CN107768696A - 一种燃料电池堆结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池堆结构，包括上端板、绝缘板、集电板、电堆本体和下端板，上端板和下端板相互平行，上端板和下端板之间设有两块绝缘板，两块绝缘板之间设有两块集电板，两块集电板之间设有电堆本体；还包括若干根位于电堆本体外围的绝缘固定杆，绝缘固定杆的两端分别与上端板的螺母和下端板的螺母连接，螺母的内表面具有与绝缘固定杆的两端的外螺纹相匹配的内螺纹。本发明为电池堆的内部提供均匀、恒定的组装压力，使电堆本体的下表面受力均匀，保证电池堆的正常工作条件，增加电池堆的使用寿命，正、负两级电源端子位于一块端板上，方便后期接线装配，防止漏气，节约能源。

Description

一种燃料电池堆结构
技术领域
本发明属于电池结构技术领域，特别是涉及一种燃料电池堆结构。
背景技术
当今全球能源紧张，油价高涨，寻找新能源作为化石燃料的替代品是当务之急。燃料电池被认为是继水力、火力和原子能发电后的第四代发电技术，它通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能，是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电技术。其中的质子交换膜燃料电池因其具有效率高、能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点而在地面发电站、电动车和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。
燃料电池堆层叠有多个双极板，在层叠的双极板两端设有集电板、绝缘板、端板及接线端子，由于接线端在和集电板连接处散热量大，尤其封装在端板内散热困难，因而导致电池堆的使用寿命降低，而且正、负两级分别位于燃料电池堆的两端，导致后期装配困难，组装繁琐。
而且目前燃料电池堆的封装结构不能保证均匀、恒定的组装压力，从而不能保证电池堆的正常工作，影响其使用寿命，原因之一是电池堆与集电板存在接触电阻，如果压力不均匀，会导致接触电阻不均匀，进而造成电池堆内部各点内阻不均匀以及反应效率不一致，从而使各处的发热量不一致，容易造成局部过热，损坏电池堆，如果压力不恒定，则电池的伏安特性不稳定，导致与燃料电池堆控制软件的参数匹配性下降，达不到最优控制。原因之二在于电池堆和集电板均有其最大承受应力，局部压力过高可能导致电池堆损坏，发生气体泄露等问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种燃料电池堆结构，为电池堆的内部提供均匀、恒定的组装压力，使电堆本体的下表面受力均匀，保证电池堆的正常工作条件，增加电池堆的使用寿命，正、负两级电源端子位于一块端板上，方便后期接线装配，防止漏气，节约能源。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种燃料电池堆结构，包括上端板、绝缘板、集电板、电堆本体和下端板，所述上端板和所述下端板相互平行，所述上端板和所述下端板之间设有两块所述绝缘板，两块所述绝缘板之间设有两块所述集电板，两块所述集电板之间设有所述电堆本体；
还包括若干根位于电堆本体外围的绝缘固定杆，所述绝缘固定杆的两端分别与所述上端板的螺母和所述下端板的螺母连接，所述螺母的内表面具有与所述绝缘固定杆的两端的外螺纹相匹配的内螺纹；
所述下端板的上表面具有下凹的凹槽及位于所述凹槽和所述绝缘板之间的弹性支撑件，所述凹槽与所述下端板的表面平行；
所述上端板设有正极电源端子和负极电源端子，两块所述集电板的边缘皆设有至少一个电源输出点，两块所述集电板的其中一块所述集电板的电源输出点与所述正极电源端子连接，另一块所述集电板的电源输出点通过金属片与所述负极电源端子连接；
所述上端板具有第一安装座、第二安装座、氢气进气基座和氢气出口，所述第一安装座和所述第二安装座分别位于所述上端板的两侧，所述氢气进气基座和所述氢气出口分别位于所述上端板的两侧，所述氢气进气基座和所述上端板为一体成型件；
所述第一安装座设有冷却水进口和空气出口，所述第二安装座设有空气进口和冷却水出口，所述空气进口和所述空气出口皆与所述电堆本体的空气流道连通，所述冷却水进口和所述冷却水出口皆与所述电堆本体的冷却水流道连通，所述氢气进气基座设有氢气进气流道，所述氢气进气流道和所述氢气出口皆与所述电堆本体的氢气流道连通。
进一步地说，所述弹性支撑件为板簧，所述板簧具有定位片，所述定位片位于所述板簧的下表面边缘沿着所述板簧的宽度方向设置，所述凹槽的侧壁中位于所述定位片的一侧为开口，所述下端板的侧壁且位于所述凹槽的开口的下方设有与所述定位片相匹配的定位槽，所述定位片固定于定位槽。
进一步地说，所述板簧的长度大于所述凹槽的长度以使所述板簧的中心向上凸起形成拱形结构。
进一步地说，两块所述集电板的边缘设有两个电源输出点，每块所述集电板的电源输出点之间通过金属片连接，两块所述集电板的其中一块所述集电板的一个电源输出点与所述正极电源端子连接，另一块所述集电板的一个电源输出点通过金属片与所述负极电源端子连接。
进一步地说，所述金属片为铜片，且所述金属片包覆一层绝缘材料，所述金属片的厚度为3-5mm，所述金属片的宽度为20-25mm。
进一步地说，所述氢气进气流道的氢气进口和减压阀连接，所述氢气进气流道沿着氢气流动的方向依次设有电磁阀和压力变送器，所述电磁阀和所述压力变送器皆固定于所述氢气进气基座。
进一步地说，所述冷却水进口和所述冷却水出口皆设有温度变送器，两个所述温度变送器分别固定于所述第一安装座和所述第二安装座。
进一步地说，所述冷却水出口设有压力变送器，所述压力变送器固定于所述第二安装座。
进一步地说，所述氢气进气基座为不锈钢氢气进气基座或铝合金氢气进气基座。
进一步地说，所述上端板为不锈钢上端板或铝合金上端板。
本发明的有益效果是：
本发明的绝缘固定杆的两端分别与上端板的螺母和下端板的螺母连接，封装结构合理，成本低，便于自动化生产，下端板的上表面具有下凹的凹槽及位于凹槽和绝缘板之间的弹性支撑件，为电池堆的内部提供均匀、恒定的组装压力，使电堆本体的下表面受力均匀，保证电池堆的正常工作条件，增加电池堆的使用寿命；
上端板设有正极电源端子和负极电源端子，两块集电板的其中一块集电板的电源输出点与正极电源端子连接，另一块集电板的电源输出点通过金属片与负极电源端子连接，从而使正、负两级电源端子位于一块端板上，方便后期接线装配；
两块集电板的边缘皆设有两个电源输出点，分散电流，降低单个电源输出点的热量，保证燃料电池堆的使用寿命；
氢气进气基座和上端板为一体成型件，防止漏气，节约能源，降低发电成本，保证燃料电池堆的使用安全；
氢气进气流道的氢气进口和减压阀连接，氢气进气流道沿着氢气流动的方向依次设有电磁阀和压力变送器，对氢气的进气量进行调节，有效控制燃料电池堆的发电效率。
附图说明
图1是本发明的封装结构的结构示意图；
图2是本发明的电源输出接线的结构示意图；
图3是本发明的端板的结构示意图；
图4是本发明的氢气进气基座的剖视图；
图5是本发明的弹性支撑件(弹簧)的结构示意图；
附图中各部分标记如下：
上端板1、正极电源端子11、负极电源端子12、第一安装座13、冷却水进口131、空气出口132、第二安装座14、空气进口141、冷却水出口142、氢气进气基座15、氢气进气流道151、氢气进口1511、氢气出口16、绝缘板2、集电板3、电源输出点31、电堆本体4、下端板5、凹槽51、开口511、定位孔512、定位槽52、绝缘固定杆6、螺母7、金属片8、板簧9、定位片91、减压阀10、电磁阀100、压力变送器200、温度变送器300和弹簧400。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一：一种燃料电池堆结构，如图1-图4所示，包括上端板1、绝缘板2、集电板3、电堆本体4和下端板5，所述上端板1和所述下端板5相互平行，所述上端板1和所述下端板5之间设有两块所述绝缘板2，两块所述绝缘板2之间设有两块所述集电板3，两块所述集电板3之间设有所述电堆本体4；
还包括若干根位于电堆本体外围的绝缘固定杆6，所述绝缘固定杆6的两端分别与所述上端板1的螺母7和所述下端板5的螺母7连接，所述螺母7的内表面具有与所述绝缘固定杆6的两端的外螺纹相匹配的内螺纹；
所述下端板5的上表面具有下凹的凹槽51及位于所述凹槽51和所述绝缘板2之间的弹性支撑件，所述凹槽51与所述下端板5的表面平行；
所述上端板1设有正极电源端子11和负极电源端子12，两块所述集电板3的边缘皆设有至少一个电源输出点31，两块所述集电板3的其中一块所述集电板3的电源输出点31与所述正极电源端子11连接，另一块所述集电板3的电源输出点31通过金属片8与所述负极电源端子12连接；
所述上端板1具有第一安装座13、第二安装座14、氢气进气基座15和氢气出口16，所述第一安装座13和所述第二安装座14分别位于所述上端板1的两侧，所述氢气进气基座15和所述氢气出口16分别位于所述上端板1的两侧，所述氢气进气基座15和所述上端板1为一体成型件；
所述第一安装座13设有冷却水进口131和空气出口132，所述第二安装座14设有空气进口141和冷却水出口142，所述空气进口141和所述空气出口132皆与所述电堆本体4的空气流道连通，所述冷却水进口131和所述冷却水出口142皆与所述电堆本体4的冷却水流道连通，所述氢气进气基座15设有氢气进气流道151，所述氢气进气流道151和所述氢气出口16皆与所述电堆本体4的氢气流道连通。
所述弹性支撑件为板簧9，所述板簧9具有定位片91，所述定位片91位于所述板簧9的下表面边缘沿着所述板簧9的宽度方向设置，所述凹槽51的侧壁中位于所述定位片91的一侧为开口511，所述下端板5的侧壁且位于所述凹槽51的开口511的下方设有与所述定位片91相匹配的定位槽52，所述定位片91固定于定位槽52。
所述板簧9的长度大于所述凹槽51的长度以使所述板簧9的中心向上凸起形成拱形结构。
两块所述集电板3的边缘设有两个电源输出点31，每块所述集电板3的电源输出点31之间通过金属片8连接，两块所述集电板3的其中一块所述集电板3的一个电源输出点31与所述正极电源端子11连接，另一块所述集电板3的一个电源输出点31通过金属片8与所述负极电源端子12连接。
所述金属片8为铜片，且所述金属片8包覆一层绝缘材料，所述金属片8的厚度为3-5mm，所述金属片8的宽度为20-25mm。
所述氢气进气流道151的氢气进口1511和减压阀10连接，所述氢气进气流道151沿着氢气流动的方向依次设有电磁阀100和压力变送器200，所述电磁阀100和所述压力变送器200皆固定于所述氢气进气基座15。
所述冷却水进口131和所述冷却水出口142皆设有温度变送器300，两个所述温度变送器300分别固定于所述第一安装座13和所述第二安装座14。
所述冷却水出口142设有压力变送器200，所述压力变送器200固定于所述第二安装座14。
所述氢气进气基座15为不锈钢氢气进气基座或铝合金氢气进气基座。
所述上端板1为不锈钢上端板或铝合金上端板。
实施例二：一种燃料电池堆结构，如图1-图5所示，实施例二与实施例一的结构类似，所说不同之处在于所述弹性支撑件为弹簧400，所述凹槽的底面的中心设有一个与所述弹簧相匹配的定位孔512，所述弹簧的一端固定于所述定位孔，所述弹簧的另一端与所述绝缘板的下表面抵触。
本发明的工作原理如下：本发明的绝缘固定杆的两端分别与上端板的螺母和下端板的螺母连接，封装结构合理，成本低，便于自动化生产，下端板的上表面具有下凹的凹槽及位于凹槽和绝缘板之间的弹性支撑件，为电池堆的内部提供均匀、恒定的组装压力，使电堆本体的下表面受力均匀，保证电池堆的正常工作条件，增加电池堆的使用寿命；
上端板设有正极电源端子和负极电源端子，两块集电板的其中一块集电板的电源输出点与正极电源端子连接，另一块集电板的电源输出点通过金属片与负极电源端子连接，从而使正、负两级电源端子位于一块端板上，方便后期接线装配。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池堆结构，其特征在于：包括上端板(1)、绝缘板(2)、集电板(3)、电堆本体(4)和下端板(5)，所述上端板和所述下端板相互平行，所述上端板和所述下端板之间设有两块所述绝缘板，两块所述绝缘板之间设有两块所述集电板，两块所述集电板之间设有所述电堆本体；
还包括若干根位于电堆本体外围的绝缘固定杆(6)，所述绝缘固定杆的两端分别与所述上端板的螺母(7)和所述下端板的螺母连接，所述螺母的内表面具有与所述绝缘固定杆的两端的外螺纹相匹配的内螺纹；
所述下端板的上表面具有下凹的凹槽(51)及位于所述凹槽和所述绝缘板之间的弹性支撑件，所述凹槽与所述下端板的表面平行；
所述上端板设有正极电源端子(11)和负极电源端子(12)，两块所述集电板的边缘皆设有至少一个电源输出点(31)，两块所述集电板的其中一块所述集电板的电源输出点与所述正极电源端子连接，另一块所述集电板的电源输出点通过金属片(8)与所述负极电源端子连接；
所述上端板具有第一安装座(13)、第二安装座(14)、氢气进气基座(15)和氢气出口(16)，所述第一安装座和所述第二安装座分别位于所述上端板的两侧，所述氢气进气基座和所述氢气出口分别位于所述上端板的两侧，所述氢气进气基座和所述上端板为一体成型件；
所述第一安装座设有冷却水进口(131)和空气出口(132)，所述第二安装座设有空气进口(141)和冷却水出口(142)，所述空气进口和所述空气出口皆与所述电堆本体的空气流道连通，所述冷却水进口和所述冷却水出口皆与所述电堆本体的冷却水流道连通，所述氢气进气基座设有氢气进气流道(151)，所述氢气进气流道和所述氢气出口皆与所述电堆本体的氢气流道连通。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆结构，其特征在于：所述弹性支撑件为板簧(9)，所述板簧具有定位片(91)，所述定位片位于所述板簧的下表面边缘沿着所述板簧的宽度方向设置，所述凹槽的侧壁中位于所述定位片的一侧为开口(511)，所述下端板的侧壁且位于所述凹槽的开口的下方设有与所述定位片相匹配的定位槽(52)，所述定位片固定于定位槽。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池堆结构，其特征在于：所述板簧的长度大于所述凹槽的长度以使所述板簧的中心向上凸起形成拱形结构。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆结构，其特征在于：两块所述集电板的边缘设有两个电源输出点，每块所述集电板的电源输出点之间通过金属片连接，两块所述集电板的其中一块所述集电板的一个电源输出点与所述正极电源端子连接，另一块所述集电板的一个电源输出点通过金属片与所述负极电源端子连接。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池堆结构，其特征在于：所述金属片为铜片，且所述金属片包覆一层绝缘材料，所述金属片的厚度为3-5mm，所述金属片的宽度为20-25mm。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆结构，其特征在于：所述氢气进气流道的氢气进口(1511)和减压阀(10)连接，所述氢气进气流道沿着氢气流动的方向依次设有电磁阀(100)和压力变送器(200)，所述电磁阀和所述压力变送器皆固定于所述氢气进气基座。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆结构，其特征在于：所述冷却水进口和所述冷却水出口皆设有温度变送器(300)，两个所述温度变送器分别固定于所述第一安装座和所述第二安装座。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆结构，其特征在于：所述冷却水出口设有压力变送器，所述压力变送器固定于所述第二安装座。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆结构，其特征在于：所述氢气进气基座为不锈钢氢气进气基座或铝合金氢气进气基座。
10.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆结构，其特征在于：所述上端板为不锈钢上端板或铝合金上端板。
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