行う場合、燃料電池セルの各構成部材は膜電極接合体、触媒層、拡散層、セパレータ等である。微小メッシュとは各構成部材の接触抵抗をモデル化するために各構成部材のメッシュモデルの間に介挿される有限要素をいう。微小メッシュには構成部材相互間の接触面における電気抵抗値（接触抵抗値）が付与されている。各構成部材をモデル化したメッシュモデル同士の接触面への微小メッシュ挿入に伴う数値解析誤差を低減するためには、微小メッシュの物性値として、微小メッシュに接する何れかの構成部材の物性値と略同一になるように定義するのが望ましい。また、微小メッシュの膜厚としては薄い方が望ましく、特に、１メッシュ分のサイズが好適である。

本実施例では燃料電池セルを構成する各構成部材の接触抵抗を微小メッシュによってモデル化し、その発電特性を数値解析する手順を説明する。

図２は本実施例の燃料電池セルの解析モデルを示している。解析モデル６０は、膜電極接合体をモデル化したメッシュモデル６１、触媒層をモデル化したメッシュモデル６２、拡散層をモデル化したメッシュモデル６３、セパレータをモデル化したメッシュモデル６４を含んで構成される。更に、触媒層と拡散層の接触抵抗をモデル化する微小メッシュ６５がメッシュモデル６２，６３の間に介挿され、拡散層とセパレータの接触抵抗をモデル化する微小メッシュ６６がメッシュモデル６３，６４の間に介挿されている。微小メッシュ６５の電気抵抗値は触媒層と拡散層の接触抵抗と略等しくなるように定義されており、その電気抵抗値はメッシュモデル６２，６３の電気抵抗値よりも大きい。微小メッシュ６５の物性値は触媒層又は拡散層の何れか一方の物性値と略等しくなるように定義するのが望ましい。同様にして、微小メッシュ６６の電気抵抗値は拡散層とセパレータの接触抵抗と等しくなるように定義されており、その電気抵抗値はメッシュモデル６３，６４の電気抵抗値よりも大きい。微小メッシュ６６の物性値は拡散層又はセパレータの何れか一方の物性値と略等しくなるように定義するのが望ましい。微小メッシュ６５，６６の膜厚は１メッシュ分に設定するのがよい。

図１は本実施例の数値解析システムの機能ブロック図を示している。数値解析システム１０は、解析モデルの生成及び数値解析を行うプロセッサ２０と、解析モデル生成に必要なメッシュモデルを記憶する記憶装置３０と、数値解析結果を出力する出力装置４０を備えて構成されており、燃料電池セルの発電特性を数値解析する燃料電池シミュレータとして機能する。記憶装置３０には燃料電池セルを構成する各構成部材をモデル化したメッシュモデル５１と、各構成部材の接触抵抗をモデル化するための微小メッシュ５２が格納されている。メッシュモデル５１では接触界面における接触抵抗値は定義されていない。メッシュモデル５１には上述したメッシュモデル６１〜６４が含まれ、メッシュモデル５２には上述したメッシュモデル６５〜６６が含まれる。プロセッサ２０はメッシュモデル５１と微小メッシュ５２から燃料電池セルの解析モデル６０を生成する解析モデル生成手段２１、解析モデル６０を基に燃料電池セルの発電特性を数値解析する数値解析手段２２、数値解析結果を出力装置４０に出力するための解析結果出力手段２３として機能する。出力装置４０は数値解析結果を画像表示又は印刷等の手段で出力するための装置であり、ディスプレイ装置やプリンタ装置などで構成される。本実施例によれば、燃料電池セルの各構成部材をモデル化したメッシュモデルの間に接触抵抗が定義された微小メッシュを介挿することで、接触界面における接触抵抗の定義を省略することが可能となり、膨大な作業工数を要することなく接触抵抗をモデル化することができる。

本実施例の燃料電池シミュレータの機能ブロック図である。本実施例の燃料電池セルの解析モデルである。

符号の説明

１０…燃料電池シミュレータ２０…プロセッサ２１…解析モデル生成手段２２…数値解析手段２３…解析結果出力手段３０…記憶装置４０…出力装置５１…メッシュモデル５２…微小メッシュ６０…解析モデル６５，６６…微小メッシュ

Claims

解析対象の電気特性を数値解析する数値解析システムであって、解析対象を構成する各構成部材をモデル化したメッシュモデルの間に接触抵抗値が定義された微小メッシュを介挿して解析対象の解析モデルを生成する解析モデル生成手段と、前記解析モデルに基づいて解析対象の電気特性を数値解析する数値解析手段を備える、数値解析システム。
請求項１に記載の数値解析システムであって、前記微小メッシュの物性値は前記微小メッシュに接する何れかの構成部材の物性値と略同一である、数値解析システム。
請求項１又は請求項２に記載の数値解析システムであって、前記解析対象は燃料電池セルである、数値解析システム。