[发明专利]一种氢燃料电池极板应力计算方法

说明书

本发明公开了一种氢燃料电池极板应力计算方法，包括以下步骤：S1建立氢燃料电池堆模型；S2，假设以氢燃料电池堆极板应力较大的一边为极板的第1片，以最后一片极板为第N片，定义N为极板总片数；S3，计算螺栓拧紧力矩T；S4，当N=20时或当N=40时，先计算第3片极板至第N‑2片极板的应力，转至步骤S5；当N=81时，先计算第1片至第N‑1片极板的应力，转至步骤S6；S5，计算第1、第2片极板与第N‑1、N片极板的最大应力；S6，计算第N片极板的最大应力；本发明能在已知不同螺栓拧紧力矩的情况下准确计算出不同极板总数氢燃料电池中每块极板最大应力的分布。

技术领域

本发明涉及氢燃料电池极板设计的技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池极板应力计算方法。

背景技术

在能源制约、环境污染等大背景下，燃料电池由于其发电效率高、环境污染少等诸多优点，逐渐应用于工业、住屋、交通等领域，燃料电池作为基本或后备供电装置，具有广泛的应用前景。

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其对环境不会造成任何影响，氢燃料电池逐步受到更多关注。氢燃料电池的每个电池单元中的膜电极层需要一对导电隔板，导电隔板被称为电极板，电极板上受到的应力大小影响整个电池的使用寿命，现有技术中，极板之间通过螺栓连接，使用螺栓拧紧时，不同的拧紧力矩，电极板上受到的应力会产生变化，无法根据拧紧力矩得到极板上的最大应力分布情况，降低电极板的使用寿命。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种氢燃料电池极板应力计算方法，其能根据不同拧紧力矩计算出每块极板最大应力的分布，为氢燃料电池极板设计提供依据。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括以下步骤，

S1，建立氢燃料电池堆模型；

S2，假设以氢燃料电池堆极板应力较大的一边为极板的第1片，以最后一片极板为第N片，定义N为极板总片数；

S3，计算螺栓拧紧力矩T；

S4，当N＝20时或当N＝40时，先计算第3片极板至第N-2片极板的应力，转至步骤S5；当N＝81时，先计算第1片至第N-1片极板的应力，转至步骤S6；

S5，计算第1、第2片极板与第N-1、N片极板的最大应力；

S6，计算第N片极板的最大应力。

作为本发明所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S3中，施加在螺栓上的预紧力为F₀，由预紧力计算得到拧紧力矩，预紧力和拧紧力矩的关系为，

其中，ψ为连接螺纹的螺纹升角；d2为螺纹中径；为螺旋副的当量摩擦角；d₀为螺栓孔直径；D₀为螺母环型支乘面外径；f_c为螺母与支乘面间的摩擦系数。

作为本发明所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S4中，当N＝20时，极板最大应力计算公式为，

其中，P为极板最大应力，n为第几片。

作为本发明所述的氢燃料电池极板应力计算方法的一种优选方案，其中：所述步骤S4中，当N＝40时，极板最大应力计算公式为，