[發明專利]一種燃料電池雙極板應力均布的設計方法

在審

• 申請號: 202210221661.1
• 申請日: 2022-03-09
• 公開（公告）號: CN114611352A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 潘必宇;關棟;吳蔣東;沈輝;李競;張純
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;H01M4/88;G06F119/14
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 王曉東;趙荔

本發明公開了一種燃料電池雙極板應力均布的設計方法，包括以下步驟：提出燃料電池堆雙極板應力均布性能需求；設計氫燃料電池端板模型；確定燃料電池堆雙極板總數N；根據燃料電池堆雙極板總數N設計帶有凸起的雙極板的模型，設計參數包括凸起尺寸和凸起片數；對改善設計后的燃料電池堆結構進行有限元仿真分析，提取所有雙極板所受應力進行圖表分析；設定評估標準；根據圖表分析確認是否滿足應力均布性能需求和評估標準，若滿足，則計算出第一片帶凸起的雙極板和最后一片帶凸起的雙極板的最大應力，若不滿足，則返回設計凸起雙極板的模型這一步驟；本發明設中的雙極板受力更加均勻，減少燃料電池堆中間部分雙極板在使用過程中發生滑移的情況。

技術領域

本發明涉及氫燃料電池極板設計的技術領域，尤其涉及一種燃料電池雙極板應力均布的設計方法。

背景技術

燃料電池是將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能的發電裝置，其對環境不會造成任何影響，燃料電池逐步受到更多關注。燃料電池的每個電池單元中的膜電極層需要一對導電隔板，導電隔板被稱為電極板，電極板上受到的應力大小影響整個電池的使用壽命，現有燃料電池結構技術中，往往是燃料電池堆兩端的雙極板受到很大的應力，而燃料電池堆中間部分的雙極板受到的應力往往很小，這就造成了中間部分雙極板在使用過程中發生滑移的情況，降低了燃料電池堆的使用壽命與使用效率。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述現有燃料電池中存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明提供了一種燃料電池雙極板應力均布的設計方法，其能設計出應力均布的燃料電池。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：包括以下步驟，

提出燃料電池堆雙極板應力均布性能需求；

設計氫燃料電池端板模型；

確定燃料電池堆雙極板總數N；

根據燃料電池堆雙極板總數N設計帶有凸起的雙極板的模型，設計參數包括凸起尺寸和凸起片數；

對改善設計后的燃料電池堆結構進行有限元仿真分析，提取所有雙極板所受應力進行圖表分析；

設定評估標準；

根據圖表分析確認是否滿足應力均布性能需求和評估標準，若滿足，則計算出第一片帶凸起的雙極板和最后一片帶凸起的雙極板的最大應力，若不滿足，則返回設計凸起雙極板的模型這一步驟。

作為本發明所述的燃料電池雙極板應力均布的設計方法的一種優選方案，其中：所述端板的外表面向外凸起。

作為本發明所述的燃料電池雙極板應力均布的設計方法的一種優選方案，其中：所述端板上排布有若干螺栓孔，端板長度方向的兩端往中心所在方向的螺栓孔逐漸增高。

作為本發明所述的燃料電池雙極板應力均布的設計方法的一種優選方案，其中：所述螺栓孔的最大高度差為14.88mm。

作為本發明所述的燃料電池雙極板應力均布的設計方法的一種優選方案，其中：所述端板向外凸起的弧度半徑R為1760mm，高度△H為12mm。

作為本發明所述的燃料電池雙極板應力均布的設計方法的一種優選方案，其中：N個所述雙極板由i個第一雙極板和N-i個第二雙極板組成，所述第二雙極板的兩端具有超出第一雙極板外緣的連接凸起。

作為本發明所述的燃料電池雙極板應力均布的設計方法的一種優選方案，其中：以第二雙極板的單邊向外凸起的厚度△h為雙極板原始厚度h的百分比為評價標準，雙極板的總數N不同，所含第二雙極板的數量不同，百分比不同。