燃料电池热电联供系统仿真方法、装置、设备及存储介质

本技术涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池热电联供系统仿真方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、燃料电池热电联供系统能够通过电化学反应将氢气中的化学能转化为电能与热能，为居民、办公等建筑提供电能与生活热水，在建筑节能减排领域有着深远的应用前景，其中，燃料电池的工艺制作过程可分为材料层级的催化层、扩散层等材料设计制作，部件层级的膜电极、双极板等部件的设计制作，以及系统层级的电堆、热电联供系统等系统的封装构建。

2、燃料电池各层级可控的设计参数决定了燃料电池材料、部件与燃料电池热电联供系统的独有特性，进而影响了燃料电池热电联供系统整体的热电功率输出，以及整个建筑能源网络的技术经济性，因此，如何跨尺度匹配设计各层级参数，实现燃料电池热电联供系统与工作环境相匹配而使燃料电池热电联供系统具备最佳输出性能与技术经济性，是全面提升燃料电池热电联供系统综合性能的关键问题。

3、但是现有的燃料电池热电联供系统在生产实践活动中要通过制造并测试实体对象的方式来确定各类设计参数对燃料电池综合输出性能的耦合影响，而在实际生产中，生产燃料电池热电联供系统的主体时通常要面临极高的生产成本与时间成本，因此，采用燃料电池的数值建模仿真技术能够对燃料电池热电联供系统多尺度层级的性能的设计效果开展数字化预测，为生产燃料电池热电联供系统的主体的生产设计提供理论指导，然而目前并没有燃料电池热电联供系统跨尺度多层级性能的仿真设计方法。因此，如何对燃料电池热电联供系统进行跨尺度建模仿真，成为了亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术实施例的主要目的在于提出一种燃料电池热电联供系统仿真方法和装置、电子设备及存储介质，旨在提供一种对燃料电池热电联供系统进行跨尺度多软件同步联合建模仿真方法。

2、为实现上述目的，本技术实施例的第一方面提出了一种燃料电池热电联供系统仿真方法，所述方法包括：

3、获取实际燃料电池热电联供系统中的燃料电池三维结构尺寸；

4、基于所述燃料电池三维结构尺寸，构建燃料电池结构模型，得到单电池三维有限元网格模型；

5、基于所述单电池三维有限元网格模型及预设的材料特征，构建单电池仿真模型；

6、对所述单电池仿真模型进行数据标定，得到单电池标定模型；

7、对所述单电池标定模型进行性能计算，得到燃料电池单电池性能数据，并对所述燃料电池单电池性能数据进行日志存储，得到性能数据存储日志文件；

8、基于所述单电池标定模型、所述性能数据存储日志文件，所述燃料电池三维结构尺寸及预设的燃料电池电堆半经验模型，构建电堆半经验标定模型；

9、基于所述实际燃料电池热电联供系统，建立热电联供系统辅助部件模型，并将所述热电联供系统辅助部件模型与所述电堆半经验标定模型进行交互连接，得到燃料电池热电联供系统模型。

10、在一些实施例，所述基于所述燃料电池三维结构尺寸，对所述燃料电池进行单电池模型构建，得到单电池三维有限元网格模型，包括：

11、基于所述燃料电池三维结构尺寸，利用预设的计算机辅助工程前处理软件构建单电池零件模型，得到单电池三维零件模型；

12、对所述单电池三维零件模型进行零件组装，得到单电池装配体模型；

13、利用所述计算机辅助工程前处理软件对所述单电池装配体模型进行有限元处理，得到所述单电池三维有限元网格模型。

14、在一些实施例，所述基于所述单电池三维有限元网格模型及预设的材料特征，构建单电池仿真模型，包括：

15、基于所述材料特征，利用预设的计算流体力学软件建立单电池材料特性函数；

16、利用所述计算流体力学软件自定义函数功能构建冷却水负反馈控制模型，并对所述冷却水负反馈控制模型进行函数封装，得到冷却水负反馈控制函数；

17、利用所述计算流体力学软件对所述单电池材料特性函数、所述冷却水负反馈控制函数及所述单电池三维有限元网格模型进行耦合，得到所述单电池仿真模型。

18、在一些实施例，所述对所述单电池仿真模型进行数据标定，得到单电池标定模型，包括：

19、获取所述材料特征相同时的燃料电池多运行工况极化曲线实验数据；

20、基于所述燃料电池多运行工况极化曲线实验数据，对所述单电池仿真模型进行拟合标定，得到所述单电池标定模型。

21、在一些实施例，所述对所述单电池标定模型进行性能计算，得到燃料电池单电池性能数据，并对所述燃料电池单电池性能数据进行日志存储，得到性能数据存储日志文件，包括：

22、对所述单电池标定模型的边界条件执行源码进行日志生成，得到执行日志文件；

23、利用预设的数值计算软件构建软件调用函数，得到计算流体力学软件调用函数；

24、利用所述计算流体力学软件调用函数读取所述执行日志文件，得到单电池模型边界条件；

25、基于所述单电池模型边界条件，计算所述单电池标定模型的电池性能，得到所述燃料电池单电池性能数据；

26、构建存储日志，并将所述燃料电池单电池性能数据写入所述存储日志，得到所述性能数据存储日志文件。

27、在一些实施例，所述基于所述单电池标定模型、所述性能数据存储日志文件，所述燃料电池三维结构尺寸及预设的燃料电池电堆半经验模型，构建电堆半经验标定模型，包括：

28、获取所述单电池标定模型的三维尺寸，得到单电池三维尺寸；

29、计算所述单电池三维尺寸与所述燃料电池三维结构尺寸的比例，得到目标比例；

30、基于所述目标比例，利用所述数值计算软件，建立所述燃料电池的电堆模型，得到燃料电池电堆模型；

31、基于所述计算流体力学软件调用函数，利用所述数值计算软件读取所述性能数据存储日志文件，得到所述燃料电池单电池性能数据；

32、基于所述燃料电池单电池性能数据，利用所述数值计算软件对所述燃料电池电堆模型进行电堆性能计算，得到电堆性能数据；

33、基于所述电堆性能数据，对所述燃料电池电堆半经验模型进行最小二乘法拟合参数求解，得到燃料电池性能目标参数；

34、利用所述燃料电池性能目标参数更新所述燃料电池电堆半经验模型，得到所述电堆半经验标定模型。

35、在一些实施例，所述基于所述实际燃料电池热电联供系统及预设的建筑能耗需求，建立热电联供系统辅助部件模型，并将所述热电联供系统辅助部件模型与所述电堆半经验标定模型进行交互连接，得到燃料电池热电联供系统模型，包括：

36、获取预设地区的气候数据、建筑结构数据及建筑材料设计数据，并将所述气候数据、所述建筑结构数据及所述材料设计数据输入预设的建筑瞬时系统模拟软件中进行数据分析，得到建筑能耗数据；

37、在预设的建筑瞬时系统模拟软件中构建软件调用函数，得到数值计算软件调用函数，并利用数值计算软件调用函数调用所述电堆半经验标定模型；

38、基于所述建筑能耗数据及所述实际燃料电池热电联供系统，利用所述建筑瞬时系统模拟软件构建辅助部件模型，得到所述热电联供系统辅助部件模型；

39、利用所述建筑瞬时系统模拟软件将所述热电联供系统辅助部件模型与所述电堆半经验标定模型建立数据交互，得到所述燃料电池热电联供系统模型。

40、为实现上述目的，本技术实施例的第二方面提出了一种燃料电池热电联供系统仿真装置，所述装置包括：

41、燃料电池数据获取模块，用于获取实际燃料电池热电联供系统中的燃料电池三维结构尺寸；

42、燃料电池有限元网格模型生成模块，用于基于所述燃料电池三维结构尺寸，构建燃料电池结构模型，得到单电池三维有限元网格模型；

43、单电池仿真模块，用于基于所述单电池三维有限元网格模型及预设的材料特征，构建单电池仿真模型；

44、单电池标定模块，用于对所述单电池仿真模型进行数据标定，得到单电池标定模型；

45、性能数据计算模块，用于对所述单电池标定模型进行性能计算，得到燃料电池单电池性能数据，并对所述燃料电池单电池性能数据进行日志存储，得到性能数据存储日志文件；

46、电堆模型构建模块，用于基于所述单电池标定模型、所述性能数据存储日志文件，所述燃料电池三维结构尺寸及预设的燃料电池电堆半经验模型，构建电堆半经验标定模型；

47、热电联供系统构建模块，用于基于所述实际燃料电池热电联供系统，建立热电联供系统辅助部件模型，并将所述热电联供系统辅助部件模型与所述电堆半经验标定模型进行交互连接，得到燃料电池热电联供系统模型。

48、为实现上述目的，本技术实施例的第三方面提出了一种电子设备，所述电子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第一方面所述的方法。

49、为实现上述目的，本技术实施例的第四方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的方法。

50、本技术提出的燃料电池热电联供系统仿真方法和装置、电子设备及存储介质,其通过实际燃料电池热电联供系统中燃料电池的燃料电池三维结构尺寸，利用计算机辅助工程前处理软件构建单电池三维有限元网格模型，基于单电池三维有限元网格模型，利用计算流体力学软件、单电池材料特性函数与冷却水负反馈控制函数，构建单电池标定模型，基于单电池标定模型，利用数值计算软件计算单电池标定模型的性能数据，得到燃料电池单电池性能数据，基于燃料电池单电池性能数据，利用数值计算软件构建电堆半经验标定模型，基于电堆半经验标定模型，利用建筑瞬时系统模拟软件构建燃料电池热电联供系统模型，实现了对燃料电池热电联供系统的跨尺度仿真与多尺度性能预测。