一种燃料电池堆紧固端板结构的制作方法

本实用新型属于燃料电池堆技术领域，具体涉及一种燃料电池堆紧固端板结构。

背景技术：

质子交换膜燃料电池是使用氢氧电化学反应发电的装置，燃料电池堆由一定数量的单体电池串联叠加而成。单体电池为电池堆中最基本的结构单元，由膜电极组件（MEA）及双极板构成，其中MEA为电化学发生的位置，双极板起气体供应作用。完整的电池堆由若干MEA、双极板及2块集流板、端板所组成，其中为了防止反应气体泄漏，在双极板及MEA之间设计有密封圈结构，用于气体密封。所以在电池堆组装过程中，需要保证一定的装堆压力。电池堆发电功率越高，叠加MEA和双极板数量越多，电池堆的组装就越复杂。

目前主流电池堆的组装主要依靠螺杆的紧固压力组装电堆，如图1、图2所示。最常规方法采用螺栓110、紧固端板100将若干单体电池120组装电池堆，若干单体电池120构成电池组130。这种设计方式缺点在于螺栓110的紧固作用力分布在端板100四周，组装受力分布不均，中间受力不足，易导致单体电池MEA及双极板间接触不良，产生较大的接触电阻，同时受力不均也会影响单体电池120密封圈所受压力，最终影响电池整体性能输出。

为了保证电池组组装压应力力分布均匀，目前有部分专利通过各种设计来改变传统电堆设计。中国专利（申请号：201610531841.4）公布的一种保证电池组压应力分布均匀的设计方式。即在电池组上设置若干压力调整区，在每个压力调整区沿电堆轴向贯穿设置多个螺栓并设置压力传感器，通过螺栓的松紧程度并检测压力传感器来保证组转压力均匀。此设计虽能保证组装受力均匀，其缺点同时也很明显，中间区域的设置的螺栓贯穿了双极板和膜电极，会导致双极板和MEA的密封结构复杂化，同时压力传感器的加入也会引起在实际设计中会增加难度，在实际设计中实用性不大。

发明名称为《一种燃料电池端板》（申请号为201410013203.4）的专利申请，公开了一种用于燃料电池堆两端的端板设计结构。该端板结构包含外端板、压力缓冲器及压力分散板组成。压力缓冲器为弹性部件，置于外端板和压力分散板中间，在组装电池过程中，弹性件在外端板和压力分散的压缩下会产生回弹力，通过弹性件的回弹压力使电池组中间受力，并通过控制弹性件保证电堆中间区域压应力分布均匀。当叠加的单体电池的数量不同时，需要选择合适的弹性件来获得较好的压力均匀分配效果，无法提供一种通用的方式满足不同电池组的装配。

发明名称为《一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置》（申请号为201510473184.2）的专利申请，公开了一种用于燃料电池堆紧固方式。其中，在端板设计部分也采用了和上述专利相同的设计，在端板内侧设有3个碟簧，通过碟簧的压力来保持电池堆的压应力均匀分布，保证电堆的性能。当叠加的单体电池的数量不同时，需要选择合适的碟簧来获得较好的压力均匀分配效果，无法提供一种通用的方式满足不同电池组的装配。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对上述不足之处而提供一种燃料电池堆紧固端板结构，使电堆组装压应力分布均匀，且可以满足不同电池组结构通用的紧固方式。

本实用新型的技术解决方案是：一种燃料电池堆紧固端板结构，包括上外端板、压力分散板、下外端板和螺栓，其特征在于：所述压力分散板为平板；所述上外端板内侧面四周边缘设有凸台，中央形成凹槽；所述凸台上设有螺栓穿越通孔；所述上外端板中央设有螺纹通孔，螺纹通孔内装有紧固螺钉，紧固螺钉位于所述凹槽内。

本实用新型的技术解决方案中所述的螺纹通孔及紧固螺钉为2至8个。

本实用新型的技术解决方案中所述的螺纹通孔及紧固螺钉在上外端板上均匀分布。

本实用新型的技术解决方案中所述的螺纹通孔及紧固螺钉为4个，沿矩形的四个角均匀分布。

本实用新型由于采用由上外端板、压力分散板、下外端板、螺栓和紧固螺钉构成的燃料电池堆紧固端板结构，其中，压力分散板为平板，上外端板内侧面四周边缘设有凸台，中央形成凹槽，凸台上设有螺栓穿越通孔，上外端板中央设有螺纹通孔，螺纹通孔内装有紧固螺钉，紧固螺钉位于凹槽内，因而在电池堆装配时，可通过螺栓将电池组连接紧固成整体电池堆，并且使紧固螺钉尾部接触压力分散板，可通过扭力扳手调节紧固螺钉的扭力控制中间区域的压应力，保证压应力分布均匀。

本实用新型的优势在于，相比弹性件控制电池堆组装压应力，紧固螺钉通过扭力扳手控制更能精确的控制压应力的大小，同时在电池运行过程中，弹性件位于外端板和压力分散板之间，当其回弹性能下降，及保持压应力能力失效时无法有效判别，而采用本实用新型，在保证均匀压应力的同时，也可实时用扭力扳手扭动紧固螺钉，检测其扭力的大小是否发生变化，是否存在组装压应力不足情况。

本实用新型只需调节紧固螺钉扭力就可满足不同电池组的组装需求，此端板结构设计通用性强。

附图说明

图1是现有燃料电池堆的侧视图。

图2是现有燃料电池堆的立体图。

图3是本实用新型上外端板和压力分散板的俯视图。

图4是本实用新型上外端板和压力分散板的仰视图。

图5是本实用新型用于燃料电池堆的示意图。

图中：100. 端板；110. 螺栓；120. 单体电池；130. 电池组；200. 紧固螺钉；210. 上外端板；220. 压力分散板；230. 电池组；240. 螺栓；250. 下外端板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明。

如图3、图4、图5所示。本实用新型一种燃料电池堆紧固端板结构包括上外端板210、压力分散板220、下外端板250、螺栓240和紧固螺钉200。其中，压力分散板220为矩形平板。上外端板210内侧面四周边缘设有凸台，中央形成凹槽。凸台上均匀设有螺栓穿越通孔，通过螺栓240将电池组230连接紧固成整体电池堆。上外端板210中央设有4个螺纹通孔，沿矩形的四个角均匀分布，紧固螺钉200通过螺纹通孔固定在上外端板210上，紧固螺钉200位于所述凹槽内，紧固螺钉200尾部接触压力分散板220。在电池堆装配时，通过扭力扳手调节上外端板210上紧固螺钉200的扭力控制中间区域的压应力，保证压应力分布均匀。

本实用新型主要对燃料电池外围端板设计做出改变，使之在燃料电池电池堆装配时能保证电池堆组装压力分布均匀，且能通过调节外端上紧固螺钉的扭力程度调整不同区域的受力情况，保证电池堆最优的装备性能。