一种燃料电池堆内膜电极组装力确定方法及系统技术方案

本申请提供了一种燃料电池堆内膜电极组装力确定方法及系统，包括：响应于第一组装力作用于第一电堆，获取不同的组装力和第一压力测试数据的关系，作为第一关系；并获取不同的组装力和燃料电池堆在线性能的关系，作为第二关系；响应于第二组装力作用于第二电堆，获取不同的组装力和第二压力测试数据关系的关系，作为第三关系；基于所述第一关系、第二关系和第三关系，得到目标组装力数值。这样，通过对电堆的压力进行直接测试，建立组装力和电堆性能的多重对应关系，综合压力测试和性能的表现情况，进行适用组装力的确定，易于实现，不容易受到温度影响，可以得到准确且合适的组装力；同时，可以提高密封材料设计的匹配性。可以提高密封材料设计的匹配性。可以提高密封材料设计的匹配性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池堆内膜电极组装力确定方法及系统


[0001]本申请涉及燃料电池的
，特别是涉及一种燃料电池堆内膜电极组装力确定方法及系统。

技术介绍

[0002]燃料电池的核心零部件包括质子交换膜电极，而质子交换膜电极又包括质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层。其中，气体扩散层(gas diffusion layer，GDL)作为膜电极中厚度尺寸最大的部件，起到气液传输、导热、导电、支撑等作用。气体扩散层在较小组装力下，气体扩散层受压较小，电子阻抗较大，性能较低；随着组装力的增加，电子阻抗减小，传质阻抗逐渐凸显，两者在特定组装力范围内相互平衡，可以保持高性能输出；随着组装力的继续增加，传质阻抗占据主导地位，也会影响电池性能输出。因此，只有在合适的受力状态下，气体扩散层才会有良好的气液传输与导热导电。
[0003]目前，为了对燃料电池进行合适组装，保证电池性能输出，输出气体扩散层大致可用组装力及压缩率，对气体扩散层适用组装力范围的研究，主要是根据离线平板压缩下气体扩散层力与位移的曲线，以及力与电阻的曲线。但是，大功率燃料电池电堆存在出入口温湿度差异，电子阻抗和传质阻抗占比不同，这会导致利用力与电阻曲线判断可用组装力的结果不准确。
[0004]因此，对于燃料电池电堆来说，如何得到准确且合适的组装力，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请实施例提供了一种燃料电池堆内膜电极组装力确定方法及装置，旨在得到燃料电池电堆准确且合适的组装力。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种燃料电池堆内膜电极组装力确定方法，包括：
[0007]响应于第一组装力作用于第一电堆，获取不同的组装力和第一压力测试数据的关系，作为第一关系；并获取不同的组装力和燃料电池堆在线性能的关系，作为第二关系；所述第一电堆为含密封材料组装膜电极的电堆，所述第一压力测试数据为所述第一电堆的膜电极活性反应区域所受的压力数据；
[0008]响应于第二组装力作用于第二电堆，获取不同的组装力和第二压力测试数据关系的关系，作为第三关系；所述第二电堆为不含密封材料组装膜电极的电堆，所述第二压力测试数据为所述第二电堆的膜电极活性反应区域所受的压力数据；
[0009]基于所述第一关系、第二关系和第三关系，得到目标组装力数值，所述目标组装力数值用于使所述第一压力测试数据、所述第二压力测试数据和所述燃料电池堆在线性能满足第一预设条件。
[0010]可选的，所述组装力由施压装置施加，所述方法还包括：
[0011]响应于第二组装力作用于第二电堆，获取不同的组装力对应的施压参数，所述施
压参数为所述施压装置施加不同的组装力时的位移参数；
[0012]获取空压参数和第二电堆的固有参数，所述空压参数为所述施压装置空压时的位移参数，所述第二电堆的固有参数包括所述第二电堆的结构和材料参数；
[0013]利用所述不同的组装力对应的施压参数、所述空压参数和所述第二电堆的固有参数，计算不同组装力对应的压缩率，并得到第四关系，所述第四关系为不同的组装力和压缩率的关系；
[0014]基于所述第一关系、第二关系、第三关系和第四关系，得到优选组装力数值，所述优选组装力数值用于使所述第一压力测试数据、所述第二压力测试数据、所述燃料电池堆在线性能和所述压缩率满足第二预设条件。
[0015]可选的，所述第二压力测试数据由第二压力测试装置获取，所述第二压力测试装置包括压敏纸，所述第二电堆的固有参数包括所述第二电堆的膜电极的厚度、所述第二电堆的金属板的厚度、所述压敏纸的厚度、所述第二电堆的膜电极的数量；
[0016]所述压缩率的计算公式，包括：
[0017][0018]其中，T0为所述空压参数，T
KN
为组装力对应的施压参数，t
pre
为所述压敏纸的厚度，N为所述第二电堆的膜电极的数量，t
BP
为所述第二电堆的金属板的厚度，t
M
为所述第二电堆的膜电极的厚度。
[0019]可选的，所述燃料电池堆在线性能包括常温启动性能、极化性能、低温高电密性能和/或低计量比性能，所述获取不同的组装力和燃料电池堆在线性能的关系，作为第二关系，包括：
[0020]获取不同的组装力和所述常温启动性能的关系；
[0021]获取不同的组装力和所述极化性能的关系；
[0022]获取不同的组装力和所述低温高电密性能的关系；
[0023]获取不同的组装力和所述低计量比性能的关系。
[0024]第二方面，本申请实施例提供了一种燃料电池堆内膜电极组装力确定系统，包括：
[0025]第一电堆，第一施压装置，第一压力测试装置，评价装置，第二电堆，第二施压装置，第二压力测试装置，控制器；
[0026]所述第一电堆和所述第二电堆均包括集流板、绝缘板、端板、多个双极板和多个膜电极，所述膜电极位于所述双极板之间；
[0027]所述第一施压装置用于施加作用于所述第一电堆的组装力；
[0028]所述第一压力测试装置位于所述第一电堆的双极板与膜电极之间，用于获取第一压力测试数据；
[0029]所述评价装置用于获取燃料电池堆在线性能；
[0030]所述第二施压装置用于施加作用于所述第二电堆的组装力；
[0031]所述第二压力测试装置位于所述第二电堆的双极板与膜电极之间，用于获取第二压力测试数据；
[0032]所述控制器用于执行前述第一方面任一项所述的燃料电池堆内膜电极组装力确
定方法。
[0033]可选的，所述第二压力测试装置包括压敏纸及压敏纸扫描仪。
[0034]第三方面，本申请实施例提供了一种燃料电池堆内膜电极组装力确定装置，包括：
[0035]密封获取模块，用于响应于第一组装力作用于第一电堆，获取不同的组装力和第一压力测试数据的关系，作为第一关系；并获取不同的组装力和燃料电池堆在线性能的关系，作为第二关系；所述第一电堆为含密封材料组装膜电极的电堆，所述第一压力测试数据为所述第一电堆的膜电极活性反应区域所受的压力数据；
[0036]非密封获取模块，用于响应于第二组装力作用于第二电堆，获取不同的组装力和第二压力测试数据关系的关系，作为第三关系；所述第二电堆为不含密封材料组装膜电极的电堆，所述第二压力测试数据为所述第二电堆的膜电极活性反应区域所受的压力数据；
[0037]确定模块，用于基于所述第一关系、第二关系和第三关系，得到目标组装力数值，所述目标组装力数值用于使所述第一压力测试数据、所述第二压力测试数据和所述燃料电池堆在线性能满足第一预设条件。
[0038]可选的，所述组装力由施压装置施加，所述装置还包括：
[0039]施压参数获取模块，用于响应于第二组装力作用于第二电堆，获取不同的组装力对应的施压参数，所述施压参数为所述施压装置施加不同的组装力时的位移参数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆内膜电极组装力确定方法，其特征在于，所述方法包括：响应于第一组装力作用于第一电堆，获取不同的组装力和第一压力测试数据的关系，作为第一关系；并获取不同的组装力和燃料电池堆在线性能的关系，作为第二关系；所述第一电堆为含密封材料组装膜电极的电堆，所述第一压力测试数据为所述第一电堆的膜电极活性反应区域所受的压力数据；响应于第二组装力作用于第二电堆，获取不同的组装力和第二压力测试数据关系的关系，作为第三关系；所述第二电堆为不含密封材料组装膜电极的电堆，所述第二压力测试数据为所述第二电堆的膜电极活性反应区域所受的压力数据；基于所述第一关系、第二关系和第三关系，得到目标组装力数值，所述目标组装力数值用于使所述第一压力测试数据、所述第二压力测试数据和所述燃料电池堆在线性能满足第一预设条件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组装力由施压装置施加，所述方法还包括：响应于第二组装力作用于第二电堆，获取不同的组装力对应的施压参数，所述施压参数为所述施压装置施加不同的组装力时的位移参数；获取空压参数和第二电堆的固有参数，所述空压参数为所述施压装置空压时的位移参数，所述第二电堆的固有参数包括所述第二电堆的结构和材料参数；利用所述不同的组装力对应的施压参数、所述空压参数和所述第二电堆的固有参数，计算不同组装力对应的压缩率，并得到第四关系，所述第四关系为不同的组装力和压缩率的关系；基于所述第一关系、第二关系、第三关系和第四关系，得到优选组装力数值，所述优选组装力数值用于使所述第一压力测试数据、所述第二压力测试数据、所述燃料电池堆在线性能和所述压缩率满足第二预设条件。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二压力测试数据由第二压力测试装置获取，所述第二压力测试装置包括压敏纸，所述第二电堆的固有参数包括所述第二电堆的膜电极的厚度、所述第二电堆的金属板的厚度、所述压敏纸的厚度、所述第二电堆的膜电极的数量；所述压缩率的计算公式，包括：其中，T0为所述空压参数，T
KN
为组装力对应的施压参数，t
pre
为所述压敏纸的厚度，N为所述第二电堆的膜电极的数量，t
BP
为所述第二电堆的金属板的厚度，t
M
为所述第二电堆的膜电极的厚度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料电池堆在线性能包括常温启动性能、极化性能、低温高电密性能和/或低计量比性能，所述获取不同的组装力和燃料电池堆在线性能的关系，作为第二关系，包括：获取不同的组装力和所述常温启动性能的关系；获取不同的组装力和所述极化性能的关系；
获取不同的组装力和所述低温高电密性能的关系；获取不同的组装力和所述低计量比性能的关系。5.一种燃料电池堆内膜电极组装力确定系统，其特征在于，所述系统包括：第一电堆，第一施压装置，第一压力测试装置，评价装置，第二电堆，第二施压装置，第二压力测试装置，控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孟倩，刘佳，石伟玉，邓豪，杨曦，
申请(专利权)人：上海捷氢科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：