[发明专利]燃料电池电堆用弹簧及其设计选型方法及燃料电池电堆

权利要求书

1.一种燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法，其特征在于，所述方法包括：

根据燃料电池电堆对弹簧的性能需求，得到弹簧直径D的范围、弹簧最大压缩量h的范围和弹簧厚度t的范围；

以弹簧几何参数直径D的边界条件作为输入的约束函数，通过弹簧直径D的范围、弹簧最大压缩量h的范围和弹簧厚度t的范围建立燃料电池电堆的组装力F、最佳变形量δ的响应面，以弹簧缓冲和补偿过程中柔性系数相对最大为目标条件，得出最优的弹簧直径D、弹簧最大压缩量h和弹簧厚度t。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法，其特征在于，所述根据燃料电池电堆对弹簧的性能需求，得到弹簧直径D的范围、弹簧最大压缩量h的范围和弹簧厚度t的范围包括：

建立燃料电池电堆与弹簧的匹配原则；

基于所述匹配原则，建立燃料电池电堆和弹簧的考量维度。

3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法，其特征在于，所述建立燃料电池电堆与弹簧的匹配原则包括：

燃料电池电堆的静态组装力与弹簧的压缩匹配；

燃料电池电堆的动态组装力补偿与缓冲性能的匹配；

弹簧与燃料电池电堆边界条件的匹配。

4.根据权利要求2所述的燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法，其特征在于，所述建立燃料电池电堆和弹簧的考量维度包括：

(1)燃料电池电堆的组装力F除以平面内弹簧分布数量m的数值作为弹簧的工作压缩力选取准则；

(2)在满足条件(1)的前提下在燃料电池电堆可选的缓冲与补偿范围内弹簧柔性系数越大越好；

(3)从接触边界条件的角度考虑，弹簧的几何参数直径D适于接近双极板反应区域的宽度，以使组装力均匀施加。

5.根据权利要求4所述的燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法，其特征在于，以满足考量维度条件(1)和考量维度条件(2)为前提，依次提出弹簧直径D的范围，弹簧厚度t的范围，及弹簧最大压缩量h的范围。

6.根据权利要求4所述的燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法，其特征在于，所述弹簧的工作压缩力取弹簧δ＝0.75h时对应的压缩力；

和/或，所述弹簧的直径D不受弹簧的厚度t和弹簧的最大压缩量h的影响。

7.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法，其特征在于，所述方法具体包括：

获取燃料电池电堆压缩量的缓冲预期值及燃料电池电堆组装力的缓冲预期值；

获取燃料电池电堆压缩量的补偿预期值和压缩力的补偿预期值；

建立弹簧直径与双极板尺寸的匹配关系，以确定弹簧直径D的范围和平面内分布的弹簧数量范围；

建立燃料电池电堆静态组装力和弹簧在平面内分布数量的函数关系，以确定单个弹簧的压缩力范围；

根据弹簧直径D的范围和单个弹簧压缩力范围获取弹簧厚度t的范围；

在竖直方向上设置直列弹簧，以通过直列弹簧增加弹簧的缓冲和补偿能力，根据燃料电池电堆压缩量的补偿预期值，确定弹簧最大压缩量h的范围和直列碟簧个数；

根据弹簧直径D的范围、弹簧最大压缩量h的范围和弹簧厚度t的范围，以柔性系数最大为目标条件，得出最优的弹簧直径D、弹簧最大压缩量h和弹簧厚度t。

8.根据权利要求7所述的燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法，其特征在于，所述获取燃料电池电堆压缩量的缓冲预期值及燃料电池电堆组装力的缓冲预期值包括：

建立燃料电池电堆长度与双极板膨胀系数、运行温度之间的映射关系，得到燃料电池电堆压缩量的缓冲预期值；

建立燃料电池电堆气动载荷与反应面积之间的映射关系，得到燃料电池电堆组装力的缓冲预期值；

和/或，所述获取燃料电池电堆压缩量的补偿预期值和压缩力的补偿预期值包括：考虑燃料电池电堆组装力锁紧装置长期受力作用下的蠕变与胶线在长期载荷条件下的松弛，得到燃料电池电堆压缩量的补偿预期值和压缩力的补偿预期值。