燃料电池堆及其堆叠方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种用于燃料电池堆的堆叠方法。

背景技术：

燃料电池，如质子交换膜燃料电池等，是一种通过电化学反应，将燃料中的化学能直接转变成电能的发电装置。然而，单个燃料电池(或燃料电池单体)能够提供的电压和输出功率较低。在实际应用中，一般由多个燃料电池单体堆叠在一起，形成一个能够提供高电压和大功率的燃料电池堆。相应地，由于燃料电池堆由多个燃料电池单体堆叠在一起形成，且燃料电池单体均需要良好的气密性。因此，燃料电池堆的装配或组装不得不被精心设计，以降低其制造成本和确保燃料电池的质量稳定。

申请号为jp1999069590的日本专利公开了一种能够将多个燃料电池单体堆叠在一起，以形成燃料电池堆的固定组件，其中该专利申请公开的固定组件通过插入到燃料电池堆的隔板的固定螺杆，将整个燃料电池堆固定在一起。然而，由于螺杆仅能通过其上的螺栓为该燃料电池堆提供压力。因此，为了确保该燃料电池堆的各个区域受力均匀和该燃料电池堆能够被很好地固定，该燃料电池堆不得不设置具有多个固定螺杆，且该固定螺杆被设置分布均匀。换话说，该专利申请的燃料电池堆的固定螺杆不得不占用极板本应该用于设置流场的部分。这必然导致燃料电池堆的体积变大和导致燃料电池堆的制造成本上升。此外，由于燃料电池堆的极板和隔板均被设置具有至少两个通孔，也加大了该燃料电池堆的极板的加工和制造难度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种燃料电池堆，其中该燃料电池堆的固定组件被设置能够施加在该燃料电池堆的端板的受力面的力来确保燃料电池堆被固定。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池堆，其中该燃料电池堆的固定组件提供固定作用的元件无需穿过极板从而避免该固定组件影响燃料电池堆的极板的结构。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池堆，其中该燃料电池堆的固定组件被设置在该燃料电池堆的外部，从而大大增加了燃料电池堆的极板能够被用于提供流场的区域。相应地，本发明固定组件能够明显减小燃料电池堆的体积和提高燃料电池堆的功率体积比。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池堆，其中该燃料电池堆的固定组件能够使燃料电池堆的装配工艺得到优化和降低燃料电池堆的制造难度和制造成本。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池堆，其中该燃料电池堆的固定组件被设置能够通过该燃料电池堆的端板的受力面向燃料电池堆提供压力。换句话说，本发明用于燃料电池堆的固定组件提供的力被直接施加在端板的受力面，而不是被施加在端板的较小区域，以避免燃料电池堆的不同区域的受力不均。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池堆，其中该燃料电池堆的固定组件被设置能够通过该燃料电池堆的端板的引导槽和限位槽被固定在该燃料电池堆，从而使燃料电池堆的装配难度被降低和装配精度得到提高。

本发明的另一目的在于其提供一种燃料电池堆，其中该燃料电池堆的固定组件不需要精密的部件和复杂的结构，其制造工艺简单，成本低廉。

本发明的另一目的在于其提供一种用于燃料电池堆的固定组件，其中该燃料电池堆的固定组件可使使用者无需对现有燃料电池堆的极板进行任何修改的情况下，将其应用在现有燃料电池堆。

本发明的其它目的和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和目的的本发明燃料电池堆包括：

两个端板；

至少一个燃料电池单体，其中该燃料电池单体被堆叠在两个端板之间；和

一组束缚件，其中该束缚件被设置分别沿该燃料电池单体的堆叠方向束缚在两个所述端板的外侧，且该束缚件被设置能够向该端板施加束缚力，从而确保该燃料电池单体被堆叠在两个端板之间。

根据本发明较佳实施例，该束缚件可以任何具有束缚功能的物体。优选地，该束缚件为带状。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一种用于燃料电池堆的端板，其中该端板具有一个外侧和多个被设置在该外侧的限位槽对，其中每个该限位槽对包括两个相对设置的限位槽。

进一步地，该端板进一步具有一组引导槽，其中该引导槽被设置相互平行，且该引导槽之间具有一个预设距离。

优选地，该端板的该引导槽的宽度与用于该燃料电池堆的固定组件的束缚件的束缚部的宽度相同。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一种用于燃料电池堆的堆叠方法，其包括以下步骤：

(a)横向地和水平地放置束缚件组的束缚件；

(b)使该束缚件组的束缚件相互平行；

(c)纵向地放置一个端板在该束缚件，并使该端板的外侧位于该束缚件组的每个束缚件的束缚部的一个预设位置；

(d)将一个燃料电池单体堆叠在该端板；

(e)将另一个燃料电池单体堆叠在上一个燃料电池单体；

(f)重复步骤(e)一个预设次数；

(g)将另一个端板纵向地放置在最上端的燃料电池单体的上方；和

(h)分别将该束缚件组的每个束缚件的两个固定端相连接在一起，并束紧。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一种用于燃料电池堆的固定组件，其包括：

一组束缚件；和

一组第一紧固件，其中每个该束缚件具有两个固定端和一个延伸在该固定端之间的束缚部，其中该第一紧固件被分别设置在该束缚件的该固定端，其中该第一紧固件被设置能够相连接在一起。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和目的将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和目的，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明较佳实施例的燃料电池堆的正视图。

图2是根据上述本发明较佳实施例的燃料电池堆的爆炸图。

图3是根据上述本发明较佳实施例的燃料电池堆的固定组件的立体图。

图4是根据上述本发明较佳实施例的燃料电池堆的固定组件的束缚件的立体图。

图5是根据上述本发明较佳实施例的燃料电池堆的固定组件的第一紧固件的放大图。

图6是根据上述本发明较佳实施例的燃料电池堆的端板的立体图。

图7是根据上述本发明较佳实施例的燃料电池堆的俯视图，其中该图所示的燃料电池堆被固定。

图8是根据上述本发明较佳实施例的燃料电池堆的立体图，其中该图所示的燃料电池堆被堆叠和待固定。

图9是根据上述本发明较佳实施例的用于燃料电池堆的堆叠方法的流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考说明书附图之图1至图8所示，依本发明较佳实施例的燃料电池堆被阐明，其中该燃料电池堆包括两个端板10、一组燃料电池单体20和一组束缚件30，其中该燃料电池单体(或该燃料电池单体组)20被堆叠在两个端板10之间，该束缚件30被设置分别沿该燃料电池单体20的堆叠方向束缚在两个端板10的外侧11，其中该束缚件30被设置能够向该端板10施加束缚力，从而确保该燃料电池单体20被堆叠在两个端板10之间。换话说，当该束缚件30被束缚在该燃料电池堆的两个端板10时，该束缚件30提供的束缚力通过该端板10被作用在该燃料电池堆的该燃料电池单体(组)20，从而使该燃料电池单体20在力的作用相互挤压在一起。本领域人员可以理解，该燃料电池堆的端板10可以是任何形状。然而，显而易见，当该端板10为方形时，将更利于实现燃料电池堆的堆叠和束缚件30实现对燃料电池单体20的束缚。因此，优选地，本发明燃料电池堆的该端板10为方形。更优选地，本发明燃料电池堆的该端板10为长条形，和本发明燃料电池堆为加长型(或长条形)燃料电池堆。可以理解，本发明燃料电池堆的两个端板10起到支撑燃料电池单体20的作用，因此，也可以视作是支撑板。

值得注意的是，本发明燃料电池堆可以是质子交换膜燃料电池，也可以是其他类型的燃料电池，如甲烷燃料电池。本发明燃料电池可以是空气冷却类型，也可以是水冷却类型。换句话说，本发明示例中的燃料电池堆的类型并不应限制本发明的保护范围。例如，本发明燃料电池堆为氢燃料电池堆，每个燃料电池单体10至少包括一个阳极板、一个阴极板和一个设于两者之间的膜电极组件。

如附图之图1至图8所示，依本发明较佳实施例的燃料电池堆的该束缚件30包括两个固定端31和一个延伸在两个固定端31之间的束缚部32，其中该束缚件30适于通过将该固定端31相连接在一起的方式，将该束缚件30束缚在该燃料电池堆的该端板10。可以理解，本发明燃料电池堆的该束缚件30的该束缚部32可是任何能够束缚在该燃料电池堆的该端板10的外侧11的机构。优选地，该束缚件30的该束缚部32为束缚带。

如附图之图1至图8所示，依本发明较佳实施例的燃料电池堆进一步包括一组第一紧固件40，其中该第一紧固件40被分别设置在该束缚件30的该固定端31，其中该第一紧固件40被设置能够相互连接在一起。进一步地，该第一紧固件40包括一个主体部41和两个分别自该主体部41向外延伸的紧固接头42，其中该紧固接头42具有一个通孔420。可以理解，分别被设置在该束缚件30的该固定端31的两个第一紧固件40可通过其通孔420被连接和被固定在一起。优选地，该第一紧固件40的该通孔420的延伸方向与该束缚件30的该束缚部32的延伸方向相同，以便于被设置在该束缚件30的该固定端31的两个第一紧固件40被固定在一起。

值得注意的是，本发明燃料电池堆的该第一紧固件40的该主体部41的长度被设置不小于该束缚件30的该固定端31的宽度，以便于该固定端31被固定在该第一紧固件40的该主体部41。进一步地，该束缚件30的该束缚部32的宽度被设置不大于该固定端31的宽度，从而使使用者能够通过将该束缚件30的该束缚部32缠绕在该第一紧固件40的该主体部41，或将缠绕在该第一紧固件40的该主体部41的该束缚部32的方式，调整被束缚在该燃料电池堆的该束缚件30的该束缚部32的长度。

如附图之图1至图8所示，依本发明较佳实施例的燃料电池堆的该第一紧固件40的该主体部41进一步具有一组固定孔410，其中该束缚件30的该固定端31通过该固定孔410被固定在该主体部41。

如附图之图7和图8所示，依本发明较佳实施例的燃料电池堆进一步包括一组第二紧固件50，其中每个该第二紧固件50包括一个紧固螺杆51和一个适于被螺接在该紧固螺杆51的紧固螺母52，其中该紧固螺杆51的螺接端511被设置能够穿过该第一紧固件40的该紧固接头42的该通孔420，并允许使用者通过调整被螺接在其上的紧固螺母52调整被分别设置在该束缚件30的该固定端31的两个第一紧固件40之间的距离，以调整该束缚件30对该燃料电池堆的该端板10(或该燃料电池单体20)的束缚强度。可以理解，由于本发明燃料电池堆的该第一紧固件40通过该第二紧固件50被固定在一起。因此，被设置在同一个束缚件30的两个第一紧固件40之间的连接可很容易被解除。

如附图之图6至图8所示，依本发明较佳实施例的燃料电池堆的该端板10进一步具有多个限位槽对100，其中每个限位槽对100包括两个相间隔地设置的限位槽101，其中该限位槽对100的两个限位槽101之间的距离被设置与该第一紧固件40的该主体部41的长度相同，且该限位槽对100的两个限位槽101的形状和大小分别依该第一紧固件40的该紧固接头42的形状和大小设计，以使该第一紧固件40的该紧固接头42能够被分别放置在该限位槽对100的该限位槽101内，从而防止该束缚件30通过该第一紧固件40被束缚在该燃料电池堆的该端板10后，在外力的作用下相对该端板10的外侧11滑动。尤其是防止当使用者通过该第二紧固件50调整该束缚件30对该燃料电池堆的束缚强度时，该束缚件30相对该端板10滑动。

如附图之图6至图8所示，依本发明较佳实施例的燃料电池堆的该端板10具有一组引导槽102，其中该引导槽102被横向地设置在该端板10的该外侧11，其中该引导槽102的宽度被设置与该束缚件30的该束缚部32的宽度相同，从而使该束缚件30的该束缚部32能够被恰好放在该引导槽102内，以阻止该束缚件30的该束缚部32发生纵向滑动。优选地，本发明燃料电池堆的该端板10的该引导槽102被分别设置在该引导槽对100的两个引导槽101之间，从而使得当该束缚件30的该固定端32通过该第一紧固件40和该第二紧固件50被固定在一起时，该束缚件30的该束缚部32能够被恰好放置在该引导槽102内，以阻止该束缚件30的该束缚部32发生纵向滑动。可以理解，在该端板10的该限位槽101和该引导槽102的作用下，该束缚件30被束缚在该燃料电池堆后，该束缚件30相对该端板10的滑动被很好地阻止。换句话说，除非借助外力工具使该束缚件30的两个固定端32的连接被破坏，否则，被设置在该燃料电池堆的该端板10的该束缚件30将很难自该端板10上脱落。更优选地，该引导槽102被设置相互平行，且每每相邻两个引导槽102之间具有一个预设距离。最优选地，该引导槽102之间的预设距离的大小相同。

如附图之图6至图8所示，进一步地，本发明燃料电池堆的该端板10的该引导槽102具有一个底壁1020，其中该引导槽102的该底壁1020具有两个引导端1021，其中该引导端1021形成一个自内向外延伸的弧形引导面1022，以在使用者将该束缚件30束缚在该燃料电池堆的该端板10时，引导该束缚件30的该束缚部32放入该引导槽102。优选地，该引导槽102的该底壁1020被设置以在该束缚件30被设置在该引导槽102内时，该束缚件30的该束缚部32能够紧密贴合在该端板10的该引导槽102的该底壁1020，以使该束缚件30能够稳稳地束缚在该燃料电池堆的该端板10和不易发生滑动。

值得注意的是，该端板10的该限位槽101和该引导槽102可被设置相互连通和进一步被设置能够将本发明燃料电池堆的该第一紧固件40和该束缚件30的该固定端31和该束缚部32均被隐藏在该端板10的该限位槽101和该引导槽102内，以便于本发明燃料电池堆的使用和后续的装配。本领域技术人员可知，当本发明燃料电池堆的该第一紧固件40和/或该束缚件30的该固定端31和该束缚部32凸出地设置在该端板10的外侧时，不但会影响到该燃料电池堆的外部美观，还会影响到该燃料电池堆的平稳放置，甚至还可能会影响到燃料电池堆的后续组装和使用，如将该燃料电池堆与燃料供应装置相连通，以使燃料供应装置能够向该燃料电池堆提供燃料。

如附图之图1至图8所示，依本发明较佳实施例，本发明进一步提供一种用于燃料电池堆的端板10，其中该端板10具有一个外侧11和多个被设置在该外侧11的限位槽对100，其中每个该限位槽对100包括两个相对设置的限位槽101。进一步地，该端板10进一步具有一组引导槽102，其中该引导槽102被分别设置在该限位槽对100的两个限位槽101之间。优选地，该引导槽102被设置相互平行，且每两个相邻的该引导槽102之间具有一个预设距离。更优选地，该引导槽102之间的预设距离的大小相同。

如附图之图1至图8所示，依本发明较佳实施例，本发明进一步提供一种用于燃料电池堆的固定组件，其包括一组束缚件30和一组第一紧固件40，其中每个该束缚件30具有两个固定端31和一个延伸在该固定端31之间的束缚部32，其中该第一紧固件40被分别设置在该束缚件30的该固定端31，其中该第一紧固件40被设置能够相连接在一起。

如附图之图1至图8所示，本发明用于燃料电池堆的固定组件的该第一紧固件40包括一个主体部41和两个分别自该主体部41向外延伸的紧固接头42，其中该紧固接头42具有一个通孔420。相应地，该固定组件的两个第一紧固件40可通过其通孔420被连接和被固定在一起。优选地，该第一紧固件40的该主体部41的长度被设置不小于该束缚件30的该固定端31的宽度，以便于该固定端31被固定在该第一紧固件40的该主体部41。更优选地，该束缚件30的该束缚部32的宽度被设置不大于该固定端31的宽度，从而使使用者能够通过将该束缚件30的该束缚部32缠绕在该第一紧固件40的该主体部41，或将缠绕在该第一紧固件40的该主体部41的该束缚部32的方式，调整被束缚在该燃料电池堆的该束缚件30的该束缚部32的长度。

如附图之图1至图8所示，本发明用于燃料电池堆的固定组件进一步包括一组第二紧固件50，其中每个该第二紧固件50包括一个紧固螺杆51和一个适于被螺接在该紧固螺杆51的紧固螺母52，其中该紧固螺杆51的螺接端511被设置能够穿过该第一紧固件40的该紧固接头42的该通孔420，并允许使用者通过调整被螺接在其上的紧固螺母52调整被分别设置在该束缚件30的该固定端31的两个第一紧固件40之间的距离，以调整该束缚件30对该燃料电池堆的该端板10(或该燃料电池单体20)的束缚强度。

如附图之图1至图8所示，本发明用于燃料电池堆的固定组件进一步具有多个适于被设置在该燃料电池堆的端板的外侧的限位槽对100，其中每个限位槽对100包括两个相间隔地设置的限位槽101，其中该限位槽对100的两个限位槽101之间的距离被设置与该第一紧固件40的该主体部41的长度相同，且该限位槽对100的两个限位槽101的形状和大小分别依该第一紧固件40的该紧固接头42的形状和大小设计，以使该第一紧固件40的该紧固接头42能够被分别放置在该限位槽对100的该限位槽101内。

如附图之图1至图8所示，本发明用于燃料电池堆的固定组件进一步具有一组适于被设置在该燃料电池堆的端板的外侧的引导槽102，其中该引导槽102的宽度被设置与该束缚件30的该束缚部32的宽度相同，从而使该束缚件30的该束缚部32能够被恰好放在该引导槽102内。优选地，本发明用于燃料电池堆的固定组件的该引导槽102被分别设置在该引导槽对100的两个引导槽101之间。

如附图之图9所示，依本发明较佳实施例，本发明进一步提供一种用于燃料电池堆的堆叠方法，其包括以下步骤：

(a)横向地和水平地放置束缚件组的束缚件；

(b)使该束缚件组的束缚件相互平行；

(c)纵向地放置一个端板在该束缚件，并使该端板的外侧位于该束缚件组的每个束缚件的束缚部的一个预设位置；

(d)将一个燃料电池单体堆叠在该端板；

(e)将另一个燃料电池单体堆叠在上一个燃料电池单体；

(f)重复步骤(e)一个预设次数；

(g)将另一个端板纵向地放置在最上端的燃料电池单体的上方；和

(h)分别将该束缚件组的每个束缚件的两个固定端相连接在一起，并束紧。

进一步地，该步骤(h)包括以下步骤：

(h1)分别将该束缚件组的每个束缚件的两个固定端相连接在一起；和

(h2)分别调整该束缚件组的每个束缚件的所述两个固定端之间的距离，从而调整该束缚件施加在该端板的束缚力至一个预设大小，和使每个束缚件均束紧在该端板。

进一步，优选地，本发明燃料电池堆的该束缚件组的相邻两个束缚件之间相隔一个预设距离。

进一步，本发明用于燃料电池堆的堆叠方法包括以下步骤：

(l)使该束缚件组的每个束缚件的束缚部均被放置在该端板的该引导槽，其中该引导槽分别被设置在该预设位置。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。

本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。