CN100593878C - 燃料电池组结构 - Google Patents

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Abstract

公开了一种燃料电池组的结构，其适于获得充分的流体密封性以及结构和电的稳定性。该结构由单元模块、通用分配器和汇流条实现，其中单元模块由燃料电池、集流板、绝缘板、端板和固定带组成。

Description

燃料电池组结构
技术领域
本申请涉及用于汽车的燃料电池组的结构，该燃料电池组通过空气、氢和冷却剂产生电能。
背景技术
通常，应当连续给燃料电池组供应空气、氢和冷却剂，因此需要充分的流体密封性和结构以及电稳定性。
发明内容
本发明的实施例提供了燃料电池组的改进的流体密封性、结构稳定性和电稳定性。
根据本发明的一个实施例，燃料电池组结构包括具有燃料电池的单元模块，每个燃料电池由膜电极组件(MEA)和隔板组成。集流板设置在前后彼此成列叠置的燃料电池的两个末端侧面。绝缘板在形状上与集流板相同并且分别设置于集流板的外侧。端板设置在绝缘板的外侧并且在其外表面形成多个加强肋。固定带连接端板用于固定和支撑的目的。通用分配器将氢、空气和冷却剂供应给单元模块。汇流条电连接单元模块。
附图说明
为了更好地理解本发明的本质和目的，应结合附图参照下面的详细说明，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的燃料电池组的外视图；
图2是图1的分解透视图；
图3是单元模块的分解透视图；
图4示出了固定带的结构；
图5示出了汇流条的结构；
图6示出了模块连接螺栓及其相关部件；
图7示出了与常规结构相比较的、通用分配器和单元模块之间的密封垫的安装结构；
图8示出了具有一个凹-凸表面的绝缘板的结构；以及
图9示出了具有两个凹-凸表面的绝缘板的结构。
具体实施方式
参见图1至3，单元模块17包括燃料电池5、集流板7、绝缘板9、端板13和多个固定带15。每个燃料电池5由膜电极组件(MEA)1和隔板3组成，且集流板7设置在彼此成列叠置的燃料电池5的两个末端侧面。绝缘板9在形状上与集流板7相同并且分别设置于集流板7的外侧。端板13设置在绝缘板9的外侧并且在其外表面形成多个加强肋11。固定带15连接两个端板13用于固定和支撑的目的。通用分配器19将氢、空气和冷却剂供应给单元模块17。汇流条21电连接单元模块17。
绝缘板9具有与集流板7相同的形状，用于完全防止从集流板7向外部的漏电。
在端板13的外表面上的加强肋11用于均匀地分散从固定带15到燃料电池5的负载，从而防止隔板3的断裂或者由于燃料电池5每面上的不同压力所导致的功能差异。
在单元模块17一侧的端板13、绝缘板9和集流板7各自在其两端形成连通孔23，用以形成流体(氢、空气、冷却剂)的通道。在单元模块17另一侧的端板13、绝缘板9和集流板7在其两端没有孔。
MEA 1和隔板3形成有沿着连通孔23的、供流体流经其中的孔。然而，组成最后的燃料电池5的隔板3没有对应于连通孔23的孔。
为了参照，图3中仅示出了一个燃料电池。
从通用分配器19输送的流体通过一端的端板13、绝缘板9和集流板7供应至每个燃料电池5中，然后经过另一端的集流板7、绝缘板9和端板13流出。
参见图4，固定带15包括围绕端板13的外表面并具有多个连接孔25的带顶部27。绝缘件33嵌入带顶部27的连接孔25中并整体形成有具有螺栓通孔29的绝缘凸台31。
固定带15的带顶部27和连接带顶部27的带体35在其外表面共同涂覆有绝缘材料。
因此，固定带15与组成单元模块17的燃料电池5完全电绝缘，且固定带15和端板13刚性地固定单元电池5。
即，固定带15的带顶部27通过带螺栓37与端板13连接，且绝缘件33保持端板13和固定带15之间的电绝缘状态。由于带螺栓37不直接接触带顶部27的连接孔25，所以固定带15的涂层在带螺栓37装配期间不被损坏，并防止端板13和固定带15通过带螺栓37彼此电连接。
集流板7整体形成有电流流出部分39，其在单元模块17的一侧突出，以便由此通过使用汇流条21来连接单元模块17。
汇流条21呈细长杆形，其两端向一个方向弯曲(参见图5)。汇流条21包括在其两端的汇流条顶部41，和连接汇流条顶部41的汇流条本体43。汇流条本体43由通过连接螺栓45连接的两个分离部件组成。绝缘盖47连接在汇流条顶部41上，且汇流条本体43涂覆有绝缘材料。
为了通过汇流条21将单元模块17电连接，在汇流条本体43为两个分离部件时，将汇流条21的汇流条顶部41分别固定到集流板7的电流流出部分39上。然后，将汇流条本体43的分离部件通过连接螺栓45彼此连接。
由于汇流条顶部41与集流板7预先连接，所以集流板7和汇流条21之间获得优良的电接触，并且制造公差可以通过汇流条本体43来克服。而且，绝缘涂层和绝缘盖47安全地隔绝向外部的漏电。
参见图2和6，关于通用分配器19彼此相对地配备了两种类型的端板13，其中一种类型的端板形成有多个螺栓孔53，模块连接螺栓49穿过其与通用分配器19相连接，而另一种类型的端板具有螺母51，用以与模块连接螺栓49连接。螺栓头套57嵌入具有螺栓孔53的端板13中以避免螺栓头55与端板13的接触，同时螺母套59嵌入具有螺母51的端板13中以包围螺母51并防止螺母51和端板13的接触。
因此，两个单元模块17通过模块连接螺栓49关于通用分配器19彼此紧密连接；然而，端板13通过螺栓头套57和螺母套59完全电绝缘。
如图7中所示，在通用分配器19的一个表面上安装有密封垫61，其面对端板13，用以避免通过其中的流体泄漏。在密封垫61嵌入其中的垫圈槽63当中，邻近模块连接螺栓49通过通用分配器19的部分设置的垫圈槽具有较深的深度。因此，在模块连接螺栓49栓接在通用分配器19上之后，即使在端板13部分变形后，也没有流体泄露并获得更紧密的密封状态。
在常规的结构中(参见图7的上侧)，垫圈槽具有与模块连接螺栓49的连接部分无关的固定深度，使得在将模块连接螺栓49栓接时，由于端板13和密封垫61的变形，流体可从其中泄漏(参见附图的右上侧)；然而，本发明通过考虑端板13的部分变形、以不同深度形成垫圈槽63而防止泄漏。
可选择地，可在垫圈槽63的固定深度内形成密封垫61的不同厚度。
现在参见图2、8和9，在上下彼此堆叠的单元模块17之间安装具有两个凹-凸表面67的绝缘板，其具有在上下两个表面上、用于容纳固定带15的非平坦部分65。具有一个凹-凸表面69的绝缘板包括用于容纳固定带15的非平坦部分65并安装在单元模块17组的最上和最下表面。非平坦部分65表示平板上的绝缘突起。
与单元模块17连接到通用分配器19的位置相对设置的端板13的外侧安装有绝缘板盖71，用以与外部绝缘。
因此，单元模块17彼此电绝缘且也与外部电绝缘。
在图2的左侧，上、下单元模块17通过垂直串联汇流条75串联连接，其中垂直串联汇流条75嵌入形成在绝缘板盖71上的串联接连孔73中。串联连接孔73由孔盖77密封。
在图1的右侧示出了图2右侧的完整组件，其中配置连接到每个上、下单元模块17的接线板79，用以向外部放电，通用分配器19形成有氢、空气和冷却剂的流入/流出孔81。
从上述显而易见，本发明的优点在于，在燃料电池组中充分获得了流体密封性以及结构和电的稳定性。

Claims (9)

1.一种燃料电池组结构，其包括：
单元模块，其包括：燃料电池，分别由膜电极组件和隔板组成；集流板，其设置在前后彼此成列叠置的所述燃料电池的两个末端侧面；绝缘板，其在形状上与所述集流板相同并且分别设置于所述集流板的外侧；端板，其设置在所述绝缘板的外侧并且在其外表面形成多个加强肋；和固定带，其连接所述端板，用于固定和支撑的目的；
通用分配器，其向所述单元模块供应氢、空气和冷却剂；以及
汇流条，其与所述单元模块电连接，
其中在所述单元模块一侧的所述端板、绝缘板和集流板各自在其两端形成连通孔，用以形成流体通道，而在所述单元模块另一侧的所述端板、绝缘板和集流板在它们的两端没有连通孔。
2.根据权利要求1所述的结构，其中固定带包括：
带顶部，其围绕所述端板的外表面并具有多个连接孔；以及
绝缘件，其嵌入所述带顶部的所述连接孔中，并整体形成有具有螺栓通孔的绝缘凸台。
3.根据权利要求2所述的结构，其中所述固定带的所述带顶部与连接所述带顶部的带体在其外表面共同涂覆有绝缘材料。
4.根据权利要求1所述的结构，其中所述集流板整体形成有在所述单元模块的一侧向外突出的电流流出部分。
5.根据权利要求1所述的结构，其中具有细长杆形的所述汇流条包括：
汇流条顶部，其设置在所述汇流条的两端并向一个方向弯曲；
汇流条本体，其连接所述汇流条顶部并由通过连接螺栓连接的两个分离部件组成；以及
绝缘盖，其连接到所述汇流条顶部上，其中所述汇流条本体涂覆有绝缘材料。
6.根据权利要求1所述的结构，其中关于所述通用分配器彼此相对地配备两种类型的端板，其中一种类型的端板形成有多个螺栓孔，模块连接螺栓穿过其与所述通用分配器相连接，而另一种类型的端板具有螺母，用以与所述模块连接螺栓连接，且螺栓头套嵌入具有所述螺栓孔的所述端板中，以避免所述螺栓头与所述端板的接触，同时螺母套嵌入具有所述螺母的所述端板中，以包围所述螺母并防止所述螺母与所述端板的接触。
7.根据权利要求1所述的结构，其中在所述通用分配器的一个表面上安装有密封垫，其面对所述端板，用以避免通过其中的流体泄漏，并且在所述密封垫嵌入其中的垫圈槽当中，邻近所述模块连接螺栓通过所述通用分配器的部分设置的所述垫圈槽具有较深的深度。
8.根据权利要求1所述的结构，还包括：
具有两个凹-凸表面的绝缘板，其具有在上下两个表面上、用于容纳所述固定带的非平坦部分，并安装在上下彼此叠置的所述单元模块之间；以及
具有一个凹-凸表面的绝缘板，其包括用于容纳所述固定带的非平坦部分，并安装在所述单元模块组的最上和最下表面。
9.根据权利要求1所述的结构，其中与所述单元模块连接到所述通用分配器上的所述一侧相对的所述另一侧设置的所述端板的外侧，安装有绝缘板盖，用以与外部绝缘。
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