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    • 可執行
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    • 在瀏覽器中嘗試使用OPEM！
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概述

質子交換膜燃料電池（PEMFC）的建模和仿真可以作為可再生能源研究與開發的強大工具。開源PEMFC仿真工具（OPEM）是評估質子交換膜燃料電池性能的建模工具。該軟件包是預測PEMFC最佳操作參數的模型（靜態/動態）的組合。 OPEM包含將作為輸入的通用模型，不僅是操作變量的值，例如陽極和陰極饋電氣體，壓力和組成，細胞溫度和電流密度，還包括細胞參數，包括活動面積和膜厚度。此外，在OPEM中提出的一些不同的PEMFC模型，只專注於一個特定的FC堆棧，而另一些PEMFC則考慮了一部分或所有輔助機構，例如改革者。 OPEM是PEMFC模型協作開發的平台。

圖1。 OPEM框圖

開放式樞紐
PYPI計數器
Github星星
分支掌握發展
CI
代碼質量

用法

可執行

  • 打開CMD （Windows）或Terminal （UNIX）

  • 運行opem或python -m opem （或運行OPEM.exe ）

  • 輸入PEM單元參數（或運行標準測試向量）

    1. Amphlett靜態模型

      輸入描述單元
      t細胞操作溫度k
      PH2部分壓力ATM
      PO2部分壓力ATM
      我開始細胞操作當前起點一個
      我步單元操作電流步驟一個
      我停留電池操作電流終點一個
      一個活動區域CM^2
      l膜厚度厘米
      Lambda可調參數，最小值為14，最大值為23 - -
      R（*可選） R電子歐姆
      jmax最大電流密度A/（CM^2）
      n單細胞的數量 - -
      *有關此模型的更多信息，請訪問此處

    2. Larminie-Dicks靜態模型

      輸入描述單元
      E0燃料電池可逆無損耗電壓v
      一個塔菲爾線的斜率v
      t細胞操作溫度k
      我開始細胞操作當前起點一個
      我步單元操作電流步驟一個
      我停留電池操作電流終點一個
      在內部電流一個
      I_0過電壓開始從零移動的交換電流一個
      I_L限制電流一個
      RM膜和接觸電阻歐姆
      n單細胞的數量 - -
      *有關此模型的更多信息，請訪問此處

    3. Charbleline-Kim靜態模型

      輸入描述單元
      E0開路電壓v
      b塔菲爾還原的參數v
      r反抗ohm.cm^2
      我開始細胞操作當前起點一個
      我步單元操作電流步驟一個
      我停留電池操作電流終點一個
      一個活動區域CM^2
      m擴散的參數v
      n擴散的參數（a^-1）（cm^2）
      n單細胞的數量 - -
      *有關此模型的更多信息，請訪問此處

    4. 帕杜斯動態模型I

      輸入描述單元
      E0沒有負載電壓v
      t燃料電池溫度k
      KH2氫閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      KO2氧氣閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      Th2氫時間常數s
      TO2氧時間常數s
      b激活電壓常數v
      c激活常數參數a^（-1）
      rint燃料電池內部電阻歐姆
      羅氫 - 氧氣流量比 - -
      QH2氫氣流kmol/s
      N0細胞數量 - -
      我開始細胞操作當前起點一個
      我步單元操作電流步驟一個
      我停留電池操作電流終點一個
      *有關此模型的更多信息，請訪問此處

    5. Paduls Dynamic Model II

      輸入描述單元
      E0沒有負載電壓v
      t燃料電池溫度k
      KH2氫閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      KH2O水閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      KO2氧氣閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      Th2氫時間常數s
      th2o水位時間常數s
      TO2氧時間常數s
      b激活電壓常數v
      c激活常數參數a^（-1）
      rint燃料電池內部電阻歐姆
      羅氫 - 氧氣流量比 - -
      QH2氫氣流kmol/s
      N0細胞數量 - -
      我開始細胞操作當前起點一個
      我步單元操作電流步驟一個
      我停留電池操作電流終點一個
      *有關此模型的更多信息，請訪問此處

    6. Paduls-Hauer動態模型

      輸入描述單元
      E0沒有負載電壓v
      t燃料電池溫度k
      KH2氫閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      KH2O水閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      KO2氧氣閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      Th2氫時間常數s
      th2o水位時間常數s
      TO2氧時間常數s
      T1改革器時間不變s
      T2改革器時間不變s
      b激活電壓常數v
      c激活常數參數a^（-1）
      簡歷轉換因子 - -
      rint燃料電池內部電阻歐姆
      羅氫 - 氧氣流量比 - -
      Qmethanol甲醇的摩爾流動kmol/s
      N0細胞數量 - -
      我開始細胞操作當前起點一個
      我步單元操作電流步驟一個
      我停留電池操作電流終點一個
      *有關此模型的更多信息，請訪問此處

    7. PADULLES-AMPHLETT動態模型

      輸入描述單元
      E0沒有負載電壓v
      t燃料電池溫度k
      KH2氫閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      KH2O水閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      KO2氧氣閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      Th2氫時間常數s
      th2o水位時間常數s
      TO2氧時間常數s
      T1改革器時間不變s
      T2改革器時間不變s
      一個活動區域CM^2
      l膜厚度厘米
      Lambda可調參數，最小值為14，最大值為23 - -
      R（*可選） R電子歐姆
      jmax最大電流密度A/（CM^2）
      簡歷轉換因子 - -
      羅氫 - 氧氣流量比 - -
      Qmethanol甲醇的摩爾流動kmol/s
      N0細胞數量 - -
      我開始細胞操作當前起點一個
      我步單元操作電流步驟一個
      我停留電池操作電流終點一個
      *有關此模型的更多信息，請訪問此處

    8. Chakraborty動態模型

      輸入描述單元
      E0沒有負載電壓v
      t細胞操作溫度k
      KH2氫閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      KH2O水閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      KO2氧氣閥常數kmol.s^（-1）.ATM^（-1）
      羅氫 - 氧氣流量比 - -
      rint燃料電池內部電阻歐姆
      N0細胞數量 - -
      你燃料利用率 - -
      我開始細胞操作當前起點一個
      我步單元操作電流步驟一個
      我停留電池操作電流終點一個
      *有關此模型的更多信息，請訪問此處
    • 在Model_Name文件夾中查找您的報告

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圖書館

  1. Amphlett靜態模型

    >>> from opem.Static.Amphlett import Static_Analysis
>>> Test_Vector = { " T " : 343.15 , " PH2 " : 1 , " PO2 " : 1 , " i-start " : 0 , " i-stop " : 75 , " i-step " : 0.1 , " A " : 50.6 , " l " : 0.0178 , " lambda " : 23 , " N " : 1 , " R " : 0 , " JMax " : 1.5 , " Name " : " Amphlett_Test " }
>>> data = Static_Analysis( InputMethod = Test_Vector, TestMode = True , PrintMode = False , ReportMode = False )
    鑰匙描述類型
    地位模擬狀態布爾
    p力量列表
    我電池操作電流列表
    v FC電壓列表
    eff效率列表
    ph熱力列表
    v0線性APX截距漂浮
    k線性apx斜率漂浮
    eta_active ETA激活列表
    eta_conc ETA濃度列表
    eta_ohmic Eta Ohmic列表
    VE估計的FC電壓列表
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  2. Larminie-Dicks靜態模型

    >>> from opem.Static.Larminie_Dicks import Static_Analysis
>>> Test_Vector = { " A " : 0.06 , " E0 " : 1.178 , " T " : 328.15 , " RM " : 0.0018 , " i_0 " : 0.00654 , " i_L " : 100.0 , " i_n " : 0.23 , " N " : 23 , " i-start " : 0.1 , " i-stop " : 98 , " i-step " : 0.1 , " Name " : " Larminiee_Test " }
>>> data = Static_Analysis( InputMethod = Test_Vector, TestMode = True , PrintMode = False , ReportMode = False )
    鑰匙描述類型
    地位模擬狀態布爾
    p力量列表
    我電池操作電流列表
    v FC電壓列表
    eff效率列表
    ph熱力列表
    v0線性APX截距漂浮
    k線性apx斜率漂浮
    VE估計的FC電壓列表
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  3. Charbleline-Kim靜態模型

    >>> from opem.Static.Chamberline_Kim import Static_Analysis
>>> Test_Vector = { " A " : 50.0 , " E0 " : 0.982 , " b " : 0.0689 , " R " : 0.328 , " m " : 0.000125 , " n " : 9.45 , " N " : 1 , " i-start " : 1 , " i-stop " : 42.5 , " i-step " : 0.1 , " Name " : " Chamberline_Test " }
>>> data = Static_Analysis( InputMethod = Test_Vector, TestMode = True , PrintMode = False , ReportMode = False )
    鑰匙描述類型
    地位模擬狀態布爾
    p力量列表
    我電池操作電流列表
    v FC電壓列表
    eff效率列表
    ph熱力列表
    v0線性APX截距漂浮
    k線性apx斜率漂浮
    VE估計的FC電壓列表
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  4. 帕杜斯動態模型I 

    >>> from opem.Dynamic.Padulles1 import Dynamic_Analysis
>>> Test_Vector = { " T " : 343 , " E0 " : 0.6 , " N0 " : 88 , " KO2 " : 0.0000211 , " KH2 " : 0.0000422 , " tH2 " : 3.37 , " tO2 " : 6.74 , " B " : 0.04777 , " C " : 0.0136 , " Rint " : 0.00303 , " rho " : 1.168 , " qH2 " : 0.0004 , " i-start " : 0 , " i-stop " : 100 , " i-step " : 0.1 , " Name " : " PadullesI_Test " }
>>> data = Dynamic_Analysis( InputMethod = Test_Vector, TestMode = True , PrintMode = False , ReportMode = False )
    鑰匙描述類型
    地位模擬狀態布爾
    p力量列表
    我電池操作電流列表
    v FC電壓列表
    eff效率列表
    PO2部分壓力列表
    PH2部分壓力列表
    ph熱力列表
    v0線性APX截距漂浮
    k線性apx斜率漂浮
    VE估計的FC電壓列表
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  5. Paduls Dynamic Model II 

    >>> from opem.Dynamic.Padulles2 import Dynamic_Analysis
>>> Test_Vector = { " T " : 343 , " E0 " : 0.6 , " N0 " : 5 , " KO2 " : 0.0000211 , " KH2 " : 0.0000422 , " KH2O " : 0.000007716 , " tH2 " : 3.37 , " tO2 " : 6.74 , " tH2O " : 18.418 , " B " : 0.04777 , " C " : 0.0136 , " Rint " : 0.00303 , " rho " : 1.168 , " qH2 " : 0.0004 , " i-start " : 0.1 , " i-stop " : 100 , " i-step " : 0.1 , " Name " : " Padulles2_Test " }
>>> data = Dynamic_Analysis( InputMethod = Test_Vector, TestMode = True , PrintMode = False , ReportMode = False )
    鑰匙描述類型
    地位模擬狀態布爾
    p力量列表
    我電池操作電流列表
    v FC電壓列表
    eff效率列表
    PO2部分壓力列表
    PH2部分壓力列表
    PH2O部分壓力列表
    ph熱力列表
    v0線性APX截距漂浮
    k線性apx斜率漂浮
    VE估計的FC電壓列表
    • 有關此模型的更多信息，請訪問此處

  6. Paduls-Hauer動態模型

    >>> from opem.Dynamic.Padulles_Hauer import Dynamic_Analysis
>>> Test_Vector = { " T " : 343 , " E0 " : 0.6 , " N0 " : 5 , " KO2 " : 0.0000211 , " KH2 " : 0.0000422 , " KH2O " : 0.000007716 , " tH2 " : 3.37 , " tO2 " : 6.74 , " t1 " : 2 , " t2 " : 2 , " tH2O " : 18.418 , " B " : 0.04777 , " C " : 0.0136 , " Rint " : 0.00303 , " rho " : 1.168 , " qMethanol " : 0.0002 , " CV " : 2 , " i-start " : 0.1 , " i-stop " : 100 , " i-step " : 0.1 , " Name " : " Padulles_Hauer_Test " }
>>> data = Dynamic_Analysis( InputMethod = Test_Vector, TestMode = True , PrintMode = False , ReportMode = False )
    鑰匙描述類型
    地位模擬狀態布爾
    p力量列表
    我電池操作電流列表
    v FC電壓列表
    eff效率列表
    PO2部分壓力列表
    PH2部分壓力列表
    PH2O部分壓力列表
    ph熱力列表
    v0線性APX截距漂浮
    k線性apx斜率漂浮
    VE估計的FC電壓列表
    • 有關此模型的更多信息，請訪問此處

  7. PADULLES-AMPHLETT動態模型

    >>> from opem.Dynamic.Padulles_Amphlett import Dynamic_Analysis
>>> Test_Vector = { " A " : 50.6 , " l " : 0.0178 , " lambda " : 23 , " JMax " : 1.5 , " T " : 343 , " N0 " : 5 , " KO2 " : 0.0000211 , " KH2 " : 0.0000422 , " KH2O " : 0.000007716 , " tH2 " : 3.37 , " tO2 " : 6.74 , " t1 " : 2 , " t2 " : 2 , " tH2O " : 18.418 , " rho " : 1.168 , " qMethanol " : 0.0002 , " CV " : 2 , " i-start " : 0.1 , " i-stop " : 75 , " i-step " : 0.1 , " Name " : " Padulles_Amphlett_Test " }
>>> data = Dynamic_Analysis( InputMethod = Test_Vector, TestMode = True , PrintMode = False , ReportMode = False )
    鑰匙描述類型
    地位模擬狀態布爾
    p力量列表
    我電池操作電流列表
    v FC電壓列表
    eff效率列表
    PO2部分壓力列表
    PH2部分壓力列表
    PH2O部分壓力列表
    ph熱力列表
    v0線性APX截距漂浮
    k線性apx斜率漂浮
    eta_active ETA激活列表
    eta_conc ETA濃度列表
    eta_ohmic Eta Ohmic列表
    VE估計的FC電壓列表
    • 有關此模型的更多信息，請訪問此處

  8. Chakraborty動態模型

    >>> from opem.Dynamic.Chakraborty import Dynamic_Analysis
>>> Test_Vector = { " T " : 1273 , " E0 " : 0.6 , " u " : 0.8 , " N0 " : 1 , " R " : 3.28125 * 10 ** ( - 3 ), " KH2O " : 0.000281 , " KH2 " : 0.000843 , " KO2 " : 0.00252 , " rho " : 1.145 , " i-start " : 0.1 , " i-stop " : 300 , " i-step " : 0.1 , " Name " : " Chakraborty_Test " }
>>> data = Dynamic_Analysis( InputMethod = Test_Vector, TestMode = True , PrintMode = False , ReportMode = False )
    鑰匙描述類型
    地位模擬狀態布爾
    p力量列表
    我電池操作電流列表
    v FC電壓列表
    eff效率列表
    PO2部分壓力列表
    PH2部分壓力列表
    PH2O部分壓力列表
    ph熱力列表
    內特的收益內特的收益列表
    歐姆損失歐姆損失列表
    v0線性APX截距漂浮
    k線性apx斜率漂浮
    VE估計的FC電壓列表
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    參數

    1. TestMode ：活動測試模式並獲取/返回數據如dict （默認： False ）
    2. ReportMode ：生成報告（ .csv ， .opem ， .html ）並打印在控制台中（默認： True ）
    3. PrintMode ：控制台中的控制打印，（默認： True ）
    4. Folder ：報告文件夾，（默認： os.getcwd() ）

    筆記

    • 返回類型： dict

電報機器人

  • 發送/start命令到opem bot
  • 從菜單中選擇型號
  • 根據模板發送測試向量
  • 下載您的結果

在瀏覽器中嘗試使用OPEM！

OPEM可以通過粘合劑服務在交互式jupyter筆記本中在線使用！現在嘗試一下！ ：

  • 在Documents夾中檢查.ipynb文件
  • 編輯並執行註釋的每個部分，逐步從頂部面板按Run按鈕
  • 對於執行完整的模擬，您可以在Full Run部分中編輯Test_Vector

問題和錯誤報告

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  2. CSV
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參考

1- JC Amphlett，RM Baumert，RF Mann，Ba Peppley和Pr Roberge。 1995年。 “巴拉德標記IV固體聚合物電解質燃料電池的性能建模”。 J. Electrochem。 Soc。 （電化學協會，公司）142（1）：9-15。 doi：10.1149/1.2043959。
2- Jeferson M. Correa，Felix A. Farret，Vladimir A. Popov，Marcelo G. Simoes。 2005。 “對模擬質子交換膜燃料電池的建模參數的靈敏度分析。” IEEE能源轉換（IEEE）20（1）：211-218的IEEE交易。 doi：10.1109/tec.2004.842382。
3- Junbom Kim，Seong Lee，Supramaniam Srinivasan，Charles E. Chamberlin。 1995年。 “具有經驗方程的質子交換膜燃料電池性能的建模”。電化學學會雜誌（電化學學會）142（8）：2670-2674。 doi：10.1149/1.2050072。
4- I. Sadli，P。 Thounthong，J.-P。馬丁，S。 Rael，B。 Davat。 2006。 “ PEMFC提供低壓靜態轉換器的行為”。電源雜誌（Elsevier）156：119–125。 doi：10.1016/j.jpowsour.2005.08.021。
5- J. Paduls，GW Ault，Jr McDonald。 2000。 “用於電源系統模擬的集成SOFC植物動力學模型”。電源雜誌（Elsevier）86（1-2）：495-500。 doi：10.1016/s0378-7753（99）00430-9。
6-豪爾，K.-H。 2001年。 “用於燃料電池汽車硬件和軟件（控件）的分析工具，並應用了替代系統設計的燃料經濟性比較。”博士加利福尼亞大學戴維斯分校的論文，交通技術與政策。
7- A. Saadi，M。 Bechherif，A。 Aboubou，我的Ayad。 2013。 “質子交換膜燃料電池靜態模型的比較”。可再生能源（Elsevier）56：64-71。 doi：dx.doi.org/10.1016/j.renene.2012.10.012。
8-Diego Feroldi，Marta Basualdo。 2012。 “ PEM燃料電池系統的描述”。綠色能源與技術（Springer）49-72。 doi：10.1007/978-1-84996-184-4_2
9- Gottesfeld，Shimshon。 ND聚合物電解質燃料電池：氫燃料電源中的材料問題。 http://physics.oregonstate.edu/~hetheriw/ energy/topics/doc/doc/electrochemistry/fc/basic/the_polymer_electrolyte_fuel_cell.htm
10-穆罕默德·貝克里夫（Mohamed Becherif），艾薩·薩迪（AïchaSaadi），丹尼爾·赫斯塞爾（Daniel Hissel），阿巴納克·阿布布（Abdennacer Aboubou），穆罕默德·亞辛·艾亞德（Mohamed Yacine Ayad）。 2011。 “靜態和動態質子交換膜燃料電池模型”。烴礦與環境研究雜誌2（1）
11- Larminie，J.，Dicks，A。 ，＆McDonald，MS 2003。解釋的燃料電池系統（第2卷，第207-225頁）。英國奇切斯特：J。 Wiley。 doi：10.1002/9781118706992。
12- Rho，YW，Srinivasan，S。 ，＆Kho，YT 1994。 ''使用O 2/HE，O 2/AR和O 2/N 2混合物II的質子交換膜燃料電池中的質量傳輸現象。理論分析。 ''電化學學會雜誌，141（8），2089-2096。 doi：10.1149/1.2055066。
13- U. Chakraborty，一種新的模型，用於恆定燃料利用和燃料電池中恆定的燃料流量。科學。 9（2019）1066。 https：//doi.org/10.3390/App9061066。

引用

如果您在研究中使用OPEM，請引用本文：

 @Article {Haghighi2018，
  doi = {10.21105/joss.00676}，
  url = {https://doi.org/10.21105/joss.00676}，
  年= {2018}，
  月= {jul}，
  Publisher = {the Open Journal}，
  音量= {3}，
  數字= {27}，
  頁= {676}，
  作者= {Sepand Haghighi和Kasra Askari和Sarmin Hamidi和Mohammad Mahdi Rahimi}，
  title = {{opem}：開源{pem}單元模擬工具}，
  日記= {開源軟件期刊}
}

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