【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其是一种燃料电池结构设计组装力参数优化方法。
技术介绍
1、燃料电池电堆主要由端板、绝缘板、集流板、双极板、膜电极、密封件等在装堆组装力下组装而成，组装力的大小影响密封件压缩状态和膜电极的受力状态，它们分别影响燃料电池电堆密封性和反应效率，同时极板与膜电极接触应力大小还会影响内阻。不仅如此，电堆由于是紧固结构，端板、底座、紧固件在前期设计选材上都需要考虑在组装力下合理适配和正常工作。电堆内部组装力大小的获取对电堆性能、密封寿命、零部件结构设计及选型有着重要作用。
2、电堆常见的紧固结构有拉板结构、绑带结构等，电堆内常增加弹簧件做为缓冲结构减小电堆在冲击、振动对零件的影响。电堆内部此类受力零部件设计目前常见的设计方式为给定常温装堆组装力，然后定义一个安全系数，作为设计荷载对电堆受力情况分析进行结构设计。目前结构计算主要以常温装堆组装力，给定安全系数作为计算条件，但常温组装力并非电堆内部在全工况下所达到的最大组装力，在电堆内部加压和高温环境下均会增加内部组装力，按此方法设计存在使用过程中零部件失效的风险。
3、电堆气密性检测主要在常温下对电堆进行气密性检测作为出厂指标，密封件在组装力下进行压缩，密封接触面的接触应力大小是密封的关键，同时mea在不同组装力下，碳纸的压缩状态不同，串漏数据也会存在差异。在气密性检测中，大多数仅仅考虑常温状态下电堆气密性在组装力下是否合格。电堆在最低存储温度（应当小于-40℃）下，因低温冷缩效应的影响，组装力会不断降低，密封件与mea之间的接触应力会逐渐减
4、同时材料普遍存在蠕变，在受压状态，相同变形状态下压力会随时间缓慢降低，并且燃料电池在存储及运行全工况下，高低温也会加速材料老化，导致材料应力松弛，从而影响内部组装力大小，导致电堆性能或密封变差。在这种状态下，无法确定电堆内部实际组装力是否满足需求。针对电堆内部材料和结构，不可避免的材料蠕变、应力松弛、热胀冷缩等因素，在电堆全生命周期内持续存在，影响电堆组装力大小，从而影响到电堆可靠性和耐久性。
技术实现思路
1、为了克服上述现有问题的不足，本专利技术提供了一种燃料电池结构设计组装力参数优化方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池结构设计组装力参数优化方法，使用专用测试设备，所述专用测试设备包括测试电堆、温度控制设备、组装力获取设备及气压控制设备，所述组装力获取设备包括传感器变送器及传感器工装，所述传感器工装包括两个工装板，两个所述工装板之间夹装有若干压力传感器，所述压力传感器与传感器变送器电连接，所述组装力获取设备夹装在测试电堆靠近正极侧的端板的内侧，所述温度控制设备用于放置装有组装力获取设备的测试电堆，并控制测试电堆的温度，所述气压控制设备用于控制测试电堆的内部气压，且其与外部气瓶连接，同时与测试电堆连接，包括如下步骤：
3、s1，测试最大组装力，将测试电堆置于温度控制设备中，并将测试电堆整体升温至85℃，然后使用气压控制设备将测试电堆内气压加压至180kpa，然后降温至常温，同时记录整个过程测试电堆的实际组装力值；
4、s2，测试最小组装力，将测试电堆置于温度控制设备中，并将测试电堆整体降温至-40℃，然后使用气压控制设备将测试电堆内气压加压至180kpa，然后升温至常温，同时记录整个过程测试电堆的实际组装力值；
5、s3，测试高电密时的组装力，连接测试台，将测试电堆升载至2.0a/cm2电密至稳定状态，然后负载降载至0a/cm2电密，并吹扫，同时记录整个过程测试电堆的实际组装力值；
6、s4，根据s1-s3的测试结果，分别绘制不同条件下组装力时间曲线图；
7、s5，根据最大组装力，核算电堆各零部件材料选型及结构尺寸；
8、s6，根据最小组装力，在该组装力下进行气密性测试，验证在最小组装力下电堆是否满足气密性要求。
9、根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括，所述温度控制设备为高低温试验箱。
10、根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括，所述传感器变送器用于将压力传感器的模拟信号转变为数字信号，同时实时获取组装力测试值并存储。
11、根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括，所述压力传感器为应变式压力传感器。
12、根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括，所述外部气瓶内装有氮气，且与外气压控制设备之间设有可调节的气压阀门。
13、根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括，所述工装板包括上盖板及工装底板，所述工装底板与端板抵接，所述工装底板设有传感器固定槽，用于定位压力传感器，并通过螺栓锁紧固定。
14、根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括，所述工装底板的表面开开设有线槽，所述线槽用于铺设压力传感器的线束。
15、根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括，所有所述压力传感器固定安装在其中一个工装板上，且其顶面组成的大平面的平面度在0.1mm内。
16、根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括，所述上盖板与相邻的双极板之间设有硅胶垫层。
17、本专利技术的有益效果是，该方法整体操作简单，测试设备易获取，测试效率高，测得电堆的最大组装力和最小组装力，代替常温下测算电堆组装力并定义安全系数的设计方法，用于优化电堆结构设计和材料选择依据，提高电堆可靠性和耐久性，提升电堆在全工况的可靠性，提高电堆的气密性，考察电堆在存储环境及工作条件对内部组装力的综合影响，通过获取测试过程前后的组装力对比，作为电堆维护的依据，也从一定程度上可综合反应电堆内部材料在该环境条件下的应力松弛性能。
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1.一种燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，使用专用测试设备，所述专用测试设备包括测试电堆（1）、温度控制设备（2）、组装力获取设备（3）及气压控制设备（4），所述组装力获取设备（3）包括传感器变送器（31）及传感器工装（32），所述传感器工装（32）包括两个工装板，两个所述工装板之间夹装有若干压力传感器（322），所述压力传感器（322）与传感器变送器（31）电连接，所述组装力获取设备（3）夹装在测试电堆（1）靠近正极侧的端板（11）的内侧，所述温度控制设备（2）用于放置装有组装力获取设备（3）的测试电堆（1），并控制测试电堆（1）的温度，所述气压控制设备（4）用于控制测试电堆（1）的内部气压，且其与外部气瓶连接，同时与测试电堆（1）连接，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所述温度控制设备（2）为高低温试验箱。
3.根据权利要求1所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所述传感器变送器（31）用于将压力传感器（322）的模拟信号转变为数字信号，同时实时获取组装力测试值并存储。>
4.根据权利要求1所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所述压力传感器（322）为应变式压力传感器。
5.根据权利要求1所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所述外部气瓶内装有氮气，且与外气压控制设备（4）之间设有可调节的气压阀门（41）。
6.根据权利要求1所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所述工装板包括上盖板（321）及工装底板（323），所述工装底板（323）与端板（11）抵接，所述工装底板（323）设有传感器固定槽，用于定位压力传感器（322），并通过螺栓锁紧固定。
7.根据权利要求6所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所述工装底板（323）的表面开开设有线槽，所述线槽用于铺设压力传感器（322）的线束。
8.根据权利要求1所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所有所述压力传感器（322）固定安装在其中一个工装板上，且其顶面组成的大平面的平面度在0.1mm内。
9.根据权利要求1所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所述上盖板（321）与相邻的双极板之间设有硅胶垫层。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，使用专用测试设备，所述专用测试设备包括测试电堆（1）、温度控制设备（2）、组装力获取设备（3）及气压控制设备（4），所述组装力获取设备（3）包括传感器变送器（31）及传感器工装（32），所述传感器工装（32）包括两个工装板，两个所述工装板之间夹装有若干压力传感器（322），所述压力传感器（322）与传感器变送器（31）电连接，所述组装力获取设备（3）夹装在测试电堆（1）靠近正极侧的端板（11）的内侧，所述温度控制设备（2）用于放置装有组装力获取设备（3）的测试电堆（1），并控制测试电堆（1）的温度，所述气压控制设备（4）用于控制测试电堆（1）的内部气压，且其与外部气瓶连接，同时与测试电堆（1）连接，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所述温度控制设备（2）为高低温试验箱。
3.根据权利要求1所述的燃料电池结构设计组装力参数优化方法，其特征是，所述传感器变送器（31）用于将压力传感器（322）的模拟信号转变为数字信号，同时实时获取组装力测试值并存储。
4.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张祁，付宇，王锡龙，于湉琪，
申请(专利权)人：上海骥翀氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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