校企合作畢業(yè)設(shè)計

燃料電池異質(zhì)部件高速轉(zhuǎn)運動力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

“優(yōu)秀設(shè)計”三等獎

資助企業(yè): 上海氫晨新能源科技有限公司

資助年份: 2025

企業(yè)導(dǎo)師: 李紅濤

指導(dǎo)教師: 徐竹田

項目成員: 朱卓遠 續(xù)大清 蔡開亨

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項目簡介

項目概述

目前,質(zhì)子交換膜燃料電池是目前技術(shù)成熟度最高、應(yīng)用最廣泛的一種燃料電池。大功率燃料電池電堆包含數(shù)百副金屬極板、膜電極弱剛性薄板部件層疊裝配,為保證單電池一致性和密封,對裝配精度要求極高。在實際的工業(yè)裝配過程中,常常采用機械臂加真空負壓吸附進行這一重復(fù)的轉(zhuǎn)運和定位操作,由于電堆制造精度、效率難兼顧,存在著吸附不牢,疊裝不準(zhǔn),節(jié)拍不快的技術(shù)難題,本項目擬進行有關(guān)真空吸附轉(zhuǎn)運以及堆疊過程中針對極板和電極薄板的研究,以提高效率,延長電池壽命。


項目目標(biāo)

1)研究雙極板和膜電極真空吸附過程中的變形誤差,分析真空吸附時自由部分產(chǎn)生的翹曲和振蕩。優(yōu)化吸附條件,設(shè)計真空吸附載荷以及完成伯努利吸盤吸附情況仿真設(shè)計。

2)進行燃料電池部件在轉(zhuǎn)運過程中的動力學(xué)分析,對于轉(zhuǎn)運達到一定效率所需的加速度條件進行討論,進行路徑規(guī)劃減小轉(zhuǎn)運誤差,完成轉(zhuǎn)運過程動力學(xué)仿真。

3)進行壓裝過程中的定位仿真,分析不同偏差累積下電堆在壓裝過程中的誤差演化,提出疊裝偏差的控制指標(biāo)。


項目成果

1)進行伯努利吸盤的吸附條件計算,完成現(xiàn)有設(shè)計下的吸附情況有限元仿真,進行翹曲變形的計算;對于吸附壓強進行設(shè)計評估,針對極板和膜電極進行伯努利吸盤結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。

2)完成雙極板和膜電極的動力學(xué)仿真計算,針對部件不同運動條件下速度加速度條件進行優(yōu)化,完成阻力條件下部件的失效條件仿真分析。

3)目前完成了模型的簡化,并在hypermesh中完成了前處理與網(wǎng)格劃分,后續(xù)要在abaqus中模擬密封條厚度等對于電極板變形以及堆疊誤差的影響。


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