专利名称：一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型的制作方法
技术领域：
一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型技术领域[0001 ] 本实用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池电堆组装技术。
技术背景[0002]质子交换膜燃料电池的核心元件是电堆，电堆的主体为MFA、双极板及相应的密封元件的重复，一端为氧集流板，另一端为氢集流板，与这两块导流板相邻的是电堆的端板。 电堆的组装主要是将双极板与膜电极三合一组件(MFA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢。[0003]传统的质子交换膜燃料电池电堆组装形式的不足是由于每根螺杆上螺母松紧程度不同导致燃料电池堆横截面上各部分的紧固负荷不同，直接影响电堆内部接触电阻的值，从而影响电池性能。此外，燃料电池的温度会在工作停止时的环境温度(20°C)和工作期间的冷却水温度(约80°C )之间反复的变化，所以燃料电池电堆的紧固负荷会因为燃料电池温度变化而变化，燃料电池电堆的紧固负荷也会因为电解质薄膜和电极长时间使用发生溶胀而变化，从而影响电池性能。[0004]对于以石墨材料为双极板的质子交换膜燃料电池，由于石墨易碎，更给电堆组装增加了难度。在层叠的过程中，为了降低电极接触电阻并密封气和水，燃料电池电堆紧固负荷需要在电堆整个横截面范围内均勻，并且紧固负荷不能过大的变动。[0005]为克服传统技术的不足，发明专利1757132A公开了一种带有弹簧模块的燃料电池组，弹簧模块设置在端板和燃料电池层叠体之间，包括容纳弹簧的壳体组件、减振器、螺旋弹簧和低弹性类型的海绵。该专利技术的不足是燃料电池组组件多，组装比较复杂，所用的弹簧模块具有较低的弹簧常数，而且弹簧模块只在大变形范围内适用。发明内容[0006]本实用新型目的在于通过提供一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型来解决现有技术的上述问题。该质子交换膜燃料电池堆型通过弹簧自身弹性压缩形变有效补偿燃料电池堆内的膜膨胀和压应力松弛引起燃料电池内部层叠体紧固力的变化，减小沿燃料电池层叠方向负荷的变化。[0007]本实用新型的目的通过以下技术方案实现[0008]一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型，包括质子交换膜燃料电池电堆内部层叠体、电堆上端板、下端板、端板封头、螺杆、螺母和垫片，螺杆穿过上端板和下端板周边上均布的孔，在下端板外面用螺母将质子交换膜燃料电池电堆紧固，其特征在于所述带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型还包括压缩弹簧，压缩弹簧套装在螺杆的下端，位于下端板外面与螺母之间。[0009]本实用新型所述一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型，其特征在于所述压缩弹簧是矩形螺旋弹簧。[0010]本实用新型所述一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型，其特征在于所述压缩弹3簧两端均垫有垫片。[0011]本实用新型组装质子交换膜燃料电池电堆的方法包括以下步骤[0012]a、按照燃料电池组装方法将燃料电池双极板与MFA交替叠合，各单体之间嵌入密封件放在下端板上；[0013]b、将集流板及单电池组装在一起，再将上端板放上；[0014]C、螺杆套入垫片从上端板穿行到下端板；[0015]d、在螺杆延伸部套入压缩弹簧，压缩弹簧两端均添加垫片；[0016]e、螺母旋在螺杆上，使用电堆组装装置对电堆施加压力；[0017]f、当达到组装压力时，使用扭矩扳手将螺帽旋紧直到压缩弹簧受压紧密贴合在一起；[0018]g、在上、下端板上安装端板封头。[0019]本实用新型的优点及有益效果是[0020]1、通过在传统的组装结构上添加简单的弹簧组件，有效补偿燃料电池堆内部紧固力的变化，减小沿燃料电池层叠方向负荷的变化，提高了电堆尺寸稳定性，有利于提高电池的性能，效果明显；[0021]2、矩形螺旋弹簧刚度大，能以小变形承受大载荷，在一定紧固力的作用下可以紧密的贴合在一起，组件拆装方便。
[0022]本实用新型共有附图五幅，其中[0023]图1为本实用新型电池堆型结构示意图。[0024]图2为本实用新型电池堆型组装完成结构示意图。[0025]图3为图2的俯视示意图。[0026]图4为压缩弹簧示意图。[0027]图5为压缩弹簧压紧状态示意图。[0028]图中1、螺杆，2、垫片，3、上端板，4、集流板，5、双极板，6、MEA，7、下端板，8、螺母， 9、压缩弹簧，10、端板封头。
具体实施方式
[0029]如图所示，质子交换膜燃料电池堆型主要包括集流板4、双极板5、MEA6、上端板3、 下端板7、端板封头10、压缩弹簧9、螺杆1、螺母8和垫片2。[0030]组装一台质子交换膜燃料电池电堆，电堆节数100节，实际要求电堆组装压力 20KN，根据计算选用弹簧规格D = 16mm, d = 8mm, L = 50mm。首先按照燃料电池组装方法将燃料电池双极板5与MEA6交替叠合，各单体之间嵌入密封件放在下端板7上，集流板4 放在与端板相邻的位置，再将上端板3放上。螺杆1套入垫片从上端板3穿行到下端板7， 在螺杆1延伸部套入压缩弹簧9，压缩弹簧9两端均添加垫片2，螺母8旋在螺杆1上。将电堆放在组装装置上施加组装力到20KN，然后使用扭矩扳手将螺母8旋紧直到压缩弹簧9 受压紧密贴合在一起。电堆从组装装置上取下，在上、下端板上分别安装端板封头10，至此电堆组装完毕。
权利要求1.一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型，包括质子交换膜燃料电池电堆内部层叠体、电堆上端板(3)、下端板(7)、端板封头(10)、螺杆(1)、螺母(8)和垫片⑵，螺杆(1)穿过上端板( 和下端板(7)周边上均布的孔，在下端板(7)外面用螺母(8)将质子交换膜燃料电池电堆紧固，其特征在于所述带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型还包括压缩弹簧(9)， 压缩弹簧(9)套装在螺杆(1)的下端，位于下端板(7)外面与螺母(8)之间。
2.如权利要求1所述一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型，其特征在于所述压缩弹簧(9)是矩形螺旋弹簧。
3.如权利要求1所述一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型，其特征在于所述压缩弹簧(9)两端均垫有垫片(2)。
专利摘要本实用新型涉及一种带弹簧的质子交换膜燃料电池堆型，包括质子交换膜燃料电池电堆内部层叠体、电堆上端板、下端板、端板封头、螺杆、螺母、压缩弹簧和垫片，螺杆穿过上端板和下端板周边上均布的孔，在下端板外面用螺母将质子交换膜燃料电池电堆紧固，压缩弹簧套装在螺杆的下端，位于下端板外面与螺母之间。该堆型引入了弹簧，通过弹簧自身弹性压缩形变有效补偿燃料电池堆内的膜膨胀和压应力松弛引起燃料电池内部层叠体紧固力的变化，减小沿燃料电池层叠方向负荷的变化，提高了电堆尺寸稳定性，有利于提高电池的性能；矩形螺旋弹簧刚度大，能以小变形承受大载荷，在一定紧固力的作用下可以紧密的贴合在一起，组件拆装方便。
文档编号H01M8/24GK202333048SQ201120474700
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者付宇, 侯中军, 明平文, 王红梅, 窦永香 申请人:新源动力股份有限公司