CN112820925B - 一种燃料电池电堆组装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池电堆组装装置，包括：电堆封装壳体，电堆封装壳体包括底板，电堆封装壳体的顶部设置有开口，电堆封装壳体的内部对燃料电池极板形成限位；外延限位件，外延限位件对燃料电池极板形成限位，燃料电池极板能够沿着外延限位件下滑，外延限位件与电堆封装壳体可拆卸连接。在本发明中，在完成压缩后，仅需要将外延限位件进行拆除，因此降低了组装难度，提高了组装效率。在拆除外延限位件时，由于燃料电池极板与外延限位件之间不存连接和接触关系，因此使得外延限位件的拆除变得快捷，进一步降低了组装难度，提高了组装效率。另外，在拆除外延限位件时不会对燃料电池极板造成损坏。本发明还公开了一种燃料电池电堆的组装方法。

Description

一种燃料电池电堆组装装置及方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池电堆组装装置及方法。

背景技术

燃料电池电堆通常由几十节到几百节单电池串联组成，在组装过程中，需要将这些单电池进行堆叠、压紧，这两个过程都需要借助定位结构来实现，以保证单电池之间的精确定位。

现有技术中，燃料电池的组装大多使用内定位杆或外定位块进行辅助组装。比如，在发明专利CN 109103486A中，请参考附图1，在堆叠单电池时，双极板21和膜电极22穿过定位杆130，并在限位凸块123的抵持作用下，从上方滑至下方并置于底座110上。单电池包括双极板21和膜电极22。

然而，使用上述燃料电池组装装置及方法，不可避免地要在几百片单电池压紧后，将定位杆130取出。由于定位杆130与单电池的定位孔之间一般采用精密配合，定位杆130与双极板21、膜电极22之间的摩擦阻力较大，因此导致定位杆130取出困难，严重时甚至可能损坏双极板21、膜电极22。此外，整个外限位装置由多个限位凸块123组成，在单电池压紧后，还要将限位凸块123进行拆除，这也会造成电堆组装效率的降低，增加制造成本。

因此，如何降低电堆组装难度，提高电堆组装效率，是本领域技术人员亟待解决的关键性问题。

发明内容

本发明的目的是降低电堆组装难度，提高电堆组装效率。为实现上述目的，提供了如下技术方案：

一种燃料电池电堆组装装置，包括：

电堆封装壳体，所述电堆封装壳体包括用于承载燃料电池极板的底板，所述电堆封装壳体的顶部设置有开口，所述开口供所述燃料电池极板进入，所述电堆封装壳体的内部截面形状与所述燃料电池极板的形状相同，所述电堆封装壳体的内部对所述燃料电池极板形成限位，且所述燃料电池极板能够沿着所述电堆封装壳体(2)的内部下滑；

外延限位件，所述外延限位件相对于所述电堆封装壳体向上延伸，所述外延限位件对所述燃料电池极板形成限位，且所述燃料电池极板能够沿着所述外延限位件下滑，所述外延限位件与所述电堆封装壳体可拆卸连接。

优选地，所述外延限位件为两个，两个所述外延限位件分设在所述电堆封装壳体相对的两个侧部，所述燃料电池极板受限于两个所述外延限位件之间。

优选地，所述外延限位件包括连接架和外限位柱，所述连接架与所述电堆封装壳体可拆卸连接，所述外限位柱相对于所述电堆封装壳体向上延伸，所述燃料电池极板的边缘部设置有与所述外限位柱卡配的外限位柱卡槽。

优选地，所述连接架包括连接杆和分设在所述连接杆两端的两个悬伸杆，所述悬伸杆伸向所述电堆封装壳体的内侧；所述外限位柱为两个，两个所述外限位柱分别连接在两个所述悬伸杆上。

优选地，所述电堆封装壳体的侧部固连有内定位柱，所述燃料电池极板能够沿着所述内定位柱下滑，所述燃料电池极板的边缘部设置有与所述内定位柱卡配合的内定位柱卡槽。

优选地，所述内定位柱与一个所述外延限位件位于同一侧，且所述内定位柱位于该外延限位件的两个所述外限位柱之间。

优选地，所述内定位柱为多个，多个所述内定位柱分设在所述电堆封装壳体的相对的两个侧部上。

优选地，所述内定位柱为三个，其中两个所述内定位柱设置在所述电堆封装壳体的一侧，第三个所述内定位柱设置在所述电堆封装壳体的另一侧。

优选地，在位于同一侧的所述内定位柱和所述外延限位件中，所述外延限位件的所述外限位柱的底部低于所述内定位柱的顶部。

优选地，所述内定位柱的顶部设置有顶部倒角，所述外限位柱的底部设置有底部倒角，所述顶部倒角位于所述底部倒角的上方，且在所述燃料电池极板的移动方向上，所述顶部倒角和所述底部倒角连续相接，所述顶部倒角和所述底部倒角均用于避免所述燃料电池极板同时与所述外限位柱和所述内定位柱接触。

优选地，所述外限位柱与所述燃料电池极板相接触的面为绝缘面；所述内定位柱与所述燃料电池极板相接触的面为绝缘面。

优选地，所述电堆封装壳体的一个侧部为开口结构。

本发明还公开了一种燃料电池电堆组装方法，包括如下步骤：

S1：将两个所述外延限位件安装在所述电堆封装壳体的相对的两个侧部上；

S2：将所述电堆封装壳体放置在台面基座上；

S3：将所述燃料电池极板置于所述电堆封装壳体的顶部开口处，同时使所述外限位柱卡槽卡在所述外限位柱的两侧，使所述内定位柱卡槽对着所述内定位柱，所述燃料电池极板沿着所述外延限位件以及所述内定位柱下滑；

S4：重复步骤S3，直到将预设数量的所述燃料电池极板放入所述电堆封装壳体内部；

S5：从上向下压缩所述燃料电池极板，使所有的所述燃料电池极板进入所述电堆封装壳体中；

S6：将所述外延限位件拆除；

S7：紧固所述燃料电池极板。

从上述技术方案可以看出，在组装燃料电池电堆时，将燃料电池极板置于电堆封装壳体的顶部开口处，并使燃料电池极板位于两个外延限位件之间。之后燃料电池极板会沿着外延限位件下滑入电堆封装壳体内部。而电堆封装壳体的内部空间对燃料电池极板也形成了限位作用，因此能够确保燃料电池极板稳定下滑。在将预设数量的燃料电池极板放入电堆封装壳体后，从上向下压缩燃料电池极板，以将所有的燃料电池极板压入电堆封装壳体内部。之后将外延限位件拆除，再之后对压缩后的燃料电池极板进行紧固。

在本发明中，在压缩燃料电池极板后，仅仅需要将外延限位件进行拆除，并不需要对其它外围限位件进行拆除，因此降低了组装难度，提高了组装效率。另外，在拆除外延限位件时，由于所有的双极板和膜电极均被压入电堆封装壳体内部，因此双极板和膜电极与外延限位件之间不存在任何的连接和接触关系，因此使得外延限位件的拆除变得快捷，进一步降低了组装难度，提高了组装效率。另外，由于双极板和膜电极与外延限位件之间不存在任何连接和接触关系，那么在拆除外延限位件时便不会对双极板或膜极板造成损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术一具体实施例提供的；

图2是本发明第一视角下的燃料电池电堆组装定位装置示意图；

图3是本发明第二视角下的燃料电池电堆组装定位装置示意图；

图4是本发明第三视角下的燃料电池电堆组装定位装置示意图；

图5是本发明中定位柱和定位延长块过渡区域的结构示意图；

图6是本发明中燃料电池电堆组装方法的流程图。

其中，110为底座、111为抵持平面、120为外限位柱、121为限位件、121a为安装凸块、123为限位凸块、124为安装部、130为定位杆、21为双极板、22为膜电极；

1为底板、2为电堆封装壳体、3为内定位柱、4为外限位柱、5为双极板、6为膜电极。

具体实施方式

本发明公开了一种燃料电池电堆组装装置，该装置能够降低电堆组装难度，提高电堆组装效率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是术语“顶”、“底”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中的燃料电池电堆组装装置包括电堆封装壳体2和外延限位件。其中的电堆封装壳体2包括底板1，该底板1用于承载燃料电池极板。燃料电池极板包括双极板5和膜电极6。双极板5和膜电极6的形状结构相同。请参考附图2，电堆封装壳体2的顶部设置有开口，该开口供双极板5和膜电极6的进入。并且电堆封装壳体2的内部截面形状与双极板5和膜电极6相配合，电堆封装壳体2的内部对双极板5和膜电极6形成了限位作用，能够防止双极板5和膜电极6在下滑的过程中随意乱动，从而确保双极板5和膜电极6按照既定的路线平稳下移。

外延限位件相对于电堆封装壳体2向上延伸。外延限位件对双极板5和膜电极6形成限位作用。且双极板5和膜电极6能够沿着外延限位件下滑。外延限位件能够确保双极板5和膜电极6稳定地按照既定的路线下移。外延限位件与电堆封装壳体2可拆卸连接。

在组装燃料电池电堆时，将双极板5或者膜电极6置于电堆封装壳体2的顶部开口处，之后使双极板5或者膜电极6沿着外延限位件下滑入电堆封装壳体2内部。在双极板5或者膜电极6进入到电堆封装壳体2后，双极板5或者膜电极6会受到电堆封装壳体2的内部的限位，从而继续保持平稳地下移。

在将预定数量的双极板5和膜电极6放置于电堆封装壳体2后，压缩电堆，从而使所有的双极板5和膜电极6进入到电堆封装壳体2内。之后将外延限位件拆除，再之后紧固压缩后的堆叠体，最后将电堆封装壳体2密封，形成燃料电池电堆成品。

在本发明中，在压缩燃料电池极板后，仅仅需要将外延限位件进行拆除，并不需要对其它外围限位件进行拆除，因此降低了组装难度，提高了组装效率。另外，在拆除外延限位件时，由于所有的双极板5和膜电极6均被压入电堆封装壳体2内部，因此双极板5和膜电极6与外延限位件之间不存在任何的连接和接触关系，因此使得外延限位件的拆除变得快捷，进一步降低了组装难度，提高了组装效率。另外，由于双极板5和膜电极6与外延限位件之间不存在任何连接和接触关系，那么在拆除外延限位件时便不会对双极板5或膜极板造成损坏。

接下来具体介绍外延限位件。请参考附图2、3、4，外延限位件为两个，两个外延限位件分设在电堆封装壳体2的两个侧部，该两个侧部相对。双极板5或者膜电极6受限于两个外延限位件之间。如果双极板5和膜电极6为长方体结构，那么电堆封装壳体2也为长方体结构。外延限位件分设在两个长边所在的两个侧部。

外延限位件具体包括连接架和外限位柱4。连接架与电堆封装壳体2可拆卸连接。外限位柱4相对于电堆封装壳体2向上延伸。双极板5或膜电极6能够沿着外限位柱4下滑。为了提高外限位柱4的限位效果，特在双极板5和膜电极6的边缘部设置了外限位柱卡槽。在下放双极板5或者膜电极6之前，首先使外限位柱卡槽卡在外限位柱4的两侧。那么在松开双极板5或膜电极6后，双极板5或者膜电极6就能够沿着外限位柱4稳定下移。

连接架具体包括连接杆和两个悬伸杆。两个悬伸杆分别连接在连接杆的两端。悬伸杆在水平面内伸向电堆封装壳体2的内侧。每个悬伸杆的端部均连接有一个外限位柱4。因此，每一个外延限位件包括一个连接杆、两个悬伸杆、两个外限位柱4。两个外限位柱4沿着电堆封装壳体2的侧部的长度方向排布，从而在长度方向上为双极板5或膜电极6提供均衡的限位作用。

需要说明的是，在放置完预定数量的双极板5和膜电极6后，双极板5或膜电极6会溢出电堆封装壳体2。在对双极板5和膜电极6进行压缩时，外限位柱4能够起到导向作用，促使双极板5和膜电极6按照既定的路线稳定下移。即在压缩之前，外限位柱4起到了限位作用，在压缩之后，外限位柱4起到了导向作用。

接下来具体介绍内定位柱3。请继续参考附图2、3、4，内定位柱3固连在电堆封装壳体2的侧部的内壁。双极板5和膜电极6能够沿着内定位柱3下滑。双极板5和膜电极6的边缘处均设置有内定位柱卡槽。内定位柱卡槽与内定位柱3的配合能够确保双极板5和膜电极6稳定下移。

内定位柱3与一个外延限位件位于同一侧。内定位柱3位于该侧的外延限位件的两个外限位柱4之间。为了提高内定位柱3对双极板5和膜电极6的限位作用，特将内定位柱3设置为多个。多个内定位柱3分设在电堆封装壳体2的相对的两个侧部上。如果电堆封装壳体2为长方体结构，那么多个内定位柱3分设在两个长边所在的两个侧部上。

进一步地，将内定位柱3的数量设置为三个。其中两个内定位柱3设置在电堆封装壳体2的一侧，将第三个内定位柱3设置在电堆封装壳体2的另一侧。如此，既能够供给双极板5或膜电极6足够的限位作用，同时又节约了材料。

需要说明的是，内定位柱3固连在电堆封装壳体2的侧部，在压缩电堆后，不必拆除内定位柱3，内定位柱3被封装在电堆封装壳体2内部。在成型的燃料电池电堆中，定位柱对堆叠体起到夹持作用，因此能够增强燃料电池电堆的抗振动和抗冲击特性。

对于位于同一侧的内定位柱3和外延限位件来说，外延限位件的外限位柱4的底部低于内定位柱3的顶部，即外限位柱4的下部与内定位柱3的上部重叠。如此，便能够确保燃料电池极板在下移的过程中始终受到限位作用。

进一步地，外限位柱4的底部设置有底部倒角，内定位柱3的顶部设置有顶部倒角。底部倒角位于顶部倒角的下方。在燃料电池极板移动方向上，顶部倒角与底部倒角连续相接。在燃料电池极板下移的过程中，首先受到外限位柱4的限位作用，随着燃料电池极板的下移，燃料电池极板会移动至外限位柱4和内定位柱3的重叠部。此时，由于顶部倒角的设置，所以燃料电池极板仅仅会受到外限位柱4的限位作用，而不会同时受到内定位柱3的限位，从而避免了对燃料电池极板的过限位。在燃料电池极板划过顶部倒角后，会受到内定位柱3的限位作用，此时，由于底部倒角的设置，燃料电池极板仅仅会受到内定位柱3的限位，不会同时受到外限位柱4的限位，因此进一步避免了对燃料电池极板的过限位。之后燃料电池极板会离开外限位柱4，仅仅沿着内定位柱3下移。

为了避免双极板5或膜电极6在下滑的过程中与外限位柱4或者内定位柱3发生短路，本发明特将外限位柱4上与双极板5或膜电极6相接触的面设置为绝缘面，将内定位柱3上与双极板5或膜电极6相接触的面设置为绝缘面。

为了便于对双极板5或膜电极6进行操作，还可以将电堆封装壳体2的一侧部设置为开口结构。

本发明还公开了一种燃料电池电堆组装方法，包括如下步骤：

S1：将两个外延限位件安装在电堆封装壳体2的相对的两个侧部上。

如果电堆封装壳体2为长方体结构，那么就将两个外延限位件分设在两个长边所在的两个侧部。电堆封装壳体2内部固连有内定位柱3。

S2：将电堆封装壳体2放置在台面基座上。

台面基座可以为伺服电机的台面基座。

S3：将燃料电池极板置于电堆封装壳体2的顶部开口处，同时使外限位柱卡槽卡在外限位柱4的两侧，使内定位柱卡槽对着内定位柱3，燃料电池极板沿着外延限位件以及内定位柱3下滑。

使内定位柱卡槽对着内定位柱3的目的是便于燃料电池极板进入到电堆封装壳体2后，内定位柱3卡槽能够自动卡在内定位柱3的两侧，那么燃料电池极板就能够沿着内定位柱3平稳下移。

S4：重复步骤S3，直到将预设数量的燃料电池极板放入电堆封装壳体2中。

S5：从上向下压缩燃料电池极板，使所有的燃料电池极板进入电堆封装壳体2内部。

S6：将外延限位件拆除。

S7：紧固燃料电池极板。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种燃料电池电堆组装装置，其特征在于，包括：

电堆封装壳体(2)，所述电堆封装壳体(2)包括用于承载燃料电池极板的底板(1)，所述电堆封装壳体(2)的顶部设置有开口，所述开口供所述燃料电池极板进入，所述电堆封装壳体(2)的内部截面形状与所述燃料电池极板的形状相同，所述电堆封装壳体(2)的内部对所述燃料电池极板形成限位，且所述燃料电池极板能够沿着所述电堆封装壳体(2)的内部下滑；

外延限位件，所述外延限位件相对于所述电堆封装壳体(2)向上延伸，所述外延限位件对所述燃料电池极板形成限位，且所述燃料电池极板能够沿着所述外延限位件下滑，所述外延限位件与所述电堆封装壳体(2)可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述外延限位件为两个，两个所述外延限位件分设在所述电堆封装壳体(2)相对的两个侧部，所述燃料电池极板受限于两个所述外延限位件之间。

3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述外延限位件包括连接架和外限位柱(4)，所述连接架与所述电堆封装壳体(2)可拆卸连接，所述外限位柱(4)相对于所述电堆封装壳体(2)向上延伸，所述燃料电池极板的边缘部设置有与所述外限位柱(4)卡配的外限位柱卡槽。

4.根据权利要求3所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述连接架包括连接杆和分设在所述连接杆两端的两个悬伸杆，所述悬伸杆伸向所述电堆封装壳体(2)的内侧；所述外限位柱(4)为两个，两个所述外限位柱(4)分别连接在两个所述悬伸杆上。

5.根据权利要求4所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述电堆封装壳体(2)的侧部的内壁固连有内定位柱(3)，所述燃料电池极板能够沿着所述内定位柱(3)下滑，所述燃料电池极板的边缘部设置有与所述内定位柱(3)卡配的内定位柱卡槽。

6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述内定位柱(3)与一个所述外延限位件位于同一侧，且所述内定位柱(3)位于该外延限位件的两个所述外限位柱(4)之间。

7.根据权利要求5所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述内定位柱(3)为多个，多个所述内定位柱(3)分设在所述电堆封装壳体(2)的相对的两个侧部上。

8.根据权利要求5所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述内定位柱(3)为三个，其中两个所述内定位柱(3)设置在所述电堆封装壳体(2)的一侧，第三个所述内定位柱(3)设置在所述电堆封装壳体(2)的另一侧。

9.根据权利要求6所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，在位于同一侧的所述内定位柱(3)和所述外延限位件中，所述外延限位件的所述外限位柱(4)的底部低于所述内定位柱(3)的顶部。

10.根据权利要求9所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述内定位柱(3)的顶部设置有顶部倒角，所述外限位柱(4)的底部设置有底部倒角，所述顶部倒角位于所述底部倒角的上方，且在所述燃料电池极板的移动方向上，所述顶部倒角和所述底部倒角连续相接，所述顶部倒角和所述底部倒角均用于避免所述燃料电池极板同时与所述外限位柱(4)和所述内定位柱(3)接触。

11.根据权利要求5所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述外限位柱(4)与所述燃料电池极板相接触的面为绝缘面；所述内定位柱(3)与所述燃料电池极板相接触的面为绝缘面。

12.根据权利要求1所述的燃料电池电堆组装装置，其特征在于，所述电堆封装壳体(2)的一个侧部为开口结构。

13.一种燃料电池电堆组装方法，其特征在于，基于权利要求5-11任意一项所述的燃料电池电堆组装装置，包括如下步骤：

S1：将两个所述外延限位件安装在所述电堆封装壳体(2)的相对的两个侧部上；

S2：将所述电堆封装壳体(2)放置在台面基座上；

S3：将所述燃料电池极板置于所述电堆封装壳体(2)的顶部开口处，同时使所述外限位柱卡槽卡在所述外限位柱(4)的两侧，使所述内定位柱卡槽对着所述内定位柱(3)，所述燃料电池极板沿着所述外延限位件以及所述内定位柱(3)下滑；

S4：重复步骤S3，直到将预设数量的所述燃料电池极板放入所述电堆封装壳体(2)内部；

S5：压缩所述燃料电池极板，使所有的所述燃料电池极板进入所述电堆封装壳体(2)中；

S6：将所述外延限位件拆除；

S7：紧固所述燃料电池极板。

Images