(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111459120.4 (22)申请日 2021.12.02 (71)申请人 浙江海洋大学 地址 316022 浙江省舟山市定海区临城街 道海大南路1号 (72)发明人 温小飞　陈泽滔　周胜男　邱阳　 王虎强　朱丹丹　孟文杰　朱浩纲　 许克荣　李江凡　王广哲　聂钰明　 童林海　 (74)专利代理 机构 浙江千克知识产权代理有限 公司 33246 代理人 贾森君 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优 化方法与系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于模型仿真的燃料电 池固有频率优化方法， 涉及燃料电池技术领域， 包括步骤： 通过模态分析获取燃料电池单电池的 各阶无阻尼自振 频率和振型图， 并根据各组件的 弹性模量的改变获取单电池整体各阶振动的等 效阻尼比； 根据燃料电池整体各阶振动的等效阻 尼比， 获取燃料电池整体各阶振动的有阻尼固有 频率； 提取并对异常组件部分进行各预设优化方 案下的优化， 并获取优化后对应组件的有阻尼固 有频率以及振型图； 筛选最佳方案。 本发明相比 于实验测量， 能够系统的把握燃料电池各个模块 的振动特性， 从而在燃料电池投入生产前， 通过 仿真减少燃料电池结构上的设计缺陷。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114117812 A 2022.03.01 CN 114117812 A 1.一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化方法， 其特 征在于， 包括 步骤： S1： 根据燃料电池各组件的结构特 征构建燃料电池的三维模型； S2： 通过模态分析获取燃料电池单电池的各阶无阻尼自振频率和振型图， 并根据各组 件的弹性模量的改变获取 单电池整体各阶振动的等效阻尼比； S3： 根据燃料电池整体各阶振动的等效阻尼比， 获取燃料电池整体各阶振动的有阻尼 固有频率； S4： 根据振型图和有阻尼固有频率， 提取频率处于目标工作环境频率预设范围内， 以及 振型图中振型变形处对应的组件部分； S5： 针对提取出的组件部分， 进行各预设优化方案下的优化， 并获取优化后燃料电池整 体的有阻尼固有频率以及振型图； S6： 筛选各优化方案中有阻尼固有频率处于目标工作环境频率预设间距外， 且整体振 幅小于目标振幅的方案为 最终优化方案 。 2.如权利要求1所述的一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化方法， 其特征在于， 所述S1步骤之后还 包括步骤， S11： 根据各组件不同部位的测算精度要求进行对应预设密度下的三维模型网格划分。 3.如权利要求1所述的一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化方法， 其特征在于， 所述燃料电池的组件包括对称设置的双极板和气体扩散层、 质子交换层和密封件， 所述S2 步骤之前， 还 包括步骤， S20： 设置模态分析中各组件的材 料属性和各组件间的接触方式； 所述材料属性包括弹性模量、 泊松比和密度。 4.如权利要求3所述的一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化方法， 其特征在于， 所述S2步骤中， 具体包括 步骤， 根据各组件的材料属性以及各组件的接触方式， 通过模态分析获取燃料电池整体各阶 振动的无阻尼自振频率； 基于各组件的滞后阻尼系数对弹性模量进行优化， 根据优化后的弹性模量获取转换后 的频率； 根据无阻尼自振频率和转换后的频率获取等效阻尼比。 5.如权利要求4所述的一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化方法， 其特征在于， 所述对于弹性模量的优化可表示 为如下公式： E′K＝ ηKEK 式中， K为组件的编号， E ′K为组件k优化后的弹性模量， ηK为组件K的滞后阻尼系数， EK为 组件K固有的弹性模量。 6.如权利要求4所述的一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化方法， 其特征在于， 所述等效阻尼比的获取 可表示为如下公式： 式中， j为振动阶数， ξeqj为第j阶振动的等效阻尼比， f0j为第j阶振动的无阻尼自振频 率， f′j为第j阶振动转换后的频率。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114117812 A 27.如权利要求2所述的一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化方法， 其特征在于， 所述S3步骤中， 有阻尼固有频率的获取 可表示为如下公式： 式中， j为振动阶数， ωnj为第j阶的圆频率， k为 组件材料的劲度系数， m为 组件在对应网 格处的质量， f0j为第j阶振动的无阻尼自振频率， ξeqj为第j阶振动的等效阻尼比， ωdj为第j 阶振动的有阻尼固有频率。 8.一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化系统， 其特 征在于， 包括： 模型构建模块， 用于根据燃料电池各组件的结构特 征构建燃料电池的三维模型； 模型计算模块， 用于通过模态分析获取燃料电池单电池的各阶无阻尼自振频率和振型 图， 并根据各组件的弹性模量的改变获取单电池整体各阶振动的等效阻尼比， 并根据燃料 电池整体各阶振动的等效阻尼比， 获取燃料电池整体各阶振动的有阻尼固有频率； 异常提取模块， 用于根据振型图和有阻尼固有频率， 提取频率处于目标工作环境频率 预设范围内， 以及振型图中振型变形处对应的组件部分； 组件优化模块， 用于针对提取出的组件部分， 进行各预设优化方案下的优化， 并获取优 化后燃料电池整体的有阻尼固有频率以及振型图； 方案筛选模块， 用于筛选各优化方案 中整体有阻尼固有频率处于目标工作环境频率预 设间距外， 且整体振幅小于目标振幅的方案为 最终优化方案 。 9.如权利要求8所述的一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化系统， 其特征在于， 所述模型构建模块中还 包括， 网格划分单元， 用于根据各组件不同部位的测算精度要求进行对应预设密度 下的三维 模型网格划分。 10.如权利要求8所述的一种基于模型仿真的燃料电池固有频率优化系统， 其特征在 于， 所述燃料电池的组件包括对称设置的双极板和气 体扩散层、 质子交换层和密封件， 模型 计算模块中还 包括， 参数设置单 元， 用于设置模态分析中各组件的材 料属性和各组件间的接触方式。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114117812 A 3