CN104241672B - 一种燃料电池电堆模块单元及快速模块化装堆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃料电池电堆模块单元，包括单元电池和设置在单元电池一侧的双极板，其特征在于：所述单元电池的至少一对对角处设置有向所述双极板一侧弯折的定位片，所述双极板上与所述定位片对应的位置设置有与定位片匹配的定位槽；所述单元电池通过定位片插入定位槽的方式紧密贴合在一侧的双极板上。本发明还公开一种燃料电池快速模块化装堆方法。本发明通过采用插槽式结构，实现双极板和单元电池的相对位置固定，减小了电堆生产过程中对外定位的精度要求，提高了装堆效率和速度，减少了电堆组装过程因错位造成的单元电池错位、损坏或电池性能下降。

Description

一种燃料电池电堆模块单元及快速模块化装堆方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池电堆模块单元及快速模块化装堆方法。
背景技术
燃料电池是将氢气的化学能转化为电能的装置，其优点是产物是水，零排放无污染，噪音低，转化效率高。工作温度可在低温环境下运行，是移动电源和基站电源和固定电源的首选。聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC），是由单元电池、双极板、集电板、端板和紧固件组成。由于聚合物膜燃料电池单片电压低，在实际应用中，是由多个电池单元叠加在一起进行串联起来，形成电堆。由于单元电池片数多，在电堆的组装过程中，需要进行定位组装，然后进行螺杆固定。
目前行业内电堆的组装技术，只有通过定位孔和定位销来定位，通过定位销来定位，在组装的过程中，由于定位销和定位孔不是过盈配合，在组装的压力下，各个电池单元由于加工精度导致的受力不均匀，造成在电堆组装过程中产生电堆整体旋转扭曲，单片电池滑动移位，电堆外面不整齐，严重会导致部分流场板破裂，从而造成整个电堆的报废。
美国专利US6358641B1以及US2010/0279195A1提出的内定位方法，在电堆组装的过程中依靠定位销来对齐电池单元模块。由于电堆内部要求MEA中心部位接触良好，任何稍微的偏移、易位均会对电池性能产生非常大的不利影响。而美国专利US6358641B1以及US2010/0279195A1提出的内定位方法仅为一种比较常规的内定位方式，该内定位方法并不能严格杜绝MEA在装堆过程中的偏移，当定位销与定位孔间隙稍大时，MEA即可能会发生偏移，而当定位销与定位孔间隙太小时，又不利于组装。且该定位方式本身还增加了电堆的组装难度，给电堆的安全带来隐患。
专利CN102800885A采用四周用定位滑杆片的方式进行组装电堆，虽然说在一定程度上解决了电堆的定位问题，但是其定位滑杆片是底部固定，对材料的机械强度要求较高，而且结构较复杂，组装出来的电堆的均一性不够，不便于电堆的组装与电堆批量生产。
专利CN201110065618提出采用可调节压力装置，通过自动插拔定位导杆和自动锁螺母的方式，来提高电堆组装的效率和电堆组装的质量。只是采用内定位，对电堆定位精度不够，由于采用气缸和液压装置作为压力传动装置，整个装置上下板的平行度无法有效的控制，会造成装出来的电堆外尺寸有偏差。另外，该装置采用立式，不便于电池片的摆放。从一定程度上制约着电堆组装效率的提高。
专利CN101083335A公开了相邻两单元使用金属极板上模压形成的突起和凹陷定位，寄定位槽和桥内的瓦楞状加强结构相互卡接定位这样的技术特征。该方案是对两个金属极板之间进行定位，目的是防止膜电极泄露，造成膜电极的损坏和污染。并没有给出如何保证膜电极与双极板之间接触良好，不发生滑动的技术启示。
专利CN202013919U公开了相邻两块金属板均设有多个卡头和卡口，其中第一块金属板的卡头与第二块金属板的卡口配合，使两块金属板和位于期间的膜电极组件组装在一起，形成一个单电池；该单电池与另外的单电池再通过他们的卡头和卡口相连，所有的单电池依靠这种连接方式叠加在一起。该文件中，也是公开了两个金属极板之间的定位方式，无法保证膜电极内部不发生滑动移位。
从上述技术状况可以看出，本领域技术人员一直致力于寻找一种合适的固定方式，以解决燃料电池电堆组装的问题，也提出了若干固定的方案，但是终究没有一个方案能够既彻底解决双极板与单元电池之间的固定问题，又不会带来工序上的繁琐及对装堆产生其他不利影响。
发明内容
发明目的： 本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种保证电堆组装简单、双极板与单元电池之间接触良好、不会发生任何偏移的燃料电池电堆模块单元。
本发明的另一目的在于提供一种快速模块化装堆方法。
本发明公开一种燃料电池电堆模块单元，包括单元电池和设置在单元电池一侧的双极板，其特征在于：所述单元电池的至少一对对角处设置有向所述双极板一侧弯折的定位片，所述双极板上与所述定位片对应的位置设置有与定位片匹配的定位槽；所述单元电池通过定位片插入定位槽的方式紧密贴合在一侧的双极板上。
优选地，所述定位片为L型定位片，所述定位槽为与其相匹配的L型定位槽。
优选地，所述L型定位片设置在单元电池的对角的两条直角边上，由伸出直角边的耳片弯折90°形成；所述L型定位槽为与L型定位片匹配的直角定位槽。
优选地，所述L型定位片设置在单元电池的一对对角处，由设置在一对对角的L型定位片采用插槽式结构，实现双极板和单元电池的相对位置固定，即可保证单元电池与双极板之间紧密配合贴合无移动。
优选地，所述单元电池由涂有催化剂的聚合物膜（CCM）、设置在CCM两侧的扩散层以及扩散层外部的封装片组成，封装片可对单元电池和扩散层起保护和定型作用，所述L型定位片设置在封装片的对角处。
优选地，所述L型定位槽通过雕刻或模压的方式设置在双极板上。
本发明所述燃料电池快速模块化装堆方法，包括如下步骤：
（1）在单元电池的对角边上加工出伸出直角边的耳片；在双极板的对应位置加工出L型定位槽；
（2）将单元电池的对角边上的耳片弯折90°后，形成向双极板一侧弯折的L型定位片；
（3）将单元电池上的L型定位片插入双极板上对应的L型定位槽中，使单元电池紧贴在双极板上，形成模块单元；
（4）将模块单元在装堆自动化生产线上进行装堆，并通过外定位装置进行固定。
优选地，所述的燃料电池快速模块化装堆方法，步骤（1）中，双极板上的L型定位槽通过雕刻或模压形成；所述L型定位槽为与L型定位片匹配的直角槽。
有益效果： （1）本发明通过在单元电池的对角处设置L型定位片，将L型定位片插入双极板的L型定位槽中，实现单元电池与双极板之间的固定，减小了因单元电池与双极板之间相互滑动而造成的单元电池与双极板的错位，提高了电堆性能；（2）本发明通过采用插槽式结构，实现双极板和单元电池的相对位置固定，减小了电堆生产过程中对外定位的精度要求，提高了装堆效率和速度，减少了电堆组装过程因错位造成的单元电池错位、损坏或电池性能下降；（3）本发明通过采用插槽式结构，实现双极板和单元电池的相对位置固定，实现单元电池与双极板模块化，有利于电堆自动化组装生产，减少了电堆生产过程中对外定位的依赖；（4）本发明通过内定位，减小了对单元电池与双极板外型尺寸加工公差的精度要求，降低了电堆的生产成本，有利于工业化大规模生产，推动整个燃料电池产业的工业化进程。
附图说明
图1为本发明燃料电池电堆模块单元的结构示意图；
图2为本发明单元电池上的L型定位片弯折之前的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例 1 ：一种燃料电池电堆模块单元，包括单元电池1和设置在单元电池1一侧的双极板2，所述单元电池1的一对对角处设置有向所述双极板2一侧弯折的L型定位片3，所述L型定位片3设置在对角的两条直角边上，由伸出直角边的耳片3’弯折90°形成，所述单元电池1由涂有催化剂的聚合物膜、设置在涂有催化剂的聚合物膜两侧的扩散层以及扩散层外部的封装片组成，所述L型定位片设置在封装片的对角处；所述双极板2上与所述定位片3对应的位置设置有与定位片3匹配的L型定位槽4，所述L型定位槽4为与L型定位片匹配的L型定位槽，所述定位4通过雕刻或模压的方式设置在双极板2上；所述单元电池1通过L型定位片3插入L型定位槽4的插槽式结构，实现双极板和单元电池的相对位置固定方式紧密贴合在一侧的双极板2上。
本发明所述燃料电池快速模块化装堆方法，包括如下步骤：
（1）在单元电池1的对角边上加工出伸出L型的耳片3’；在双极板2的对应位置加工出L型定位槽4；
（2）将单元电池1的对角边上的耳片3’弯折90°后，形成向双极板2一侧弯折的L型定位片3；
（3）将单元电池1上的L型定位片3插入双极板2上对应的L型定位槽4中，使单元电池1紧贴在双极板2上，形成模块单元；
（4）将模块单元在装堆自动化生产线上进行装堆，并通过外定位装置进行固定。
本发明将单元电池的对角处弯折成L型定位片插入双极板的定位槽内，本发明采用的插槽式结构，实现了双极板和单元电池的相对位置固定，两者之间无相互滑动，保证单元电池与双极板的各个区域紧密配合，避免因滑动而造成两者配合不好，影响电堆的性能。无相互滑动的单元电池和双极板模块在自动化电堆生产线上进行装堆生产，提高了自动化电堆生产效率，有利于电堆生产工艺的简化。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种燃料电池电堆模块单元，包括单元电池和设置在单元电池一侧的双极板，其特征在于：所述单元电池的至少一对对角处设置有向所述双极板一侧弯折的定位片，所述双极板上与所述定位片对应的位置设置有与定位片匹配的定位槽；所述单元电池通过定位片插入定位槽的方式紧密贴合在一侧的双极板上；
所述定位片为L型定位片，所述定位槽为与其相匹配的L型定位槽；所述L型定位片设置在单元电池的对角的两条直角边上，由伸出直角边的耳片弯折90°形成；所述L型定位槽为与L型定位片匹配的直角定位槽。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆模块单元，其特征在于：所述L型定位片设置在单元电池的一对对角处。
3.根据权利要求1所述的燃料电池电堆模块单元，其特征在于：所述单元电池由涂有催化剂的聚合物膜、设置在涂有催化剂的聚合物膜两侧的扩散层以及扩散层外部的封装片组成，所述L型定位片设置在封装片的对角处。
4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆模块单元，其特征在于：所述L型定位槽通过雕刻、模压的方式设置在双极板上。
5.一种燃料电池快速模块化装堆方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在单元电池的对角边上加工出伸出直角边的耳片；在双极板的对应位置加工出L型定位槽；
（2）将单元电池的对角边上的耳片弯折90°后，形成向双极板一侧弯折的L型定位片；
（3）将单元电池上的L型定位片插入双极板上对应的L型定位槽中，使单元电池紧贴在双极板上，形成模块单元；
（4）将模块单元在装堆自动化生产线上进行装堆，并通过外定位装置进行固定。
6.根据权利要求5所述的燃料电池快速模块化装堆方法，其特征在于：
步骤（1）中，双极板上的L型定位槽通过雕刻、模压形成；所述L型定位槽为与L型定位片匹配直角槽。
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