一种燃料电池电堆及其压紧装配方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆及其压紧装配方法。


背景技术：

2.燃料电池作为利用氢能的高效装置，成为了研究的重要方向。单个燃料电池产生的电压在0.7v左右，往往不足以满足使用需求，因此通常将多片燃料电池堆叠成电堆使用，一个电堆中通常包含有几百片燃料电池。当一个电堆堆叠的燃料电池片数较高时，往往会伴随着以下问题的出现：(1)为了保证反应所需的气体流量，燃亮电池单元堆叠片数越多，电堆的气体及冷却介质进出口需要做得越大，导致燃料电池的体积和重量变大；(2)燃料电池单元堆叠平整且整齐的难度会随着堆叠片数的增加而增加，容易影响燃料电池的性能及寿命。
3.当燃料电池堆叠起来后，还会涉及到将电堆压紧的问题。电堆的压紧方式通常由两种，一种是螺杆式，另一种是绑带式。采用螺杆式压紧的电堆由于需要预留螺杆安装的空间，所以端板面积往往更大，进而增加了电堆的体积和重量。绑带式的电堆往往会造成给电堆的压紧力分布不均匀，在组装时燃料电池容易发生位移，造成燃料电池堆叠不平整、不整齐，影响电堆性能。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种燃料电池电堆及其压紧装配方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
5.为解决上述技术问题所采用的技术方案：
6.首先本发明提供一种燃料电池电堆，其包括：涨紧部件、燃料电池重复单元和两个主端板，涨紧部件包括两个辅端板、设置于两个辅端板之间的弹性组件；燃料电池重复单元的数量为若干个，所述燃料电池重复单元包括依次堆叠的多片极片，若干个燃料电池重复单元依次并排设置，在相邻两个燃料电池重复单元之间夹有所述涨紧部件；两个所述主端板分别设置于若干个燃料电池重复单元两端侧；绑带捆绑绕设于若干个燃料电池重复单元、两个主端板与涨紧部件堆叠为电池电堆整体的外周。
7.本发明提供的燃料电池电堆有益效果是：将燃料电池电堆中的极片分成若干个燃料电池重复单元，每个燃料电池重复单元的多片极片依次堆叠在一起，在不影响电堆对外功率输出的同时，减小了单个电堆堆叠的厚度，提高了电堆堆叠的精度，这样燃料电池的气体及冷却介质进出口可以设置得稍小，减小燃料电池整体体积，并且，在绑带的捆绑固定下，设置于相邻两个燃料电池重复单元之间的涨紧部件进一步固定电堆，通过弹性组件对两个辅端板的弹力，使得两个辅端板具有相互远离的趋势，将若干个燃料电池重复单元压紧于绑带内。
8.作为上述技术方案的进一步改进，所述绑带的数量为多个，多个所述绑带呈间隔设于所述电池电堆整体的外周。
9.根据燃料电池电堆的大小来确定绑带的数量，如果燃料电池电堆较大，就选取更多的绑带进行固定。
10.作为上述技术方案的进一步改进，所述弹性组件包括多个弹性件，多个弹性件均布于两个辅端板之间。
11.本方案采用多个弹性件来对两个辅端板施加往外扩张的弹力，这样可使得辅端板各处对燃料电池重复单元的作用力更加均匀，避免局部应力过大而损坏极片，以及造成倾斜。
12.作为上述技术方案的进一步改进，所述弹性件为弹簧，所述弹簧的两端分别与两个辅端板抵接。
13.本方案采用弹簧来施加弹力，其中弹簧的数量和尺寸大小根据电堆的大小而定。
14.作为上述技术方案的进一步改进，在其中一个所述辅端板的端面设有若干个凹槽，所述弹簧的其中一端套设于凹槽内。
15.本方案设置了凹槽来对弹簧进行定位安装，这样可避免弹簧产生倾斜和位移，进一步提高两个辅端板之间的稳定性，使得两个辅端板保持于平行的状态。
16.作为上述技术方案的进一步改进，另外一个所述辅端板的端面为平面，所述弹簧的另一端与所述平面抵触。平面结构的受力更加均匀。
17.此外，本发明还提供一种燃料电池电堆的压紧装配方法，具体步骤如下：
18.步骤1：将弹性组件设置于两个辅端板之间，利用紧固件将两个辅端板夹紧固定在一起形成涨紧部件，预制多个所述涨紧部件；
19.步骤2：将多片极片堆叠在一起形成燃料电池重复单元，预制多个所述燃料电池重复单元；
20.步骤3：将两个主端板、若干个燃料电池重复单元、若干个涨紧部件堆叠起来形成电池电堆整体，其中在相邻两个燃料电池重复单元之间夹有一个涨紧部件，两个主端板分别设置于若干个燃料电池重复单元两端侧；
21.步骤4：使用绑带把堆叠好的电池电堆整体固定；
22.步骤5：取下紧固件。
23.作为上述技术方案的进一步改进，在步骤中，每个涨紧部件利用多个紧固件围绕两个辅端板之间的四周进行夹持。多个紧固件了提高两个辅端板之间夹紧的稳定性，避免两个辅端板出现倾斜的现象。
24.作为上述技术方案的进一步改进，在步骤中，每个燃料电池重复单元的极片数量均等。这样可使得压紧装配的电堆安装精度高，燃料电池内部受力均匀，电堆运行寿命长。
25.本发明所提供压紧装配方法的有益效果是：由于弹性组件的安装存在先后顺序，往往会造成给电堆的压紧力分布不均匀，可能会令燃料电池发生位移，本技术提前对涨紧部件进行固定，通过紧固件将弹性组件压紧并把两个辅端板固定好，在完成绑带的固定好，再取下紧固件，释放弹性组件的弹力，有效解决安装弹性组件造成的压力分布不均问题。
附图说明
26.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
27.图1是本发明所提供的燃料电池电堆，其一实施例的结构示意图，其中两箭头分别
表示左向和右向；
28.图2是本发明所提供的燃料电池电堆，其一实施例的分解图；
29.图3是本发明所提供的燃料电池电堆，其一实施例的剖视图；
30.图4是图3中的局部放大图a。
具体实施方式
31.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
34.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
35.参照图1至图4，本发明的燃料电池电堆作出如下实施例：
36.如图1至图4所示，本实施例的燃料电池电堆包括涨紧部件、燃料电池重复单元200和主端板300。
37.其中燃料电池重复单元200是通过多片极片210依次堆叠而成的，本实施例的多片极片210沿左右方向依次堆叠在一起，本实施例设置有两个上述的燃料电池重复单元200，两个燃料电池重复单元200呈左右间隔设置，在其他一些实施例中，根据燃料电池的大小可设置若干个燃料电池重复单元200，若干个燃料电池重复单元200依次左右并排设置。
38.而涨紧部件设置于两个燃料电池重复单元200之间，在其他与一些实施例中，根据燃料电池重复单元200的数量来设置涨紧部件的数量，如果三个燃料电池重复单元200，那就设置有两个涨紧部件，也就是说如果燃料电池重复单元200的数量为n个，则涨紧部件的数量为n-1个，涨紧部件主要包括呈左右平行设置的两个辅端板100、安装于两个辅端板100之间的弹性组件，弹性组件用于给两个辅端板100提供相互远离的弹力，也就是说，弹性组件使得两个辅端板100往左右扩张，两个辅端板100分别与相邻两个燃料电池重复单元200相互靠近的一端抵触，左侧的辅端板100的左端面与左侧的燃料电池重复单元200的右端抵触，而右侧的辅端板100右端面与右侧的燃料电池重复单元200的左端抵触。
39.在两个燃料电池重复单元200与涨紧部件堆叠形成的电池电堆整体的左右两端均设置有主端板300，主端板300紧贴在燃料电池重复单元200的外端部，两个主端板300主要起到承接作用力的效果。
40.而绑带400捆绑绕设于电池电堆整体的外周，绑带400通过两个主端板300对两个燃料电池重复单元200与涨紧部件施加相互靠近的作用力，而弹性组件对两个辅端板100施
加相互远离的弹力，从而将燃料电池重复单元200压紧于辅端板100与主端板300之间。
41.辅端板100还有一个效果就是，可利用两个辅端板100将燃料电池分成了两部分，辅端板100将两部分燃料电池重复单元200完全隔绝开，即水和气不会穿过辅端板100，每部分燃料电池重复单元200的极片210数减小，从而提高了整个燃料电池堆叠的精度，此时，只需对燃料电池重复单元200进行准确的堆叠即可，与传统的，整个燃料电池电堆一起的堆叠操作，在堆叠难度上大大降低。
42.其中，根据燃料电池电堆的大小来确定绑带400的数量，本实施例设置两个绑带400，两个绑带400呈上下间隔排列设置。
43.在其他一些实施例中，如果燃料电池电堆较大，就选取更多的绑带400进行固定，可选取三个、四个以上。
44.进一步地，为了提高两个辅端板100之间的稳定性和平行性，本实施例的弹性组件设置有多个弹性件，多个弹性件均匀布置于两个辅端板100之间，本实施例采用多个弹性件来对两个辅端板100施加往外扩张的弹力，这样可使得辅端板100各处对燃料电池重复单元200的作用力更加均匀，避免局部应力过大而损坏极片210，以及造成倾斜。
45.如图3和图4所示，本实施例的弹性件采用弹簧500，弹簧500呈左右延伸设置，述弹簧500两端分别与两个辅端板100的端面抵接，本实施例采用弹簧500来施加弹力，其中弹簧500的数量和尺寸大小可根据电堆的大小而定。
46.更进一步地，在左侧辅端板100的右端面设置有多个凹槽110，多个凹槽110与多个弹簧500一一对应，弹簧500的左端套设于凹槽110内，弹簧500的左端与凹槽110的槽底抵接，而弹簧500的右端与右侧的辅端板100左端面抵接，本实施例设置了凹槽110来对弹簧500进行定位安装，这样可避免弹簧500产生倾斜和位移，进一步提高两个辅端板100之间的稳定性，使得两个辅端板100保持于平行的状态。
47.其中，本实施例右侧的辅端板100左端面为平面结构，平面结构的受力更加均匀。
48.此外，本实施例还提供一种适用于上述燃料电池电堆的压紧装配方法，具体操作步骤如下：
49.步骤1：将多个弹簧500安装于两个辅端板100之间，通过紧固件将两个辅端板100夹紧固定在一起成为涨紧部件，其中一个辅端板100设置有凹槽110，在两个辅端板100夹紧在一起时，弹簧500可完全被压合于凹槽110内，两个辅端板100相互贴合在一起，这样可保证两个辅端板100保持于相互平行的状态，压紧后两个辅端板100内之间的每个弹簧500产生的压力大小相同，预制多个上述的涨紧部件；
50.步骤2：根据电堆的大小，按照设定的数量，将设定数量的极片210堆叠在一起，形成燃料电池重复单元200，预制多个上述的燃料电池重复单元200；
51.步骤3：将主端板300、燃料电池重复单元200、涨紧部件、燃料电池重复单元200和主端板300依次左右堆叠在一起，形成电池电堆整体，两个主端板300分别设与两个燃料电池重复单元200的端部抵触；
52.步骤4：利用两条绑带400把堆叠好的电池电堆整体捆绑固定；
53.步骤5：松开紧固件，取下紧固件，即把固定在一起的两块辅端板100松开，释放弹簧500，利用弹簧500的弹力压紧电堆。
54.进一步地，本实施例设置多个紧固件，多个紧固件围绕设置在两个辅端板100之间
的四周，多个紧固件了提高两个辅端板100之间夹紧的稳定性，避免两个辅端板100出现倾斜的现象，其中紧固件采用常规的带螺栓的c型夹。
55.使得压紧装配的电堆安装精度高，燃料电池内部受力均匀，电堆运行寿命长，各个燃料电池重复单元200中的极片210数量相同，可使得压紧装配的电堆安装精度高，燃料电池内部受力均匀，电堆运行寿命长。
56.例如，对于一个由300片极片210堆叠起来的燃料电池电堆，把300片极片210分为两部分，每部分150片，分别堆叠起来，而对于一个由260片极片210堆叠起来的燃料电池电堆，把260片极片210分为两部分，每部分有130片，分别堆叠起来。
57.在不影响电堆对外功率输出的同时，减小了单个电堆堆叠的厚度，提高了电堆堆叠的精度，这样燃料电池的气体及冷却介质进出口可以设置得稍小，减小燃料电池整体体积。
58.在一些实施例中，弹簧500可采用弹性平。
59.对于一个由300片极片210堆叠起来的燃料电池电堆，由于极片210较多，为了提高其装配精度，减小单个电堆体积，利用本发明中的燃料电池电堆结构进行压紧封装，其压紧装配步骤如下所示：
60.步骤1：通过紧固件将两个辅端板100夹紧固定在一起成为涨紧部件，预制多个上述的涨紧部件；
61.步骤2：把300片极片210分为两部分，每部分150片，分别堆叠起来形成两个燃料电池重复单元200；
62.步骤3：将主端板300、150片的燃料电池重复单元200、涨紧部件、150片的燃料电池重复单元200和主端板300依次左右堆叠在一起，形成电池电堆整体；
63.步骤4：利用三条绑带400把堆叠好的电池电堆整体捆绑固定；
64.步骤5：松开紧固件，取下紧固件，即把固定在一起的两块辅端板100松开，释放弹簧500，利用弹簧500的弹力压紧电堆。
65.在绑带400的捆绑固定下，设置于相邻两个燃料电池重复单元200之间的涨紧部件进一步压紧固定电堆，通过弹簧500对两个辅端板100的弹力，使得两个辅端板100具有相互远离的趋势，将两个燃料电池重复单元200压紧于两个主端板300之间。
66.以上就完成了整个电堆的压紧固定，有效解决了电堆压紧过程中弹簧500产生弹力不均匀的问题。
67.以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。