CN105428688B - 一种燃料电池电堆的组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池电堆的组装方法，包括以下步骤：1)提供固定机构、定位机构、供压装置及锁紧机构2)将电堆的下端板、集流板、组堆单电池、集流板及上端板按次序依次放入固定机构内，定位机构的每根定位柱均垂直于电堆，使电堆的四周卡嵌于每根定位柱的第二表面所界定的空间内；3)利用供压装置的压块对电堆部件的上端板及下端板施加垂直于电堆方向的压力，将电堆各个部件压缩到设定要求；4)利用锁紧机构将电堆各个部件固定达到组装电堆的目的；5)撤去压力，撤去固定机构、定位机构，将电堆取下，电堆组装完毕。此组装电堆的定位组装方法操作简单方便，可实施性强，能精确定位。定位机构保证电堆各零部件接触均匀，不发生偏移；供压装置压块可保证组装电堆各组件的受力均匀，保证了组装电堆的质量。

Description

一种燃料电池电堆的组装方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆的组装方法。
背景技术
燃料电池是一种直接利用氢能发电的装置，氢气和氧气的化学能直接转化成电能，由于不经过卡诺循环，能量转化率高；产物只有水，燃料电池比较环保。氢能也被誉为终极环保能源，而燃料电池技术被认为是21世纪首选的节能，高效，环保的发电技术。
质子交换膜燃料电池工作时的反应原理如下：
阳极：H2→2H++2e-
阴极：O2+2H++2e-→H2O；
阳极产生的电子只能经外电路到达阴极，产生的H+经质子交换膜到达阴极，在催化剂的作用下电子、质子和氧气反应产生水。同时电子由阳极经外电路达到阴极可以对外做功。
燃料电池电堆由多个单电池串联组成，多个单电池在组装时，如果受力不均或者发生组件之间偏移，严重会导致电堆组件破裂，阴阳极窜气，发生爆炸；燃料电池装配技术直接影响电堆的密封性能，阳极燃料泄漏也易发生爆炸；接触不好对导致电堆内阻太大，性能变差；同时装堆过程中还需保证燃料电池内部氧化剂和燃料相互隔离，不能互窜，以免发生爆炸危险。
如公开号为CN103633359A的中国发明专利公开了一种燃料电池电堆组装方法，此为四角定位组装电堆的方法，外定位是通过四个立柱限制电堆部件的四个角来实现的。此法有两方面不足：一方面，定位立柱未有效固定，挤压时容易发生立柱变形，若单电池数量较多时，电堆各部件挤压立柱，由于立柱没有有效的外固定将会导致立柱变形，易造成单电池之间发生偏移，无法保证精确定位装堆。随着单电池数量增加，这种影响会更严重；另一方面，若流场板较长时，中间侧边无定位，易造成超薄流场板的扭曲变形，该方法仅用立柱限制四角来定位，尤其对现在常用的金属极板(尺寸：长300mm、宽10mm、厚0.1mm)，在被挤压时易造成超薄金属极板中间部分扭曲变形，各组件无法对正，导致接触不好，密封性差，漏气，直接影响电堆性能。
发明内容
本发明旨在提供一种简单便捷有效的燃料电池电堆的组装方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
一种燃料电池电堆的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)提供固定机构、定位机构、供压装置及锁紧机构；所述固定机构为固定框，所述定位机构包括多组定位柱，每组定位柱包括至少两根定位柱，每组定位柱分别固定在所述固定框每个侧板的内表面，每根定位柱包括相互平行的第一表面和第二表面，每根定位柱的第一表面与固定框的侧板的内表面相接触；
2)将电堆的下端板、集流板、膜电极、集流板及上端板按次序依次放入定位机构内，每根定位柱均垂直于电堆，使电堆的四周卡嵌于每根定位柱的第二表面所界定的空间内；
3)利用供压装置的压块对电堆部件的上端板及下端板施加垂直于电堆的压力，将电堆各个部件压缩到设定要求；
4)利用锁紧机构将电堆各个部件固定达到组装电堆的目的；
5)撤去压力，撤去固定机构、定位机构，将电堆取下，电堆组装完毕。
上述方案中，所述供压装置包括第一压台、第二压台及两个压块，所述电堆放置在第一压台和第二压台之间，所述两个压块分别设置在第一压台和第二压台上，每个压块的面积小于电堆各部件的面积。
上述方案中，所述锁紧机构为螺杆、打箍带、侧板或夹具。
上述方案中，所述供压装置的压块的中心轴线方向为水平方向、垂直方向或倾斜方向。
上述方案中，所述定位机构包括四组定位柱，每组定位柱包括两根定位柱，所述固定框包括四个侧板。
上述方案中，所述定位柱的横截面为方形。
与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：
1、组装电堆的定位机构设计简单，操作方便，实用性强，能保证电堆各组件对正、不发生偏移，达到精确定位效果；
2、用于固定定位机构的固定机构，当各部件挤压定位机构，能保证定位机构尺寸稳定；
3、供压装置的压块能保证电堆各部件受力均匀，压块的面积小于电堆各部件面积能保证压块能被压到所需的位置而不会触碰到定位机构；
4、保压状态下，用锁定机构紧固电堆简单方便有效，有利于保持电堆组装后的紧固力符合并维持在设定值。
附图说明
图1为电堆组装前示意图。
图2为组装电堆过程示意图。
图3为电堆组装内部示意图。
图4为电堆组装完成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例阐明本发明的内容。
如图1至图4所示，本发明实施例提供一种燃料电池电堆的组装装置，其包括固定机构、定位机构、供压装置及锁紧机构。
在本实施例中，固定机构为固定框2。定位机构包括多组定位柱，每组定位柱包括至少两根定位柱1，每组定位柱分别固定在固定框2每个侧板的内表面，其可以通过螺丝固定的方式固定。每根定位柱1包括相互平行的第一表面8和第二表面3，每根定位柱1的第一表面8与固定框2的侧板的内表面相接触。在本实施例中，定位机构包括四组定位柱，每组定位柱包括两根定位柱1，固定框2包括四个侧板。在本实施例中，定位柱1的横截面为方形。
供压装置包括第一压台、第二压台(图未示)及两个压块4、5。电堆7放置在第一压台和第二压台之间，两个压块4、5分别设置在第一压台和第二压台上，每个压块4、5的面积小于电堆各部件的面积。压块4、5的中心轴线方向可以为水平方向、垂直方向或倾斜方向，压块4、5的中心轴线方向始终垂直于电堆7。在本实施例中，压块4、5的中心轴线方向为垂直方向。
锁紧机构可以为螺杆、打箍带、侧板或夹具。在本实施例中，锁紧机构为螺杆6。
本发明实施例提供一种燃料电池电堆的组装方法(本实施例是组装300节单电池的电堆)，包括以下步骤：
1)首先将按电堆7(尺寸：长300mm、宽100mm、厚0.1mm)尺寸设计的定位机构，即垂直电堆7方向的每个侧板有两根立柱1，用螺丝将其固定在固定框2的内表面，位于第一压台和第二压台之间；
2)先将电堆的一端板放入定位机构内，再将300片金属双极板(尺寸：长300mm、宽100mm、厚0.1mm)和膜电极依次交替整齐堆叠在定位机构内，放入另一端板。每根定位柱均垂直于电堆7，使电堆7的四周卡嵌于每根定位柱的第二表面3所界定的空间内；
3)在第一压台、第二压台的压头上安装压块4、5，利用供压装置油压压机的压块对电堆部件的上端板及下端板施加垂直于电堆方向的压力，压力值为5t，将电堆各个部件压缩到设定要求；
4)利用锁紧机构螺杆6将电堆7各个部件固定达到组装电堆的目的；
5)慢慢撤去油压压机施加在电堆上的组装力，直至显示压力为0，取出燃料电池电堆7，组装完成。

Claims (5)

1.一种燃料电池电堆的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）提供固定机构、定位机构、供压装置及锁紧机构；所述固定机构为固定框，固定框包括四个侧板，所述定位机构包括四组定位柱，每组定位柱包括两根定位柱，每组定位柱分别固定在所述固定框四个侧板的内表面，每根定位柱包括相互平行的第一表面和第二表面，每根定位柱的第一表面与固定框的侧板的内表面相接触；
2）将电堆的下端板、集流板、膜电极、集流板及上端板按次序依次放入定位机构内，每根定位柱均垂直于电堆，使电堆的四周卡嵌于每根定位柱的第二表面所界定的空间内；
3）利用供压装置的压块对电堆部件的上端板及下端板施加垂直于电堆的压力，将电堆各个部件压缩到设定要求；
4）利用锁紧机构将电堆各个部件固定达到组装电堆的目的；
5）撤去压力，撤去固定机构、定位机构，将电堆取下，电堆组装完毕。
2.如权利要求1所述的组装方法，其特征在于，所述供压装置包括第一压台、第二压台及两个压块，所述电堆放置在第一压台和第二压台之间，所述两个压块分别设置在第一压台和第二压台上，每个压块的面积小于电堆各部件的面积。
3.如权利要求1所述的组装方法，其特征在于，所述锁紧机构为螺杆、打箍带、侧板或夹具。
4.如权利要求1所述的组装方法，其特征在于，所述供压装置的压块的中心轴线方向为水平方向、垂直方向或倾斜方向。
5.如权利要求1所述的组装方法，其特征在于，所述定位柱的横截面为方形。
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