[發明專利]一種質子交換膜燃料電池電堆組裝力的推算方法及裝置

有效

• 申請號: 201511024417.2
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105653797B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 付宇;王紅梅;侯中軍;竇永香
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 楊威;李洪福

本發明公開了一種質子交換膜燃料電池電堆組裝力的推算方法及裝置，所述方法包括：分別對待測燃料電池電堆的雙極板氫、氧兩側進行密封；利用電子萬能試驗機對電堆施加一組壓力；采集并記錄每一壓力條件下，對應的雙極板與MEA接觸狀態圖像；基于上述接觸狀態圖像，獲得不同壓力下雙極板與MEA所有接觸點的壓強分布數據；基于壓強分布數據，獲得所有接觸點壓力值；同時判斷出雙極板的密封區與流場區位置；并基于所有接觸點壓力值及密封區與流場區位置，獲得不同壓力下密封區與流場區分別所受壓力值關系曲線；查找接觸電阻為常值時壓緊力的最小值并找到其對應的壓力，此壓力即為電堆的組裝力。本發明能夠便捷準確地推算出質子交換膜燃料電池電堆組裝力。

技術領域

本發明涉及燃料電池測試方法領域，具體的說是涉及一種質子交換膜燃料電池電堆組裝力的推算方法及裝置。

背景技術

質子交換膜燃料電池電堆的核心部件是膜電極三合一組件(MEA)和雙極板，而MEA與雙極板之間的匹配關系又是電堆組裝的關鍵，因此二者之間的壓緊力必須在一定壓力范圍內才能確保電堆的密封性能和電池內部電阻。

現有技術中為保證電堆內各節單池的MEA和雙極板有良好的接觸，通常在MEA制備工藝定型后，將MEA與帶流場的雙極板或其一部分進行壓緊力與接觸電阻測試。當壓緊力(MPa)與接觸電阻的關系曲線為當壓緊力達到一定值后，接觸電阻保持常值，將接觸電阻為常值時的壓緊力換算成組裝力，以確定電堆組裝力。

但是實際上，由于電堆組受其不同的密封結構，MEA與雙極板之間接觸狀態等因素導致，電堆組的受力情況存在一定的差異性，若完全采用現有技術手段，則電堆組的組裝力肯定存在偏高或偏低的問題，當組裝力偏高時，會造成MEA和雙極板之間的相互變形甚至是損壞，此時會嚴重影響燃料電池電堆的性能和壽命，當組裝力偏低時，會使雙極板與MEA接觸不充分，電堆內阻增加。

因此需要推算出或盡量推算出燃料電池電堆最佳組裝力以使燃料電池發揮最佳效果。

發明內容

鑒于已有技術存在的缺陷，本發明的目的是要提供一種能夠便捷準確地推算出質子交換膜燃料電池電堆組裝力的方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案：

一種質子交換膜燃料電池電堆組裝力的推算方法，其特征在于：包括如下步驟

S1、任選一種密封結構分別對待測燃料電池電堆的雙極板氫、氧兩側進行密封；

S2、將壓力感測元件置于S1所述的燃料電池電堆的雙極板與MEA之間并利用電子萬能試驗機的上下端板對放置有壓力感測元件的燃料電池電堆施加一組壓力；

S3、采集并記錄每一壓力條件下，對應的雙極板與MEA接觸狀態圖像；

S4、基于各所述雙極板與MEA接觸狀態圖像，獲得不同壓力下，雙極板與MEA所有接觸點的壓強分布數據；

S5、基于S4中所有壓強分布數據，獲得所有接觸點對應的壓力值；同時根據S3中的雙極板與MEA接觸狀態圖像判斷出雙極板的密封區與流場區位置；并基于上述所有接觸點壓力值及密封區與流場區位置，分別獲得不同壓力下密封區所受壓力值關系曲線與流場區所受壓力值關系曲線；

S6、在雙極板與MEA之間壓緊力與接觸電阻的關系曲線中查找接觸電阻為常值時壓緊力的最小值；

S7、在不同壓力下流場區受力曲線中找到壓緊力最小值點對應的壓力，此壓力即S1密封結構對應的電堆的組裝力。

進一步的，所述S1中的雙極板是指任意形狀的復合雙極板或石墨雙極板或金屬雙極板；所述密封結構是指不同形狀的密封結構及不同容積率的密封結構任意一種組合形式的密封結構；其中不同形狀的密封結構是指半圓、扁平、圓形、異形密封結構中的任意一種密封結構，不同容積率的密封結構是指容積率范圍為70％-110％的密封結構中的任意一種容積率對應的密封結構。