大型燃料电池堆抗冲击性能研究

发布时间：2021-03-16 06:27

　　能源短缺和环境污染使得清洁、高效的质子交换膜燃料电池（PEMFC）大受欢迎,金属双极板PEMFC因其轻便的优点,在交通工具、航天设备等领域都有光明的前景。但是电堆服役环境苛刻,除了封装力外,温度变化、随机振动、碰撞冲击等多种载荷都会改变电堆膜电极、密封胶条等关键部件的应力以及气体扩散层的孔隙率,从而影响电堆性能。本文基于等效刚度理论,建立螺栓封装金属双极板PEMFC电堆有限元模型,讨论电堆在极端温度下层间接触压力变化,给出电堆在振动和冲击载荷下的力学响应。基于等效刚度理论,将金属双极板燃料电池划分成四个区域,通过计算各区域等效刚度得到电堆等效刚度模型。对比单电堆等效刚度模型与压敏纸实验,层间接触压力误差在可接受范围内,进一步佐证了等效刚度模型的准确性和合理性。计算分析了某型号电堆2000Hz内各阶模态,前三阶为频率较集中的整体模态,最危险区域为进气端板一侧电池密封区域,第一阶模态频率为560.94Hz。后三阶为频率较分散的流道局部模态,最危险区域为中部电池流道区域。另外,电池面内长度和宽度方向随机振动对组件损伤的概率比封装方向的大,组件损伤最严重区域靠近电池盲端端板一侧。电堆抗分析发现... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 燃料电池概述
    1.2 PEMFC简介
    1.3 PEMFC电堆动力学研究
    1.4 本文主要研究内容
2 等效刚度模型
    2.1 引言
    2.2 等效刚度理论
    2.3 等效刚度计算
        2.3.1 材料属性和几何特征
        2.3.2 边界条件和界面接触
        2.3.3 计算结果
    2.4 结果对比
    2.5 本章小结
3 电堆抗冲击动力学性能分析
    3.1 模态分析
        3.1.1 模态分析理论
        3.1.2 电堆模态分析模型
        3.1.3 模态分析结果
    3.2 随机振动分析
        3.2.1 随机振动模型
        3.2.2 随机振动分析结果
    3.3 电堆抗冲击性能分析
        3.3.1 瞬态动力学理论
        3.3.2 冲击分析模型
        3.3.3 电堆抗冲击分析结果
    3.4 本章小结
4 热力耦合分析模型与电堆热应力分析
    4.1 温度对电堆应力分布的影响
        4.1.1 引言
        4.1.2 热应力理论
        4.1.3 热力耦合模型
        4.1.4 计算结果
    4.2 局部结构应力分析模型
    4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池汽车发展现状——燃料电池汽车VS电池电动汽车,以及各大汽车制造商的行动[J]. 夏溦.  新经济导刊. 2015(08)
[2]螺杆钻具橡胶衬套的生热及热力耦合分析[J]. 韩传军,张杰,刘洋.  四川大学学报(工程科学版). 2012(06)
[3]质子交换膜燃料电池材料[J]. 刘志祥,钱伟,郭建伟,张杰,王诚,毛宗强.  化学进展. 2011(Z1)
[4]汽车新型能源动力系统技术战略与研发进展[J]. 欧阳明高.  内燃机学报. 2008(S1)
[5]燃料电池技术发展现状[J]. 侯明,衣宝廉.  电源技术. 2008(10)
[6]化学制氢技术研究进展[J]. 吴川,张华民,衣宝廉.  化学进展. 2005(03)
[7]燃料电池的历史和现状[J]. 孟黎清.  电力学报. 2002(02)
[8]燃料电池发展的历史[J]. 田玫,孙丽荣,魏英智.  化学与粘合. 1995(04)

博士论文
[1]质子交换膜燃料电池电堆结构优化设计与动力学性能研究[D]. 刘博.大连理工大学 2018

硕士论文
[1]液压密封圈有限元分析与研究[D]. 于润生.天津理工大学 2012
[2]核电用304/316奥氏体不锈钢宽厚板加热和热轧过程的数值模拟[D]. 王斌.东北大学 2009



本文编号：3085572