燃料电池金属极板冲压过程有限元模拟及工艺优化

• 作 者: 魏曦
• 发表日期: 2010年01期
• 关键词: 燃料电池 金属双极板 软模成形

质子交换膜燃料电池具有功率密度高、能量转换效率高、低温启动和无污染等优点,是目前很有希望应用于便携式电源、小型固定发电站、电动汽车等交通工具的动力电源,市场前景相当可观。双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,不但影响电池的性能,而且影响电池的成本,成为燃料电池产业化的瓶颈。采用冲压成形工艺,制备出的薄金属双极板能够提高燃料电池的比功率、降低生产成本。本文首先建立“刚模成形”和“软模成形”两种方案下,金属极板单周期流道结构的冲压成形有限元模型。对比分析两种方案下板料的变形特点、失效形式等结果,选择适合金属极板实验制备的成形方案。然后为所选实验方案的有限元模型建立两种简化模型,对比成形过程中的等效应力、等效应变、厚度分布结果,找出适用于金属极板成形模拟的简化模型。设计两组双极板流道截面参数,通过有限元模拟,分析脊部圆角半径和流道侧壁斜度这两个参数对板料充型情况的影响规律。最后设计一种单蛇形流道金属极板,进行冲压成形有限元模拟。选取板料上不同区域流道截面的等效应力、等效应变、充型情况进行分析,总结整个极板的成形特点,预测缺陷形式及位置。设计试验模具,在液压机上进行试验来验证有限元模型的准确性。本文研究工作为实际装堆的有效面积为400mm×100mm的金属双极板成形提供了准确有效的依据和参考。