CN113258117A - 一种高度可调节燃料电池电堆集成结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高度可调节燃料电池电堆集成结构，包括进气端板、膜电极双极板、封装本体和压板，其中膜电极双极板固定在封装本体内；进气端板设置在封装本体侧面；压板设置在膜电极双极板上，与封装本体连接；封装本体与压板为斜面接触连接。本发明压板可上下高度调节，即使在膜电极双极板整体堆叠后与理论高度有偏差也可实现压板与膜电极双极板完全接触，消除装配误差对膜电极双极板振动冲击的影响。

Description

一种高度可调节燃料电池电堆集成结构

技术领域

本发明涉及电池电堆结构技术领域，具体而言，涉及一种高度可调节燃料电池电堆集成结构。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的清洁能源技术，具有高能量转换效率、结构简单、低排放、低噪音等优点，在燃料电池主要包括膜电极双极板和封装本体，膜电极双极板设置固定在封装本体内部，其中膜电极双极板是燃料电池中最重要的部件之一。现有技术中，燃料电池电堆结构多采用螺杆、拉板、绑带等的方式进行固定，如CN206585016U，一种质子交换膜燃料电堆结构披露了一种拉板结构；CN207800769U，一种燃料电池电堆披露了一种绑带结构；CN111384423A，加压组件、燃料电池堆及其第一端板组件、加压框架、组装方法和车辆披露了一种拉杆结构，但是所披露的拉板结构、绑带结构以及拉杆结构，不仅固定或定位结构复杂、成本高，而且在与封装本体组装力的作用下，造成膜电极双极板的阳极端板和阴极端板由于受力不均而出现弯曲的现象，从而影响燃料电池电堆的性能和可靠性；且现有技术中膜电极双极板与封装本体的接触面积大、发生电安全的风险增加。同时，现有技术中提出了带外定位功能电堆紧固结构，如CN206322788U，一种带有外定位功能的电堆紧固结构，但是带外定位功能电堆都是定位机构固定的，其对零部件的精度、装配精度等要求都很高，会导致装配困难、一致性不好、可靠性差等问题。

因此如何提供一种燃料电池电堆集成结构，消除装配误差对膜电极双极板振动冲击的影响，确保燃料电池电堆的性能和可靠性是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提出了一种高度可调节燃料电池电堆集成结构，压板可上下高度调节，即使在膜电极双极板整体堆叠后与理论高度有偏差也可实现压板与膜电极双极板完全接触，消除装配误差对膜电极双极板振动冲击的影响。

有鉴于此，本发明提出了一种高度可调节燃料电池电堆集成结构，包括进气端板、膜电极双极板、封装本体、压板和支撑板，其中膜电极双极板固定在封装本体内；进气端板设置在封装本体侧面；压板设置在膜电极双极板上，与封装本体连接，封装本体与压板为斜面接触连接；其中支撑板设置在封装本体上；膜电极双极板设置在支撑板上；

封装本体内侧两端分别固定设置斜面固定架；压板为与斜面固定架相适配的倒直角梯形结构；压板设置在斜面固定架上，与斜面固定架斜面接触连接；膜电极双极板固定在两侧的斜面固定架内部；膜电极双极板与斜面固定架之间有间隙；

斜面固定架由第一竖直板、第二竖直板和连接在第一竖直板和第二竖直板之间斜向下的斜板和固定座组成；其中第二竖直板下方一体成型设置固定座；压板与斜板斜面接触连接，螺栓连接在固定座上。

优选的，封装本体由金属材料构成，可以承受燃料电池电堆的组装力。

优选的，支撑板由树脂或金属复合树脂材料构成，对膜电极双极板起到支撑作用、在膜电极双极板装配过程中起到定位和导向的作用。

本发明膜电极双极板与斜面固定架之间有间隙，此间隙是为了确保燃料电池电堆的电安全，因为膜电极双极板是高压带电体、要与封装本体保持安全的电气间隙和爬电距离。且本发明中的设置将燃料电池电堆几百节膜电极双极板组装累积公差的容差化；且膜电极双极板的上方没有任何遮挡、可以增加电堆零部件的布置空间。

本发明中，燃料电池电堆组装集成装配、零件数据最少化、结构简单化，且封装本体与压板为斜面接触连接，当膜电极双极板在有高度误差时，压板会沿着与斜板移动，可实现压板上下高度调节，确保压板始终与膜电极双极板接触，消除膜电极双极板堆叠压紧产生的公差，消除装配误差对膜电极双击板振动冲击的影响。压板斜面与封装本体斜面接触的高度调节结构在燃料电池上尚没有过应用，具有简单化，操作方便且实用的效果。

进一步的，斜面固定架与封装本体为一体成型结构。

进一步的，压板包括倒直角梯形结构的金属块结构和半包围设置在金属块结构外部的树脂块；其中树脂块与膜电极双极板接触设置；膜电极双极板与固定座之间有间隙。

进一步的，树脂块与金属块结构垂直连接；螺栓穿过金属块结构与固定座连接。

进一步的树脂块包括第一树脂板和第二树脂板；其中第一树脂板和第二树脂板垂直设置；第一树脂板设置在与膜电极双极板接触的金属块结构外侧；第二树脂板设置在金属块结构下方。

进一步的，第二树脂板的长度不大于金属块结构底边长度。

进一步的，金属块结构和树脂块组装成型、一体化注塑成型或一体化挤出成型。

本发明中压板采用树脂+金属的组合结构，即可以是金属+树脂组装成一体、也可以是金属+树脂一体化注塑或挤出成型，金属部分可以确保压板的机械强度，树脂部分与膜电极双极板接触、可确保燃料电池电堆的电安全

进一步的，树脂块与金属块结构的右侧和底部垂直连接；螺栓穿过金属块结构与固定座连接。

进一步的，支撑板的长度小于封装本体宽度，不小于膜电极双极板的宽度。

其中支撑板紧贴封装本体内侧的一面设置，与封装本体可拆卸连接，其上设置膜电极双极板，减少支撑板数量，减少与膜电极双极板的接触面积，确保燃料电池电堆的电安全，提高电堆的绝缘性能。

进一步的，支撑板为长方体结构，不少于两个，对称设置在封装本体上。

进一步的，支撑板与封装本体为一体成型结构。

本发明中支撑板对膜电极双极板起到左右限位和装配导向作用；支撑板和压板配合对膜电极双极板进行上下限位作用。支撑板与封装本体为一体成型，提高装配基准的精度和封装的强度，更好的对膜电极双极板起到支撑作用。

优选的，电池电堆集成结构还包括浮动端板；其中浮动端板设置在与进气端板对立端，被压板和支撑板限位在膜电极双极板上一侧，随着膜电极双极板的热胀冷缩前后移动。本发明中，浮动端板的设置，配合压板对膜电极双极板进行前后限位作用。

本发明具有的优点和有益效果是：

(1)本发明结构简单、零部件都是由简单的面构成，组装便捷；

(2)本发明中封装本体和压板由斜面和斜面接触、可实现高度，提高装配性能和电堆整体的耐振动和冲击性能；

(4)本发明压板、支撑板与膜电极双极板的接触面少、可提高电堆的绝缘性能；

(5)本发明中支撑板可与封装本体设计为一体化成型结构、提高装配基准的精度和封装的强度；

(6)本发明封装本体前面大的开口可为机械手提供操作空间、可实现电堆堆叠的自动化操作。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明提供的高度可调节燃料电池电堆集成结构的示意图。

图2是本发明提供的高度可调节燃料电池电堆集成结构的剖视图。

图3是本发明提供的图2斜面接触连接的结构放大图。

图4是本发明提供的支撑板组装在封装本体内的结构示意图。

图5是本发明提供的进气端板组装在封装本体内的结构示意图。

图6是本发明提供的膜电极双极板组装在封装本体内的结构示意图。

图7是本发明提供的压板结构示意图。

其中1为进气端板，2为浮动端板，3为膜电极双极板，4为封装本体，5为压板，6为支撑板，7为螺栓，4-1为第一竖直板，4-2为斜板，4-3为第二竖直板、4-4为固定座，5-1为金属块结构，5-2为树脂块。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1-7所示，一种燃料电池电堆集成结构，包括进气端板1、膜电极双极板3、封装本体4、压板5和支撑板6和浮动端板2；封装本体4由金属材料构成；支撑板6由树脂构成；

其中膜电极双极板3固定在封装本体4内，并在封装本体4侧面的外部设置进气端板1，进气端板1与封装本体4通过螺栓7连接。

封装本体4内侧两端分别固定设置斜面固定架；斜面固定架与封装本体4为一体成型结构，斜面固定架由第一竖直板4-1、第二竖直板4-3和连接在第一竖直板4-1和第二竖直板4-3之间斜向下的斜板4-2和固定座4-4组成；其中第二竖直板4-3下方一体成型设置固定座4-4；压板5与斜板4-2斜面接触连接，压板5通过螺栓7连接在固定座4-4上。

压板5为与斜板4-2斜面相适配的倒直角梯形结构；压板5包括倒直角梯形结构的金属块结构5-1和半包围设置在金属块结构5-1外部的型树脂块5-2；金属块结构5-1和树脂块5-2组装成型，其中树脂块5-2与膜电极双极板3接触设置；膜电极双极板3与固定座4-4之间有间隙。

树脂块5-2包括第一树脂板和第二树脂板；其中第一树脂板和第二树脂板垂直设置；第一树脂板设置在与膜电极双极板3接触的金属块结构5-1外侧；第二树脂板设置在金属块结构5-1下方，第二树脂板的长度不大于金属块结构5-1底边长度；螺栓7穿过金属块结构5-1与固定座4-4连接。压板5通过螺栓7穿过金属块结构5-1与固定座4-4连接，设置在斜板4-2上，膜电极双极板3固定在两侧的斜面固定架内部；膜电极双极板3与斜面固定架的第二竖直板4-3之间有间隙。

支撑板6为长方体结构，其长度小于封装本体4宽度，不小于膜电极双极板3的宽度，支撑板6数量为两个，对称设置在封装本体4左右两侧上；与封装本体4为一体成型结构，其上设置膜电极双极板3。其中浮动端板2设置在与进气端板1对立端，被压板5和支撑板6限位在膜电极双极板3上一侧，随着膜电极双极板3的热胀冷缩前后移动。以实施例1为例，本发明中一种燃料电池电堆集成结构的组装方法为，将设置有支撑板6和斜面固定架的封装本体4与进气端板1通过螺栓7连接，把膜电极双极板3装配到封装本体4内，把压板5通过螺栓7安装在封装本体4的上，斜面固定架和压板5斜面接触连接，最后将浮动端板2设置在与进气端板1对立端，被压板5和支撑板6限位在膜电极双极板3上一侧，随着膜电极双极板3的热胀冷缩前后移动，完成组装。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，包括进气端板、膜电极双极板、封装本体、压板和支撑板，其中所述膜电极双极板固定在所述封装本体内；所述进气端板设置在所述封装本体侧面；所述压板设置在所述膜电极双极板上，与所述封装本体连接，所述封装本体与所述压板为斜面接触连接；其中所述支撑板设置在所述封装本体上；所述膜电极双极板设置在所述支撑板上；

所述封装本体内侧两端分别固定设置斜面固定架；所述压板为与所述斜面固定架相适配的倒直角梯形结构；所述压板设置在所述斜面固定架上，与所述斜面固定架斜面接触连接；所述膜电极双极板固定在两侧的所述斜面固定架内部；所述膜电极双极板与所述斜面固定架之间有间隙；

所述斜面固定架由第一竖直板、第二竖直板和连接在所述第一竖直板和所述第二竖直板之间斜向下的斜板和固定座组成；其中所述第二竖直板下方一体成型设置固定座；所述压板与所述斜板斜面接触连接，螺栓连接在所述固定座上。

2.根据权利要求1所述的高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，所述斜面固定架与所述封装本体为一体成型结构。

3.根据权利要求1所述的高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，所述压板包括倒直角梯形结构的金属块结构和半包围设置在所述金属块结构外部的树脂块；其中所述树脂块与所述膜电极双极板接触设置；所述膜电极双极板与所述固定座之间有间隙。

4.根据权利要求1所述的高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，所述树脂块与所述金属块结构的垂直连接；所述螺栓穿过所述金属块结构与所述固定座连接。

5.根据权利要求3或4所述的高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，所述树脂块包括第一树脂板和第二树脂板；其中所述第一树脂板和所述第二树脂板垂直设置；所述第一树脂板设置在与所述膜电极双极板接触的所述金属块结构外侧；所述第二树脂板设置在所述金属块结构下方。

6.根据权利要求5所述的高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，所述第二树脂板的长度不大于所述金属块结构底边长度。

7.根据权利要求6所述的高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，所述金属块结构和所述树脂块组装成型、一体化注塑成型或一体化挤出成型。

8.根据权利要求1所述的高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，所述支撑板为长方体结构，不少于两个，对称设置在所述封装本体上。

9.根据权利要求8所述的高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，所述支撑板与所述封装本体为一体成型结构。

10.根据权利要求1所述的高度可调节燃料电池电堆集成结构，其特征在于，所述电池电堆集成结构还包括浮动端板；其中浮动端板设置在与进气端板对立端，通过所述压板和所述支撑板限制在所述膜电极双极板上，随着所述膜电极双极板的热胀冷缩前后移动。

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