【摘 要】
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随着氢燃料电池汽车商业化速度的加快,在氢燃料电池运行和管理中,安全问题已成为公众关注的焦点。氢燃料电池的进气系统控制流场内阴阳两极气体压力相等,当电堆受到较大冲击碰撞后,螺栓松动导致电池内部发生部件错位、密封圈失效等情况,造成反应气体泄漏,诱发电池性能衰减等危险。因此,研究人员们开始重视氢燃料电池内部压力监测技术的研究。常规的刚性压力传感器一般安装于氢燃料电池汽车底盘的管路和储氢罐阀门口,存在维修
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随着氢燃料电池汽车商业化速度的加快,在氢燃料电池运行和管理中,安全问题已成为公众关注的焦点。氢燃料电池的进气系统控制流场内阴阳两极气体压力相等,当电堆受到较大冲击碰撞后,螺栓松动导致电池内部发生部件错位、密封圈失效等情况,造成反应气体泄漏,诱发电池性能衰减等危险。因此,研究人员们开始重视氢燃料电池内部压力监测技术的研究。常规的刚性压力传感器一般安装于氢燃料电池汽车底盘的管路和储氢罐阀门口,存在维修性要求高、受气压变化和温度等影响较大等难题,无法在氢燃料电池内部这类特殊场景实现高灵敏测试。基于以上背景,本文设计了一种半椭球微结构柔性电容压力传感器,与刚性传感器相比,具有良好的共形性和高灵敏性,可安装于氢燃料电池内部复杂接触面上,在测量过程随着被测对象发生压缩变形;并与BP神经网络算法结合,有效预测电堆内部气体泄漏压力数值,有效实现电堆压力的无损检测。本文的主要研究内容如下:1、分析总结国内外氢燃料电池气压监测技术现状,以及柔性压力传感器在灵敏度方面的改进途径;根据电容传感器的工作机理和仿生学原理,设计微结构的柔性压力传感器作为氢燃料电池内部压力监测的核心元件;选取、组合柔性材料,采用COMSOL仿真对传感器介电弹性体表面微结构进行形状参数的优化设计。（本文第一、二章）2、通过模板法和混料法制备半椭球微结构的介电弹性体,对其结构进行形貌表征;重点分析传感器的压缩特性和拉伸特性,探究不同高度（H）半椭球微结构和液态金属体积分数（φ）对传感器灵敏度的影响。根据两相复合材料介电常数模型,建立传感器的理论电容模型,与实测数据进行对比验证,模型对后续氢燃料电池气压监测实验提供一定技术支撑。（本文第三、四章）3、重点介绍了氢燃料电堆的结构,搭建氢燃料电池气压泄漏试验装置,从振动频率、振动方向测试传感器抵抗外界干扰能力;通过对比实验,完成柔性传感器的多步静压标定测试,为后续研究提供技术支持。搭建BP神经网络模型,设定神经网络参数,对气压泄漏装置采集到的电容-压力样本数据进行训练,验证优化后的算法能够有效预测氢燃料电堆内部气体压力泄漏值。（本文第五章）
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