本發明涉及燃料電池，尤其涉及一種燃料電池雙極板結構、設計方法、設備及介質。

背景技術：

1、雙極板作為質子交換膜燃料電池(proton?exchange?membrane?fuel?cell，pemfc)的核心部件，在pemfc電堆中的重量占比高達60%-80%，成本占比達到30%-50%，其內部流場結構對pemfc的反應物分布、電化學反應速率、液態水管理以及壓降等關鍵性能指標具有顯著影響。

2、燃料電池流場主要作用為提供燃料電池正常工作所需的氫氣氧氣等氣體，流道分為陽極流道與陰極流道兩部分，陽極流道為氫氣傳輸路徑，陰極流道為空氣傳輸路徑，陰極流道對于燃料電池的水汽傳輸產生重要影響，燃料電池正常工作過程中所產生的水分主要聚集在陰極流道中，通過陰極流道空氣的吹掃作用排出電堆，水分的聚集會導致產生水淹現象，降低電堆整體效率，因此，陰極流道的水汽傳輸對于燃料電池的正常工作產生決定性影響。

3、另外，水分聚集過多還會導致氣體分布不均勻，而氣體分布不均會降低pemfc內部的電化學反應協同程度，降低電流密度分布均勻性，產生局部溫度分布不均等問題。局部溫度過高，易導致膜干，產生交換膜的質子電導率下降、滲透阻力增大、水向陽極反向擴散等問題；局部溫度過低，則會導致催化劑的活性降低，影響輸出功率，進而影響pemfc的穩定性和使用壽命。

4、確保充足的氣體供應和高分布均勻性是流場設計中提高質子交換膜燃料電池性能和耐久性的關鍵問題。由于反應氣體的消耗以及生成水的累積，質子交換膜燃料電池流場中沿流動方向水氣分布顯著變化，因此燃料電池不同區域有著不同的設計需求，而現有設計往往忽略了這一點，對于燃料電池雙極板所有區域采用統一的流場設計，例如，在整個陰極流道均勻放置擾流器，生產成本高且系統整體效能有待提高。

技術實現思路

1、本發明提供了一種燃料電池雙極板結構、設計方法、設備及介質，用以解決現有技術中對于燃料電池雙極板所有區域采用統一的流場設計，生產成本高且系統整體效能有待提高的技術問題。

2、第一方面，本發明提供了一種燃料電池雙極板結構，所述結構包括陰極板，其特征在于，所述陰極板上包括至少兩個區域，在所述至少兩個區域中，不同區域的流道上設置有不同數量密度的擾流器。

3、在一種可行的實施方式中，不同區域的流道上設置有不同數量密度的擾流器，包括：

4、第一區域的流道上擾流器的數量密度大于第二區域的流道上擾流器的數量密度，所述第一區域與燃料電池雙極板流場出口之間的距離小于所述第二區域與所述燃料電池雙極板流場出口之間的距離。

5、在一種可行的實施方式中，所述陰極板包括入口區域、中間區域和出口區域，所述入口區域的流道上不設置擾流器，所述出口區域的流道上設置的擾流器的數量密度是所述中間區域的流道上設置的擾流器的數量密度的兩倍；其中，所述入口區域為在流道方向上與流場入口之間的距離小于第一預設距離的區域，所述中間區域為在流道方向上與流場入口之間的距離在預設距離范圍的區域，所述出口區域為在流道方向上與流場出口之間的距離小于第二預設距離的區域。

6、在一種可行的實施方式中，所述擾流器的結構為目標曲線繞目標弦線回轉180度形成的結構，所述目標弦線為連接所述目標曲線兩端的直線，所述目標曲線由第一圓弧和第二圓弧連接形成，所述第一圓弧為四分之一圓弧，所述第一圓弧的圓心和所述第二圓弧的圓心位于同一目標垂線，所述目標垂線與所述目標弦線相互垂直，所述第二圓弧的半徑為所述第一圓弧的半徑的5倍，所述第一圓弧和所述第二圓弧的公切線與所述目標弦線平行。

7、第二方面，本發明提供了一種燃料電池雙極板結構設計方法，應用于上述任一實施方式所述的一種燃料電池雙極板結構，所述方法包括：基于優化算法，確定目標擾流器參數，所述目標擾流器參數包括所述擾流器的尺寸和所述擾流器的數量密度；

8、根據所述目標擾流器參數設計燃料電池雙極板結構。

9、在一種可行的實施方式中，基于優化算法，確定目標擾流器參數，包括：

10、基于燃料電池的性能參數確定所述優化算法的適應度函數，所述性能參數包括流場水汽分布均勻度和電堆輸出電壓；

11、將適應度函數最小的擾流器參數確定為目標擾流器參數。

12、在一種可行的實施方式中，在基于燃料電池的性能參數確定所述優化算法的適應度函數之前，所述方法還包括：

13、將擾流器參數輸入至神經網絡模型，得到所述擾流器參數對應的性能參數。

14、在一種可行的實施方式中，在將擾流器參數輸入至神經網絡模型，得到所述擾流器參數對應的性能參數之前，所述方法還包括：

15、獲取原始樣本數據集；

16、利用局部加權回歸方式對所述原始樣本數據集進行數據擴充，得到大樣本數據集；

17、基于所述大樣本數據集對所述神經網絡模型進行訓練，得到訓練好的神經網絡模型。

18、第三方面，本發明提供了一種燃料電池雙極板結構設計設備，所述設備包括：至少一個處理器；以及，與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器存儲有能夠被所述至少一個處理器執行的指令，以使所述至少一個處理器能夠執行上述任一實施方式所述的一種燃料電池雙極板結構設計方法。

19、第四方面，本發明提供了一種非易失性計算機存儲介質，所述存儲介質為非易失性計算機可讀存儲介質，所述非易失性計算機可讀存儲介質存儲有至少一個程序，每個所述程序包括指令，所述指令當被終端執行時，使所述終端執行上述任一實施方式所述的一種燃料電池雙極板結構設計方法。

20、本發明提供的一種燃料電池雙極板結構、設計方法、設備及介質，與現有技術相比，具有以下有益的技術效果：

21、（1）本發明根據燃料電池流場不同區域的水氣傳遞特點，針對性地在不同流場區域設置不同數量密度的擾流器，降低了生產制造成本，提升了經濟性，且提高了燃料電池的整體效能。

22、（2）本發明中入口區域氣體流速高，壓降小，為節約設計成本，此處流場流道中不設置擾流器；中間區域作為過渡區，主要作用為確保氣體能夠均勻分布，并開始收集和排除生成的水，平衡氣體流動和水管理，此處均勻分布設置擾流器；出口區域靠近流場的末端，壓降高、易發生水淹，此處設計重點在于有效排除水和減少水淹風險，同時保持足夠的氣體流動以避免背壓過高，為保證優化效果，此處擾流器設置的數量密度為中間區域兩倍。這種針對不同區域的分區設計，能夠更精確地控制流場內的壓力分布和水的管理，從而提高燃料電池的性能和可靠性；并且可以提高擾流器的效率，減少擾流器的數量，節約生產成本。

23、（3）本發明提供的擾流器結構及擾流器分區設置方法包含參數較少，也即低參數，降低了擾流器設計參數的復雜性，降低了設計與制造難度：第二圓弧的半徑為第一圓弧的5倍，確定擾流器的結構僅需要第一圓弧的半徑這一個參數；中間區域的擾流器的數量密度是出口區域的擾流器的數量密度的一半，確定擾流器分區設置方法僅需要出口區域的擾流器的數量密度這一個參數。

24、（4）本發明中基于目標曲線和目標弦線得到的擾流器的結構，使得氣動中心位于1/4弦線處，有助于提高氣體流速，增強對水分的吹掃作用。

25、（5）本發明可以通過神經網絡模型確定擾流器參數對應的性能參數，通過優化算法，確定出使得性能參數最優的目標擾流器參數，進一步優化了燃料電池的流場設計。