大型燃料電池堆可靠性分析與設計.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）憑借高效率、無污染的優(yōu)點受到廣泛關注，是一種具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電裝置。在工程應用中，產(chǎn)品可靠性受到越來越多的關注，如何提升產(chǎn)品可靠度成為燃料電池性能研究的熱點之一。本文以PEMFC電堆為研究對象，利用可靠性理論和等效剛度模型，分析了電堆組件可靠度。根據(jù)電堆組件可靠度的分析結果，提出一種基于組件結構應力的大型電堆可靠性設計方法，以提升電堆系統(tǒng)可靠度。通過對電堆的封裝載荷及組件厚度差進行最優(yōu)化設計，調(diào)節(jié)組件

2、間的接觸應力使各組件分別處于最佳應力狀態(tài)，實現(xiàn)了電堆的可靠性設計。
　　根據(jù)應力—強度分布干涉理論，電堆內(nèi)各組件的可靠度由組件強度和接觸應力決定。本文綜合考慮前人的研究結果和電堆的性能要求，確定了各組件的強度標準。利用等效剛度模型建立了各組件接觸應力的具體表達式，研究表明接觸應力由封裝載荷、組件的尺寸和彈性模量等決定。由于受到很多不確定因素影響，組件的強度和接觸應力都是隨機變量，本文利用一階二次矩法，研究了組件接觸應力的分布特征。

3、
　　為研究組件接觸應力變異系數(shù)的靈敏度，本文采用控制變量法，發(fā)現(xiàn)接觸應力變異系數(shù)的最大影響因素為組件尺寸的變異系數(shù)。同時結合文獻資料，確定了組件接觸應力變異系數(shù)的可能變化范圍。最后利用應力—強度分布干涉模型，研究了不同變異系數(shù)下，接觸應力對組件可靠度的影響。發(fā)現(xiàn)過大或過小的接觸應力均不利于組件的可靠性，組件存在最佳接觸應力區(qū)間，使組件可靠度維持在最高水平，且變異系數(shù)越大該最佳區(qū)間范圍越小。
　　確定了各組件的最佳接觸應力后