燃料电池异质部件高速转运动力学分析及结构优化
“优秀设计”三等奖资助企业:
上海氢晨新能源科技有限公司
企业导师: 李红涛

指导教师: 徐竹田

项目成员: 朱卓远 续大清 蔡开亨

项目概述
目前,质子交换膜燃料电池是目前技术成熟度最高、应用最广泛的一种燃料电池。大功率燃料电池电堆包含数百副金属极板、膜电极弱刚性薄板部件层叠装配,为保证单电池一致性和密封,对装配精度要求极高。在实际的工业装配过程中,常常采用机械臂加真空负压吸附进行这一重复的转运和定位操作,由于电堆制造精度、效率难兼顾,存在着吸附不牢,叠装不准,节拍不快的技术难题,本项目拟进行有关真空吸附转运以及堆叠过程中针对极板和电极薄板的研究,以提高效率,延长电池寿命。
项目目标
(1)研究双极板和膜电极真空吸附过程中的变形误差,分析真空吸附时自由部分产生的翘曲和振荡。优化吸附条件,设计真空吸附载荷以及完成伯努利吸盘吸附情况仿真设计。
(2)进行燃料电池部件在转运过程中的动力学分析,对于转运达到一定效率所需的加速度条件进行讨论,进行路径规划减小转运误差,完成转运过程动力学仿真。
(3)进行压装过程中的定位仿真,分析不同偏差累积下电堆在压装过程中的误差演化,提出叠装偏差的控制指标。
项目成果
(1)进行伯努利吸盘的吸附条件计算,完成现有设计下的吸附情况有限元仿真,进行翘曲变形的计算;对于吸附压强进行设计评估,针对极板和膜电极进行伯努利吸盘结构设计优化。
(2)完成双极板和膜电极的动力学仿真计算,针对部件不同运动条件下速度加速度条件进行优化,完成阻力条件下部件的失效条件仿真分析。
(3)目前完成了模型的简化,并在hypermesh中完成了前处理与网格划分,后续要在abaqus中模拟密封条厚度等对于电极板变形以及堆叠误差的影响。