CN109065934A - 一种大功率燃料电池电堆 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为一种大功率燃料电池电堆。属于燃料电池技术领域。它主要是解决现有大功率燃料电池存在组装和检测成本高的问题。它的主要特征是：包括接气端板、单体电池组、首电堆连接端板、尾电堆连接端板、封闭端板和打包带；所述首、尾电堆连接端板的外形及联接机构与接气端板、封闭端板相同，板内通气结构与单体电池组通气结构相同；由接气端板、单体电池组、首电堆连接端板和打包带组装成首电堆，由尾电堆连接端板、单体电池组、封闭端板和打包带组装成尾电堆，首电堆与尾电堆通过第一、尾电堆连接端板联接成大功率燃料电池电堆。本发明具有容易叠加组装和成本低的特点，主要用于50Kw以上的大功率燃料电池电堆。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域。具体涉及一种大功率燃料电池电堆。
背景技术
目前，市场上的主流电堆大都为30kW~50kW的石墨板电堆，且工艺较为成熟，但随着市场需求，大功率（50Kw以上）电堆开发成为研发热点。目前市场上仅有少数几家公司可生产60Kw以上的大型电堆，但制作工艺较为复杂，且组装和检测成本较高，不利于燃料电池市场化，且市场大功率电堆主要在于单体电池叠加片数太多，组装难度大。为了满足大功率电堆开发，部分企业及研究机构使用2个及以上电堆进行供电，现在主流技术方案为电堆外部供气管道并联实现电堆功率叠加，如图1所示。采用2个及以上电堆并联方式会增加电堆外部进气管道，增加额外体积，同时气体分配复杂，且存在每个单堆气体分配不均匀问题。
现有电堆大都包括一端的接气端板1、中间的单体电池组和另一端的封闭端板4，由打包带捆扎而成。接气端板、封闭端板分别如图2、图3所示。
发明内容
本发明的目的就是提供一种大功率燃料电池电堆，通过电堆的串联组装来达到50Kw以上的大功率电堆的目的，可极大的降低组装和检测成本。
本发明的技术解决方案是：一种大功率燃料电池电堆，包括接气端板、单体电池组、封闭端板和打包带，其特征在于：还包括电堆连接端板；所述电堆连接端板的外形及联接机构与接气端板、封闭端板相同，电堆连接端板的板内通气结构与单体电池组通气结构相同；电堆连接端板包括首电堆连接端板和尾电堆连接端板，由接气端板、单体电池组、首电堆连接端板和打包带组装成首电堆，由尾电堆连接端板、单体电池组、封闭端板和打包带组装成尾电堆，首电堆与尾电堆通过首电堆连接端板和尾电堆连接端板联接成大功率燃料电池电堆。
本发明的技术解决方案中所述的首电堆与尾电堆之间还设有一个或一个以上的中间电堆；电堆连接端板还包括中间电堆连接端板；中间电堆由单体电池组及单体电池组两端的中间电堆连接端板经打包带组装而成；中间电堆通过两端的中间电堆连接端板分别与首电堆的首电堆连接端板、尾电堆的尾电堆连接端板联接成大功率燃料电池电堆。
本发明的技术解决方案中所述的电堆连接端板的联接机构为四个对称设置的螺栓连接座或法兰连接座。
本发明的技术解决方案中所述的电堆连接端板的板内通气结构包括两侧的、呈单列分布的三个通孔，且两单列分布的通孔呈反对称分布。
本发明的技术解决方案中所述的三个通孔为三个矩形通孔；单列分布的三个矩形通孔中包括相邻的两个相同的短矩形通孔和另一个长度大于两短矩形通孔长度之和的长矩形通孔；长矩形通孔为空气孔，中间短矩形通孔为水孔，另一短矩形通孔为氢气孔。
本发明的技术解决方案中所述的首电堆、尾电堆和中间电堆的功率为25kW~30kW。
本发明由于采用电堆连接端板，因而可由接气端板、单体电池组、首电堆连接端板和打包带组装成首电堆，由尾电堆连接端板、单体电池组、封闭端板和打包带组装成尾电堆，由单体电池组及单体电池组两端的啥时间电堆连接端板经打包带组装成中间电堆，根据具体的大功率需求，通过首电堆与尾电堆或者首电堆、中间电堆与尾电堆联接成大功率燃料电池电堆。由于首电堆、尾电堆和中间电堆等子电堆的功率为25kW~30kW，单独组装和测试技术成熟，因而具有容易叠加组装和成本低的特点。由于首电堆、中间电堆和尾电堆之间是直接连接，因而形成的大功率燃料电池电堆中气体的运行更容易检测和控制，并能保证电堆生产的均一性。一旦大功率燃料电池电堆中某几片双极板或膜电极出问题，可以将在查出问题子电堆后直接更换，大大降低了整堆拆解的时间成本和测试成本。
附图说明
图1是现有两个电堆并联方式的气道示意图。
图2是接气端板的结构示意图。
图3是封闭端板的结构示意图。
图4是中间电堆连接端板的结构示意图。
图5是本发明实施例的结构示意图。
图6是本发明实施例的气道示意图。
图7是本发明首电堆的测试联接图。
图8是本发明尾电堆的测试联接图。
附图标记：1. 接气端板；2. 首电堆连接端板；3. 尾电堆连接端板；4. 封闭端板；5. 中间电堆连接端板；6. 空气孔；7. 水孔；8. 螺栓连接座；9. 打包带；10. 氢气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步详述。
如图2至图6所示。本发明一种大功率燃料电池电堆，包括接气端板1、单体电池组、电堆连接端板、封闭端板4和打包带9。其中，电堆连接端板包括两个相同的首电堆连接端板2和尾电堆连接端板3，电堆连接端板的外形及联接机构与接气端板1、封闭端板4相同。接气端板1、首电堆连接端板2、尾电堆连接端板3和封闭端板4的联接机构均为四个对称设置的螺栓连接座8，也可为法兰连接座。首电堆连接端板2、尾电堆连接端板3的板内通气结构包括两侧的、呈单列分布的三个矩形通孔，且两单列分布的三个矩形通孔呈反对称分布。单列分布的三个矩形通孔中包括相邻的两个相同的短矩形通孔和另一个长度大于两短矩形通孔长度之和的长矩形通孔，长矩形通孔为空气孔6，中间短矩形通孔为水孔7，另一短矩形通孔为氢气孔10。首电堆连接端板2、尾电堆连接端板3的板内通气结构与单体电池组通气结构相同。由接气端板1、单体电池组、首电堆连接端板2和打包带9组装成首电堆，由尾电堆连接端板3、单体电池组、封闭端板4和打包带9组装成尾电堆，首电堆与尾电堆通过首电堆连接端板2和尾电堆连接端板3联接成大功率燃料电池电堆。首电堆、尾电堆的功率为25kW~30kW，功率燃料电池电堆的功率为50kW~60kW。
本发明实施例的首电堆与尾电堆之间还可设有一个或一个以上的中间电堆。电堆连接端板还包括中间电堆连接端板5。中间电堆由单体电池组及单体电池组两端的中间电堆连接端板5经打包带9组装而成。中间电堆通过两端的中间电堆连接端板5分别与首电堆的首电堆连接端板2、尾电堆的尾电堆连接端板3联接成大功率燃料电池电堆。首电堆、尾电堆和中间电堆的功率为25kW~30kW，功率燃料电池电堆的功率至少为75kW~90kW。
本发明解决了现有大功率电堆组装均一性差、用气管并联气体分布不均匀、组装工艺困难、组装成本高和测试中查错成本高的问题。
本发明有别与市场上汽车厂商通过管道并联的方式启动2个电堆，本发明将2个电堆串联整合之后，可以保证电堆内压力的稳定性，方便测试中的检测和分析。
如图7所示。将首电堆的首电堆连接端板2与封闭端板4连接并密封，此时首电堆可类比为一个完整电堆进行下一步的测试。
如图8所示。将尾电堆的尾电堆连接端板3与接气端板1连接并密封，此时尾电堆可类比为一个完整电堆进行下一步的测试。
若首电堆、尾电堆测试过程出现问题，可以即时进行调整。待首电堆、尾电堆测试无误后可移至下一个组装区进行大电堆的组装。
大功率电堆的组装：1）拆解完成测试并确认合格后的首电堆的封闭端板4，保证首电堆连接端板2中气体出入的连接后畅通；2）拆解完成测试并确认合格后的尾电堆的接气端板1，保证尾电堆连接端板3中气体出入的连接后畅通；3）将首电堆的首电堆连接端板2与尾电堆的尾电堆连接端板3进行连接并密封，组装结果如图5所示，形成一个完整的整堆，移至下一个测试地点。
大功率电堆测试：将完成的整堆进行测试，确认无误后可进行装车使用。
本发明的优点：1）组装难度小，易于生产和市场化；2）组装过程中小电堆可以随时测试，降低组装成整堆之后出现问题的几率；3）降低了大型功率电堆测试出问题后重新组装的风险，有效控制了电堆组装和测试过程中的成本；4）子电堆的均一性和密封性更好控制，从而可以保证大电堆的性能和耐久性；5）子电堆组装比大电堆方法简单，方便操作。
Claims (6)
1.一种大功率燃料电池电堆，包括接气端板（1）、单体电池组、封闭端板（4）和打包带，其特征在于：还包括电堆连接端板；所述电堆连接端板的外形及联接机构与接气端板（1）、封闭端板（4）相同，电堆连接端板的板内通气结构与单体电池组通气结构相同；电堆连接端板包括首电堆连接端板（2）和尾电堆连接端板（3），由接气端板（1）、单体电池组、首电堆连接端板（2）和打包带组装成首电堆，由尾电堆连接端板（3）、单体电池组、封闭端板（4）和打包带组装成尾电堆，首电堆与尾电堆通过首电堆连接端板（2）和尾电堆连接端板（3）联接成大功率燃料电池电堆。
2.根据权利要求1所述的一种大功率燃料电池电堆，其特征在于：所述的首电堆与尾电堆之间还设有一个或一个以上的中间电堆；电堆连接端板还包括中间电堆连接端板；中间电堆由单体电池组及单体电池组两端的中间电堆连接端板（5）经打包带（9）组装而成；中间电堆通过两端的中间电堆连接端板（5）分别与首电堆的首电堆连接端板（2）、尾电堆的尾电堆连接端板（3）联接成大功率燃料电池电堆。
3.根据权利要求1或 2所述的一种大功率燃料电池电堆，其特征在于：所述的电堆连接端板的联接机构为四个对称设置的螺栓连接座或法兰连接座。
4.根据权利要求1或 2所述的一种大功率燃料电池电堆，其特征在于：所述的电堆连接端板的板内通气结构包括两侧的、呈单列分布的三个通孔，且两单列分布的通孔呈反对称分布。
5.根据权利要求4所述的一种大功率燃料电池电堆，其特征在于：所述的三个通孔为三个矩形通孔；单列分布的三个矩形通孔中包括相邻的两个相同的短矩形通孔和另一个长度大于两短矩形通孔长度之和的长矩形通孔；长矩形通孔为空气孔（6），中间短矩形通孔为水孔（7），另一短矩形通孔为氢气孔（10）。
6.根据权利要求2所述的一种大功率燃料电池电堆，其特征在于：所述的首电堆、尾电堆和中间电堆的功率为25kW~30kW。
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