一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆組裝力的推算方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池測(cè)試方法領(lǐng)域，具體的說是涉及一種質(zhì)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(shù)】
[0002]質(zhì)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(guān)系又是電堆組裝的關(guān)鍵，因此二者之間的壓緊力必須在一定壓力范圍內(nèi)才能確保電堆的密封性能和電池內(nèi)部電阻。
[0003 ]現(xiàn)有技術(shù)中為保證電堆內(nèi)各節(jié)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(chǎng)的雙極板或其一部分進(jìn)行壓緊力與接觸電阻測(cè)試。當(dāng)壓緊力(MPa)與接觸電阻的關(guān)系曲線為當(dāng)壓緊力達(dá)到一定值后，接觸電阻保持常值，將接觸電阻為常值時(shí)的壓緊力換算成組裝力，以確定電堆組裝力。
[0004]但是實(shí)際上，由于電堆組受其不同的密封結(jié)構(gòu)，MEA與雙極板之間接觸狀態(tài)等因素導(dǎo)致，電堆組的受力情況存在一定的差異性，若完全采用現(xiàn)有技術(shù)手段，則電堆組的組裝力肯定存在偏高或偏低的問題，當(dāng)組裝力偏高時(shí)，會(huì)造成MEA和雙極板之間的相互變形甚至是損壞，此時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響燃料電池電堆的性能和壽命，當(dāng)組裝力偏低時(shí)，會(huì)使雙極板與MEA接觸不充分，電堆內(nèi)阻增加。
[0005]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(fā)揮最佳效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種能夠便捷準(zhǔn)確地推算出質(zhì)子交換膜燃料電池電堆組裝力的方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0008]—種質(zhì)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
[0009 ] S1、任選一種密封結(jié)構(gòu)分別對(duì)待測(cè)燃料電池電堆的雙極板氫、氧兩側(cè)進(jìn)行密封；
[0010]S2、將壓力感測(cè)元件置于SI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(yàn)機(jī)的上下端板對(duì)放置有壓力感測(cè)元件的燃料電池電堆施加一組壓力；
[0011]S3、采集并記錄每一壓力條件下，對(duì)應(yīng)的雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像；
[0012]S4、基于各所述雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像，獲得不同壓力下，雙極板與MEA所有接觸點(diǎn)的壓強(qiáng)分布數(shù)據(jù)；
[0013]S5、基于S4中所有壓強(qiáng)分布數(shù)據(jù)，獲得所有接觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力值；同時(shí)根據(jù)S3中的雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像判斷出雙極板的密封區(qū)與流場(chǎng)區(qū)位置;并基于上述所有接觸點(diǎn)壓力值及密封區(qū)與流場(chǎng)區(qū)位置，分別獲得不同壓力下密封區(qū)所受壓力值關(guān)系曲線與流場(chǎng)區(qū)所受壓力值關(guān)系曲線；
[0014]S6、在雙極板與MEA之間壓緊力與接觸電阻的關(guān)系曲線中查找接觸電阻為常值時(shí)壓緊力的最小值；
[0015]S7、在不同壓力下流場(chǎng)區(qū)受力曲線中找到壓緊力最小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力，此壓力即SI密封結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的電堆的組裝力。
[0016]進(jìn)一步的，所述SI中的雙極板是指任意形狀的復(fù)合雙極板或石墨雙極板或金屬雙極板;所述密封結(jié)構(gòu)是指不同形狀的密封結(jié)構(gòu)及不同容積率的密封結(jié)構(gòu)任意一種組合形式的密封結(jié)構(gòu);其中不同形狀的密封結(jié)構(gòu)是指半圓、扁平、圓形、異形密封結(jié)構(gòu)中的任意一種密封結(jié)構(gòu)，不同容積率的密封結(jié)構(gòu)是指容積率范圍為70%~110%的密封結(jié)構(gòu)中的任意一種容積率對(duì)應(yīng)的密封結(jié)構(gòu)。
[0017]進(jìn)一步的，所述S5包括:
[0018]首先，將S4中各接觸點(diǎn)均按照接觸點(diǎn)壓強(qiáng)分布數(shù)據(jù)乘以對(duì)應(yīng)的接觸點(diǎn)面積換算獲得各接觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的接觸點(diǎn)壓力值，同時(shí)根據(jù)S3中的雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像判斷出雙極板的密封區(qū)與流場(chǎng)區(qū)位置；隨后將雙極板密封區(qū)所有接觸點(diǎn)壓力值加和得到密封區(qū)壓力值，將雙極板流場(chǎng)區(qū)所有接觸點(diǎn)壓力值加和得到流場(chǎng)區(qū)壓力值，將二者壓力值的加和等于此圖像采集條件下電子萬能試驗(yàn)機(jī)施加的壓力，進(jìn)而得到不同壓力下密封區(qū)與流場(chǎng)區(qū)分別所受壓力值的關(guān)系曲線。
[0019]基于上述方法，本發(fā)明還要提供一種推算質(zhì)子交換膜燃料電池電堆組裝力的裝置，所述測(cè)燃料電池電堆的雙極板氫、氧兩側(cè)任選一種密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封，其特征在于:
[0020]置于所述的燃料電池電堆的雙極板與MEA之間的壓力感測(cè)元件，其用于對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)雙極板與MEA之間的壓力；
[0021]電子萬能試驗(yàn)機(jī)，該電子萬能試驗(yàn)機(jī)用于對(duì)放置有壓力感測(cè)元件的燃料電池電堆施加一組壓力；
[0022]訊號(hào)接收處理單元，該訊號(hào)接收處理單元用于采集并記錄每一壓力條件下，對(duì)應(yīng)的雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像；
[0023]分析處理單元，該分析處理單元用于對(duì)各所述雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像進(jìn)行圖像分析處理以獲得當(dāng)前密封結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的電堆的組裝力;所述圖像分析處理過程:①、基于各所述雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像，獲得不同壓力下雙極板與MEA所有接觸點(diǎn)各自對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)分布數(shù)據(jù);②、按照接觸點(diǎn)壓強(qiáng)分布數(shù)據(jù)乘以對(duì)應(yīng)的接觸點(diǎn)面積換算獲得各接觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的接觸點(diǎn)壓力值，同時(shí)上述雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像判斷出雙極板的密封區(qū)與流場(chǎng)區(qū)位置；③、基于上述所有接觸點(diǎn)壓力值及密封區(qū)與流場(chǎng)區(qū)位置，分別獲得不同壓力下密封區(qū)所受壓力值關(guān)系曲線與流場(chǎng)區(qū)所受壓力值關(guān)系曲線;④、在上述不同壓力下流場(chǎng)區(qū)受力曲線中找到壓緊力最小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力，此壓力為對(duì)應(yīng)的電堆的組裝力。
[0024]進(jìn)一步的，所述雙極板是指任意形狀的復(fù)合雙極板或石墨雙極板或金屬雙極板；所述密封結(jié)構(gòu)是指不同形狀的密封結(jié)構(gòu)及不同容積率的密封結(jié)構(gòu)任意一種組合形式的密封結(jié)構(gòu);其中不同形狀的密封結(jié)構(gòu)是指半圓、扁平、圓形、異形密封結(jié)構(gòu)中的任意一種密封結(jié)構(gòu)，不同容積率的密封結(jié)構(gòu)是指容積率范圍為70%~110%的密封結(jié)構(gòu)中的任意一種容積率對(duì)應(yīng)的密封結(jié)構(gòu)。
[0025]進(jìn)一步的，所述圖像分析處理過程中的③是指將雙極板密封區(qū)所有接觸點(diǎn)壓力值加和得到密封區(qū)壓力值，將雙極板流場(chǎng)區(qū)所有接觸點(diǎn)壓力值加和得到流場(chǎng)區(qū)壓力值，將二者壓力值的加和等于此圖像采集條件下電子萬能試驗(yàn)機(jī)施加的壓力，進(jìn)而得到不同壓力下密封區(qū)所受壓力值的關(guān)系曲線與流場(chǎng)區(qū)所受壓力值的關(guān)系曲線。
[0026]所述壓緊力最小值點(diǎn)是指在雙極板與MEA之間壓緊力與接觸電阻的關(guān)系曲線中查找接觸電阻為常值時(shí)壓緊力的最小值。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0028]1.對(duì)雙極板采用不同形狀(半圓、扁平、圓形、異形)、不同容積率(70%_110%)密封結(jié)構(gòu)均可以通過此方法得到不同密封結(jié)構(gòu)下的電堆組裝力，有利于雙極板密封結(jié)構(gòu)密封性能的優(yōu)化及驗(yàn)證；
[0029]2.有利于采用不同板型或材料雙極板的電堆準(zhǔn)確確定組裝力，既能保證電堆的密封性能，也可確保電池內(nèi)部電阻最小；
[0030]3.采用方便、快捷的測(cè)試方法進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確，防止出現(xiàn)電堆壓力過大或壓力過小的現(xiàn)象，確保電堆的性能發(fā)揮到最佳水平。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2本發(fā)明所述方法對(duì)應(yīng)的步驟流程圖；
[0033]圖3雙極板與MEA之間壓緊力與接觸電阻的關(guān)系曲線；
[0034]圖4為雙極板與MEA接觸所有點(diǎn)的壓強(qiáng)分布數(shù)據(jù)；
[0035]圖5為不同壓力下流場(chǎng)區(qū)與密封區(qū)受力曲線圖。
[0036]圖中:1、電子萬能試驗(yàn)機(jī)，2、上端板，3、MEA，4、壓力感測(cè)元件，5、雙極板(帶密封膠線)，6、下端板，7、訊號(hào)接收處理單元，8、上位機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0038]針對(duì)現(xiàn)有電堆組裝力測(cè)試手段不足的狀況，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種方便，準(zhǔn)確推算質(zhì)子交換膜燃料電池電堆組裝力的方法，其特征是通過不同壓力下單池的雙極板與MEA之間接觸狀態(tài)測(cè)試得到雙極板密封區(qū)受力與壓力之間的關(guān)系，在密封區(qū)受力為f時(shí)，得到電堆的組裝壓力F，其中將雙極板與電極進(jìn)行壓緊力與接觸電阻測(cè)試，得到接觸電阻不變時(shí)壓緊力最小值f，可在常用的雙極板與MEA之間壓緊力與接觸電阻的關(guān)系曲線直接找到獲得。該方法采用方便、快捷、數(shù)據(jù)化手段確定對(duì)應(yīng)的電堆組裝力，不僅保證了電堆的密封性能而且確保電堆的性能發(fā)揮到最佳。
[0039]具體的，如圖2所示，所述一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆組裝力的推算方法，其特征在于
[0040]所述方法包