一種質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
【技術領域】
[0001]本發(fā)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】
[0002]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。
[0003 ]現(xiàn)有技術中為保證電堆內各節(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。
[0004]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(tài)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(xiàn)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。
[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)明內容】

[0006]鑒于已有技術存在的缺陷，本發(fā)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。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案:
[0008]—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
[0009 ] 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；
[0010]S2、將壓力感測元件置于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；
[0011]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(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所有接觸點的壓強分布數據；
[0013]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(tài)圖像判斷出雙極板的密封區(qū)與流場區(qū)位置;并基于上述所有接觸點壓力值及密封區(qū)與流場區(qū)位置，分別獲得不同壓力下密封區(qū)所受壓力值關系曲線與流場區(qū)所受壓力值關系曲線；
[0014]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；
[0015]S7、在不同壓力下流場區(qū)受力曲線中找到壓緊力最小值點對應的壓力，此壓力即SI密封結構對應的電堆的組裝力。
[0016]進一步的，所述SI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。
[0017]進一步的，所述S5包括:
[0018]首先，將S4中各接觸點均按照接觸點壓強分布數據乘以對應的接觸點面積換算獲得各接觸點對應的接觸點壓力值，同時根據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)與流場區(qū)位置；隨后將雙極板密封區(qū)所有接觸點壓力值加和得到密封區(qū)壓力值，將雙極板流場區(qū)所有接觸點壓力值加和得到流場區(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機施加的壓力，進而得到不同壓力下密封區(qū)與流場區(qū)分別所受壓力值的關系曲線。
[0019]基于上述方法，本發(fā)明還要提供一種推算質子交換膜燃料電池電堆組裝力的裝置，所述測燃料電池電堆的雙極板氫、氧兩側任選一種密封結構進行密封，其特征在于:
[0020]置于所述的燃料電池電堆的雙極板與MEA之間的壓力感測元件，其用于對實時檢測雙極板與MEA之間的壓力；
[0021]電子萬能試驗機，該電子萬能試驗機用于對放置有壓力感測元件的燃料電池電堆施加一組壓力；
[0022]訊號接收處理單元，該訊號接收處理單元用于采集并記錄每一壓力條件下，對應的雙極板與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各所述雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像進行圖像分析處理以獲得當前密封結構對應的電堆的組裝力;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所有接觸點各自對應的壓強分布數據;②、按照接觸點壓強分布數據乘以對應的接觸點面積換算獲得各接觸點對應的接觸點壓力值，同時上述雙極板與MEA接觸狀態(tài)圖像判斷出雙極板的密封區(qū)與流場區(qū)位置；③、基于上述所有接觸點壓力值及密封區(qū)與流場區(qū)位置，分別獲得不同壓力下密封區(qū)所受壓力值關系曲線與流場區(qū)所受壓力值關系曲線;④、在上述不同壓力下流場區(qū)受力曲線中找到壓緊力最小值點對應的壓力，此壓力為對應的電堆的組裝力。
[0024]進一步的，所述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。
[0025]進一步的，所述圖像分析處理過程中的③是指將雙極板密封區(qū)所有接觸點壓力值加和得到密封區(qū)壓力值，將雙極板流場區(qū)所有接觸點壓力值加和得到流場區(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機施加的壓力，進而得到不同壓力下密封區(qū)所受壓力值的關系曲線與流場區(qū)所受壓力值的關系曲線。
[0026]所述壓緊力最小值點是指在雙極板與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。
[0027]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果:
[0028]1.對雙極板采用不同形狀(半圓、扁平、圓形、異形)、不同容積率(70%_110%)密封結構均可以通過此方法得到不同密封結構下的電堆組裝力，有利于雙極板密封結構密封性能的優(yōu)化及驗證；
[0029]2.有利于采用不同板型或材料雙極板的電堆準確確定組裝力，既能保證電堆的密封性能，也可確保電池內部電阻最小；
[0030]3.采用方便、快捷的測試方法進行數據化處理，使實驗結果更加精確，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)明裝置結構示意圖；
[0032]圖2本發(fā)明所述方法對應的步驟流程圖；
[0033]圖3雙極板與MEA之間壓緊力與接觸電阻的關系曲線；
[0034]圖4為雙極板與MEA接觸所有點的壓強分布數據；
[0035]圖5為不同壓力下流場區(qū)與密封區(qū)受力曲線圖。
[0036]圖中:1、電子萬能試驗機，2、上端板，3、MEA，4、壓力感測元件，5、雙極板(帶密封膠線)，6、下端板，7、訊號接收處理單元，8、上位機。
【具體實施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0038]針對現(xiàn)有電堆組裝力測試手段不足的狀況，本發(fā)明設計一種方便，準確推算質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)測試得到雙極板密封區(qū)受力與壓力之間的關系，在密封區(qū)受力為f時，得到電堆的組裝壓力F，其中將雙極板與電極進行壓緊力與接觸電阻測試，得到接觸電阻不變時壓緊力最小值f，可在常用的雙極板與MEA之間壓緊力與接觸電阻的關系曲線直接找到獲得。該方法采用方便、快捷、數據化手段確定對應的電堆組裝力，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