八分钟了解gFUELCELL

gFUELCELL 合工仿真氢燃料电池 CAE，通用仿真技术

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2019-12-30 10:51发布

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合工7号

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gFUELCELL是由英国PSE公司开发推出的一款专业的氢燃料电池及系统多尺度仿真设计与优化软件。

1989年起，英国帝国理工学院过程系统工程中心在工艺过程的数值模拟上大力投入，历经数十年的过程系统研发，以算法封装的形式开发出gPROMS，并于1997年成立了PSE公司，负责gPROMS产品的运营。

作为全球领先的先进过程模拟（Advanced Process Modelling, APM）技术供应商，PSE致力于推动过程模拟技术的发展和实践应用，基于功能强大的创新型建模平台gPROMS，通过与各领域的领先企业合作开发出系列专业的仿真设计与优化产品。

2006年，以本田、丰田为代表的日本燃料电池企业与欧洲帝国理工学院、PSE公司达成战略项目合作，从用户实际研发需求出发，历时多年，定制开发氢燃料电池及系统多尺度仿真设计与优化软件gFUELCELL，目前软件具备质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）两大模块。

燃料电池运行时其内部发生各种物理化学变化过程极为复杂，用于燃料电池研发设计的软件及其数学模型需要包含多学科的流动、传质、传热和电化学反应机理，同时必须全面考虑多尺度、多维度的动态效应。

燃料电池研发及系统设计是一项涵盖多学科多尺度的复杂系统工程，即使不考虑其模型缺陷，多数软件也只能涉及燃料电池系统的仿真计算，有的甚至还需要借助其它软件进行控制单元的建模和计算。不准确、甚至不正确的燃料电池模块（模型）带来的不仅是研发时间与成本的浪费，更有可能造成额外的无法弥补的损失。

gFUELCELL针对燃料电池研发全周期的各个阶段提供相应的解决方案，从实验数据处理到中试设备，从严谨的数学优化计算到整个系统级别的设置和控制，使用gFUELCELL可以避免重复性的模拟研究，快速准确的达成预定目标。

燃料电池运行时其内部发生各种物理化学变化过程极为复杂。gFUELCELL的数学模型考虑了燃料电池研发所关注的几乎所有学科及要素，以氢燃料电池的PEMFC模型为例，该模型全面涵盖电化学、物理等各学科效应，其所有子模型都是二维/三维分布模型，所有电场压都采用二维/三维的拉普拉斯方程；气体扩散层（GDL）和催化剂层的组分传递采用MS和DGM方程描述多组分扩散；采用严格的物理化学模型描述电解质膜肿胀、阴极催化层氧气输运、气体通道水份冷凝、电堆中的催化剂失活扩展等现象。

从指导燃料电池研发设计的角度，燃料电池数学模型必须满足极化曲线高精度计算的基本要求。特别强调的是，该要求不是拟合一条或少数若干条极化曲线，而是在燃料电池操作工况范围内，使用同一个模型、在同一组参数的情况下，吻合所有条件下的极化曲线。gFUELCELL软件的高精度燃料电池数学模型经过了本田与丰田严格的宏观实验验证，包括针对单电池实验/电堆实验/电堆的水生成量/IV曲线等实测数据的模型验证工作。