用于燃料电池电堆的封装装置和燃料电池的制作方法

本实用新型涉及燃料电池封装领域，并且更具体地，涉及用于燃料电池电堆的封装装置和燃料电池。

背景技术：

燃料电池(Fuel cell)是一种主要通过氧气、空气或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转换成电能的发电装置。最常见的燃料为氢，其他燃料来源来自于任何的能分解出氢气的碳氢化合物，例如天然气、醇、和甲烷等。

现今生活中存在多种燃料电池，但它们运作原理基本上大致相同，必定包含一个阳极，一个阴极以及让电荷通过电池两极的电解质。电子由阳极传至阴极产生直流电，形成完整的电路。各种燃料电池是基于使用不同的电解质以及电池大小而分类的，因此电池种类变得更多元化，用途亦更广泛。由于以个体燃料电池计，单一颗电池只能输出相对较小的电压，大约0.7V，所以燃料电池多以串连或一组的方式制造，以增加电压，配合应用需求。

现有燃料电池电堆装配时，采用螺丝固定、绑带捆扎、铆钉铆接、粘接剂封装方式。因燃料电池长时间使用后，其密封条或密封胶和膜电极(MEA)会不可避免的产生老化变形，在电堆纵向方向产生尺寸缩减。上述方式均为刚性预紧，无法调整压紧距离，此时电堆预紧力将会降低，造成电堆密封效果逐渐下降，发电性能降低，造成燃料电池失效甚至造成气体泄漏，产生危险。

螺丝固定、绑带捆扎、铆钉铆接连接方式，在震动的情况下，易产生松动，造成预紧力下降，造成电堆密封效果下降。

使用粘接剂密封时，常会造成密封不严，或粘接剂中的小分子随燃料一起到达燃料电池催化剂的表面，造成电池失效。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供用于燃料电池电堆的封装装置和燃料电池，以至少实现可自动调整纵向封装距离同时又可保证密封压紧力。

根据本申请的实施例，提供了一种用于燃料电池电堆的封装装置，包括通过导向杆连接在一起的第一固定板、第二固定板、第一压板和第二压板，其中，第一固定板和第一压板之间设置有第一弹性部件，第二固定板和第二压板之间设置有第二弹性部件，并且第一压板和第二压板之间形成电堆主体容纳空间。

根据本申请的实施例，第一固定板和第一压板彼此相对的表面分别形成有凹槽，并且第一弹性部件的两端分别设置在凹槽中。

根据本申请的实施例，第二固定板和第二压板彼此相对的表面分别形成有凹槽，并且第二弹性部件的两端分别设置在凹槽中。

根据本申请的实施例，进一步包括插销，插销延伸穿过第一固定板、第二固定板和导向杆，以将第一固定板和第二固定板分别与导向杆可拆卸地连接。

根据本申请的实施例，在第一固定板和第一压板之间设置有多个第一弹性部件。

根据本申请的实施例，在第二固定板和第二压板之间设置有多个第二弹性部件，其中，第一弹性部件与第二弹性部件沿封装装置的高度方向对齐并且二者数量相等。

根据本申请的实施例，第一弹性部件和第二弹性部件为弹簧。

根据本申请的实施例，第一固定板的与第一压板相对的表面形成有彼此间隔开的空气孔、冷却水孔和氢气孔。

根据本申请的实施例，进一步包括沿封装装置的高度方向延伸穿过第一固定板、第一压板、第二压板和第二固定板的多个导向杆。

根据本申请的实施例，还提供了一种燃料电池，包括电堆主体以及如上所述的封装装置，其中，电堆主体通过第一压板和第二压板夹置在电堆主体容纳空间中。

本实用新型的有益效果在于：

在所提供的封装装置和具有该封装装置的燃料电池中，在第一固定板和第一压板之间设置第一弹性部件，并且在第二固定板和第二压板之间设置第二弹性部件。通过这种结构，当燃料电池电堆在长时间运行后，由于密封材料和膜电极老化，使得电堆零部件出现松动时，可利用弹性部件的弹性自动调整电堆纵向封装距离，以对电堆进行锁紧调节。从而避免了由于长时间运行材料老化带来的电堆封装不严的问题，可有效提高电堆性能，延长电堆使用寿命。

附图说明

图1A和图1B是根据本申请一个实施例的封装装置的结构示意图和俯视图；以及

图2A至图2F是图1A和图1B所示实施例中封装装置的组装过程中各阶段的结构示意图。

具体实施方式

在本文中描述本公开的实施例。但是应了解，所公开的实施例仅是示例且可以各种及替换的形式体现。附图不一定按比例；一些特征可能被夸大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能性细节不应理解为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以不同方式采用实施例的代表性基础。如本领域技术人员将理解的，参照任何一个附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方式，可以期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。

如图1A所示，根据本申请的一个实施例，提供了一种用于燃料电池电堆的封装装置10。具体地，该封装装置10包括通过导向杆20连接在一起的第一固定板12、第二固定板14、第一压板16和第二压板18。其中，第一固定板12和第一压板16之间设置有第一弹性部件22，第二固定板14和第二压板18之间设置有第二弹性部件24，并且第一压板16和第二压板18之间形成电堆主体容纳空间。

通过以上所述的这种结构，当燃料电池电堆在长时间运行后，由于密封材料和膜电极老化，使得电堆零部件出现松动时，可利用弹性部件的弹性自动调整电堆纵向封装距离，以对电堆进行锁紧调节。从而避免了由于长时间运行材料老化带来的电堆封装不严的问题，可有效提高电堆性能，延长电堆使用寿命。

继续参照图1A，在本申请的一个实施例中，第一固定板12和第一压板16彼此相对的表面可以分别形成有凹槽，并且第一弹性部件22的两端分别设置在凹槽中。与第一固定板12和第一压板16的结构类似地，在第二固定板14和第二压板18彼此相对的表面也可以分别形成有凹槽，并且第二弹性部件24的两端可以分别设置在该凹槽中。通过这种结构，可以使得第一和第二弹性部件12、24稳定地保持在相应的适当位置。

在可选的实施例中，分别用于容纳第一和第二弹性部件22、24的凹槽的横向尺寸相一致，并且可以等于弹性部件的直径D。在实际操作中，构造成弹性部件的弹簧的直径D的大小应不超过相邻导向杆20的孔位之间的距离W1且不小于该间距的二分之一，即1/2W1≤D≤W1。另外，凹槽的纵向深度不小于其所在固定板或活动压板纵向厚度的1/2。此外，弹簧最大压缩量不小于凹槽a和凹槽b纵向深度之和，并且弹簧最大压缩量不小于凹槽的纵向深度之和。

如图1A所示，在本申请的一个实施例中，封装装置10可以进一步包括插销26。具体地，插销26可以延伸穿过第一固定板12、第二固定板14和导向杆20，以将第一固定板12和第二固定板14分别与导向杆20可拆卸地连接。关于上述各固定板、压板以及插销的安装过程以及锁定过程将在以下参照图2A至图2F进行描述。

在可选的实施例中，可以在第一固定板12和第一压板16之间设置多个第一弹性部件22；与其类似地，可以在第二固定板14和第二压板18之间设置多个第二弹性部件24。当然应当理解，第一和第二弹性部件22、24的数量并不对本申请构成任何限定，可以在各个固定板和压板之间设置一个弹性部件或者多于一个的弹性部件，当设置多个弹性部件时可以使得封装装置10的结构更加稳定。弹性部件22、24的数量可以根据具体使用情况而定，本申请不局限于此。

在一个可选的实施例中，第一弹性部件22与第二弹性部件24可以沿封装装置的高度方向H对齐并且二者数量相等。在其他未示出的实施例中，第一和第二弹性部件22、24也可以错开设置，并且数量也可以不同。这可以根据具体使用情况而定，本申请不局限于此。

另外对于弹性部件22、24而言，在一个实施例中，第一弹性部件22和第二弹性部件24可以为弹簧。在其他可选的实施例中，弹性部件也可以是具备弹性的任何其他结构，这可以根据具体使用情况而定，本申请不局限于此。

类似地，封装装置10还可以进一步包括沿封装装置10的高度方向H延伸穿过第一固定板12、第一压板16、第二压板18和第二固定板14的多个导向杆20。换句话说，导向杆20的数量也不对本申请构成任何限定。另外，相邻导向杆20的孔位之间的距离W1相等，且不小于最外侧导向杆20的孔位与端板最外侧之间的距离W2，即W1≥W2。

继续参照图1B，在第一固定板12的与第一压板16相对的表面上可以形成有彼此间隔开的、用于执行各种相应操作的空气孔28、冷却水孔30和氢气孔32。

另一方面，本申请还提供了一种燃料电池。该燃料电池包括电堆主体100以及如上所述的封装装置10，其中，电堆主体100通过第一压板16和第二压板18夹置在如上所述的电堆主体容纳空间中。

以下参照图1A以及图2A至图2F，对本申请的燃料电池的整个组装过程进行描述。

如图所示，本装置使用时，先将第二固定板14放置在压力机上，再放置第二弹性部件24，然后再放置导向杆20。同时置入插销26将第二固定板14和导向杆20固定在一起，如图2A所示。

然后再将第二压板18穿过导向杆20放置在第二弹性部件24上，如图2B所示，至此下部分装配完毕。

中间部分依次放入电堆的集流板、双极板、膜电极和密封材料，统称为电堆主体100，如图2C所示。

电堆主体100组装完成后，将第一压板16穿过导向杆20放置在电堆主体100上，再放入第一弹性部件22，如图2D所示。

最后将第一固定板12穿过导向杆20放置在第一弹性部件22上，完成初步的装备。此时各个固定板和相应压板的间隙为d，如图2E所示。

启动压力机，按照预先计算好的压力F，将整体装置压紧后，此时固定板和压板的间隙缩小为d1，如图2F所示。此时弹性部件受到压缩。

将插销26穿过固定板和导向杆后，将整体装置固定。此时弹性部件的压紧力与压力机压力一致，撤出压力机压力后，弹性部件将提供电堆的压紧力。电堆的总高度由插销和固定板限定，承受弹性部件压力。完成电堆的装备工作。

综上所述，在本申请中，通过配置弹性部件、压板和导向杆的结构，可以稳定长期的提供均匀的电堆压紧力，保证电堆的密封性；并且此结构便于安装，且插销结构不会产生松动。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。