(19)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 202210706548.2 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 上海安池科技有限公司 地址 201700 上海市青浦区华浦路480号1 幢2层S区201室 (72)发明人 张旭　李玉平　申德　吕建刚　 (74)专利代理 机构 北京慧而行专利代理事务所 (普通合伙) 11841 专利代理师 李锐 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) H01M 8/247(2016.01) H01M 8/24(2016.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 燃料电池电堆用弹簧及其设计选型方法及 燃料电池电堆 (57)摘要 本申请公开了一种燃料电池电堆用弹簧及 其设计选 型方法及燃料电池电堆， 属于燃料电池 技术领域。 一种燃料电池电堆用弹簧的设计选型 方法， 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、 弹簧最大压缩量h 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D、 h和t。 本申请 量化了电堆生命周期内电堆缓冲和补偿的位移 与组装力， 能使电堆的密封性和性能得到保证， 还可以防止电堆因组装力过大而影响电堆性能 和寿命。 权利要求书2页 说明书11页 附图4页 CN 115203836 A 2022.10.18 CN 115203836 A 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 ＝0.75 h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；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203836 A 2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。 9.一种燃料电池电堆用弹簧， 其特征在于， 所述燃料电池电堆用弹簧利用权利要求1 ‑8 任一项所述的燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法进 行设计选型， 并应用于燃料电池电堆 中； 所述燃料电池电堆用弹簧的材质为金属、 树脂或改性树脂； 所述燃料电池电堆用弹簧包 括碟形弹簧。 10.根据权利要求9所述的燃料电池电堆用弹簧， 其特征在于， 所述燃料电池电堆用弹 簧由多个单层改性 树脂层经层压成型制成； 所述改性 树脂层包括至少两种纤维增强树脂层。 11.根据权利要求10所述的燃料电池电堆用弹簧， 其特征在于， 所述至少两种纤维增强 树脂层包括碳纤维增强环氧树脂层、 玻纤维增强环氧树脂层、 玄 武岩纤维增强环氧树脂层、 木纤维增强环氧树脂层和芳纶纤维增强环氧树脂层中的至少两种； 和/或， 所述燃料电池电堆用弹簧的外表面设有保护涂层； 和/或， 所述碳纤维增强环氧树脂层的总厚度为所述燃料电池电堆用弹簧的厚度的0.2 ～0.6倍， 所述 玻纤维增强环氧树脂层的总厚度为所述燃料电池电堆用弹簧的厚度的0.8～ 0.4倍； 和/或， 单层所述改性 树脂层的厚度为0.1m m～0.2mm。 12.一种燃料电池电堆， 其特征在于， 包括堆芯组件， 及利用权利要求1 ‑8任一项所述的 燃料电池电堆用弹簧的设计选型方法进行设计选型得到的弹簧或如权利要求9 ‑11任一项 所述的燃料电池电堆用弹簧。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203836 A 3