固体氧化物电池堆运行仿真方法、系统、设备及存储介质与流程

本公开涉及电池仿真，特别涉及一种固体氧化物电池堆运行仿真方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、固体氧化物电池堆(solid oxide cell, soc)包括固体氧化物电解池(solidoxide electrolyzer cell, soec)与固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,sofc)电堆，在运行过程中同时涉及动量传输、组分传输、电化学反应、化学反应及热量传递等多个物理过程，为深入揭示soc电堆内部物理行为及其对性能和可靠性的影响，多物理场耦合数值模拟已成为电堆设计、运行优化及寿命评估中的重要研究手段。但由于这些物理过程在本质上高度非线性且强耦合，使得电堆级别的三维全耦合数值模拟面临巨大挑战。目前，针对工业规模soc电堆的多物理场耦合仿真普遍计算稳定性差、不易收敛，由于物理场之间的双向强耦合，求解耦合方程极易导致数值波动，使模型难以收敛。

2、因此，需要提供一种固体氧化物电池堆运行仿真方法、系统、设备及存储介质，从而改善上述问题。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种固体氧化物电池堆运行仿真方法、系统、设备及存储介质，以用于改善现有固体氧化物电池堆运行仿真方法在计算强耦合多物理场时易导致数值波动，计算稳定性差、模型难以收敛的技术问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，第一方面，本公开提供了一种固体氧化物电池堆的运行仿真方法，该运行仿真方法包括以下步骤：

3、基于所述固体氧化物电池堆的几何参数，构建所述固体氧化物电池堆的多物理场耦合模型；

4、引入电化学反应质量源，在恒定预设温度和预设工作电流密度分布条件下，通过所述多物理场耦合模型进行电池运行过程仿真求解，并获取第一分布场，所述第一分布场包括初始组分传输场；

5、基于所述第一分布场，在恒定预设温度条件下，通过所述多物理场耦合模型进行电池运行过程仿真求解，获得第二分布场；所述第二分布场包括仿真求解获得的第一电场和基于所述第一电场同步更新的第一组分传输场；

6、基于所述第二分布场，预设气体扩散系数，通过激活所述多物理场耦合模型中的能量方程以进行电池运行过程仿真求解，直至多物理场分布方程残差收敛，以获得仿真结果。

7、第二方面，本公开提供了一种固体氧化物电池堆的运行仿真系统，该运行仿真系统包括：

8、模型构建模块，基于所述固体氧化物电池堆的几何参数，构建所述固体氧化物电池堆的多物理场耦合模型；

9、第一仿真模块，引入电化学反应质量源，在恒定预设温度和预设工作电流密度分布条件下，通过所述多物理场耦合模型进行电池运行过程仿真求解，并获取第一分布场，所述第一分布场包括初始组分传输场；

10、第二仿真模块，基于所述第一分布场，在恒定预设温度条件下，通过所述多物理场耦合模型进行电池运行过程仿真求解，获得第二分布场；所述第二分布场包括仿真求解获得的第一电场和基于所述第一电场同步更新的第一组分传输场；

11、第三仿真模块，基于所述第二分布场，并预设气体扩散系数，通过激活所述多物理场耦合模型中的能量方程以进行电池运行过程仿真求解，直至多物理场分布方程残差收敛，以获得仿真结果。

12、第三方面，本公开提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项示例所述方法的步骤。

13、第四方面，本公开提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一项示例所述方法的步骤。

14、本公开提供的固体氧化物电池堆的运行仿真方法，从物质传输场开始依次累加电场、温度场进行分布迭代仿真，从而有效规避了多物理场强耦合带来的初始阶段数值振荡，大幅降低了模型对初始条件的依赖性。并且，该运行仿真方法，在多步迭代仿真过程中引入了关键组分浓度、平均电流密度及能量平衡状态的作为收敛切换条件，相比仅依赖方程残差作为单一收敛判据，在保证仿真精度的前提下可显著缩短仿真时间，特别是其在应用于大体系参数模型时节省计算耗时的效果更加突出。

1.一种固体氧化物电池堆的运行仿真方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的运行仿真方法，其特征在于，所述基于所述固体氧化物电池堆的几何参数，构建所述固体氧化物电池堆的多物理场耦合模型，包括：

3.根据权利要求1所述的运行仿真方法，其特征在于，引入电化学反应质量源，所述在恒定预设温度和预设工作电流密度分布条件下，通过所述多物理场耦合模型进行电池运行过程仿真求解，并获取第一分布场，包括：

4.根据权利要求1所述的运行仿真方法，其特征在于，所述基于所述第一分布场，在恒定预设温度条件下，通过所述多物理场耦合模型进行电池运行过程仿真求解，获得第二分布场，包括：

5.根据权利要求1所述的运行仿真方法，其特征在于，所述基于所述第二分布场，并预设气体扩散系数，通过激活所述多物理场耦合模型中的能量方程以进行电池运行过程仿真求解，直至多物理场分布方程残差收敛，以获得仿真结果，包括：

6.根据权利要求5所述的运行仿真方法，其特征在于，所述基于所述第二分布场，在恒定预设气体扩散系数约束下，通过激活所述多物理场耦合模型中的能量方程以进行电池运行过程仿真求解，获得第三分布场，包括：

7.根据权利要求5所述的运行仿真方法，其特征在于，所述基于所述第三分布场，引入有效气体扩散系数，并通过所述多物理场耦合模型仿真求解电池运行过程，直至多物理场分布方程残差收敛，以获得仿真结果，包括：

8.一种固体氧化物电池堆的运行仿真系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器和存储器；

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述运行仿真方法的步骤。