[发明专利]一种质子交换膜燃料电池电堆组装力的推算方法及装置

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池电堆组装力的推算方法及装置，所述方法包括：分别对待测燃料电池电堆的双极板氢、氧两侧进行密封；利用电子万能试验机对电堆施加一组压力；采集并记录每一压力条件下，对应的双极板与MEA接触状态图像；基于上述接触状态图像，获得不同压力下双极板与MEA所有接触点的压强分布数据；基于压强分布数据，获得所有接触点压力值；同时判断出双极板的密封区与流场区位置；并基于所有接触点压力值及密封区与流场区位置，获得不同压力下密封区与流场区分别所受压力值关系曲线；查找接触电阻为常值时压紧力的最小值并找到其对应的压力，此压力即为电堆的组装力。本发明能够便捷准确地推算出质子交换膜燃料电池电堆组装力。

技术领域

本发明涉及燃料电池测试方法领域，具体的说是涉及一种质子交换膜燃料电池电堆组装力的推算方法及装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池电堆的核心部件是膜电极三合一组件(MEA)和双极板，而MEA与双极板之间的匹配关系又是电堆组装的关键，因此二者之间的压紧力必须在一定压力范围内才能确保电堆的密封性能和电池内部电阻。

现有技术中为保证电堆内各节单池的MEA和双极板有良好的接触，通常在MEA制备工艺定型后，将MEA与带流场的双极板或其一部分进行压紧力与接触电阻测试。当压紧力(MPa)与接触电阻的关系曲线为当压紧力达到一定值后，接触电阻保持常值，将接触电阻为常值时的压紧力换算成组装力，以确定电堆组装力。

但是实际上，由于电堆组受其不同的密封结构，MEA与双极板之间接触状态等因素导致，电堆组的受力情况存在一定的差异性，若完全采用现有技术手段，则电堆组的组装力肯定存在偏高或偏低的问题，当组装力偏高时，会造成MEA和双极板之间的相互变形甚至是损坏，此时会严重影响燃料电池电堆的性能和寿命，当组装力偏低时，会使双极板与MEA接触不充分，电堆内阻增加。

因此需要推算出或尽量推算出燃料电池电堆最佳组装力以使燃料电池发挥最佳效果。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种能够便捷准确地推算出质子交换膜燃料电池电堆组装力的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种质子交换膜燃料电池电堆组装力的推算方法，其特征在于：包括如下步骤

S1、任选一种密封结构分别对待测燃料电池电堆的双极板氢、氧两侧进行密封；

S2、将压力感测元件置于S1所述的燃料电池电堆的双极板与MEA之间并利用电子万能试验机的上下端板对放置有压力感测元件的燃料电池电堆施加一组压力；

S3、采集并记录每一压力条件下，对应的双极板与MEA接触状态图像；

S4、基于各所述双极板与MEA接触状态图像，获得不同压力下，双极板与MEA所有接触点的压强分布数据；

S5、基于S4中所有压强分布数据，获得所有接触点对应的压力值；同时根据S3中的双极板与MEA接触状态图像判断出双极板的密封区与流场区位置；并基于上述所有接触点压力值及密封区与流场区位置，分别获得不同压力下密封区所受压力值关系曲线与流场区所受压力值关系曲线；

S6、在双极板与MEA之间压紧力与接触电阻的关系曲线中查找接触电阻为常值时压紧力的最小值；

S7、在不同压力下流场区受力曲线中找到压紧力最小值点对应的压力，此压力即S1密封结构对应的电堆的组装力。

进一步的，所述S1中的双极板是指任意形状的复合双极板或石墨双极板或金属双极板；所述密封结构是指不同形状的密封结构及不同容积率的密封结构任意一种组合形式的密封结构；其中不同形状的密封结构是指半圆、扁平、圆形、异形密封结构中的任意一种密封结构，不同容积率的密封结构是指容积率范围为70％-110％的密封结构中的任意一种容积率对应的密封结构。