鋼帶封裝燃料電池端板優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、燃料電池是一種發(fā)展迅速的新型發(fā)電裝置，在航空航天、汽車、潛艇、移動設(shè)備等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。燃料電池堆的端板與緊固件配合，起到為內(nèi)部組件提供封裝力的作用，是決定電池堆綜合性能的重要部件。本文采用有限元方法，分析了封裝力作用下的電池堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形和組件內(nèi)氣體傳輸情況，并以改善電池堆內(nèi)部接觸面變形均勻性為目標(biāo)，對鋼帶封裝的大型燃料電池堆端板進行了形狀與拓撲優(yōu)化設(shè)計。
　　首先使用Abaqus分析了鋼帶封裝電池堆在封裝力作用下的

2、應(yīng)力與變形，發(fā)現(xiàn)電池堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯的不均勻壓縮變形。其次使用Comsol研究了封裝力作用下一個典型雙極板對氣體擴散層的壓縮特性，并對氣體擴散層的形變、孔隙率的變化、氣體的傳輸及接觸壓力分布進行了耦合分析，發(fā)現(xiàn)它們都與電池的電化學(xué)反應(yīng)效率密切相關(guān)。若端板設(shè)計不合理，引起氣體擴散層的不均勻壓縮會降低電堆的電化學(xué)反應(yīng)效率，說明了盡可能通過改進端板設(shè)計使內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形均勻的必要性。
　　為了獲得最優(yōu)的鋼帶封裝的電池堆端板，利用Ansy

3、s與Isight軟件，以最小化電池堆內(nèi)部接觸面上法向位移標(biāo)準(zhǔn)差為目標(biāo)，使用模擬退火算法對端板截面外輪廓進行了形狀優(yōu)化設(shè)計，獲得了在封裝力作用下使內(nèi)部接觸面變形最均勻的端板截面外輪廓。在這個優(yōu)化的截面外輪廓的基礎(chǔ)上，進一步利用Optistruct軟件進行截面的拓撲優(yōu)化得到了最優(yōu)截面拓撲?；谶@個外輪廓和拓撲優(yōu)化后的截面形狀，通過拉伸可以得到一個三維端板結(jié)構(gòu)，最后通過取這個三維端板上的若干控制截面進行進一步優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了三維端板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化