一种装配燃料电池电堆的方法、装置及设备与流程

专利2025-03-26  21


本技术涉及燃料电池封装,尤其涉及一种装配燃料电池电堆的方法、装置及设备。


背景技术:

1、燃料电池的封装紧固力制约着电堆的性能输出,影响着电堆的密封以及堆芯和非重复件的变形量。

2、在装配燃料电池电堆时,如果紧固力过大会导致非重复件变形从而影响堆芯的受力不均匀,进而影响电堆局部受热不均匀、排水不畅引起反极,甚至会损毁堆芯的双极板和膜电极。同时紧固力过大也会增加电堆的流体阻力,进而增加外接氢燃料电池bop设备(bop,balance of plant)的功率消耗。而紧固力过小首先影响电堆的密封性,同时过小的紧固力会导致电堆内阻增加,影响输出功率。

3、因此如何找到最优的电堆紧固力对燃料电池来说是至关重要的,现有技术中每装配一个燃料电池电堆,即使同型号的电堆,也都需要根据实验确定出最优紧固力,并需要在最优紧固力下对燃料电池电堆的性能进行验证。当一次性需要装配多个燃料电池电堆,验证效率和验证成本都会受到影响,进而会影响燃料电池电堆的装配效率。


技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题,本发明实施例提供了一种确定燃料电池电堆紧固力的方法、装置及设备,以解决或者部分解决现有技术中在对多个燃料电池电堆进行装配时,需要对最优紧固力进行多次验证,进而导致燃料电池电堆的装配效率受到影响的技术问题。

2、本发明提供一种装配燃料电池电堆的方法,所述方法包括:

3、确定燃料电池短堆的最优紧固力,根据所述最优紧固力确定所述燃料电池短堆的第一面压力;

4、以所述第一面压力为基准调整待装配燃料电池整堆的第二面压力,使得所述第二面压力与所述第一面压力之间的差值为预设压力阈值;

5、控制所述待装配燃料电池整堆上的每个紧固螺栓到达初始位置,从预设的映射文件中基于紧固螺栓编号查找每个所述紧固螺栓应旋转的目标角度,并控制每个所述紧固螺栓旋转对应的目标角度,以补偿所述预设压力阈值。

6、上述方案中,所述确定燃料电池短堆的最优紧固力,包括:

7、确定所述燃料电池短堆的最优紧固力范围;

8、在所述最优紧固力范围内,以所述最优紧固力范围中的最小紧固力开始,按照预设压力步长向所述燃料电池短堆中的盲端集流板依次增设一定厚度的绝缘薄膜,得到多个待测紧固力;

9、在每个所述待测紧固力下对所述燃料电池短堆进行活化测试和极化测试,得到每个所述待测紧固力下对应的输出电压;

10、将最大输出电压对应的待测紧固力确定为所述燃料电池短堆的最优紧固力。

11、上述方案中,所述确定所述燃料电池短堆的最优紧固力范围,包括:

12、获取所述燃料电池短堆的密封压力为三倍介质压力时的密封线整体支撑反力;

13、获取所述燃料电池短堆结构对应的气体扩散层支撑反力范围;

14、根据所述密封线整体支撑反力范围与所述气体扩散层支撑反力确定所述最优紧固力范围。

15、上述方案中,所述根据所述最优紧固力确定所述燃料电池短堆的第一面压力,包括:

16、获取所述燃料电池短堆的盲端集流板上端增设的与所述最优紧固力对应的目标绝缘薄膜厚度;

17、利用与所述目标绝缘薄膜厚度同等厚度的电子压敏纸确定燃料电池短堆活性区的第一面压力;其中,所述电子压敏纸位于所述燃料电池短堆的活性区;且所述绝缘薄膜未位于所述盲端集流板上。

18、上述方案中,所述以所述第一面压力为基准调整所述待装配燃料电池整堆的第二面压力,包括:

19、将与目标绝缘薄膜厚度同等厚度的电子压敏纸放置所述待装配燃料电池整堆的活性区;

20、利用压机压装所述待装配燃料电池整堆,并利用所述电子压敏纸确定待装配燃料电池整堆活性区的第二面压力;

21、当确定所述第二面压力与第一面压力之间的差值到达所述压力阈值,则停止对所述待装配燃料电池整堆进行压装。

22、上述方案中,所述以所述第一面压力为基准调整所述待装配燃料电池整堆的第二面压力之后,所述方法还包括:

23、将与电子压敏纸同等厚度的绝缘薄膜装设在所述待装配燃料电池整堆的盲端集流板上,并拆卸掉所述电子压敏纸。

24、上述方案中,所述控制所述待装配燃料电池整堆上的每个紧固螺栓到达初始位置,包括:

25、确定所述每个紧固螺栓的初始力矩;

26、对所述每个紧固螺栓施加所述初始力矩,使得所述每个紧固螺栓到达所述初始位置。

27、上述方案中,所述以所述第一面压力为基准调整待装配燃料电池整堆的第二面压力之前,所述方法还包括:

28、以所述第一面压力为基准调整目标燃料电池整堆的第三面压力,使得所述第三面压力与所述第一面压力之间的差值为预设压力阈值;所述目标燃料电池电堆与所述待装配燃料电池电堆的高度相同;

29、针对目标燃料电池整堆上的每个紧固螺栓,控制紧固螺栓从初始位置依次旋转预设角度,并对应获得所述目标燃料电池整堆的第三面压力;

30、将最接近第一面压力的第三面压力确定为目标压力,并获取目标压力对应的紧固螺栓旋转的目标角度;

31、将目标角度与紧固螺栓编号进行映射,形成所述映射文件。

32、本发明的第二方面,提供一种装配燃料电池电堆的装置,所述装置包括:

33、确定单元,确定燃料电池短堆的最优紧固力,根据所述最优紧固力确定所述燃料电池短堆的第一面压力;

34、调整单元,用于若待装配燃料电池整堆装配完成,以所述第一面压力为基准调整所述待装配燃料电池整堆的第二面压力,使得所述第二面压力与所述第一面压力之间的差值为预设压力阈值;

35、控制单元,用于控制所述待装配燃料电池整堆上的每个紧固螺栓到达初始位置,从预设的映射文件中基于紧固螺栓编号查找每个所述紧固螺栓应旋转的目标角度,并控制每个所述紧固螺栓旋转对应的目标角度,以补偿所述预设压力阈值。

36、本发明的第三方面,提供一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。

37、本发明提供了一种装配燃料电池电堆的方法、装置及设备,方法包括:确定燃料电池短堆的最优紧固力,根据所述最优紧固力确定所述燃料电池短堆的第一面压力;若待装配燃料电池整堆装配完成,以所述第一面压力为基准调整所述待装配燃料电池整堆的第二面压力,使得所述第二面压力与所述第一面压力之间的差值为预设压力阈值;控制所述待装配燃料电池整堆上的每个紧固螺栓到达初始位置,从预设的映射文件中基于紧固螺栓编号查找每个所述紧固螺栓应旋转的目标角度,并控制每个所述紧固螺栓旋转对应的目标角度,以补偿所述预设压力阈值;如此,由于燃料电池电堆分为短堆和整堆,短堆往往用于整堆开发前的性能验证、结构验证和耐久验证,短堆的最优紧固力和整堆的最优紧固力一般是一致的,因此本发明在燃料电池短堆阶段验证出最优紧固力,由于最优紧固力是针对整个堆芯来说的,而燃料电池电堆的性能主要是依靠活性区面压力来反映,因此进一步根据最优紧固力确定出第一面压力;通过预先为待装配燃料电池整堆确定紧固螺栓编号与紧固螺栓应旋转的目标角度(达到第一面压力时对应的位置)间的映射文件,即使一次性需要对多个待装配燃料电池整堆进行装配,也无需进行多次验证,只需要根据映射文件调整紧固螺栓的旋转角度,进而将最优紧固力复制到整堆中,从而降低最优紧固力的验证成本,提高燃料电池电堆(整堆)的装配效率。


技术特征:

1.一种装配燃料电池电堆的方法,其特征在于,所述方法包括:

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定燃料电池短堆的最优紧固力,包括:

3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述确定所述燃料电池短堆的最优紧固力范围,包括:

4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述最优紧固力确定所述燃料电池短堆的第一面压力,包括:

5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述以所述第一面压力为基准调整所述待装配燃料电池整堆的第二面压力,包括:

6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述以所述第一面压力为基准调整所述待装配燃料电池整堆的第二面压力之后,所述方法还包括:

7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述控制所述待装配燃料电池整堆上的每个紧固螺栓到达初始位置,包括:

8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述以所述第一面压力为基准调整待装配燃料电池整堆的第二面压力之前,所述方法还包括:

9.一种装配燃料电池电堆的装置,其特征在于,所述装置包括:

10.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。


技术总结
本发明提供一种装配燃料电池电堆的方法、装置及设备,短堆的最优紧固力和整堆的最优紧固力是一致的,因此本发明在燃料电池短堆阶段验证出最优紧固力,由于最优紧固力是针对整个堆芯来说的,而燃料电池电堆的性能主要是依靠活性区面压力来反映,因此进一步根据最优紧固力确定出第一面压力;通过预先为待装配燃料电池整堆确定紧固螺栓编号与紧固螺栓应旋转的目标角度(达到第一面压力时对应的位置)间的映射文件,即使一次性需要对多个待装配燃料电池整堆进行装配,也无需进行多次验证,只需要根据映射文件调整紧固螺栓的旋转角度,进而将最优紧固力复制到整堆中,从而降低最优紧固力的验证成本,提高燃料电池电堆(整堆)的装配效率。

技术研发人员:王鲁阳,兰天,母宝生,夏沙,涂杨
受保护的技术使用者:东风汽车集团股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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