CN105304925B - 一种燃料电池电堆装配装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池电堆装配装置，该装置由限位部件、固定框以及底板固定板组合而成；底板固定板设置在燃料电池下方，底板固定板的大小与燃料电池端板相同；限位部件包含垂直于底板固定板的若干垂直限位板或若干弧形限位条，垂直限位板或弧形限位条的底端分别与底板固定板的侧边固定；固定框套置在垂直限位板或弧形限位条的上部，使垂直限位板或弧形限位条的上部固定，本发明提供的燃料电池电堆装配装置，采用该装置装配的电堆整齐划一，外观美观，提高了电堆装配效率，操作简单，也更加可靠。

Description

一种燃料电池电堆装配装置

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池金属双极板装配装置，具体地，涉及一种质子交换膜燃料电池电堆装配装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种把燃料中的化学能通过化学反应转化为电能的发电装置，具有高功率密度、低环境污染等优点，在固定电源、电动车、军用特种电源盒可以动电源方面具有广阔的应用前景，引起越来越多国家和企业的重视。目前，国内外均已成功地将PEMFC应用到载人的公共汽车和轿车上。

双极板具有隔离并均匀分配反应气体、收集并导出电流、串联各个单电池等功能。其材料主要包括金属材料、石墨材料和复合材料。双极板由于材料的不同，其设计装配的方式也不尽相同。燃料电池电堆是由双极板和电极以及其他辅助部件，通过定位销等方法固定后一层一层罗列起来，然后以一定的压力压紧后用螺杆或其他紧固方式组装电堆。石墨双极板通常定位销定位装配，金属双极板也常采用该方式装配。但多单体电堆采用双极板和电极一层一层罗列叠加在一起，因此在压紧过程中电堆极易发生扭曲变形的情况。变形扭曲的电堆会由于电堆内部的进出口业发生扭曲变形，引起电堆内部介质进出反应区域分布不均，电池性能均以性受到严重影响。这种现象特别容易在金属板电堆装配过程中出现，主要是因为薄型金属双极板只有0.1mm~0.2mm厚，比石墨板薄，易变形，在装配过程中电堆也极易发生扭曲变形，对电堆的装配提出更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于能源领域中燃料电池电堆装配和定位装置，可适用于各种形状的燃料电池电堆，操作简单，也更加可靠。

为了达到上述目的，本发明提供了一种燃料电池电堆装配装置，其中，该装置由限位部件、固定框以及底板固定板组合而成；所述底板固定板设置在燃料电池下方，底板固定板的大小与燃料电池端板相同； 所述限位部件包含垂直于底板固定板的若干垂直限位板或若干弧形限位条，垂直限位板或弧形限位条的底端分别与底板固定板的侧边固定；所述的固定框套置在垂直限位板或弧形限位条的上部，使垂直限位板或弧形限位条的上部固定，防止垂直限位板或弧形限位条上部偏移。在垂直限位板或弧形限位条的上方可以等距离设置若干个固定框，根据垂直限位板或弧形限位条的高度，选择装配固定框的数量，以垂直限位板或弧形限位条不发生偏移为准。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的底板固定板采用铝合金、不锈钢或不变形的塑料材料中的任意一种；所述的固定框、垂直限位板或弧形限位条采用的材料为铝合金、不锈钢或铝型材中的任意一种。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的固定框的形状与底板固定板，以及垂直限位板或弧形限位条组成的形状相适配；所述的固定框包含若干固定条，每根固定条上在靠端点处分别设有第一螺纹孔，并通过螺栓和第一螺纹孔将固定条相互连接固定，在垂直限位板或弧形限位条的外围装配构成所述的固定框。每根固定条上还设有第一通孔，通过螺栓和第一通孔将固定条形成的固定框与垂直限位板或弧形限位条固定。固定条可以为长直条或弧形条，分别与垂直限位板或弧形限位条对应使用。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的底板固定板上放置燃料电池，底板固定板的侧边与燃料电池端板的外沿重合，或将燃料电池端板作为底板固定板。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的底板固定板形状与燃料电池端板相适配，设置为多边形或圆形，分别与垂直限位板或弧形限位条配合。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的底板固定板的侧面设有若干第二螺纹孔，在垂直限位板或弧形限位条的平面靠底边处均设有若干第二通孔，其位置分别与底板固定板侧面的第二螺纹孔对应，垂直限位板或弧形限位条通过螺栓、第二螺纹孔和第二通孔与底板固定板固定，使垂直限位板或弧形限位条尽可能靠近燃料电池的极板、尽量与极板外沿接触，以保证电堆装配过程中电堆的整齐性。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的弧形限位条为垂直于圆形底板固定板的长条，弧形限位条的底端分别与圆形底板固定板的边缘固定，并将圆形底板固定板的圆周等分。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的垂直限位板，每个分别包含两块高度相同的平板，两块所述的平板通过各自的一个侧边连接固定，两块平板之间的夹角与多边形底板固定板的一个顶角相同。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的垂直限位板，在一块平板的平面上靠侧边处设有若干等距离的第三通孔，在另一块平板的一个侧面上设有若干等距离的第三螺纹孔，其位置分别与靠侧边处设置的第三通孔对应，两块平板通过螺栓、第三螺纹孔和第三通孔固定成所述的垂直限位板。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的多边形底板固定板，其每个顶角外侧分别与一个垂直限位板的底端固定。

上述的燃料电池电堆装配装置，其中，所述的装置在使用中首先将垂直限位板或弧形限位条固定在底板固定板上，并根据电堆极板的形状和垂直限位板或弧形限位条与极板的接触面大小确定垂直限位板或弧形限位条的数量。然后根据所要装配电堆的长度确定是否安装几个固定框。如果所装配电堆较长，就需要安装多个固定框防止垂直限位板或弧形限位条上部变形。

本发明提供的燃料电池电堆装配装置具有以下优点：

该装置的垂直限位板或弧形限位条尽可能靠近燃料电池的极板、尽量与极板外沿接触，同时固定框限定了垂直限位板或弧形限位条的偏移，使得电堆上下均在垂直范围内，避免装配过程中发生变形、扭曲，能够保证电堆装配过程中电堆的整齐性。该装置适用于各种形状的燃料电池电堆，包括少单体和多单体电堆装配，结构简单、可靠，使用方便，提高了电堆装配效率，装配电堆更美观、整齐。

附图说明

图1为本发明的燃料电池电堆装配装置的垂直限位板中的一块平板示意图。

图2为本发明的燃料电池电堆装配装置的垂直限位板中的另一块平板示意图。

图3为本发明的燃料电池电堆装配装置的垂直限位板示意图。

图4为本发明的燃料电池电堆装配装置的固定框示意图。

图5为本发明的燃料电池电堆装配装置的底板固定板示意图。

图6为本发明的燃料电池电堆装配装置的矩形端板燃料电池装配装置结构示意图。

图7为本发明的燃料电池电堆装配装置的圆形端板燃料电池装配装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明提供的燃料电池电堆装配装置，由限位部件1、固定框2以及底板固定板3组合而成。

底板固定板3设置在燃料电池下方，底板固定板3的大小与燃料电池端板相同。

限位部件1包含垂直于底板固定板3的若干垂直限位板11或若干弧形限位条12，垂直限位板11或弧形限位条12的底端分别与底板固定板3的侧边固定。

固定框2套置在垂直限位板11或弧形限位条12的上部，使垂直限位板11或弧形限位条12的上部固定，防止垂直限位板11或弧形限位条12上部偏移。在垂直限位板11或弧形限位条12的上方可以等距离设置若干个固定框2，根据垂直限位板11或弧形限位条12的高度，选择装配固定框2的数量，以垂直限位板11或弧形限位条12不发生偏移为准。

固定框2的形状与底板固定板3，以及垂直限位板11或弧形限位条12组成的形状相适配；固定框2包含若干固定条21，每根固定条21上在靠端点处分别设有第一螺纹孔8，并通过螺栓和第一螺纹孔8将固定条21相互连接固定，在垂直限位板11或弧形限位条12的外围装配构成固定框2。固定条21可以为长直条或弧形条，分别与垂直限位板11或弧形限位条12对应使用。每根固定条21上还设有第一通孔9，通过螺栓和第一通孔9将固定条21形成的固定框2与垂直限位板11或弧形限位条12固定。

底板固定板3采用铝合金、不锈钢或不变形的塑料材料中的任意一种；固定框2、垂直限位板11或弧形限位条12采用的材料为铝合金、不锈钢或铝型材中的任意一种。

底板固定板3上放置燃料电池，底板固定板3的侧边与燃料电池端板的外沿重合，或将燃料电池端板作为底板固定板3。底板固定板3形状与燃料电池端板相适配，设置为多边形或圆形，分别与垂直限位板11或弧形限位条12配合。

底板固定板3的侧面设有若干第二螺纹孔7，在垂直限位板11或弧形限位条12的平面靠底边处均设有若干第二通孔6，其位置分别与底板固定板3侧面的第二螺纹孔7对应，垂直限位板11或弧形限位条12通过螺栓、第二螺纹孔7和第二通孔6与底板固定板3固定，使垂直限位板11或弧形限位条12尽可能靠近燃料电池的极板、尽量与极板外沿接触，以保证电堆装配过程中电堆的整齐性。

弧形限位条12为垂直于圆形底板固定板3的长条，弧形限位条12的底端分别与圆形底板固定板3的边缘固定，并将圆形底板固定板3的圆周等分。

每个垂直限位板11分别包含两块高度相同的平板13，两块平板13通过各自的一个侧边连接固定，两块平板13之间的夹角与多边形底板固定板3的一个顶角相同。多边形底板固定板3的每个顶角外侧分别与一个垂直限位板11的底端固定。

该垂直限位板11在一块平板13a的平面上靠侧边处设有若干等距离的第三通孔4，在另一块平板13b的一个侧面上设有若干等距离的第三螺纹孔5，其位置分别与靠侧边处设置的第三通孔4对应，两块平板13通过螺栓、第三螺纹孔5和第三通孔4固定成垂直限位板11。

本发明提供的燃料电池电堆装配装置，在使用中首先将垂直限位板11或弧形限位条12固定在底板固定板3上，并根据电堆极板的形状和垂直限位板11或弧形限位条12与极板的接触面大小确定垂直限位板11或弧形限位条12的数量。然后根据所要装配电堆的长度确定是否安装几个固定框2。如果所装配电堆较长，就需要安装多个固定框2防止垂直限位板11或弧形限位条12上部变形。

以下通过实施例对本发明的实施方式进行更详细的说明。

实施例1

如图1~3所示，垂直限位板11的两块平板13可以根据电堆端板形状设计，同时可以根据所装配电堆的长短设计长度。在垂直限位板11上均匀分布一些Φ5或6的第三通孔4以及M5或M6第三螺纹孔5。可以用螺栓通过第三通孔4和第三螺纹孔5将垂直限位板11的两块平板13连接在一起。第二通孔6可以通过螺栓将垂直限位板11固定在底板固定板3上。

如图4所示，固定框2由若干长条的固定条21组成，长条的数量取决于燃料电池端板的外形，对于长方形的端板，固定框2一般采用4个固定条21。

如图5所示，在底板固定板3的侧面有一些与垂直限位板11和弧形限位条12相对应的第二螺纹孔7，主要用于固定垂直限位板11或弧形限位条12。

如图6所示，底板固定板3为燃料电池端板结构设计，为配合固定垂直限位板11在端板侧面加工相应的第二螺纹孔7。将四个垂直限位板11分别固定在端板的四个角的位置，并在靠近垂直限位板11顶端一定位置安装固定框2。然后将燃料电池的缓冲板、导电板、极板、电极等垂直安装到由以上装置限定的长方体内。最后用压机在一定的压力条件下将电堆压紧，然后将固定框2和垂直限位板11依次拆下，而后采用不同的紧固方式装配完成电堆。

实施例2

如图7所示，底板固定板3为燃料电池端板设计，端板为圆形。为尽可能的增加限位部件1与极板的接触面积，同时减小限位部件1的加工难度和费用，限位部件1采用较窄的弧形长条。将6根弧形限位条12固定在底板固定板3上，并在靠近弧形限位条12顶端一定位置安装固定框2。为了能使极板等部件能顺利装配组合，固定框2内形与极板一致，同时，将弧形限位条12与固定框2用螺栓连接固定。随后将燃料电池的缓冲板、导电板、极板、电极等垂直安装到由以上装置限定的圆柱体内。最后用压机在一定的压力条件下将电堆压紧，然后将固定框2和弧形限位条12依次拆下，而后采用不同的紧固方式装配完成电堆。

本发明提供的燃料电池电堆装配装置，适用于各种形状的燃料电池电堆，比其他典型燃料电池电堆装配装置更有优点。该装置主要包括三部分，即垂直限位板11或弧形限位条12、固定框2和底板固定板3，底板固定板3可以是电池端板，垂直限位板11或弧形限位条12随电池端板变化形状，同时固定框2也随电池端板变化。避免了使用长的螺杆定位，以及限位板过长变形，引起的电堆变形，扭曲。采用该装置装配的电堆整齐划一，外观美观，提高了电堆装配效率，操作简单，也更加可靠。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种燃料电池电堆装配装置，其特征在于，该装置由限位部件（1）、固定框（2）以及底板固定板（3）组合而成；

所述底板固定板（3）设置在燃料电池下方，底板固定板（3）的大小与燃料电池端板相同；

所述限位部件（1）包含垂直于底板固定板（3）的若干垂直限位板（11）或若干弧形限位条（12），垂直限位板（11）或弧形限位条（12）的底端分别与底板固定板（3）的侧边固定；

所述的固定框（2）套置在垂直限位板（11）或弧形限位条（12）的上部，使垂直限位板（11）或弧形限位条（12）的上部固定；

所述的固定框（2）的形状与底板固定板（3），以及垂直限位板（11）或弧形限位条（12）组成的形状相适配；

所述的底板固定板（3）形状与燃料电池端板相适配，设置为多边形或圆形，分别与垂直限位板（11）或弧形限位条（12）配合；

所述的垂直限位板（11），每个分别包含两块高度相同的平板（13），两块所述的平板（13）通过各自的一个侧边连接固定，两块平板（13）之间的夹角与多边形底板固定板（3）的一个顶角相同。

2.如权利要求1所述的燃料电池电堆装配装置，其特征在于，所述的底板固定板（3）采用铝合金、不锈钢或不变形的塑料材料中的任意一种；所述的固定框（2）、垂直限位板（11）或弧形限位条（12）采用的材料为铝合金或不锈钢。

3.如权利要求2所述的燃料电池电堆装配装置，其特征在于，所述的固定框（2）包含若干固定条（21），每根固定条（21）上分别设有第一螺纹孔（8），并通过第一螺纹孔（8）连接固定，在垂直限位板（11）或弧形限位条（12）的外围构成所述的固定框（2）；每根固定条（21）上还设有第一通孔（9），通过第一通孔（9）将固定条（21）形成的固定框（2）与垂直限位板（11）或弧形限位条（12）固定。

4.如权利要求3所述的燃料电池电堆装配装置，其特征在于，所述的底板固定板（3）上放置燃料电池，底板固定板（3）的侧边与燃料电池端板的外沿重合，或将燃料电池端板作为底板固定板（3）。

5.如权利要求1所述的燃料电池电堆装配装置，其特征在于，所述的底板固定板（3）的侧面设有若干第二螺纹孔（7），在垂直限位板（11）或弧形限位条（12）的平面靠底边处均设有若干第二通孔（6），其位置分别与第二螺纹孔（7）对应，垂直限位板（11）或弧形限位条（12）通过第二螺纹孔（7）和第二通孔（6）与底板固定板（3）固定。

6.如权利要求5所述的燃料电池电堆装配装置，其特征在于，所述的弧形限位条（12）为垂直于圆形底板固定板（3）的长条，弧形限位条（12）的底端分别与圆形底板固定板（3）的边缘固定，并将圆形底板固定板（3）的圆周等分。

7.如权利要求5所述的燃料电池电堆装配装置，其特征在于，所述的垂直限位板（11），在一块平板（13a）的平面上靠侧边处设有若干等距离的第三通孔（4），在另一块平板（13b）的一个侧面上设有若干等距离的第三螺纹孔（5），其位置分别与第三通孔（4）对应，两块平板（13）通过第三螺纹孔（5）和第三通孔（4）固定成所述的垂直限位板（11）。

8.如权利要求7所述的燃料电池电堆装配装置，其特征在于，所述的多边形底板固定板（3），其每个顶角外侧分别与一个垂直限位板（11）的底端固定。