CN101540413A - 燃料电池模块的承压组立结构 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池模块的承压组立结构，包括有一燃料电池模块、一第一承压端板、一第一极集电板、一第二承压端板、一第二极集电板及一施压结构。燃料电池模块包括有一第一极侧、一第二极侧及至少一电池单体。第一承压端板经由第一端板及第一极集电板连结于燃料电池模块的第一极侧，而第二承压端板经由第二端板及第二极集电板连结于燃料电池模块的第二极侧。施压结构系由施压板及一对侧板所组成，二侧板之间形成一开放端，其中施压板是顶制于第二承压端板的一板面，而其开放端则位于第一端板二侧的位置，并藉由一定位结构连结于第一端板的结合部。

Description

燃料电池模块的承压组立结构

技术领域

本发明涉及一种电池组装结构的设计，特别是关于一种燃料电池模块的承压组立结构。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是为一种借着含氢燃料和空气透过电化学反应产生电能及水的装置。燃料电池的运作原理，以质子交换膜燃料电池为例，包括多个电池单体，每一单体的中央设有质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)，两侧各设一层催化剂，其外再各设置一层气体扩散层(Gas DiffusionLayer，GDL)，最外侧则分别设一阳极双极板与阴极双极板，将此等构件紧密地以一预定的接触压力结合在一起而成为电池单体。

其中燃料电池进行前述电化学反应以将其化学能转换成电能的同时，必需将电池组的压力保持在一固定的范围内，以免接接触阻抗高，影响燃料电池的转换效率。

而燃料电池在实际应用时，为了能获得足够的电力，通常是将多个上述的电池单体堆栈串联起来构成一电池组，并藉由设于电池组纵向相对端的二端板，以及复数支穿设过二端板周缘的是杆，将电池组锁固于二端板之间。

查美国专利第5,993,987号专利案，即公开一种电化学燃料电池组的压缩带结构，其燃料电池组中的多个电池单体是藉由一对端板组件所夹置，该对端板组件包括有一第一端板及一第二端板所组成，该燃料电池组的电池单体包括有一阳极层与一阴极层。

该端板组件还包括有至少一弹性压缩组件，藉由一狭长的压缩带以单向环绕迫使该第一端板向该第二端板的方向产生一压缩力于该燃料电池组，以牢固该燃料电池组中的各个电池单体；然此种设计虽利于组装，但存在了诸多的缺点。

发明内容

首先，在组装燃料电池组的各个相关构件时，如果各个电池单体接触压力过大时，可能会造成电池单体变形、翘曲，甚至是结构的破坏等情况，特别是当燃料电池组受到不当或分布不均的接触压力时，就会影响电池单体的效能。若接触压力不足则燃料电池组的密合程度不佳，不仅易导致漏水或漏气的情形，更会造成燃料电池组的层与层间的接触电阻较大，其结果也会降低燃料电池组的性能。

再者，燃料电池组中的电池单体在机械强度方面的耐压度较弱，在完成燃料电池组的组装作业之后，虽然已将各个相关构件予以堆栈，但在实际应用中仍需额外设计保护架或保护壳的类的包覆防护结构，否则该燃料电池组很容易受到外界的碰撞而造成损坏，或扭曲变形等风险。

缘此，本发明的目的即是提供一种燃料电池模块的承压组立结构，以对燃料电池模块的各个相关构件提供一定程度上的防护，使维修及组装简单化。

本发明的另一目的是为藉由燃料电池模块的承压组立结构，可使燃料电池模块的各个电池单体间得到一最适的接触压力。

本发明的再一目的是为藉由燃料电池模块的承压组立结构，可调整燃料电池模块内各个电池单体与端板间的接触压力，使运用上的弹性更大。

本发明所采用的技术手段是为一种燃料电池模块的承压组立结构，包括有一燃料电池模块、一第一承压端板、一第一极集电板、一第二承压端板、一第二极集电板、一承压结构及一施压结构。燃料电池模块则包括有一第一极侧、一第二极侧及至少一电池单体。第一承压端板经由第一端板及第一极集电板连结于燃料电池模块的第一极侧，而第二承压端板经由第二端板及第二极集电板连结于燃料电池模块的第二极侧。

施压结构是由一施压板及其侧缘垂直延伸出的一对侧板所组成，二侧板之间形成一开放端。当燃料电池模块、第一承压端板、第一极集电板、第二承压端板、第二极集电板及承压结构组立后，施压结构的施压板是顶制于第二承压端板的第二端板面上，而其开放端则位于第一端板二侧的位置，并藉由定位结构连结于第一端板的结合部。

而被夹置在第一端板与结合部之间的承压结构，是经由第一承压端板施加一向第二承压端板方向的压力于燃料电池模块，以提供燃料电池模块中各个电池单体所需的接触压力。

经由本发明所采用的技术手段，其组立结构模块化的设计，可以提升燃料电池模块的组装效能，当本发明的组立结构发生异常或损坏时，仅需更换有问题的电池单体，避免公知需要将整个燃料电池模块更换，而导致成本增加的弊病。

在结构设计方面，本发明只需使用具有一开放端的施压结构，再搭配承置在组立结构内部的多个弹性组件即可完成燃料电池模块所需承受压力的目的，且此设计能够有效提供均匀的承压力，以维持燃料电池模块的各个电池单体间获得一最适当的接触压力。避免公知技术中，因为接触压力不足造成燃料电池组的密合程度不佳，所导致漏水、漏气或增大了燃料电池组的层与层间的接触电阻，或是压力过大导致电池单体变形、翘曲，甚至是结构的破坏等情况，而降低燃料电池的性能；而公知采用是杆的方式，更造成组装上的困扰。

此外，结合于燃料电池模块的两极侧的第一承压端板及第二承压端板皆设有冷却水进出口及氢气进出口，能够使得反应接触面积增大，增加燃料电池模块的导电度及渗透率，能有效增加燃料电池的效能。

再者，施压结构能同时保护燃料电池模块的各个相关结构，以对燃料电池的各个相关结构提供一定程度的防护，避免受到外界的碰撞而造成燃料电池模块的损坏、扭曲或散落等现象。

本发明所采用的具体实施例，将藉由以下的实施例及附图作进一步的说明。

附图说明

图1是显示本发明第一实施例的分解图；

图2是显示本发明部分结构的分解图；

图3是显示本发明第一实施例的立体图；

图4是显示本发明第一实施例另一视角的立体图；

图5是显示本发明第二实施例的分解图；

图6是显示本发明第三实施例的分解图；

图7是显示本发明第三实施例的仰视图；

图8是显示本发明第四实施例的分解图；

图9是显示本发明第四实施例的立体图；

图10是显示本发明第五实施例的分解图；

图11是显示本发明第六实施例的分解图；

图12是显示本发明第六实施例的立体图。

符号说明

100、100a、100b、100c、100d、100e承压组立结构

1                                燃料电池模块

11                               第一极侧

12                               第二极侧

13                               电池单体

2                                第一承压端板

20                               第一端板

21、21a                          结合部

211、212                         孔洞

211a、212a                       卡扣

22                               第一侧面

23                               第二侧面

24a、24b                         冷却水进出口

25a、25b                    氢气进出口

26                          第一极集电板

261                         凸伸端

3、3a、3b                   承压结构

31、31a、31b                承压板

32、32a、32b                弹性组件

33、33a、33b                承压孔

4、4a                       第二承压端板

40、40a                     第二端板

41、41a                     第二端板面

42、42a                     第一侧面

421                         连接部

43                          第二侧面

44、44a                     第三侧面

45、45a                     第四侧面

46a、46b                    冷却水进出口

47a、47b                    氢气进出口

48a、48b                    空气进出口

49、49a                     第二极集电板

491、491a                   凸伸端

5、5a、5b                   施压结构

51、51a、51b                施压板

52、52a、52b                侧板

521、521a、521b             定位结构

522、522a、522b             镂空区

523、523a、523b、524、524a、导孔

524b、525、525a、525b、526、导孔

526a、526b                  导孔

527                         连接孔

53、53a、53b                侧板

531、531a、531b             定位结构

532、532a、532b、533、533a、导孔

533b、534、534a、534b、535、导孔

535a、535b                  导孔

536                         连接孔

54、54a                     开放端

55、56                      顶板

57、58                      固定座

571、581                    肋

6、6a                       连接件

7、7a                       定位柱

8、8a                       保护盖体

具体实施方式

请参阅图1所示，其是显示本发明第一实施例的分解图。本发明燃料电池模块的承压组立结构100包括有一燃料电池模块1，其具有一第一极侧11及一第二极侧12，并由至少一电池单体13所组成。

燃料电池模块1的第一极侧11连结一第一承压端板2，而一第一极集电板26恰位于其间。第一承压端板2具有一第一端板20及一结合部21，其中结合部21的两侧则分别设置有一排孔洞211、212。

第一承压端板2的第一端板20与结合部21之间设置有一承压结构3(如图2所示)，其是由一承压板31及多个弹性组件32所组成。承压板31开设有复数个对应于各个弹性组件32的承压孔33，用以套置各个弹性组件32。在本实施例中，弹性组件32是为一碟形弹簧，当然亦可采用其它的弹性组件，例如：具有预定弹性功能的弹性块、簧片、活塞、高分子或纤维强化复合材料、或其它化学聚合物等，端看设计上的不同而定。

请同时参阅图3与图4所示，其是分别显示本发明第一实施例不同视角的立体图。第一承压端板2的第一端板20还包括有第一侧面22及第二侧面23。于其二侧面上分别设置有相对应的冷却水进出口24a、24b及氢气进出口25a、25b。

而燃料电池模块1的第二极侧12连结一第二承压端板4，而一第二极集电板49恰位于其间，第二承压端板4具有一第二端板40，其包括有一第二端板面41、一第一侧面42、一第二侧面43、一第三侧面44及一第四侧面45。第一侧面42与第二侧面43分别设置有相对应的冷却水进出口46a、46b及氢气进出口47a、47b。第三侧面44及第四侧面45则分别设置有空气进出口48a、48b。

当前述结构欲组立时，可藉由一施压结构5将燃料电池模块1、第一承压端板2、第一极集电板26、承压结构3、第二承压端板4及第二极集电板49予以组装固定。在本实施例中，施压结构5是由一施压板51以及其侧缘垂直延伸出的一对侧板52、53所组成。而二侧板52、53之间形成一开放端54，并于其近开放端54处分别设有一排对应于第一端板20的结合部21的定位结构521、531，其可为一结合孔。

如图1所示，侧板52的中央位置处开设有一镂空区522，用以提供第一极集电板26及第二极集电板49的凸伸端261、491分别凸伸出。再者，二侧板52、53则分别开设有复数个对应于冷却水进出口24a、24b、46a、46b的导孔523、532、524、533以及对应于氢气进出口25a、25b、47a、47b的导孔525、534、526、535。

其中燃料电池模块1、第一承压端板2、第一极集电板26、承压结构3、第二承压端板4、第二极集电板49及施压结构5藉由治具予以组立后(如图3与图4所示)，施压结构5的施压板51是顶制于第二承压端板4的第二端板面41上，而第一极集电板26与第二极集电板49的凸伸端261、491则分别凸伸出侧板52的镂空区522，并藉由复数个连接件6通过侧板52、53的定位结构521、531对应连结于第一承压端板2的结合部21的孔洞211、212。

如此，被夹置在第一承压端板2的第一端板20与结合部21之间的承压结构3，即经由第一承压端板2施加一向第二承压端板4方向的压力于燃料电池模块1，以提供各个电池单体13所需的接触压力。

请参阅图5所示，其是显示本发明第二实施例的分解图。此一实施例的燃料电池模块的承压组立结构100a中，大部份的构件皆与第一实施例相同，故相同的组件乃标示以相同的组件编号，以资对应。其差异在于：施压结构5的侧板52、53于接近定位结构521、531的端缘处分别凸伸出一顶板55、56，能使得本发明的各个组件完成组装时，其第一承压端板2的结合部21恰顶置于施压结构5的侧板52、53的顶板55、56处，以增加本发明燃料电池模块的组立结构上的强度。而本实施例的组装方式及过程与前述相同，故在此不予赘述。另外，本发明亦可将定位结构521、531分别改设置于该顶板55、56上，同样地，亦使第一承压端板2的结合部21的孔洞211、212与的相对应，再藉连接件6予以连结。

请同时参阅图6及图7所示，其是分别显示本发明第三实施例的分解图及仰视图。此一实施例的燃料电池模块的承压组立结构100b中，大部份的构件皆与第二实施例相同，故相同的组件乃标示以相同的组件编号，以资对应。其差异在于：施压结构5于二侧板52、53的端缘处分别结合有一固定座57、58。固定座57、58设有定位结构521、531与肋571、581，且在第一承压端板2与第二承压端板4之间结合有一对定位柱7、7a。

当燃料电池模块1、第一承压端板2、第一极集电板26、承压结构3、第二承压端板4、第二极集电板49、施压结构5及定位柱7、7a藉由治具予以组立后，由复数个连接件6a通过固定座57、58的定位结构521、531，对应连结于第一承压端板2的结合部21a。如此，被夹置在第一承压端板2的第一端板20与结合部21a之间的弹性组件32，即经由第一承压端板2施加一向第二承压端板4方向的压力于燃料电池模块1上，并藉由调整连接件6a锁固于定位结构521、531的深度，以调整提供于各个电池单体13与二端板20、40间接触压力的大小。当然本实施例的施压结构5亦可设计成如图5所示顶板的结构。

如图所示，在结合于二侧板52、53的端缘处的固定座57、58上分别设置有一保护盖体8、8a，用以保护锁固于定位结构521、531的连接件6a。

请同时参阅图8及图9所示，其是分别显示本发明第四实施例的分解图及立体图。此一实施例的燃料电池模块的承压组立结构100c中，大部份的构件皆与第一实施例相同，故相同的组件乃标示以相同的组件编号，以资对应。其差异在于：承压结构3a是设置于施压结构5a与第二承压端板4之间。施压结构5a的定位结构521a及531a是为扣槽状，且可扣合于第一端板20的结合部21凸伸出的卡扣部211a、212a，而侧板52a、53a的导孔524a、526a、533a、535a则设计成相应于冷却水进出口46a、46b以及氢气进出口47a、47b的适当位置处。另外，第一端板20与结合部21可采一体成型的方式，以及可将弹性组件32a与施压板51a相结合，以省略承压板31a的构件。

同样地，其组装方式及过程与前述相同，故在此不予赘述。而具有该领域知识者皆可轻易得知，当上述施压结构5a与本发明的各个结构完成组装时，此时，被夹置在施压结构5a与第二承压端板4之间的承压结构3a，亦会产生由第二承压端板4向第一承压端板2方向的压力于燃料电池模块1上，以提供各个电池单体13所需的接触压力。

请同时参阅图10所示，其是显示本发明第五实施例的分解图。此一实施例的燃料电池模块的承压组立结构100d中，大部份的构件与第四实施例相同，故相同的组件乃标示以相同的组件编号，以资对应。其差异在于：承压结构3b的承压孔33b是贯通于承压板31b，弹性组件32b是套置于承压结构3b的承压孔33b中，而本实施例的组装方式及过程与前述相同，故在此不予赘述。相对的，亦可将承压孔33b与施压板51a相结合，而省略承压板31b的构件。

请同时参阅图11及图12所示，其是分别显示本发明第六实施例的分解图及立体图。此一实施例的燃料电池模块的承压组立结构100e中，大部份的构件皆与第一实施例相同，故相同的组件乃标示以相同的组件编号，以资对应。其差异在于：第二承压端板4a的第二端板40a的二侧面上分别形成有一连接部421，其可为多个凸柱，而其侧缘可设计成略为凹陷或为L形状，以防止侧板52b、53b脱落。

如图所示，施压结构5b是由一对侧板52b、53b所组成，其中在邻近于侧板52b、53b两端位置处，分别设有一对应于第一端板20的结合部21及第二端板40a的连接部421的定位结构，在本实施例中，位于侧板52b、53b的定位结构是为一排多个结合孔521b、531b及连接孔527、536。

在前述结构依序组立的过程中，侧板52b、53b的复数个连接孔527、536是分别结合于第二端板40a二侧的连接部421。而复数个连接件6则分别通过侧板52b、53b的复数个结合孔521b、531b对应连结于第一端板20的结合部21的孔洞211、212上。

而燃料电池模块1、第一承压端板2、第一极集电板26、承压结构3、第二承压端板4a、第二极集电板49a及施压结构5b藉由治具予以组立后，被夹置在第一承压端板2的第一端板20与结合部21之间的承压结构3，即经由第一承压端板2施加一向第二承压端板4a方向的压力于燃料电池模块1上，以提供各个电池单体13所需的接触压力。同样地，承压结构3亦可采结合于第二承压端板4的设计；而二侧板52b、53b的端部亦可延伸出一顶板，如同图5的设计；亦可于二侧板52b、53b的端缘处分别结合有一固定座或顶板，并将定位结构设置于其上，以在调整连接件锁固于定位结构的深度时，可据以调整提供于各个电池单体13与二端板20、40间所需接触压力的大小，如同图6的设计；以及可将二侧板52b、53b的结合孔521b、531b与结合部21的孔洞211、212设计成如图8所示的卡扣结构，是依不同的应用需求而做变更或调整。

由以上的实施例可知，本发明所提供的燃料电池模块的承压组立结构确具产业上的利用价值，故本发明业已符合于专利的要件。但以上的叙述仅为本发明的较佳实施例说明，凡精于此项技术人员当可依据上述的说明而作其它种种的修饰与改良，但这些改变仍属于本发明权利要求所界定的保护范围中。

Claims (20)

1.一种燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，包括：

一燃料电池模块，具有一第一极侧、一第二极侧及至少一电池单体；

一第一承压端板，具有一第一端板及一结合部，以与该燃料电池模块的第一极侧相连结；

一第一极集电板，位在该第一端板与该燃料电池模块的第一极侧之间；

一第二承压端板，具有一第二端板，以与该燃料电池模块的第二极侧相连结；

一第二极集电板，位在该第二端板与该燃料电池模块的第二极侧之间；

一施压结构，系由一施压板及一对侧板所组成，该二侧板间形成一开放端，并在该侧板端部设有一定位结构；其中该燃料电池模块、该第一承压端板、该第一极集电板、该第二承压端板、该第二极集电板及该施压结构予以组立后，该施压结构的施压板系顶制于该第二承压端板的第二端板面上，而其开放端则位于该第一端板二侧的位置，并藉由该定位结构连结于该第一端板的结合部。

2.如权利要求1所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，在该第一承压端板的第一端板及结合部的间设置有一承压结构。

3.如权利要求1所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，在该第二承压端板的第二端板及该施压结构之间设置有一承压结构。

4.如权利要求2或3所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该承压结构是由至少一弹性组件所组成。

5.如权利要求2或3所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该承压结构由一承压板及至少一弹性组件所组成，该承压板开设有至少一承压孔，用以套置该弹性组件。

6.如权利要求1所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该施压结构的侧板开设有一镂空区，以供该第一极集电板及第二极集电板的一凸伸端凸伸出。

7.如权利要求1所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该施压结构的二侧板端部延伸有一顶板。

8.如权利要求1所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该施压结构的二侧板端部结合有一固定座。

9.如权利要求6或7所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该施压结构的二侧板端部的顶板或固定座上设有一定位结构。

10.如权利要求1所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，在该第一承压端板与该第二承压端板之间结合有一对定位柱。

11.如权利要求1所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该施压结构的定位结构是由至少一连接件所连结。

12.如权利要求1所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，在该施压结构的定位结构上设置有一保护盖体。

13.如权利要求1所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该施压结构的施压板上设置有至少一弹性组件。

14.一种燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，包括：

一燃料电池模块，具有一第一极侧、一第二极侧及至少一电池单体；一第一承压端板，具有一第一端板及一结合部，以与该燃料电池模块的第一极侧相连结；一第一极集电板，位在该第一端板与该燃料电池模块的第一极侧之间；一第二承压端板，具有一第二端板及一连接部，以与该燃料电池模块的第二极侧相连结；一第二极集电板，位在该第二端板与该燃料电池模块的第二极侧之间；一施压结构，系由一对侧板所组成，在邻近于该侧板两端处，分别设有一对应于该第一端板的结合部及该第第二端板的连接部的定位结构；其中该燃料电池模块、该第一承压端板、该第一极集电板、该第二承压端板、该第二极集电板及该施压结构予以组立后，藉由该施压结构的定位结构连结于该第一端板的结合部及该第二端板的连接部。

15.如权利要求14所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，在该第一承压端板的第一端板及结合部之间设置有一承压结构。

16.如权利要求15所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该承压结构系由至少一弹性组件所组成。

17.如权利要求15所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该承压结构由一承压板及至少一弹性组件所组成，该承压板开设有至少一承压孔，用以套置该弹性组件。

18.如权利要求14所述的燃料电池组的承压组立结构，其特征在于，该施压结构的侧板处开设有一镂空区，以供该第一极集电板及该第二极集电板的凸伸端凸伸出。

19.如权利要求14所述的燃料电池组的承压组立结构，其特征在于，该施压结构的侧板端部可延伸一顶板或固定座。

20.如权利要求14所述的燃料电池模块的承压组立结构，其特征在于，该施压结构的定位结构是由至少一连接件所连结。

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