一種電堆封裝結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電堆封裝結構，在雙極板和膜電極構成的電堆的外部設置有外殼，電堆上、下分別設置有第一尾板和第二尾板，所述兩種尾板都設置有用于安裝橫梁的橫梁安裝槽，在尾板和電堆之間設置有減震體，第一尾板和第二尾板安裝的橫梁上下對應，并通過安裝梁固定連接。本發(fā)明使得封裝部分占電堆體積降低，使得電堆應力分布的均勻性得到了明顯改善，密封性能好，體積減小。
【專利說明】
一種電堆封裝結構
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電力行業(yè)中燃料電池的包裝裝置，尤其是涉及一種電堆封裝結構。
【背景技術】
[0002]燃料電池是繼水力、火力和原子能發(fā)電后的第四代發(fā)電技術，也是目前唯一同時兼具無污染、高效率、適用廣、無噪聲和可連續(xù)工作的動力裝置，被認為是21世紀最有發(fā)展前景的高效清潔發(fā)電技術。其最大特點是反應過程不涉及燃燒，能量轉(zhuǎn)換不受卡諾循環(huán)限制，因此能量轉(zhuǎn)換率高達60%-80%，實際使用效率是內(nèi)燃機的2-3倍。目前燃料電池已用于航天飛船、汽車、艦船、發(fā)電站、移動電話、筆記本電腦等眾多領域。燃料電池技術的發(fā)展將猶如20世紀初內(nèi)燃機技術取代人力的工業(yè)革命，20世紀60年代計算機取代人腦的信息革命，以及20世紀末改變了人們溝通方式與生活習慣的網(wǎng)絡通信革命一樣，在21世紀初期將引發(fā)新能源與環(huán)保的綠色革命。
[0003]燃料電池的一般結構:典型的水冷電堆由膜電極、陰極流場板、陽極流場板組成，膜電極一般放在兩塊導電的流場板中間，流場板既作為電流集流板，也作為膜電極的機械支撐，流場板上的流道又是燃料與氧化劑、冷卻劑進入陽極、陰極、冷卻表面的通道，并作為帶走燃料電池運行過程中生成水的通道。
[0004]電堆是燃料電池系統(tǒng)的核心部件，其組裝方式對系統(tǒng)的性能有很大的影響。
[0005]1、衡量電堆效率的重要指標是體積功率密度，同樣輸出功率的電堆，體積越小，體積功率密度越大;封裝方式直接影響電堆的體積；
[0006]2、電堆封裝后的內(nèi)部MEA的壓力分布，對電堆的性能也有很大影響，壓力分布越均，越有利于提尚電堆的性能和壽命；
[0007]3、電堆的組裝壓力由兩部分組成，一部分是MEA壓縮需要的壓力，一部分是密封圈壓縮需要的壓力，為了防止電堆長期使用中出現(xiàn)壓力損失，電堆封裝設計中需要考慮防松設計。
[0008]衡量電堆效率的重要指標是體積功率密度，同樣輸出功率的電堆，體積越小，體積功率密度越大;封裝方式直接影響電堆的體積，現(xiàn)在的電堆一般采用螺桿組裝。電堆尾板上需要設計安裝孔，增大了電堆體積，降低了電堆的體積功率密度。
[0009]電堆封裝后的內(nèi)部MEA的壓力分布，對電堆的性能也有很大影響，壓力分布越均，越有利于提高電堆的性能和壽命;采用螺桿安裝或者側板安裝的電堆，如果尾板采用鋁合金或絕緣材質(zhì)，因材質(zhì)的抗彎強度低，會導致四周應力大于中部應力，影響電堆的性能。同時因為受力不均勻，容易引起局部應力過大，需要通過增加厚度提高雙極板的強度，導致電堆體積增大。
[0010]電堆的組裝壓力由兩部分組成，一部分是MEA壓縮需要的壓力，一部分是密封圈壓縮需要的壓力，為了防止電堆長期使用中出現(xiàn)壓力損失，電堆封裝設計中需要考慮防松設計。目前電堆的防松設計:一種是蝶形彈簧配合螺栓起到防松的作用，但蝶形彈簧在使用中容易出現(xiàn)永久變形失效;也有采用壓縮彈簧與螺桿配合，但為了達到一定的組裝壓力，往往需要一定高度的壓縮彈簧，導致電堆體積的顯著增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種電堆封裝結構，能夠有效的解決燃料電池的封裝問題，其技術方案如下所述:
[0012]—種電堆封裝結構，在雙極板和膜電極構成的電堆的外部設置有外殼，電堆上、下分別設置有第一尾板和第二尾板，所述兩種尾板都設置有用于安裝橫梁的橫梁安裝槽，在尾板和電堆之間設置有減震體，第一尾板和第二尾板安裝的橫梁上下對應，并通過安裝梁固定連接。
[0013]在第一尾板和電堆之間設置有第三尾板，所述第三尾板上安裝有減震體安裝槽，所述減震體安裝槽內(nèi)能夠安裝調(diào)整墊片。
[0014]所述減震體采用波形彈簧或螺旋彈簧。
[0015]所述第一尾板、第二尾板上都設置有橫梁安裝孔和減震體安裝槽。
[0016]所述橫梁采用碳鋼材質(zhì)，所述安裝梁采用鋁合金材質(zhì)，所述安裝梁和橫梁采用螺釘進行連接，所述第一尾板、第二尾板、第三尾板采用絕緣材質(zhì)或表面做了絕緣處理的金屬材質(zhì)。
[0017]所述第一尾板和第二尾板都設置有減震體安裝槽，所述減震體安裝在減震體安裝槽內(nèi)，與橫梁接觸。
[0018]安裝在第一尾板、第二尾板上的橫梁數(shù)量相同，均為2-5個，第一尾板上每個橫梁的兩端和安裝梁固定連接，通過安裝梁和第二尾板上的對應橫梁固定連接，從而固定住雙極板和膜電極。
[0019]所述橫梁連接有2-5個減震體。
[0020]所述外殼設置有安裝梁凹槽，用于放置安裝梁。
[0021]所述橫梁、減震體均勻設置在各尾板上根據(jù)布置的位置，使得從寬度方向、長度方向或高度方向做到布置均勻。
[0022]本發(fā)明有如下優(yōu)點:封裝部分占電堆體積降低，使得電堆應力分布的均勻性得到了明顯改善，密封性能好，體積減小。
【附圖說明】
[0023]圖1是實施例1中所述電堆封裝結構的整體示意圖；
[0024]圖2是實施例1中所述電堆封裝結構的爆炸結構示意圖；
[0025]圖3是實施例1中雙極板和膜電極的示意圖；
[0026]圖4是實施例1中第一尾板的正面不意圖；
[0027]圖5是實施例1中第一尾板的背面不意圖；
[0028]圖6是實施例1中第二尾板的正面不意圖；
[0029]圖7是實施例1中第二尾板的正面不意圖；
[0030]圖8是實施例1中封裝部分的示意圖；
[0031 ]圖9是采用螺栓安裝的電堆中應力分布示意圖；
[0032]圖1O是實施例1中利用本發(fā)明組裝的電堆的雙極板應力分布示意圖；
[0033]圖11是實施例2的整體示意圖；
[0034]圖12是實施例2中所述電堆封裝結構的爆炸結構示意圖；
[0035]圖13是波形彈簧的示意圖；
[0036]圖14是所述電堆測試結果示意圖。
【具體實施方式】
[0037]本發(fā)明提供的電堆封裝結構，整體外觀如圖1所示，本實施例采用了設計組裝的50片電堆。從圖2和圖3可見，所述電堆封裝結構包括:第一尾板1、第三尾板2、第二尾板3、橫梁
4、安裝梁6、減震體、外殼板11、外殼板12、外殼板13、外殼板14，雙極板及膜電池8，在第三尾板2上設置有減震體安裝槽21，第一尾板I和第三尾板2之間裝有減震彈簧5，第三尾板2和第二尾板3中間裝有雙極板和膜電極8，雙極板和膜電極作為電堆的組成核心，本實施例1中所述減震體采用蝶形彈簧5。
[0038]如圖4所示，所述第一尾板I上的正面，設計有橫梁安裝槽15，第一尾板I的背面如圖5所示，設計有彈簧安裝槽16。
[0039]如圖6所示，所述第三尾板2上設計有減震彈簧安裝槽21，可以通過在此安裝槽內(nèi)添加調(diào)整墊片，調(diào)節(jié)電堆的整體高度。
[0040]如圖7所述，所述第二尾板3上設計有橫梁安裝槽31。
[0041]橫梁4安裝在第一尾板I和第二尾板3的安裝槽內(nèi)，第一尾板I上的橫梁安裝槽15和第二尾板3上的橫梁安裝槽31上下一一對應，通過安裝梁6與上下的橫梁4連接。
[0042]所述第一尾板1、第三尾板2、第二尾板3均采用絕緣材質(zhì);橫梁4采用強度較強的材質(zhì)，例如碳鋼等，本實施例1采用強度較強的不銹鋼304;安裝梁6采用強度和彈性模量較好的材質(zhì)，例如鋁合金等，本實施例中采用強度和彈性模量較好的鋁合金6061-T6;減震彈簧5可以選擇波形彈簧或螺旋彈簧，本實施例采用了波形彈簧;安裝梁和橫梁的連接，可以采用螺釘。
[0043]電堆測試結果如下:
[0044]1、電堆體積相對于螺栓安裝，體積降低了 17% ;
[0045]2、電堆測試結果，對比采用螺桿封裝的氫璞II代電堆(專利號201410543495.2)，性能上有了明顯的提升，如圖14所示。
[0046]本發(fā)明有如下效果:
[0047]1、相比于使用螺栓固定連接，螺栓固定連接占用面積為(A+B)，9為區(qū)域B，10為區(qū)m，如圖8所示，本發(fā)明占用的面積為B，封裝部分占電堆體積降低了 70 % ;
[0048]2、采用螺栓安裝的電堆，應力分布如圖9所示，工作區(qū)100內(nèi)應力差別較大，采用本發(fā)明組裝的電堆的雙極板應力分布如圖10所示，工作區(qū)100內(nèi)的應力分布的均勻性得到了明顯改善；
[0049]3—般電堆使用蝶形彈簧或者壓縮彈簧，避免長期使用出現(xiàn)密封問題。蝶形彈簧安裝繁瑣，壽命低;壓縮彈簧需要較高的高度，增加電堆的體積;本發(fā)明使用如圖13所示的波形彈簧5，或這可以采用壓縮彈簧，有效避免了上述兩種缺點。
[0050]進一步的，在本發(fā)明的基礎上，也可以擴展成其它形式，在實施例2中，封裝外觀如圖10所示，內(nèi)部結構如圖11。
[0051]實施例2的電堆封裝結構中包含安裝橫梁4、減震體18、第一尾板1、雙極板及膜電極8、第三尾板2、安裝梁6。
[0052]第一尾板I上設計有安裝橫梁安裝孔和減震體安裝孔，第三尾板2上設計有安裝橫梁安裝孔和減震體安裝孔。
[0053]減震體18安裝在尾板的減震體安裝槽21內(nèi)，減震體18安裝在橫梁4上。安裝在第一尾板I和第三尾板2上的安裝橫梁4通過安裝梁6進行連接。
[0054]通過兩個實施例，可見本發(fā)明的封裝部分占電堆體積降低，使得電堆應力分布的均勻性得到了明顯改善，密封性能好，體積減小。
【主權項】
1.一種電堆封裝結構，其特征在于:在雙極板和膜電極構成的電堆的外部設置有外殼，電堆上、下分別設置有第一尾板和第二尾板，所述兩種尾板都設置有用于安裝橫梁的橫梁安裝槽，在尾板和電堆之間設置有減震體，第一尾板和第二尾板安裝的橫梁上下對應，并通過安裝梁固定連接。2.根據(jù)權利要求1所述的電堆封裝結構，其特征在于:在第一尾板和電堆之間設置有第三尾板，所述第三尾板上安裝有減震體安裝槽，所述減震體安裝槽內(nèi)能夠安裝調(diào)整墊片。3.根據(jù)權利要求1所述的電堆封裝結構，其特征在于:所述減震體采用波形彈簧或螺旋彈簧。4.根據(jù)權利要求2所述的電堆封裝結構，其特征在于:所述第一尾板、第二尾板上都設置有橫梁安裝孔和減震體安裝槽。5.根據(jù)權利要求2所述的電堆封裝結構，其特征在于:所述橫梁采用碳鋼材質(zhì)，所述安裝梁采用鋁合金材質(zhì)，所述安裝梁和橫梁采用螺釘進行連接，所述第一尾板、第二尾板、第三尾板采用絕緣材質(zhì)或表面做了絕緣處理的金屬材質(zhì)。6.根據(jù)權利要求1所述的電堆封裝結構，其特征在于:所述第一尾板和第二尾板都設置有減震體安裝槽，所述減震體安裝在減震體安裝槽內(nèi)，與橫梁接觸。7.根據(jù)權利要求1所述的電堆封裝結構，其特征在于:安裝在第一尾板、第二尾板上的橫梁數(shù)量相同，均為2-5個，第一尾板上每個橫梁的兩端和安裝梁固定連接，通過安裝梁和第二尾板上的對應橫梁固定連接，從而固定住雙極板和膜電極。8.根據(jù)權利要求6所述的電堆封裝結構，其特征在于:所述橫梁連接有2-5個減震體。9.根據(jù)權利要求1所述的電堆封裝結構，其特征在于:所述外殼設置有安裝梁凹槽，用于放置安裝梁。10.根據(jù)權利要求1-9任一所述的電堆封裝結構，其特征在于:所述橫梁、減震體均勻設置在各尾板上。
【文檔編號】H01M8/241GK105932318SQ201610404691
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】張?zhí)O, 歐陽洵, 賴平化, 朱俊娥
【申請人】北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司