PEMFC組件應力與應變規(guī)律的研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池（PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell）是一種不需要經(jīng)過燃燒過程而能夠將儲存在燃料與氧化劑中的化學能直接轉換成電能的發(fā)電裝置，由于其具有能量轉化效率高、能夠低溫啟動、無化學腐蝕、能量密度高、零排放、無污染、噪聲低、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，近年來迅猛發(fā)展，成為傳統(tǒng)內(nèi)燃機的最有力競爭者，是最有前景的環(huán)保能源，尤其是在汽車動力、便攜式電源、電子產(chǎn)品等方面的應用。但是因為其工作過程的復雜

2、性，很難通過實驗得到其內(nèi)部詳細的數(shù)據(jù)分布，而且實際制造裝配的成本較高。所以，先對其進行數(shù)值模擬仿真分析就顯得尤為重要。
　　首先，本文建立了三級電堆模型，根據(jù)有限元方法，利用ANSYS Workbench軟件，對電堆采用不同的夾緊方式以及不同大小的夾緊力，對電堆的裝配進行仿真，對比分析應變以及接觸應力分布。并利用Matlab對仿真結果數(shù)據(jù)進行處理，作出電堆組件的變形曲線圖進行對比。結果表明，當采用第一種加載方式載荷為1MPa-1.

3、5MPa時電堆性能最優(yōu)；當采用第二種加載方式載荷為0.5MPa-1MPa時電堆性能最優(yōu)。并且第二種加載方式要優(yōu)于第一種加載方式。
　　其次，本文建立質子交換膜燃料電池的簡化模型，對不同夾緊力下氣體擴散層的孔隙率進行了仿真計算。結果表明，夾緊力越大，位于雙極板脊部下方的氣體擴散層被擠壓的厚度越小，孔隙率越小，氣體擴散層因為受擠壓而嵌入流道的部分越多，位于雙極板流道下方的氣體擴散層基本不被壓縮。
　　然后，本文利用流體分析軟件

4、Fluent建立電池的二維兩相流模型，向流道通入氣體進行仿真，對比分析通入不同大小壓力氣體時流道內(nèi)的壓降、反應氣體的分布均勻性等。然后將得到的壓力分布結果導入Workbench進行耦合仿真，對比分析組件的應變及接觸應力分布，從而判斷電池的性能受裝配載荷以及通氣壓力的影響。
　　最后，本文設計了電堆裝配優(yōu)化的程序，輸入不同的參數(shù)進行計算就能輸出不同的結果，然后對輸出的結果進行分析對比，就可以得出最優(yōu)的電堆封裝參數(shù)以及最優(yōu)的通氣壓力。