JP7398168B1 - Methods, devices, and electronic devices for reconfiguring gas diffusion layers in fuel cells - Google Patents
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Abstract
【課題】多層炭素繊維層で構成される燃料電池のガス拡散層の再構成方法を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池ガス拡散層の再構成スキームは、ガス拡散層の多層炭素繊維層を自動的に再構成し、ガス拡散層の再構成構造パラメータを取得し、再構成構造パラメータを前処理してプリセットパラメータ値を取得し、３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の炭素繊維層の複数の位置ポイントを取得し、複数の位置ポイントを接続して、ガス拡散層の炭素繊維を取得し、さらにガス拡散層のリアルタイム孔隙率を取得し、リアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に応じてガス拡散層を再構成する。このスキームは、従来の技術における層ごとに手動生成して再重ね合わせの欠点を改善し、自動孔隙率マッチングスキームを採用し、自動プロセスサイクル制御、統合再構成などの利点を持つ。【選択図】図１A method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell comprised of multiple carbon fiber layers is provided. The reconfiguration scheme of the fuel cell gas diffusion layer of the present invention automatically reconfigures the multilayer carbon fiber layer of the gas diffusion layer, obtains the reconfigured structural parameters of the gas diffusion layer, and obtains the reconfigured structural parameters. preprocess to obtain preset parameter values, use random function method in three-dimensional coordinate system to obtain multiple position points of the carbon fiber layer of the gas diffusion layer, connect the multiple position points, The carbon fibers of the gas diffusion layer are obtained, the real-time porosity of the gas diffusion layer is obtained, the real-time porosity is verified, and the gas diffusion layer is reconfigured according to the verification results. This scheme improves the shortcomings of layer-by-layer manual generation and resuperposition in the traditional technology, adopts an automatic porosity matching scheme, and has the advantages of automatic process cycle control, integrated reconfiguration, etc. [Selection diagram] Figure 1
Description
本願は燃料電池の分野に属し、具体的には燃料電池のガス拡散層の再構成方法、装置、電子機器に関する。 The present application belongs to the field of fuel cells, and specifically relates to a method, apparatus, and electronic device for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell.
近年、経済と社会のさらなる発展に伴い、人々の環境保護に対する意識が高まっており、無公害、グリーン、低炭素の社会を構築するための実際的なニーズが提唱されている。水素エネルギーは、環境に優しいなどの大きな利点により、非常に幅広い応用の可能性を秘めている。燃料電池自動車の開発を促進することは、水素エネルギーの利用において非常に重要なルートの１つである。プロトン交換膜燃料電池は、高効率、ゼロエミッション、移動部品なし、低騒音などの利点があり、次世代の自動車エンジンに最適と広く考えられている。ガス拡散層は、プロトン交換膜燃料電池のコアコンポーネントの１つとして、電極の支持（機械的特性）、反応物の拡散、電子の輸送、放熱、排水などの機能を備えている。その複雑な多孔質構造特性、緊密な水－熱－質量結合輸送プロセス、および高い製造プロセス要件により、ガス拡散層は、現在での燃料電池膜および電極の研究における困難である。 In recent years, with the further development of the economy and society, people's awareness of environmental protection has increased, and the practical needs of building a pollution-free, green, and low-carbon society have been advocated. Hydrogen energy has a wide range of potential applications due to its environmental friendliness and other major advantages. Promoting the development of fuel cell vehicles is one of the very important routes for the utilization of hydrogen energy. Proton exchange membrane fuel cells are widely considered ideal for next-generation car engines due to their high efficiency, zero emissions, no moving parts, and low noise. As one of the core components of a proton exchange membrane fuel cell, the gas diffusion layer has functions such as electrode support (mechanical properties), reactant diffusion, electron transport, heat radiation, and drainage. Due to their complex porous structural properties, intimate water-heat-mass coupled transport processes, and high manufacturing process requirements, gas diffusion layers are a challenge in current fuel cell membrane and electrode research.
ガス拡散層の正確かつ迅速な三次元再構成法の開発は、モデル研究にとって非常に重要である。既存の製品の性能を調査するだけでなく、ターゲット設計スキームの性能を予測することもできるため、研究開発コストを大幅に削減できので、関連する当業者にとって緊急の必要性がある。 The development of accurate and rapid three-dimensional reconstruction methods for gas diffusion layers is of great importance for modeling studies. There is an urgent need for those skilled in the art to be able to not only investigate the performance of existing products, but also predict the performance of target design schemes, which can significantly reduce research and development costs.
それに対して、本願は、燃料電池のガス拡散層の再構成方法、装置、および電子機器を提供することを目的とする。 In contrast, the present application aims to provide a method, apparatus, and electronic device for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell.
第１の側面では、本願の実施例は、多層炭素繊維層で構成される燃料電池のガス拡散層の再構成方法であって、
ガス拡散層の再構成構造パラメータを取得し、再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得し、
３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを取得し、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、ガス拡散層の第１の炭素繊維を取得し、
第１の炭素繊維に基づいて、ガス拡散層の第１のリアルタイム孔隙率を取得し、
プリセットパラメータ値によって第１のリアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に従ってガス拡散層を再構成する、
燃料電池のガス拡散層の再構成方法を提供する。
In a first aspect, embodiments of the present application provide a method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell composed of multilayer carbon fiber layers, the method comprising:
obtain the reconstructed structure parameters of the gas diffusion layer, preprocess and arrange the reconstructed structure parameters, obtain the preset parameter values,
obtaining a first position point and a second position point of a first carbon fiber layer of the gas diffusion layer using a random function method in a three-dimensional coordinate system;
connecting a first location point and a second location point to obtain a first carbon fiber of the gas diffusion layer;
obtaining a first real-time porosity of the gas diffusion layer based on the first carbon fiber;
verifying the first real-time porosity by a preset parameter value and reconfiguring the gas diffusion layer according to the verification result;
A method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell is provided.
上記の第１の側面の可能な実現では、方法には、
再構成構造パラメータは、少なくとも、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層数のプリセットパラメータ値が含まれ、
再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得することは、再構成の具体的なニーズに従って、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層の数をプリセット値に配置し、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層数のプリセットパラメータ値を取得することを含み、
プリセットパラメータ値を取得した後、プリセットパラメータ値をプリセットの配列に格納すること、をさらに含む。
In a possible realization of the first aspect above, the method includes:
The reconstructed structural parameters include at least preset parameter values of each layer length, width, porosity size, fiber diameter, and number of carbon fiber layers of the gas diffusion layer;
Preprocessing and arranging the reconstruction structure parameters and obtaining preset parameter values can be done by adjusting each layer length, width, porosity size, fiber diameter, and placing the number of carbon fiber layers in the gas diffusion layer to preset values, and presetting the length, width, porosity size, fiber diameter, and number of carbon fiber layers in each layer of the carbon fiber layer. including obtaining a parameter value;
After obtaining the preset parameter values, the method further includes storing the preset parameter values in an array of presets.
上記の第１の側面の可能な実現では、方法には、
ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを取得することは、具体的に、
ランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層のポイントと第２の位置ポイントを生成することと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標がそれぞれ（x１,y１,z１）と（x２,y２,z２）であることと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標が、プリセットパラメータ値に関することと、を含む。
In a possible realization of the first aspect above, the method includes:
Obtaining the first position point and the second position point of the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer specifically includes:
generating a first carbon fiber layer point and a second position point of the gas diffusion layer using a random function method;
The coordinates of the first position point and the second position point are (x 1 , y 1 , z 1 ) and (x 2 ,y 2 ,z 2 ), respectively;
The coordinates of the first location point and the second location point are related to preset parameter values.
上記の第１の側面の可能な実現では、方法には、
ガス拡散層の第１の炭素繊維層を取得することは、具体的に、
３次元座標系におけるガス拡散層の投影寸法範囲を事前に設定することと、
投影寸法の範囲が、炭素繊維層の長さと幅に応じて設定されることと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、第１の候補炭素繊維線を取得することと、
第１の候補炭素繊維線の投影寸法の範囲を超える部分を除去して、第１の炭素繊維線を取得することと、
炭素繊維層の繊維径に応じて、第１の炭素繊維線を円柱状に膨張させ、ガス拡散層の第１の炭素繊維を得ると、を含む。
In a possible realization of the first aspect above, the method includes:
Obtaining the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer specifically includes:
Setting in advance the projected dimension range of the gas diffusion layer in the three-dimensional coordinate system;
The projected dimension range is set according to the length and width of the carbon fiber layer;
connecting the first location point and the second location point to obtain a first candidate carbon fiber line;
Obtaining a first carbon fiber wire by removing a portion exceeding the range of projected dimensions of the first candidate carbon fiber wire;
The first carbon fiber wire is expanded into a cylindrical shape according to the fiber diameter of the carbon fiber layer to obtain the first carbon fiber of the gas diffusion layer.
上記の第１の側面の可能な実現では、方法には、
第１の炭素繊維に基づいて、ガス拡散層の第１のリアルタイム孔隙率を取得するは、具体的に、
第１の炭素繊維に基づいて、第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長を取得することと、
第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長に基づいて、第１の炭素繊維層のリアルタイムの総体積を取得することと、
第１の炭素繊維層のリアルタイム総体積に基づいて、第１の炭素繊維層の第１のリアルタイム孔隙率を取得することと、を含む。
In a possible realization of the first aspect above, the method includes:
Obtaining the first real-time porosity of the gas diffusion layer based on the first carbon fiber specifically includes:
obtaining a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer based on the first carbon fibers;
obtaining a real-time total volume of the first carbon fiber layer based on a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer;
obtaining a first real-time porosity of the first carbon fiber layer based on a real-time total volume of the first carbon fiber layer.
上記の第１の側面の可能な実現では、方法には、
プリセットパラメータ値によって第１のリアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に従ってガス拡散層を再構成することは、具体的に、
第１のリアルタイム孔隙率を、再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合することと、
照合結果が両者のマッチングを示す場合、ガス拡散層の第２の炭素繊維層に自動的にジャンプして再構成し、３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第２の炭素繊維層の位置ポイントを取得することと、
照合結果が両者の不マッチングことを示す場合、３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを取得することと、
第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを接続して、ガス拡散層の第２の炭素繊維を取得することと、
第２の炭素繊維に基づいて、第１のリアルタイム孔隙率を更新して、ガス拡散層の第２のリアルタイム孔隙率を取得することと、
第２のリアルタイム孔隙率を、再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合し、照合結果が両者の不マッチングことを示す場合、更新されたリアルタイム孔隙率と再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさがマッチングであるまで、取得された炭素繊維の上で、ランダム関数法を改めて使用し続け、ガス拡散層の炭素繊維層の位置ポイントを取得してリアルタイム孔隙率を更新することと、
ガス拡散層の炭素繊維層の各層を再構成した後、炭素繊維層の各層のリアルタイム孔隙率が、再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさとマッチングする場合、ガス拡散層の再構成が完了することと、を含む。
In a possible realization of the first aspect above, the method includes:
Specifically, matching the first real-time porosity by a preset parameter value and reconfiguring the gas diffusion layer according to the matching result includes:
Matching the first real-time porosity to the porosity magnitude of the carbon fiber layer of the specific needs of the reconstitution;
If the matching result shows a match between the two, it will automatically jump to the second carbon fiber layer of the gas diffusion layer and reconstruct it, and use the random function method in the three-dimensional coordinate system to to obtain the position point of the carbon fiber layer of
If the matching result indicates a mismatch between the two, a random function method is used in a three-dimensional coordinate system to obtain a third position point and a fourth position point of the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer. And,
connecting a third location point and a fourth location point to obtain a second carbon fiber of the gas diffusion layer;
updating the first real-time porosity to obtain a second real-time porosity of the gas diffusion layer based on the second carbon fiber;
The second real-time porosity is matched to the porosity magnitude of the carbon fiber layer for the specific needs of the reconstruction, and if the matching results indicate a mismatch between the two, the updated real-time porosity and the reconstruction are Continue to use the random function method again on the obtained carbon fiber until the porosity size of the carbon fiber layer is matching with the specific needs of the carbon fiber layer and position points of the carbon fiber layer of the gas diffusion layer. obtaining and updating real-time porosity;
After reconstituting each layer of the carbon fiber layer of the gas diffusion layer, if the real-time porosity of each layer of the carbon fiber layer matches the porosity size of the carbon fiber layer of the specific needs of reconstitution, the gas diffusion layer completing the reconfiguration of the.
第２の側面に、本願の実施例は、多層炭素繊維層で構成される燃料電池のガス拡散層の再構成装置であって、
ガス拡散層の再構成構造パラメータを取得し、再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得する前処理モジュールと、
３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを取得するデータポイント取得モジュールと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、ガス拡散層の第１の炭素繊維を取得する膨張モジュールと、
第１の炭素繊維に基づいて、ガス拡散層の第１のリアルタイム孔隙率を取得する層分析モジュールと、
プリセットパラメータ値によって第１のリアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に従ってガス拡散層を再構成する再構成モジュールと、
を備える燃料電池のガス拡散層の再構成装置を提供する。
In a second aspect, the embodiment of the present application is an apparatus for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell composed of multilayer carbon fiber layers, comprising:
a preprocessing module that obtains reconstructed structural parameters of the gas diffusion layer, preprocesses and arranges the reconstructed structural parameters, and obtains preset parameter values;
a data point acquisition module that uses a random function method in a three-dimensional coordinate system to obtain a first position point and a second position point of a first carbon fiber layer of the gas diffusion layer;
an expansion module connecting a first location point and a second location point to obtain a first carbon fiber of the gas diffusion layer;
a layer analysis module that obtains a first real-time porosity of the gas diffusion layer based on the first carbon fiber;
a reconstruction module that matches the first real-time porosity according to a preset parameter value and reconstructs the gas diffusion layer according to the matching result;
An apparatus for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell is provided.
上記の第２の側面の可能な実現では、装置には、
再構成構造パラメータが、少なくとも、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層数のプリセットパラメータ値が含まれ、
再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得することが、再構成の具体的なニーズに従って、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層の数をプリセット値に配置し、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層数のプリセットパラメータ値を取得することを含み、
プリセットパラメータ値を取得した後、プリセットパラメータ値をプリセットの配列に格納すること、をさらに含み、
データポイント取得モジュールは、具体的には、
ランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層のポイントと第２の位置ポイントを生成することと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標がそれぞれ（x１,y１,z１）と（x２,y２,z２）であることと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標が、プリセットパラメータ値に関することと、を含む。
In a possible realization of the second aspect above, the device includes:
the reconstructed structural parameters include at least preset parameter values of length, width, porosity size, fiber diameter, and number of carbon fiber layers of the gas diffusion layer for each layer of the carbon fiber layer;
The reconstruction structure parameters can be preprocessed and arranged to obtain preset parameter values, depending on the specific needs of the reconstruction, each layer length, width, porosity size, fiber diameter, and placing the number of carbon fiber layers in the gas diffusion layer to preset values, and presetting the length, width, porosity size, fiber diameter, and number of carbon fiber layers in each layer of the carbon fiber layer. including obtaining a parameter value;
further comprising, after obtaining the preset parameter value, storing the preset parameter value in an array of presets;
Specifically, the data point acquisition module:
generating a first carbon fiber layer point and a second position point of the gas diffusion layer using a random function method;
The coordinates of the first position point and the second position point are (x 1 , y 1 , z 1 ) and (x 2 ,y 2 ,z 2 ), respectively;
The coordinates of the first location point and the second location point are related to preset parameter values.
上記の第２の側面の可能な実現では、装置には、
膨張モジュールは、具体的には、
３次元座標系におけるガス拡散層の投影寸法範囲を事前に設定することと、
投影寸法の範囲が、炭素繊維層の長さと幅に応じて設定されることと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、第１の候補炭素繊維線を取得することと、
第１の候補炭素繊維線の投影寸法の範囲を超える部分を除去して、第１の炭素繊維線を取得することと、
炭素繊維層の繊維径に応じて、第１の炭素繊維線を円柱状に膨張させ、ガス拡散層の第１の炭素繊維を得ると、を含み、
層分析モジュールは、具体的には、
第１の炭素繊維に基づいて、第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長を取得することと、
第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長に基づいて、第１の炭素繊維層のリアルタイムの総体積を取得することと、
第１の炭素繊維層のリアルタイム総体積に基づいて、第１の炭素繊維層の第１のリアルタイム孔隙率を取得することと、を含み、
再構成モジュールは、具体的には、
第１のリアルタイム孔隙率を、再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合することと、
照合結果が両者のマッチングを示す場合、ガス拡散層の第２の炭素繊維層に自動的にジャンプして再構成し、３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第２の炭素繊維層の位置ポイントを取得することと、
照合結果が両者の不マッチングことを示す場合、３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを取得することと、
第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを接続して、ガス拡散層の第２の炭素繊維を取得することと、
第２の炭素繊維に基づいて、第１のリアルタイム孔隙率を更新して、ガス拡散層の第２のリアルタイム孔隙率を取得することと、
第２のリアルタイム孔隙率を、再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合し、照合結果が両者の不マッチングことを示す場合、更新されたリアルタイム孔隙率と再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさがマッチングであるまで、取得された炭素繊維の上で、ランダム関数法を改めて使用し続け、ガス拡散層の炭素繊維層の位置ポイントを取得してリアルタイム孔隙率を更新することと、
ガス拡散層の炭素繊維層の各層を再構成した後、炭素繊維層の各層のリアルタイム孔隙率が、再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさとマッチングする場合、ガス拡散層の再構成が完了することと、を含む。
In a possible realization of the second aspect above, the device includes:
Specifically, the expansion module is
Setting in advance the projected dimension range of the gas diffusion layer in the three-dimensional coordinate system;
The projected dimension range is set according to the length and width of the carbon fiber layer;
connecting the first location point and the second location point to obtain a first candidate carbon fiber line;
Obtaining a first carbon fiber wire by removing a portion exceeding the range of projected dimensions of the first candidate carbon fiber wire;
Expanding the first carbon fiber wire into a cylindrical shape according to the fiber diameter of the carbon fiber layer to obtain the first carbon fiber of the gas diffusion layer,
Specifically, the layer analysis module:
obtaining a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer based on the first carbon fibers;
obtaining a real-time total volume of the first carbon fiber layer based on a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer;
obtaining a first real-time porosity of the first carbon fiber layer based on a real-time total volume of the first carbon fiber layer;
Specifically, the reconfiguration module:
Matching the first real-time porosity to the porosity magnitude of the carbon fiber layer of the specific needs of the reconstitution;
If the matching result shows a match between the two, it will automatically jump to the second carbon fiber layer of the gas diffusion layer and reconstruct it, and use the random function method in the three-dimensional coordinate system to to obtain the position point of the carbon fiber layer of
If the matching result indicates a mismatch between the two, a random function method is used in a three-dimensional coordinate system to obtain a third position point and a fourth position point of the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer. And,
connecting a third location point and a fourth location point to obtain a second carbon fiber of the gas diffusion layer;
updating the first real-time porosity to obtain a second real-time porosity of the gas diffusion layer based on the second carbon fiber;
The second real-time porosity is matched to the porosity magnitude of the carbon fiber layer for the specific needs of the reconstruction, and if the matching results indicate a mismatch between the two, the updated real-time porosity and the reconstruction are Continue to use the random function method again on the obtained carbon fiber until the porosity size of the carbon fiber layer is matching with the specific needs of the carbon fiber layer and position points of the carbon fiber layer of the gas diffusion layer. obtaining and updating real-time porosity;
After reconstituting each layer of the carbon fiber layer of the gas diffusion layer, if the real-time porosity of each layer of the carbon fiber layer matches the porosity size of the carbon fiber layer of the specific needs of reconstitution, the gas diffusion layer completing the reconfiguration of the.
第３の側面では、本願の実施例は、メモリと、プロセッサと、を備え、メモリを設置することによって、コンピュータ実行可能プログラムを格納し、プロセッサがメモリからコンピュータ実行可能プログラムの一部または全部を読み出して実行し、プロセッサが実行可能プログラムの一部または全部を実行することによって、本願の燃料電池のガス拡散層の再構成方法を実現できる電子装置を提供する。 In a third aspect, embodiments of the present application include a memory and a processor, and wherein the memory is configured to store a computer executable program, and the processor reads some or all of the computer executable program from the memory. An electronic device is provided that can realize the method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell according to the present application by reading and executing the executable program and having a processor execute part or all of the executable program.
従来の技術と比較して、本願の燃料電池のガス拡散層の再構成方法は、再構成モデルのコアパラメータが同じであることを確保する上で、時間/経済的コストが低く、パラメータが調整可能であり、サンプルの制限を取り除き、独自の設計を行うという利点がある。他のランダム再構成方法と比較して、プロセスの自動制御と統合再構成の利点がある。再重ね合わせを層ごとに手動で生成するという欠点が改善され、再構成方法は普遍的で強力であり、数値計算グリッドに依存しなくて生成を行う可能である。この方法は、カーボンペーパー型ガス拡散層の性能評価、最適化、予測などに広く使用でき、カーボンペーパー型ガス拡散層の設計と開発にとって重要な科学的意義と経済的価値がある。 Compared with conventional techniques, the present fuel cell gas diffusion layer reconfiguration method has lower time/economic cost in ensuring that the core parameters of the reconfigured model are the same, and the parameters are adjusted. It is possible, and has the advantage of removing sample limitations and making your own designs. Compared with other random reconfiguration methods, it has the advantages of automatic control of the process and integrated reconfiguration. The shortcomings of manually generating resuperposition layer by layer are improved, the reconstruction method is universal and powerful, and generation can be performed without relying on numerical grids. This method can be widely used for performance evaluation, optimization, prediction, etc. of carbon paper-type gas diffusion layers, and has important scientific significance and economic value for the design and development of carbon paper-type gas diffusion layers.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本明細書で使用される「第１」、「第２」などの用語は、本明細書において様々な要素を説明するために使用され得るが、これらの要素は、特に説明のない限り、これらの用語によって制限されないことを理解される。これらの用語は、第一の要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。本開示の例示的な実施例が図面に示されているが、本開示は、本明細書に記載された実施例によって制限されることなく、様々な形で実施され得ることが理解される。代わりに、これらの実施例は、本開示をより完全に理解し、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるために提供される。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. As used herein, terms such as "first" and "second" may be used herein to describe various elements; is understood not to be limited by the terminology. These terms are only used to distinguish one element from another. Although illustrative embodiments of the disclosure are shown in the drawings, it is understood that the disclosure may be embodied in various forms without being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these examples are provided so that this disclosure will be more fully understood, and will fully convey the scope of the disclosure to those skilled in the art.
既存のいくつかの再構成方法には、主にシミュレーション方法を使用したガス拡散層構造の最適化の設計と輸送特性の調査が含まれており、すべて３次元多孔質構造の再構成と再現が必要である。第一の方法は、Ｘ－ＣＴ技術（Ｘ－ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を使用して、非透明なエンティティを透過して内部構造の特徴を取得することである。第二の方法は、ランダム再構成法である。その原理は、既知のパラメータ特徴（繊維の直径など）を使用し、ターゲットパラメータの統計的特徴（孔隙率、厚さなど）と組み合わせて、ランダム再構成法によって多孔質構造を生成することである。このプロセスでは、すべての重要なパラメータをターゲットのニーズに従って調整できる。 Several existing reconstruction methods mainly include the design of gas diffusion layer structure optimization and the investigation of transport properties using simulation methods, all of which are useful for reconstructing and reproducing three-dimensional porous structures. is necessary. The first method is to use X-ray computed tomography (X-CT technology) to penetrate through non-transparent entities to obtain internal structure features. The second method is a random reconstruction method. The principle is to use known parametric features (fiber diameter, etc.) and combine them with target parameter statistical features (porosity, thickness, etc.) to generate porous structures by a random reconstruction method. . In this process, all important parameters can be adjusted according to the target needs.
ただし、ガス拡散層は、異なる方向に特徴が異方性であるため、Ｘ－ＣＴ技術によって得られる幾何学的モデルの特徴もサンプルの特徴によって制限される。同時に、Ｘ－ＣＴの時間と経済的コストによって制限されるため、Ｘ－ＣＴ法を使用して、ガス拡散層の性能に対する重要なパラメータの影響を調査することは理想的ではない。例えば、水と熱の輸送プロセスに対するさまざまな孔隙率と孔径の影響を研究するには、変換に大量のサンプルモデルが必要である。同時に、既存のランダム再構成方法の問題点は、ほとんどが生成とフィードバック制御のために計算グリッドに依存しているため、方法の適用性が低下することである。また、一部の方法では、層ごとに生成し、各層の孔隙率のサイズに基づいて、手動で積み重ねるため、再構成プロセスが面倒で非統合的に制御されることを引き起こす。 However, since the gas diffusion layer is anisotropic in features in different directions, the features of the geometric model obtained by the X-CT technique are also limited by the sample features. At the same time, it is not ideal to use the X-CT method to investigate the influence of important parameters on the performance of the gas diffusion layer, as it is limited by the time and economic cost of X-CT. For example, studying the effects of different porosity and pore size on water and heat transport processes requires large sample models for conversion. At the same time, the problem with existing random reconstruction methods is that most rely on computational grids for generation and feedback control, which reduces the applicability of the methods. Also, some methods generate layer by layer and stack them manually based on the porosity size of each layer, causing the reconstitution process to be cumbersome and non-integratively controlled.
本願のガス拡散層の再構成スキームは、既存の再構成スキームのさまざまな欠点をよりよく克服した。以下、本願の実施例を添付の図面と組み合わせてさらに詳細に説明する。 The gas diffusion layer reconfiguration scheme of the present application better overcomes various drawbacks of existing reconfiguration schemes. Hereinafter, embodiments of the present application will be described in more detail in conjunction with the accompanying drawings.
図１の動作フロー図を参照して、本願の第１の実施例は、多層炭素繊維層で構成される燃料電池のガス拡散層の再構成方法を提供し、
ステップ１：ガス拡散層の再構成構造パラメータを取得し、再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得し、
ステップ２：３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを取得し、
ステップ３：第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、ガス拡散層の第１の炭素繊維を取得し、
ステップ４：第１の炭素繊維に基づいて、ガス拡散層の第１のリアルタイム孔隙率を取得し、
ステップ５：プリセットパラメータ値によって第１のリアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に従ってガス拡散層を再構成する
ことを含む。
Referring to the operation flow diagram of FIG. 1, the first embodiment of the present application provides a method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell composed of multilayer carbon fiber layers,
Step 1: Obtain the reconstructed structure parameters of the gas diffusion layer, preprocess and arrange the reconstructed structure parameters, obtain the preset parameter values,
Step 2: obtain a first position point and a second position point of the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer using a random function method in a three-dimensional coordinate system;
Step 3: connect the first location point and the second location point to obtain the first carbon fiber of the gas diffusion layer;
Step 4: Obtain a first real-time porosity of the gas diffusion layer based on the first carbon fiber;
Step 5: comprising verifying the first real-time porosity by preset parameter values and reconfiguring the gas diffusion layer according to the verification result.
カーボンペーパー型ガス拡散層は、ランダムに分布した炭素繊維の交錯によって形成される。日本の東レで生産されたＴＧＰ－Ｈ－０６０カーボンペーパーは、燃料電池の分野で高い評価を得ており、広く使用されている。全体の孔隙率が７８％、厚さが約１９０μｍであることを特徴とし、図２に燃料電池ガス拡散層のガス拡散層の実物模式図を示す。 The carbon paper type gas diffusion layer is formed by interlacing randomly distributed carbon fibers. TGP-H-060 carbon paper produced by Toray in Japan has received high praise and is widely used in the field of fuel cells. It is characterized by an overall porosity of 78% and a thickness of approximately 190 μm. FIG. 2 shows a schematic diagram of the actual gas diffusion layer of the fuel cell gas diffusion layer.
本実施例では、図１に示す方法を用いて東レＴＧＰ－Ｈ－０６０カーボンペーパー型ガス拡散層をランダムに再構成し、図４のガス拡散層の三次元構造図に関連の表示を示した。 In this example, the Toray TGP-H-060 carbon paper type gas diffusion layer was randomly reconfigured using the method shown in Figure 1, and the related display was shown in the three-dimensional structural diagram of the gas diffusion layer in Figure 4. .
具体的には、ステップ１で、
再構成構造パラメータは、少なくとも、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層数のプリセットパラメータ値が含まれ、
再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得することは、再構成の具体的なニーズに従って、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層の数をプリセット値に配置し、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層数のプリセットパラメータ値を取得することを含み、
プリセットパラメータ値を取得した後、プリセットパラメータ値をプリセットの配列に格納すること、をさらに含む。
Specifically, in step 1,
The reconstructed structural parameters include at least preset parameter values of each layer length, width, porosity size, fiber diameter, and number of carbon fiber layers of the gas diffusion layer;
Preprocessing and arranging the reconstruction structure parameters and obtaining preset parameter values can be done by adjusting each layer length, width, porosity size, fiber diameter, and placing the number of carbon fiber layers in the gas diffusion layer to preset values, and presetting the length, width, porosity size, fiber diameter, and number of carbon fiber layers in each layer of the carbon fiber layer. including obtaining a parameter value;
After obtaining the preset parameter values, the method further includes storing the preset parameter values in an array of presets.
この実施例では、炭素繊維層の各層の孔隙率の大きさは、配列Ｐｏｒｏｕｓ［］に順番に格納され、炭素繊維層の各層の繊維直径の大きさは、配列Ｄ［］に格納される。 In this example, the porosity magnitude of each layer of the carbon fiber layer is stored in sequence in the array Porous[], and the fiber diameter magnitude of each layer of the carbon fiber layer is stored in the array D[].
まず、本実施例で使用した燃料電池のガス拡散層の炭素繊維層数は２４層で、各層の炭素繊維層の繊維径は同じですべて８μmであり、再構成寸法の大きさは８００μｍ×８００μｍ、すなわちＬ＝８００μｍ、Ｗ＝８００μｍとした。 First, the number of carbon fiber layers in the gas diffusion layer of the fuel cell used in this example was 24, the fiber diameter of each carbon fiber layer was the same, all 8 μm, and the reconstructed size was 800 μm x 800 μm. That is, L=800 μm and W=800 μm.
次に、各層の炭素繊維層の孔隙率の大きさ分布は、図５のガス拡散層の孔隙率とＸ線技術で得られたものとの比較結果の模式図にＸ線技術で得られた孔隙率に従って設定される。つまり、炭素繊維の各層の直径の配列Ｄ［２４]＝｛８,８,８,８ …８,８}であり、炭素繊維層の各層の孔隙率の大きさを表す配列Ｐｏｒｏｕｓ［２４]＝｛０.９４,０.８１,０.６４,０.５９,０.６１,０.６９,０.７５,０.７５,０.７７,０.８２,０.８４,０.８１,０.８２,０.８０,０.７５,０.７４,０.７３,０.６５,０.５７,０.５６,０.６６,０.７９,０.９４,０.９６}である。 Next, the size distribution of the porosity of the carbon fiber layer of each layer is shown in Figure 5, which is a schematic diagram of the comparison result between the porosity of the gas diffusion layer and that obtained by the X-ray technique. Set according to porosity. In other words, the arrangement D[24] of the diameter of each layer of carbon fiber is {8,8,8,8...8,8}, and the arrangement Porous[24] representing the size of the porosity of each layer of carbon fiber is {0.94,0.81,0.64,0.59,0.61,0.69,0.75,0.75,0.77,0.82,0.84,0.81,0 .82,0.80,0.75,0.74,0.73,0.65,0.57,0.56,0.66,0.79,0.94,0.96}.
具体的には、ステップ２で、
ランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層のポイントと第２の位置ポイントを生成することと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標がそれぞれ（x１,y１,z１）と（x２,y２,z２）であることと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標が、プリセットパラメータ値に関することと、を含む。
Specifically, in step 2,
generating a first carbon fiber layer point and a second position point of the gas diffusion layer using a random function method;
The coordinates of the first position point and the second position point are (x 1 , y 1 , z 1 ) and (x 2 ,y 2 ,z 2 ), respectively;
The coordinates of the first location point and the second location point are related to preset parameter values.
ここでは、ランダム関数法を用いて、２つの第１の位置ポイント（x１,y１,z１）、第２の位置ポイント（x２,y２,z２）を生成する。式は次のとおりである。
ここで、Rand_x、Rand_zはそれぞれ、ランダム関数によって生成された座標を計算するために使用される値を表し、Rand_θはランダム関数によって生成されたラジアンを計算するために使用される値を表し（関数の定義領域内に制限する必要がある）、ｉは炭素繊維の層の数を表す。
Here, two first position points (x 1 , y 1 , z 1 ) and a second position point (x 2 , y 2 , z 2 ) are generated using the random function method. The formula is:
Here Rand_x, Rand_z respectively represent the values used to calculate the coordinates generated by the random function, and Rand_θ represent the values used to calculate the radians generated by the random function (function ), i represents the number of carbon fiber layers.
このスキームでは、ランダム関数法を使用して２つの位置ポイントとラジアンが生成される。このとき、ランダム関数によって生成される値の大きさは０から１の間の値である。 In this scheme, two location points and radians are generated using a random function method. At this time, the magnitude of the value generated by the random function is between 0 and 1.
同時に、ランダム関数を使用して位置ポイントを生成する場合、乱数が生成された値が毎回異なることを確認するために時間シードを追加する必要がある。そうしないと、ランダム関数によって生成される位置点は毎回変化しない。 At the same time, when using a random function to generate location points, a time seed must be added to ensure that the random numbers generated are different each time. Otherwise, the location points generated by the random function will not change each time.
式（１－１）～（１－６）に示すように、ラジアンを組み合って生成した２つのランダムな位置ポイントを取得する。 As shown in equations (1-1) to (1-6), two random position points generated by combining radians are obtained.
このスキームでは、ランダム関数法によって位置ポイントを生成するスキームにより、炭素繊維層の適応性が保証されるため、炭素繊維層の再構築は、多様なガス拡散層のニーズに応じて適応的に調整できる。乱数が生成されるたびに値が異なることを保証するために時間シードが追加され、炭素繊維再構築の基本データの信頼性をさらに向上させる。 In this scheme, the scheme of generating position points by random function method ensures the adaptability of the carbon fiber layer, so the reconstruction of the carbon fiber layer can be adaptively adjusted according to the needs of diverse gas diffusion layers. can. A time seed is added to ensure that the random numbers are different each time they are generated, further improving the reliability of the underlying data for carbon fiber reconstruction.
具体的には、ステップ３で、
３次元座標系におけるガス拡散層の投影寸法範囲を事前に設定することと、
投影寸法の範囲が、炭素繊維層の長さと幅に応じて設定されることと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、第１の候補炭素繊維線を取得することと、
第１の候補炭素繊維線の投影寸法の範囲を超える部分を除去して、第１の炭素繊維線を取得することと、
炭素繊維層の繊維径に応じて、第１の炭素繊維線を円柱状に膨張させ、ガス拡散層の第１の炭素繊維を得ると、を含む。
Specifically, in step 3,
Setting in advance the projected dimension range of the gas diffusion layer in the three-dimensional coordinate system;
The projected dimension range is set according to the length and width of the carbon fiber layer;
connecting the first location point and the second location point to obtain a first candidate carbon fiber line;
Obtaining a first carbon fiber wire by removing a portion exceeding the range of projected dimensions of the first candidate carbon fiber wire;
The first carbon fiber wire is expanded into a cylindrical shape according to the fiber diameter of the carbon fiber layer to obtain the first carbon fiber of the gas diffusion layer.
ここで、このガス拡散層の法線投影寸法の範囲は、（０、０）～（Ｌ、Ｗ）である。 Here, the range of normal projection dimensions of this gas diffusion layer is (0, 0) to (L, W).
本実施例では、炭素繊維の生成順序は、最下層から最上層まで厚さ方向（０μｍ～１９２μｍ）に層ごとに生成され、投影の範囲（０,０）～（８００,８００）が結合され、炭素繊維層全体の座標範囲は（０,０,０）μｍ～（８００,８００,１９２）μｍであるため、生成された炭素繊維はこの範囲内の部分のみが残り、他は破棄される。 In this example, the carbon fibers are generated layer by layer in the thickness direction (0 μm to 192 μm) from the bottom layer to the top layer, and the projection range (0,0) to (800,800) is combined. , since the coordinate range of the entire carbon fiber layer is (0,0,0) μm to (800,800,192) μm, only the portion of the generated carbon fiber within this range remains, and the others are discarded. .
本実施例では、生成された第１の位置ポイント点と第２の位置ポイントを接続し、ガス拡散層の長さ、広域を超える部分を捨て、その層の繊維径が位置する配列Ｄ[２４]の対応する値を読み取り、炭素繊維層の繊維径に応じた円筒型膨張により炭素繊維を生成する。 In this example, the generated first position point and second position point are connected, the part exceeding the length and wide area of the gas diffusion layer is discarded, and the fiber diameter of the layer is located in the array D[24 ] is read, and carbon fibers are produced by cylindrical expansion according to the fiber diameter of the carbon fiber layer.
このスキームでは、炭素繊維の有効長を抽出することにより、炭素繊維抽出データを使用してガス拡散層を再構築する正確性が保証され、炭素繊維層の繊維直径に基づいて炭素繊維線が円筒形に膨張します。層の炭素繊維を取得し、製品要件の再構築の適合性を高めます。 In this scheme, by extracting the effective length of the carbon fibers, the accuracy of reconstructing the gas diffusion layer using the carbon fiber extraction data is ensured, and the carbon fiber wire is cylindrical based on the fiber diameter of the carbon fiber layer. expands into shape. Get a layer of carbon fiber and restructure the product to increase its suitability.
具体的には、ステップ４で、
第１の炭素繊維に基づいて、ガス拡散層の第１のリアルタイム孔隙率を取得するは、具体的に、
第１の炭素繊維に基づいて、第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長を取得することと、
第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長に基づいて、第１の炭素繊維層のリアルタイムの総体積を取得することと、
第１の炭素繊維層のリアルタイム総体積に基づいて、第１の炭素繊維層の第１のリアルタイム孔隙率を取得することと、を含む。
Specifically, in step 4,
Obtaining the first real-time porosity of the gas diffusion layer based on the first carbon fiber specifically includes:
obtaining a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer based on the first carbon fibers;
obtaining a real-time total volume of the first carbon fiber layer based on a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer;
obtaining a first real-time porosity of the first carbon fiber layer based on a real-time total volume of the first carbon fiber layer.
リアルタイム孔隙率の計算方法は、炭素繊維の体積を除去した部分を層の総体積で割ることである。式は次のとおりである。
炭素繊維の各層の第１の炭素繊維の長さＬｆを取得し、
炭素繊維の孔隙率のリアルタイム判定に基づいて加算し、該層の炭素繊維のリアルタイム全長Ｌｆｓを取得する。このとき、該層の炭素繊維のリアルタイム全体積Ｖｆは次の式で計算できる。
該層のリアルタイムの孔隙率εは、次の式から取得できる。
（3-3）
The method for calculating real-time porosity is to divide the volume of carbon fiber removed by the total volume of the layer. The formula is:
Obtain the length L f of the first carbon fiber of each layer of carbon fiber,
This is added based on the real-time determination of the porosity of the carbon fibers to obtain the real-time total length L fs of the carbon fibers in the layer. At this time, the real-time total volume Vf of the carbon fibers in the layer can be calculated using the following formula.
The real-time porosity ε of the layer can be obtained from the following equation.
(3-3)
本実施例では、式（３－３）に示す方法で第１の炭素繊維の長さを計算し、式（３－１）および（３－２）に従って現在のリアルタイム孔隙率の大きさを計算する。 In this example, the length of the first carbon fiber is calculated using the method shown in equation (3-3), and the current real-time porosity is calculated according to equations (3-1) and (3-2). do.
このスキームは、炭素繊維の孔隙率のリアルタイム判定に基づいて加算し、この層の炭素繊維のリアルタイムの全長を取得するシナリオでは、炭素繊維層におけるさまざまな炭素繊維の特定の空間配置形態が考慮され、炭素繊維の位置ポイントに基づいて、複数のシナリオ配置を行い、対応の長さを取得するので、炭素繊維の長さ、体積、および孔隙率の結果の精度を最大限に保証し、その後の再構成モデルの最小偏差を保証する。 This scheme is based on the real-time determination of the porosity of carbon fibers and takes into account the specific spatial arrangement morphology of different carbon fibers in the carbon fiber layer in the scenario to obtain the real-time total length of carbon fibers in this layer. , based on the carbon fiber location points, perform multiple scenario placements and obtain the corresponding lengths, thus ensuring maximum accuracy of the carbon fiber length, volume, and porosity results, and subsequent Guarantee minimum deviation of the reconstructed model.
具体的には、ステップ５で、
プリセットパラメータ値によって第１のリアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に従ってガス拡散層を再構成することは、具体的に、
第１のリアルタイム孔隙率を、再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合することと、
照合結果が両者のマッチングを示す場合、ガス拡散層の第２の炭素繊維層に自動的にジャンプして再構成し、３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第２の炭素繊維層の位置ポイントを取得することと、
照合結果が両者の不マッチングことを示す場合、３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを取得することと、
第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを接続して、ガス拡散層の第２の炭素繊維を取得することと、
第２の炭素繊維に基づいて、第１のリアルタイム孔隙率を更新して、ガス拡散層の第２のリアルタイム孔隙率を取得することと、
第２のリアルタイム孔隙率を、再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合し、照合結果が両者の不マッチングことを示す場合、更新されたリアルタイム孔隙率と再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさがマッチングであるまで、取得された炭素繊維の上で、ランダム関数法を改めて使用し続け、ガス拡散層の炭素繊維層の位置ポイントを取得してリアルタイム孔隙率を更新することと、
ガス拡散層の炭素繊維層の各層を再構成した後、炭素繊維層の各層のリアルタイム孔隙率が、再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさとマッチングする場合、ガス拡散層の再構成が完了することと、を含む。
Specifically, in step 5,
Specifically, matching the first real-time porosity by a preset parameter value and reconfiguring the gas diffusion layer according to the matching result includes:
Matching the first real-time porosity to the porosity magnitude of the carbon fiber layer of the specific needs of the reconstitution;
If the matching result shows a match between the two, it will automatically jump to the second carbon fiber layer of the gas diffusion layer and reconstruct it, and use the random function method in the three-dimensional coordinate system to to obtain the position point of the carbon fiber layer of
If the matching result indicates a mismatch between the two, a random function method is used in a three-dimensional coordinate system to obtain a third position point and a fourth position point of the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer. And,
connecting a third location point and a fourth location point to obtain a second carbon fiber of the gas diffusion layer;
updating the first real-time porosity to obtain a second real-time porosity of the gas diffusion layer based on the second carbon fiber;
The second real-time porosity is matched to the porosity magnitude of the carbon fiber layer for the specific needs of the reconstruction, and if the matching results indicate a mismatch between the two, the updated real-time porosity and the reconstruction are Continue to use the random function method again on the obtained carbon fiber until the porosity size of the carbon fiber layer is matching with the specific needs of the carbon fiber layer and position points of the carbon fiber layer of the gas diffusion layer. obtaining and updating real-time porosity;
After reconstituting each layer of the carbon fiber layer of the gas diffusion layer, if the real-time porosity of each layer of the carbon fiber layer matches the porosity size of the carbon fiber layer of the specific needs of reconstitution, the gas diffusion layer completing the reconfiguration of the.
その中で、リアルタイムの炭素繊維層の孔隙率εを層の目標孔隙率Ｐｏｒｏｕｓ［ｉ］と比較し、論理判断プログラムを使用して、層の目標孔隙率に達したときに次の層にジャンプして生成し、当該層の目標孔隙率Ｐｏｒｏｕｓ［ｉ］と繊維直径Ｄ［ｉ］をコールして制御する。 In it, the porosity ε of the carbon fiber layer in real time is compared with the target porosity of the layer Porous[i], and a logical judgment program is used to jump to the next layer when the target porosity of the layer is reached. It is controlled by calling the target porosity Porous[i] and fiber diameter D[i] of the layer.
この実施例では、得られたリアルタイムの孔隙率を孔隙率配列Ｐｏｒｏｕｓ［２４］の大きさと比較して判定し、目標の孔隙率よりも小さい場合は満足するまで炭素繊維に再生し、すべての炭素繊維層が完成するまで、次の層にジャンプし、３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の次の炭素繊維層の位置ポイントを取得することを繰り返す。 In this example, the real-time porosity obtained is determined by comparing it with the size of the porosity array Porous [24], and if it is smaller than the target porosity, it is regenerated into carbon fiber until it is satisfied, and all the carbon Repeat to jump to the next layer and use the random function method in the three-dimensional coordinate system to obtain the position point of the next carbon fiber layer of the gas diffusion layer until the fiber layer is completed.
このスキームは、従来の技術における層ごとを手動生成して再重ね合わせの欠点を改善し、自動孔隙率照合スキームを採用し、自動プロセスサイクル制御、統合再構成などの利点を持ち、このスキームの再構成方法は普遍的で強力である。数値計算グリッドに依存しなくて生成を行い、ガス拡散層の性能評価と最適化に広く使用できる。 This scheme improves the shortcomings of layer-by-layer manual generation and resuperposition in the traditional technology, adopts automatic porosity matching scheme, has the advantages of automatic process cycle control, integrated reconfiguration, etc., and this scheme The reconstruction method is universal and powerful. It is generated without relying on numerical calculation grids and can be widely used for performance evaluation and optimization of gas diffusion layers.
図４は、本発明の方法の実施例によって生成されるガス拡散層を示している。孔隙率に応じて、各層の炭素繊維の数も異なることがはっきりとわかる。図５は、本発明の方法とＸ線技術を使用して得られた孔隙率の比較を示しており、結果は高い適合性を示しており、本発明の方法の信頼性を反映している。本実施例では、各層の炭素繊維層の厚さを下から上に正規化すると、最下層の値は０、最上層の値は１になる。 FIG. 4 shows a gas diffusion layer produced by an embodiment of the method of the invention. It can be clearly seen that depending on the porosity, the number of carbon fibers in each layer is also different. Figure 5 shows a comparison of the porosity obtained using the inventive method and the X-ray technique, and the results show a high degree of compatibility, reflecting the reliability of the inventive method. . In this example, when the thickness of the carbon fiber layer of each layer is normalized from bottom to top, the value of the bottom layer is 0, and the value of the top layer is 1.
さらに、本発明の燃料電池のガス拡散層の再構成方法は、階段状の孔隙率構造など、さまざまな種類の孔隙率分布を持つガス拡散層の再構成にも適用できる。この構造は、ガス拡散層の最適設計の開発方向を表している。 Further, the method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell according to the present invention can also be applied to reconfiguring gas diffusion layers having various types of porosity distributions, such as a stepped porosity structure. This structure represents a development direction for the optimal design of the gas diffusion layer.
図６は、本願の実施例の燃料電池ガス拡散層の再構成方法の複数のタイプの孔隙率分布の概略図であり、この実施例では、孔隙率が均一に分布し、線形に沿って分布している複数のガス拡散層の再構成結果を示している。 FIG. 6 is a schematic diagram of the porosity distribution of several types of the fuel cell gas diffusion layer reconfiguration method of the embodiment of the present application, in which the porosity is uniformly distributed and distributed along a linear line. The results of the reconstruction of multiple gas diffusion layers are shown.
このとき、炭素繊維層の毎層の繊維径は８μｍ、サイズはＬ＝２００μｍ、Ｗ＝２００μｍ、ガス拡散層の炭素繊維層数は２４層、炭素繊維層全体の座標範囲は（０,０,０）～（２００,２００,１９２）である。３つのガス拡散層の孔隙率は、最下層から最上層まで０.７を維持し、線形に増加し、線形に減少し、制御配列に反映されると、Ｐｏｒｏｕｓ［２４］＝{０.７、０.７、０.７...０.７,０.７}、Ｐｏｒｏｕｓ［２４］＝{０.５,０.５１７,０.５３５,０.５５２,０.５７,０.５８７,０.６０４,０.６２２,０.６３９,０.６５７,０.６７４,０.６９１,０.７０９,０.７２６,０.７４３,０.７６１,０.７７８,０.７９６,０.８１３,０.８３,０.８４８,０.８６５,０.８８３,０.９}、Ｐｏｒｏｕｓ［２４］＝{０.９,０.８８３,０.８６５,０.８４８,０.８３,０.８１３,０.７９６,０.７７８,０.７４３,０.７２６,０.７０９,０.６９１,０.６７４,０.６５７,０.５５２,０.５３５,０.５１７,０.５}である。図３に示す本願の実施例に係る燃料電池のガス拡散層の再構成方法の実施例２の動作フロー図に示す方法により再構成された３次元構造を図７に示し、左図は均一孔隙率の三次元構造図であり、右図は、階段状の孔隙率分布を持つガス拡散層の３次元構造図を示している。図から、階段状の孔隙率１タイプの炭素繊維の各層の数が下から上へと徐々に減少していることがはっきりとわかる。これは、プリセット目標と一致している。したがって、本発明の方法は、新しい設計のガス拡散層の性能のシミュレーション研究に使用できる。 At this time, the fiber diameter of each carbon fiber layer is 8 μm, the size is L = 200 μm, W = 200 μm, the number of carbon fiber layers in the gas diffusion layer is 24, and the coordinate range of the entire carbon fiber layer is (0,0, 0) to (200,200,192). The porosity of the three gas diffusion layers maintains 0.7 from the bottom layer to the top layer, increases linearly, decreases linearly, and when reflected in the control array, Porous[24] = {0.7 ,0.7,0.7...0.7,0.7}, Porous[24]={0.5,0.517,0.535,0.552,0.57,0.587, 0.604,0.622,0.639,0.657,0.674,0.691,0.709,0.726,0.743,0.761,0.778,0.796,0. 813,0.83,0.848,0.865,0.883,0.9}, Porous[24]={0.9,0.883,0.865,0.848,0.83,0 .813,0.796,0.778,0.743,0.726,0.709,0.691,0.674,0.657,0.552,0.535,0.517,0.5 } is. FIG. 7 shows a three-dimensional structure reconstructed by the method shown in the operation flow diagram of Example 2 of the method for reconstructing the gas diffusion layer of a fuel cell according to the embodiment of the present application shown in FIG. The figure on the right shows the three-dimensional structure of a gas diffusion layer with a stepped porosity distribution. From the figure, it can be clearly seen that the number of each layer of stepped porosity type 1 carbon fibers gradually decreases from bottom to top. This is consistent with preset goals. Therefore, the method of the present invention can be used for simulation studies of the performance of new designs of gas diffusion layers.
図８を参照して、本発明が保護を請求するガス拡散層が多層炭素繊維層で構成されている燃料電池のガス拡散層の再構成装置の構造ブロック図であり、
ガス拡散層の再構成構造パラメータを取得し、再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得する前処理モジュールと、
３次元座標系でランダム関数法を使用して、ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを取得するデータポイント取得モジュールと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、ガス拡散層の第１の炭素繊維を取得する膨張モジュールと、
第１の炭素繊維に基づいて、ガス拡散層の第１のリアルタイム孔隙率を取得する層分析モジュールと、
プリセットパラメータ値によって第１のリアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に従ってガス拡散層を再構成する再構成モジュールと、
を備える。
Referring to FIG. 8, it is a structural block diagram of an apparatus for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell, in which the gas diffusion layer is constituted by a multilayer carbon fiber layer, which the present invention claims to protect.
a preprocessing module that obtains reconstructed structural parameters of the gas diffusion layer, preprocesses and arranges the reconstructed structural parameters, and obtains preset parameter values;
a data point acquisition module that uses a random function method in a three-dimensional coordinate system to obtain a first position point and a second position point of a first carbon fiber layer of the gas diffusion layer;
an expansion module connecting a first location point and a second location point to obtain a first carbon fiber of the gas diffusion layer;
a layer analysis module that obtains a first real-time porosity of the gas diffusion layer based on the first carbon fiber;
a reconstruction module that matches the first real-time porosity according to a preset parameter value and reconstructs the gas diffusion layer according to the matching result;
Equipped with
図９を参照して、本発明が保護を請求する電子装置１００は、メモリ１０１と、プロセッサ１０２とを備え、メモリを設置することによって、コンピュータ実行可能プログラムを格納し、プロセッサがメモリからコンピュータ実行可能プログラムの一部または全部を読み出して実行し、プロセッサが実行可能プログラムの一部または全部を実行することによって、本願の燃料電池のガス拡散層の再構成方法を実現できる。
Referring to FIG. 9, an
フローチャートは、本開示の実施例による方法のステップを説明するために本開示で使用される。なお、前後のステップは必ずしも順序通りに正確に行われるとは限らない。逆に、種々のステップを逆順に処理してもよいし、同時に処理してもよい。また、これらのプロセスに他の操作を追加することも可能である。 Flowcharts are used in this disclosure to describe steps of methods according to embodiments of the disclosure. Note that the steps before and after are not necessarily performed exactly in order. Conversely, the various steps may be processed in reverse order or may be processed simultaneously. It is also possible to add other operations to these processes.
当業者であれば、本開示で開示された内容にはさまざまな変更や改良が可能であることを理解することができる。たとえば、上記で説明したさまざまな装置またはコンポーネントは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって実現できる。 Those skilled in the art can understand that various changes and improvements can be made to the content disclosed in this disclosure. For example, the various devices or components described above can be implemented in hardware, software, firmware, or a combination thereof.
当業者であれば、上述した方法のステップの全部または一部が、コンピュータプログラムによって関連するハードウェアに命令して完了させてもよく、プログラムは、読み出し専用メモリ、磁気ディスク、または光ディスクなどのコンピュータ可読記憶媒体に格納されてもよいことを理解するであろう。あるいは、上述の実施例のステップの全部または一部は、1つまたは複数の集積回路を使用して実現されてもよい。また、上記実施例における各モジュール/ユニットは、ハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェア機能モジュールにより実現されてもよい。本開示は、ハードウェアおよびソフトウェアの特定の形態の組み合わせに限定されない。 Those skilled in the art will appreciate that all or some of the steps of the method described above may be completed by a computer program instructing the associated hardware, and the program may include a computer program such as a read-only memory, a magnetic disk, or an optical disk. It will be appreciated that the information may be stored on a readable storage medium. Alternatively, all or some of the steps of the embodiments described above may be implemented using one or more integrated circuits. Further, each module/unit in the above embodiments may be realized by hardware or by a software function module. This disclosure is not limited to any particular combination of hardware and software.
本明細書において使用される全ての用語は、特に断らない限り、本開示が属する技術分野における通常の知識を有する者によって共通に理解されるのと同じ意味を有する。また、通常の辞書に定義されているような用語は、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された、または極端に形式的な意味を適用して解釈されるべきではなく、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであることも理解されたい。 All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs, unless otherwise specified. Additionally, terms as defined in common dictionaries should not be construed with idealized or overly formal meanings unless explicitly defined herein. , shall be construed as having a meaning consistent with its meaning in the context of the relevant art.
以上が本発明の説明であり、これに限定されるものではない。本開示のいくつかの例示的な実施例を説明したが、当業者であれば、本開示の新規の教示および利点から逸脱することなく、例示的な実施例に多くの変更を加えることができることを容易に理解するであろう。したがって、このような修正は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるものである。以上が本発明の説明であり、開示された特定の実施例に限定されると考えられるべきではなく、開示された実施形態および他の実施形態に対する変更は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることを理解されたい。本開示は、特許請求の範囲及びその等価物によって規定される The above is an explanation of the present invention, and the present invention is not limited thereto. Although several exemplary embodiments of the present disclosure have been described, those skilled in the art will recognize that many changes can be made to the exemplary embodiments without departing from the novel teachings and advantages of this disclosure. will be easily understood. Accordingly, such modifications are included within the scope of the invention as claimed. The invention has been described and should not be considered limited to the particular embodiments disclosed, and modifications to the disclosed embodiments and other embodiments are within the scope of the appended claims. Please understand that this is included in The disclosure is defined by the claims and their equivalents.
本明細書の説明において、用語「1つの実施例」、「いくつかの実施例」、「例示的な実施例」、「例」、「特定の例」、または「いくつかの例」などの記載は、その実施例または例に関連して説明される特定の特徴、構造、材料、または特性が、本願の少なくとも1つの実施例または例に含まれることを意味する。なお、本明細書において、上記の用語の概略表現は、必ずしも同一の実施例又は例を示すものではない。さらに、記載された特定の特徴、構造、材料、または特性は、任意の1つまたは複数の実施例または例において、適切な方法で組み合わせることができる。 In the description herein, terms such as "one embodiment," "some embodiments," "illustrative embodiment," "example," "particular example," or "some examples" are used. Description means that a particular feature, structure, material, or property described in connection with the embodiment or example is included in at least one embodiment or example of the present application. It should be noted that, in this specification, the above-mentioned general expressions of terms do not necessarily refer to the same embodiment or example. Moreover, the particular features, structures, materials, or characteristics described may be combined in any suitable manner in any one or more embodiments or examples.
本発明の実施例を示し、説明したが、当業者は、本発明の原理と目的から逸脱することなく、これらの実施例にさまざまな変更、修正、置き換え、および変更を加えることができることを理解するであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲とその均等物によって制限されます。 While embodiments of the invention have been shown and described, those skilled in the art will appreciate that various changes, modifications, substitutions, and changes can be made thereto without departing from the principles and objectives of the invention. will. The scope of the invention is limited by the claims and their equivalents.
Claims (6)
ガス拡散層の再構成構造パラメータを取得し、前記再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得し、
３次元座標系でランダム関数法を使用して、前記ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを取得し、
前記第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標がそれぞれ（x１,y１,z１）と（x２,y２,z２）であり、
前記第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、前記ガス拡散層の第１の炭素繊維を取得し、
前記第１の炭素繊維に基づいて、前記ガス拡散層の第１のリアルタイム孔隙率を取得し、
前記プリセットパラメータ値によって前記第１のリアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に従って前記ガス拡散層を再構成すること、備え、
（ｂ） 前記第１の炭素繊維に基づいて、前記ガス拡散層の第１のリアルタイム孔隙率を取得することは、具体的に、
前記第１の炭素繊維に基づいて、前記第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長を取得することと、
前記第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長に基づいて、前記第１の炭素繊維層のリアルタイムの総体積を取得することと、
前記第１の炭素繊維層のリアルタイム総体積に基づいて、前記第１の炭素繊維層の第１のリアルタイム孔隙率を取得することと、を含み、
炭素繊維の各層の第１の炭素繊維の長さＬｆを取得し、
炭素繊維の孔隙率のリアルタイム判定に基づいて加算し、該層の炭素繊維のリアルタイム全長Ｌｆｓを取得し、繊維直径がＤ[i]であり、Ｌが炭素繊維層の長さであり、Ｗが炭素繊維層の幅であると、該層の炭素繊維のリアルタイム全体積Ｖｆは次の式で計算することと、
（ｃ） 前記プリセットパラメータ値によって第１のリアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に従って前記ガス拡散層を再構成することは、具体的に、
前記第１のリアルタイム孔隙率を、前記再構成の具体的なニーズの前記炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合することと、
照合結果が両者のマッチングを示す場合、ガス拡散層の第２の炭素繊維層に自動的にジャンプして再構成し、３次元座標系でランダム関数法を使用して、前記ガス拡散層の第２の炭素繊維層の位置ポイントを取得すること、又は前記照合結果が両者の不マッチングことを示す場合、３次元座標系でランダム関数法を使用して、前記ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを取得することと、
前記第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを接続して、前記ガス拡散層の第２の炭素繊維を取得することと、
前記第２の炭素繊維に基づいて、前記第１のリアルタイム孔隙率を更新して、前記ガス拡散層の第２のリアルタイム孔隙率を取得することと、
前記第２のリアルタイム孔隙率を、前記再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合し、前記照合結果が両者の不マッチングことを示す場合、更新されたリアルタイム孔隙率と前記再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさがマッチングであるまで、取得された炭素繊維の上で、ランダム関数法を改めて使用し続け、前記ガス拡散層の炭素繊維層の位置ポイントを取得してリアルタイム孔隙率を更新することと、前記ガス拡散層の炭素繊維層の各層を再構成した後、炭素繊維層の各層のリアルタイム孔隙率が、前記再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさとマッチングする場合、ガス拡散層の再構成が完了することであり、
（ｄ） 前記再構成構造パラメータは、少なくとも、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層数が含まれ、
前記再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得することは、前記再構成の具体的なニーズに従って、前記炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、および前記ガス拡散層の炭素繊維の層の数をプリセット値に配置し、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、および前記ガス拡散層の炭素繊維の層数のプリセットパラメータ値を取得することを含み、
前記プリセットパラメータ値を取得した後、前記プリセットパラメータ値をプリセットの配列に格納することであり、
（ｅ） 前記ランダム関数法を用いて、２つの第１の位置ポイント（x １ ,y １ ,z １ ）、第２の位置ポイント（x ２ ,y ２ ,z ２ ）を生成する方法は、
を含むことを特徴とする燃料電池のガス拡散層の再構成方法。 (a) A method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell composed of multilayer carbon fiber layers, the method comprising:
obtaining reconstructed structure parameters of a gas diffusion layer, preprocessing and arranging the reconstructed structure parameters, and obtaining preset parameter values;
obtaining a first position point and a second position point of a first carbon fiber layer of the gas diffusion layer using a random function method in a three-dimensional coordinate system;
The coordinates of the first position point and the second position point are (x 1 , y 1 , z 1 ) and (x 2 , y 2 , z 2 ), respectively;
connecting the first location point and the second location point to obtain a first carbon fiber of the gas diffusion layer;
obtaining a first real-time porosity of the gas diffusion layer based on the first carbon fiber;
verifying the first real-time porosity by the preset parameter value and reconfiguring the gas diffusion layer according to the verification result;
(b) Obtaining a first real-time porosity of the gas diffusion layer based on the first carbon fiber specifically includes:
obtaining a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer based on the first carbon fiber;
obtaining a real-time total volume of the first carbon fiber layer based on a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer;
obtaining a first real-time porosity of the first carbon fiber layer based on a real-time total volume of the first carbon fiber layer;
Obtain the length L f of the first carbon fiber of each layer of carbon fiber,
Based on the real-time determination of the porosity of the carbon fibers, the real-time total length L fs of the carbon fibers in the layer is obtained, where the fiber diameter is D[i], L is the length of the carbon fiber layer, and W is the width of the carbon fiber layer, the real-time total volume V f of the carbon fibers in the layer is calculated by the following formula,
(c) verifying the first real-time porosity according to the preset parameter value and reconfiguring the gas diffusion layer according to the verification result, specifically:
Matching the first real-time porosity to the porosity magnitude of the carbon fiber layer of the specific needs of the reconfiguration;
If the matching result shows a match between the two, it will automatically jump to the second carbon fiber layer of the gas diffusion layer and reconstruct it, and use the random function method in the three-dimensional coordinate system to to obtain the position points of the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer, or if the matching result indicates a mismatch between the two, using a random function method in a three-dimensional coordinate system; obtaining a third location point and a fourth location point of the layer;
connecting the third location point and the fourth location point to obtain a second carbon fiber of the gas diffusion layer;
updating the first real-time porosity based on the second carbon fiber to obtain a second real-time porosity of the gas diffusion layer;
The second real-time porosity is matched to the porosity size of the carbon fiber layer of the specific needs of the reconstruction, and if the matching result indicates a mismatch between the two, the updated real-time porosity is Continue to use the random function method anew on the obtained carbon fiber until the porosity size of the carbon fiber layer is matching with the specific needs of the reconstruction and the carbon fiber of the gas diffusion layer. After reconfiguring each layer of the carbon fiber layer of the gas diffusion layer, the real-time porosity of each layer of the carbon fiber layer is updated by obtaining the layer position points and updating the real-time porosity of the carbon fiber layer. When the porosity size of the carbon fiber layer matches the needs, the reconfiguration of the gas diffusion layer is completed;
(d) the reconstructed structural parameters include at least the length, width, porosity size, fiber diameter, and number of carbon fiber layers of each layer of carbon fiber layers;
Preprocessing and arranging the reconstructed structure parameters and obtaining preset parameter values includes adjusting the length, width, porosity size, fiber size, etc. of each layer of the carbon fiber layer according to the specific needs of the reconstruction. and the number of carbon fiber layers of the gas diffusion layer are arranged to preset values, and the length, width, porosity size, fiber diameter, and carbon fiber of each layer of the carbon fiber layer are set to preset values. obtaining preset parameter values for a number of layers;
after obtaining the preset parameter value, storing the preset parameter value in an array of presets;
(e) A method for generating two first position points (x 1 , y 1 , z 1 ) and a second position point (x 2 , y 2 , z 2 ) using the random function method,
A method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell, comprising:
前記ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを取得することは、具体的に、
ランダム関数法を使用して、前記ガス拡散層の第１の炭素繊維層のポイントと第２の位置ポイントを生成することと、
前記第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標が、プリセットパラメータ値に関することと、を含むことを特徴とする燃料電池のガス拡散層の再構成方法。 A method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell according to claim 1, comprising:
Obtaining the first position point and the second position point of the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer specifically includes:
generating a first carbon fiber layer point and a second position point of the gas diffusion layer using a random function method;
A method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell, characterized in that the coordinates of the first position point and the second position point relate to preset parameter values.
前記ガス拡散層の第１の炭素繊維層を取得することは、具体的に、
３次元座標系における前記ガス拡散層の投影寸法範囲を事前に設定することと、
前記投影寸法範囲が、前記炭素繊維層の長さと幅に応じて設定されることと、
前記第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、第１の候補炭素繊維線を取得することと、
前記第１の候補炭素繊維線の前記投影寸法範囲を超える部分を除去して、第１の炭素繊維線を取得することと、
前記炭素繊維層の繊維径に応じて、前記第１の炭素繊維線を円柱状に膨張させ、前記ガス拡散層の第１の炭素繊維を得ると、を含むことを特徴とする燃料電池のガス拡散層の再構成方法。 A method for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell according to claim 1, comprising:
Obtaining the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer specifically includes:
Setting in advance a projected dimension range of the gas diffusion layer in a three-dimensional coordinate system;
the projected size range is set according to the length and width of the carbon fiber layer;
connecting the first location point and the second location point to obtain a first candidate carbon fiber line;
removing a portion of the first candidate carbon fiber line that exceeds the projected size range to obtain a first carbon fiber line;
The first carbon fiber wire is expanded into a cylindrical shape according to the fiber diameter of the carbon fiber layer to obtain the first carbon fiber of the gas diffusion layer. How to reconstruct the diffusion layer.
ガス拡散層の再構成構造パラメータを取得し、前記再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得する前処理モジュールと、
３次元座標系でランダム関数法を使用して、前記ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを取得し、前記第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標がそれぞれ（x１,y１,z１）と（x２,y２,z２）であるデータポイント取得モジュールと、
前記第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、ガス拡散層の第１の炭素繊維を取得する膨張モジュールと、
前記第１の炭素繊維に基づいて、前記ガス拡散層の第１のリアルタイム孔隙率を取得する層分析モジュールと、
前記プリセットパラメータ値によって前記第１のリアルタイム孔隙率を照合し、照合結果に従って前記ガス拡散層を再構成する再構成モジュールと、
を備え、
（ｂ） 前記膨張モジュールは、具体的には、
３次元座標系における前記ガス拡散層の投影寸法範囲を事前に設定することと、
前記投影寸法範囲が、炭素繊維層の長さと幅に応じて設定されることと、
前記第１の位置ポイントと第２の位置ポイントを接続して、第１の候補炭素繊維線を取得することと、
前記第１の候補炭素繊維線の前記投影寸法範囲を超える部分を除去して、第１の炭素繊維線を取得することと、
前記炭素繊維層の繊維径に応じて、前記第１の炭素繊維線を円柱状に膨張させ、前記ガス拡散層の第１の炭素繊維を得ると、を含み、
（ｃ） 前記層分析モジュールは、具体的には、
前記第１の炭素繊維に基づいて、前記第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長を取得することと、
前記第１の炭素繊維層の炭素繊維のリアルタイムの全長に基づいて、前記第１の炭素繊維層のリアルタイムの総体積を取得することと、を含み、
炭素繊維の各層の第１の炭素繊維の長さＬｆを取得し、
炭素繊維の孔隙率のリアルタイム判定に基づいて加算し、該層の炭素繊維のリアルタイム全長Ｌｆｓを取得し、繊維直径がＤ[i]であり、Ｌが炭素繊維層の長さであり、Ｗが炭素繊維層の幅であると、該層の炭素繊維のリアルタイム全体積Ｖｆは次の式で計算することと、
前記第１の炭素繊維層のリアルタイム総体積に基づいて、前記第１の炭素繊維層の第１のリアルタイム孔隙率を取得し、
（ｄ） 前記再構成モジュールは、具体的には、
前記第１のリアルタイム孔隙率を、前記再構成の具体的なニーズの前記炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合することと、
前記照合結果が両者のマッチングを示す場合、前記ガス拡散層の第２の炭素繊維層に自動的にジャンプして再構成し、３次元座標系でランダム関数法を使用して、前記ガス拡散層の第２の炭素繊維層の位置ポイントを取得すること、又は前記照合結果が両者の不マッチングを示す場合、３次元座標系でランダム関数法を使用して、前記ガス拡散層の第１の炭素繊維層の第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを取得することと、
前記第３の位置ポイントと第４の位置ポイントを接続して、前記ガス拡散層の第２の炭素繊維を取得することと、
前記第２の炭素繊維に基づいて、前記第１のリアルタイム孔隙率を更新して、前記ガス拡散層の第２のリアルタイム孔隙率を取得することと、
前記第２のリアルタイム孔隙率を、前記再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさに照合し、前記照合結果が両者の不マッチングを示す場合、更新されたリアルタイム孔隙率と前記再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさがマッチングであるまで、取得された炭素繊維の上で、ランダム関数法を改めて使用し続け、前記ガス拡散層の炭素繊維層の位置ポイントを取得してリアルタイム孔隙率を更新することと、
前記ガス拡散層の炭素繊維層の各層を再構成した後、炭素繊維層の各層のリアルタイム孔隙率が、前記再構成の具体的なニーズの炭素繊維層の孔隙率の大きさとマッチングする場合、前記ガス拡散層の再構成が完了することであり、
（ｅ） 前記再構成構造パラメータは、少なくとも、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、および前記ガス拡散層の炭素繊維の層数が含まれ、
前記再構成構造パラメータを前処理して配置し、プリセットパラメータ値を取得することは、前記再構成の具体的なニーズに従って、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層の数をプリセット値に配置し、炭素繊維層の各層の長さ、幅、孔隙率のサイズ、繊維の直径、およびガス拡散層の炭素繊維の層数のプリセットパラメータ値を取得することを含み、
前記プリセットパラメータ値を取得した後、前記プリセットパラメータ値をプリセットの配列に格納すること、
（ｆ） 前記ランダム関数法を用いて、２つの第１の位置ポイント（x １ ,y １ ,z １ ）、第２の位置ポイント（x ２ ,y ２ ,z ２ ）を生成する方法は、
を含むことを特徴とする燃料電池のガス拡散層の再構成装置。 (a) A device for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell composed of multilayer carbon fiber layers, the device comprising:
a preprocessing module that obtains reconstructed structural parameters of a gas diffusion layer, preprocesses and arranges the reconstructed structural parameters, and obtains preset parameter values;
A random function method is used in a three-dimensional coordinate system to obtain a first position point and a second position point of the first carbon fiber layer of the gas diffusion layer, and the first position point and the second position point are a data point acquisition module whose position points have coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ) and (x 2 ,y 2 ,z 2 ), respectively;
an expansion module connecting the first location point and the second location point to obtain a first carbon fiber of the gas diffusion layer;
a layer analysis module that obtains a first real-time porosity of the gas diffusion layer based on the first carbon fiber;
a reconstruction module that matches the first real-time porosity according to the preset parameter values and reconstructs the gas diffusion layer according to the matching result;
Equipped with
(b) The expansion module specifically includes:
Setting in advance a projected dimension range of the gas diffusion layer in a three-dimensional coordinate system;
The projected size range is set according to the length and width of the carbon fiber layer;
connecting the first location point and the second location point to obtain a first candidate carbon fiber line;
removing a portion of the first candidate carbon fiber line that exceeds the projected size range to obtain a first carbon fiber line;
expanding the first carbon fiber wire into a cylindrical shape according to the fiber diameter of the carbon fiber layer to obtain the first carbon fiber of the gas diffusion layer;
(c) The layer analysis module specifically includes:
obtaining a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer based on the first carbon fiber;
obtaining a real-time total volume of the first carbon fiber layer based on a real-time total length of carbon fibers of the first carbon fiber layer;
Obtain the length L f of the first carbon fiber of each layer of carbon fiber,
Based on the real-time determination of the porosity of the carbon fibers, the real-time total length L fs of the carbon fibers in the layer is obtained, where the fiber diameter is D[i], L is the length of the carbon fiber layer, and W is the width of the carbon fiber layer, the real-time total volume V f of the carbon fibers in the layer is calculated by the following formula,
obtaining a first real-time porosity of the first carbon fiber layer based on the real-time total volume of the first carbon fiber layer;
(d) The reconfiguration module specifically includes:
Matching the first real-time porosity to the porosity magnitude of the carbon fiber layer of the specific needs of the reconfiguration;
If the matching result shows a match between the two, it automatically jumps to the second carbon fiber layer of the gas diffusion layer and reconstructs the second carbon fiber layer of the gas diffusion layer using a random function method in a three-dimensional coordinate system. or , if the matching result shows a mismatch between the two, using a random function method in a three-dimensional coordinate system to obtain the position point of the second carbon fiber layer of the gas diffusion layer. obtaining a third position point and a fourth position point of the carbon fiber layer;
connecting the third location point and the fourth location point to obtain a second carbon fiber of the gas diffusion layer;
updating the first real-time porosity based on the second carbon fiber to obtain a second real-time porosity of the gas diffusion layer;
The second real-time porosity is matched to the porosity size of the carbon fiber layer of the specific needs of the reconstruction, and if the matching result indicates a mismatch between the two, the updated real-time porosity is Continue to use the random function method anew on the obtained carbon fiber until the porosity size of the carbon fiber layer is matching with the specific needs of the reconstruction and the carbon fiber of the gas diffusion layer. obtaining layer location points and updating real-time porosity;
After reconstituting each layer of the carbon fiber layer of the gas diffusion layer, if the real-time porosity of each layer of the carbon fiber layer matches the porosity size of the carbon fiber layer of the specific needs of the reconfiguration; This is the completion of the reconfiguration of the gas diffusion layer.
(e) the reconstructed structural parameters include at least the length, width, porosity size, fiber diameter, and number of carbon fiber layers of the gas diffusion layer of each layer of carbon fiber layers;
Preprocessing and arranging the reconstructed structure parameters and obtaining preset parameter values includes adjusting the length, width, porosity size of each layer of the carbon fiber layer, the size of the porosity of the fibers, according to the specific needs of the reconstruction. The diameter, and the number of carbon fiber layers in the gas diffusion layer are arranged to preset values, and the length, width, porosity size of each layer of the carbon fiber layer, fiber diameter, and number of carbon fiber layers in the gas diffusion layer are obtaining preset parameter values for the
after obtaining the preset parameter value, storing the preset parameter value in an array of presets;
(f) A method of generating two first position points (x 1 , y 1 , z 1 ) and a second position point (x 2 , y 2 , z 2 ) using the random function method,
An apparatus for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell, comprising:
データポイント取得モジュールは、具体的には、
ランダム関数法を使用して、前記ガス拡散層の第１の炭素繊維層のポイントと第２の位置ポイントを生成することと、
第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標がそれぞれ（x１,y１,z１）と（x２,y２,z２）であることと、
前記第１の位置ポイントと第２の位置ポイントの座標が、前記プリセットパラメータ値に関することと、を含むことを特徴とする燃料電池のガス拡散層の再構成装置。 An apparatus for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell according to claim 4 ,
Specifically, the data point acquisition module:
generating a first carbon fiber layer point and a second position point of the gas diffusion layer using a random function method;
The coordinates of the first position point and the second position point are (x 1 , y 1 , z 1 ) and (x 2 ,y 2 ,z 2 ), respectively;
An apparatus for reconfiguring a gas diffusion layer of a fuel cell, wherein the coordinates of the first position point and the second position point are related to the preset parameter value.
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