一种氢燃料电池极板应力计算方法技术

本发明专利技术公开了一种氢燃料电池极板应力计算方法，包括以下步骤：S1建立氢燃料电池堆模型；S2，假设以氢燃料电池堆极板应力较大的一边为极板的第1片，以最后一片极板为第N片，定义N为极板总片数；S3，计算螺栓拧紧力矩T；S4，当N=20时或当N=40时，先计算第3片极板至第N

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池极板应力计算方法


[0001]本专利技术涉及氢燃料电池极板设计的
，尤其涉及一种氢燃料电池极板应力计算方法。

技术介绍

[0002]在能源制约、环境污染等大背景下，燃料电池由于其发电效率高、环境污染少等诸多优点，逐渐应用于工业、住屋、交通等领域，燃料电池作为基本或后备供电装置，具有广泛的应用前景。
[0003]氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其对环境不会造成任何影响，氢燃料电池逐步受到更多关注。氢燃料电池的每个电池单元中的膜电极层需要一对导电隔板，导电隔板被称为电极板，电极板上受到的应力大小影响整个电池的使用寿命，现有技术中，极板之间通过螺栓连接，使用螺栓拧紧时，不同的拧紧力矩，电极板上受到的应力会产生变化，无法根据拧紧力矩得到极板上的最大应力分布情况，降低电极板的使用寿命。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术提供了一种氢燃料电池极板应力计算方法，其能根据不同拧紧力矩计算出每块极板最大应力的分布，为氢燃料电池极板设计提供依据。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：包括以下步骤，
[0008]S1，建立氢燃料电池堆模型；
[0009]S2，假设以氢燃料电池堆极板应力较大的一边为极板的第1片，以最后一片极板为第N片，定义N为极板总片数；
[0010]S3，计算螺栓拧紧力矩T；
[0011]S4，当N＝20时或当N＝40时，先计算第3片极板至第N
‑
2片极板的应力，转至步骤S5；当N＝81时，先计算第1片至第N
‑
1片极板的应力，转至步骤S6；
[0012]S5，计算第1、第2片极板与第N
‑
1、N片极板的最大应力；
[0013]S6，计算第N片极板的最大应力。
[0014]作为本专利技术所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S3中，施加在螺栓上的预紧力为F0，由预紧力计算得到拧紧力矩，预紧力和拧紧力矩的关系为，
[0015][0016]其中，ψ为连接螺纹的螺纹升角；d2为螺纹中径；为螺旋副的当量摩擦角；d0为螺栓孔直径；D0为螺母环型支乘面外径；f
c
为螺母与支乘面间的摩擦系数。
[0017]作为本专利技术所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S4中，当N＝20时，极板最大应力计算公式为，
[0018][0019]其中，P为极板最大应力，n为第几片。
[0020]作为本专利技术所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S4中，当N＝40时，极板最大应力计算公式为，
[0021][0022]作为本专利技术所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S4中，当N＝81时，极板最大应力计算公式为，
[0023][0024]作为本专利技术所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S5中，当N＝20时，第1片、第2片、第N片和第N
‑
1片极板的最大应力计算公式为，
[0025][0026]其中，P3、P
N
‑2分别为第3片和第N
‑
2片极板的最大应力。
[0027]作为本专利技术所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S5中，当N＝40时，第1片、第2片、第N片和第N
‑
1片极板的最大应力计算公式为，
[0028][0029]作为本专利技术所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S6中，当N＝81时，第N片极板的最大应力计算公式为，
[0030]P＝2.08
×
P
N
‑1，(n＝N)
[0031]其中，P
N
‑1为第N
‑
1片极板的最大应力。
[0032]本专利技术的有益效果：本专利技术能够在已知不同螺栓拧紧力矩的情况下准确计算出不同极板总数氢燃料电池中每块极板最大应力的分布，为氢燃料电池堆极板的设计提供依据。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0034]图1为本专利技术N＝20和N＝40时极板应力计算方法流程图。
[0035]图2为本专利技术N＝81时极板应力计算方法流程图。
[0036]图3为本专利技术N＝20时第3片极板最大应力结果图。
[0037]图4为本专利技术N＝20时第18极板最大应力结果图。
[0038]图5为本专利技术N＝20时第1极板最大应力结果图。
[0039]图6为本专利技术N＝20时第2极板最大应力结果图。
[0040]图7为本专利技术N＝20时第19极板最大应力结果图。
[0041]图8为本专利技术N＝20时第20极板最大应力结果图。
[0042]图9为本专利技术N＝40时第3片极板最大应力仿真结果图。
[0043]图10为本专利技术N＝40时第38极板最大应力仿真结果图。
[0044]图11为本专利技术N＝40时第1极板最大应力仿真结果图。
[0045]图12为本专利技术N＝40时第2极板最大应力仿真结果图。
[0046]图13为本专利技术N＝40时第39极板最大应力仿真结果图。
[0047]图14为本专利技术N＝40时第40极板最大应力仿真结果图。
[0048]图15为本专利技术N＝81时第1极板最大应力仿真结果图。
[0049]图16为本专利技术N＝81时第80极板最大应力仿真结果图。
[0050]图17为本专利技术N＝81时第81极板最大应力仿真结果图。
[0051]图18为本专利技术中氢燃料电池堆模型的预紧力施加方式。
具体实施方式
[0052]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而
不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术的保护的范围。
[0053]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池极板应力计算方法，其特征在于：包括以下步骤，S1，建立氢燃料电池堆模型；S2，假设以氢燃料电池堆极板应力较大的一边为极板的第1片，以最后一片极板为第N片，定义N为极板总片数；S3，计算螺栓拧紧力矩T；S4，当N＝20时或当N＝40时，先计算第3片极板至第N
‑
2片极板的应力，转至步骤S5；当N＝81时，先计算第1片至第N
‑
1片极板的应力，转至步骤S6；S5，计算第1、第2片极板与第N
‑
1、N片极板的最大应力；S6，计算第N片极板的最大应力。2.如权利要求1所述的氢燃料电池极板应力计算方法，其特征在于：所述步骤S3中，施加在螺栓上的预紧力为F0，由预紧力计算得到拧紧力矩，预紧力和拧紧力矩的关系为，其中，ψ为连接螺纹的螺纹升角；d2为螺纹中径；为螺旋副的当量摩擦角；d0为螺栓孔直径；D0为螺母环型支乘面外径；f
c
为螺母与支乘面间的摩擦系数。3.如权利要求2所述的氢燃料电池极板应力计算方法，其特征在于：所述步骤S4中，当N＝20时，极板最大应力计算公式为，其中，P为极板最大应力，n为第几片。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：关栋，潘必宇，吴蒋东，李竞，田逸清，沈辉，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：