CN1280926C

CN1280926C - 燃料电池组的固定机构

Info

Publication number: CN1280926C
Application number: CNB2004100581773A
Authority: CN
Inventors: 曹圭择; 金守焕; 黄云峰; 全志勋
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2024-08-13
Also published as: US20050064268A1; JP2005142145A; KR100559326B1; KR20050043005A; CN1614797A

Abstract

一种燃料电池的固定机构，包括：一对端板，其通过分别安装在燃料电池组两端用来支撑该燃料电池组；以及在燃料电池组堆积方向上延伸的多个固定带，用于通过预定压力挤压端板。这种固定机构使得在隔板上形成均匀的压力并提高了燃料电池组的密封。

Description

燃料电池组的固定机构

技术领域

本发明总体上涉及一种燃料电池。本发明尤其涉及一种燃料电池组的固定机构，该燃料电池组具有由隔板分开的多个单元电池，其中隔板上的表面压力通过降低作用在隔板上的弯曲载荷而变得更加均匀。

背景技术

通常，燃料电池通过氢气H₂和氧气O₂反应而产生电能，并包括薄膜电极组件(MEA)。

该MEA包括供有氢气H₂的阳极和供有空气的阴极，它们之间插入传送氢离子H⁺的电解质薄膜。这些MEA和隔板交替地堆积以形成燃料电池组。

每个单元电池的输出电压总和构成为燃料电池组的输出电压。

燃料电池组的性能可以按照它的输出电压等级来测量，并且该输出电压依赖于在隔板间形成的压力。

燃料电池组的隔板通常由碳纤维复合材料制成，并使用垫圈来防止用于电化学反应的燃料泄漏。

沿着在隔板一侧形成的燃料通道上传送的氢气，穿过气体扩散层(GDL)被供给MEA的阳极，并且该氢气在阳极电离。这种电离的氢离子穿过MEA并达到阴极。沿着在朝向阴极的隔板上形成的空气通道传送的空气(更具体地说是氧气)，在阴极电离并与氢离子发生化学反应以产生水和电。

通过在燃料电池组两端形成的电极(通常称作集电器)，电流输出的强度可以用来评测燃料电池组的效率，并且在隔板之间形成的表面压力影响输出电流的强度。

当该表面压力非常小时，隔板之间的接触电阻提高由此电流传导可能失败。相反，当表面压力非常高时，GDL可能过度压缩使得气体不能通过GDL而有效地扩散。

因此，电流强度通过隔板的一些表面压力而得以最大化，并且如此一种最优表面压力试图通过从外部提供给燃料电池组的固定装置而实现。

燃料电池组的传统固定机构在图1和2中示出。

如图1所示，燃料电池组的传统固定机构包括：用于在两端支撑燃料电池组11的两个端板12、用于连接该两个端板12的多个固定杆13、和用于将固定杆13固定到端板12上的固定螺母14。

在固定杆13的每端形成有外螺纹15，并且固定螺母14在外螺纹15处与固定杆13相结合。因此，燃料电池组11隔板之间的表面压力可以通过固定螺母14的固定扭矩进行调整，其中该燃料电池组11设置在两个端板12之间。

然而，根据这种固定机构，端板12通过在固定杆13和燃料电池组11之间的间隔遭受了不期望的弯曲载荷。因此，放置在端板12之间的燃料电池组11的隔板之间的表面压力在电池组11整个区域上可能不均匀，并且该燃料电池组11的密封可能失败。

另外，固定杆13和燃料电池组11之间的间隔导致整个体积的增加。

为了解决上述问题，美国专利第US6,270,917B1公开了一种固定机构，其中固定杆插入隔板以防止这种体积的增加。然而，在这种情况下，隔板应该相对于传统隔板重新设计，并且插入隔板的固定杆导致燃料电池组的结构更加复杂。

在背景部分公开的信息仅仅用于提高对发明背景的理解，并不应该作为一种确认或任何形式的建议，该信息形成本国内对本领域普通技术人员来说已经公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池组的固定机构，其具有通过减少不期望的弯曲负载，而使作用于隔板上压力均匀，并提供了燃料电池组提高的密封特征的非限制性优点。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池组的固定机构，其具有容易装配和结构简单的非限制性优点。

在下文中，对于矩形六面体形状的燃料电池组来说，带有端板的侧称为端侧，并且另一侧称为旁侧。在相邻旁侧之间的相交线称为边缘。

根据本发明实施例的示范性固定机构对燃料电池进行固定，该燃料电池包括在其内交替布置的薄膜电极组件和隔板的堆积物。这种固定机构包括一对端板，通过分别安装在燃料电池组两端用来支撑该燃料电池组，以及在燃料电池组堆积方向上延伸的多个固定带，所述固定带具有压在所述端板上的两个端部，用于通过预定压力挤压端板。

在进一步的实施例中，多个固定带形成预定的残余应力，并且在端板上的预定压力通过该残余应力形成。

在更进一步的实施例中，该燃料电池组具有矩形六面体的形状；该多个固定带包括在燃料电池组堆积方向上延伸的U形固定带；U形固定带的连接端部包住该端板对的一个端板；以及U形固定带的开口端部弹性挤压该端板对的另一端板。

在更进一步的实施例中，多个固定带包括第一和第二固定带；第一和第二固定带的连接端部包住不同的端板；以及第一和第二固定带的延伸部分位于不同旁侧上。

可选择的，该多个固定带包括第一和第二固定带；该第一和第二固定带的连接端部包住相同端板；以及第一和第二固定带的延伸部分位于相同旁侧上。

可选择的，该多个固定带包括第一和第二固定带；该第一和第二固定带的连接端部包住不同端板；以及第一和第二固定带的延伸部分位于不同边缘上。

在另一更进一步的实施例中，该多个固定带包括在燃料电池组堆积方向上延伸的I形固定带；该I形固定带从一端板到另一端板延伸。

在更进一步的实施例中，多个固定带包括U形第一和第二固定带和I形第三和第四固定带；第一和第二固定带的连接端部包住不同端板；第一和第二固定带的延伸部位于不同边缘上；第三和第四固定带在彼此平行的旁侧上延伸。

在更进一步的实施例中，该多个固定带进一步包括I形第五和第六固定带；该第五和第六固定带在彼此平行的旁侧上延伸，并且该旁侧与第三和第四固定带放置的旁侧不同。

在另一更进一步的实施例中，燃料电池组具有矩形六面体的形状；多个固定带包括在燃料电池组堆积方向上延伸的I形第一和第二固定带；第一和第二固定带两端都弯曲，使得燃料电池组的端板通过所述端部被弹性挤压。

在更进一步的实施例中，更进一步包括用于多个固定带的固定端的紧固件，并且该紧固件可以通过螺栓、或者铆接或焊接的方法实现。

根据本发明实施例的另一示范性固定机构对燃料电池进行固定，该燃料电池包括在其内交替布置的薄膜电极组件和隔板的堆积物。这种固定机构包括一对端板，通过分别安装在燃料电池组两端用来支撑该燃料电池组；以及在燃料电池组堆积方向上延伸的多个固定带，每个固定带的两端都固定到所述端板对上，其中在所述端板对的边缘形成多个缝隙，该多个固定带中每一个的一端都被制成大于缝隙，并且该多个固定带中每一个的另一端为箭头形，使得该多个固定带穿过所述端板对的缝隙滑动插入。

附图说明

结合并构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述部分一起用于说明本发明的原理：

图1示出了根据现有技术的燃料电池组的固定机构；

图2示出了根据现有技术的固定带和端板的连接；

图3示出了根据本发明第一实施例的燃料电池组的固定机构；

图4示出了根据本发明一种实施例的固定带和端板的连接；

图5示出了根据本发明第二实施例的燃料电池组的固定机构；

图6示出了根据本发明第三实施例的燃料电池组的固定机构；

图7示出了根据本发明第四实施例的燃料电池组的固定机构；

图8示出了根据本发明第五实施例的燃料电池组的固定机构；

图9示出了根据本发明第六实施例的燃料电池组的固定机构；

图10示出了根据本发明第七实施例的燃料电池组的固定机构；

图11示出了根据本发明第八实施例的燃料电池组的固定机构；以及

图12示出了如图11所示的固定带的细节。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的实施例。图3示出了根据本发明第一实施例的燃料电池组的固定机构。

如图3所示，薄膜电极组件和隔板交替堆积以形成燃料电池组11，并且端板12a和12b分别安装在燃料电池组11的两端。

根据本发明实施例的燃料电池，包括设计为U形的第一固定带21和第二固定带22。

第一固定带21在燃料电池组11的彼此平行的两个旁侧上延伸，并且第二固定带在彼此平行的旁侧上延伸，该旁侧不同于第一固定带所放置的旁侧。

第一和第二固定带21和22的开口端部弹性挤压不同的端板12a和12b，并且第一和第二固定带21和22不重叠。

U形第一和第二固定带21和22的开口端部的两端都向内弯曲，并且端板12a和12b通过在第一和第二固定带21和22上形成的残余应力以预定压力被挤压。

为了提高强度并防止腐蚀，第一和第二固定带21和22由不锈钢或玻璃纤维增强塑料制成。

端板12a和12b由铝合金、不锈钢或定向玻璃纤维增强塑料制成。

U形第一和第二固定带21和22可以通过紧固件被固定到端板12a和12b上，并且绝缘膜可以插入到燃料电池组11的旁侧与第一和第二固定带21和22之间。

图4示出了提供有这种紧固件和绝缘膜的燃料电池组的固定机构的局部剖面图。

如图4所示，端板12a和12b通过螺栓23与第一和第二固定带21和22进行固定，并且垫圈24插入到螺钉23与第一和第二固定带21和22之间。

该紧固件可以通过代替螺栓23的铆接或焊接而实现。

插入在第一和第二固定带21和22与燃料电池组11的旁侧之间的绝缘膜25可以优选地由特氟隆或绝缘聚合材料制成。

图5示出了根据本发明第二实施例的燃料电池组的固定机构。

根据本发明第二实施例的固定机构用在相同的燃料电池组11和端板12和12b上，它们已经结合本发明的第一实施例进行了描述。在下文中，，仅对不同于图3中本发明第一实施例的第二实施例的特征将进行详细描述。

根据本发明第二实施例，U形第一固定带51在燃料电池组11的彼此平行的两旁侧上延伸，并且U形第二固定带52也在燃料电池组11的相同旁侧上延伸。

第一和第二固定带51和52的开口端部弹性挤压不同端板12a和12b，并且第一和第二固定带51和52不重叠。

优选第一和第二固定带51和52在燃料电池组11的比另外两旁侧宽的两旁侧上延伸。

图6示出了根据本发明第三实施例的燃料电池组的固定机构。

图6所示的根据本发明第三实施例的固定机构基本上类似于根据

本发明第二实施例的固定机构。本质差别在于第一和第二固定带61和62的开口端部弹性挤压燃料电池组11的相同端板12a。

图7示出了根据本发明第四实施例的燃料电池组的固定机构。

根据本发明的第四实施例，U形第一和第二固定带71和72在不同边缘上延伸，并且第一和第二固定带71和72的开口端部弹性挤压不同端板12a和12b。第一和第二固定带71和72不重叠。

即，第一固定带71在对角的相对边缘上延伸，并且第二固定带72在与第一固定带71相关的边缘不同的对角相对边缘上延伸。

在燃料电池组11的边缘上延伸的第一和第二固定带71和72，以对应于边缘的形状形成。

图8示出了根据本发明第五实施例的燃料电池组的固定机构。

根据图8所示的本发明第五实施例的固定机构，第三和第四固定带81和82被添加到图7所示本发明第四实施例的固定机构上。

第三和第四固定带81和82被设计成I形，并且它们在燃料电池组11的堆积方向上延伸，并位于燃料电池组11彼此平行的两个旁侧上。

I形第三和第四固定带81和82的两端弹性挤压不同端板12a和12b，并且第一、第二、第三和第四固定带71、72、81和82不重叠。

图9示出了根据本发明第六实施例的燃料电池组的固定机构。

根据图9所示的本发明第六实施例的固定机构，第五和第六固定带91和92被添加到图8所示本发明第五实施例的固定机构上。

第五和第六固定带91和92是与第三和第四固定带81和82形状相同的I形。它们在燃料电池组11的堆积方向上延伸，并位于与第三和第四固定带81和82延伸的旁侧不同的两个旁侧上。

与第三和第四固定带81和82相同，I形第五和第六固定带91和92两端弹性挤压不同端板12a和12b。第一、第二、第三、第四、第五和第六固定带71、72、81、82、91和92不重叠。

图10示出了根据本发明第七实施例的燃料电池组的固定机构。

如图10所示，根据本发明第七实施例，燃料电池组11是矩形六面体的形状，与前面实施例相同。该第七实施例包括安装在燃料电池组11的端部的端板12a和12b，以及I形第一和第二固定带110和112。

第一和第二固定带110和112在燃料电池组的纵向上延伸，并且包住彼此平行的两个旁侧。

第一和第二固定带110和112的宽度与旁侧的宽度相同。第一和第二固定带110和112从端板12a和12b向外突出，并且它们的两端朝向端板12a和12b弯曲，使得它们弹性挤压端板12a和12b。通过改变第一和第二固定带110和112的弯曲量，在燃料电池组11堆积方向上作用于隔板的表面压力可以改变。

图11示出了根据本发明第八实施例的燃料电池组的固定机构。

如图11所示，根据本发明第八实施例的燃料电池组的固定机构包括端板121a和121b，以及多个固定带122、123和124。在端板121a和121b的边缘形成多个缝隙。

该多个缝隙围绕燃料电池组对称形成，并且在端板121a和121b上对应的缝隙彼此相对，使得每一固定带122、123和124穿过相应缝隙连接端板121a和121b。

在一个端板121a或121b上的缝隙数量等于固定带的数量。例如，可以形成六个缝隙和固定带，然而，应当理解本发明范围不局限于此。

每一固定带122、123和124制成相同的形状，例如，固定带123在图12中详细示出。

如图12所示，固定带122、123和124的一端123c比缝隙大，另一端123a为箭头形状。另外，在两端123a和123c之间的延伸部分小于该缝隙。

因此，固定带122、123和124可以轻易地穿过一个端板的缝隙插入，并且随后穿过另一个端板对应的缝隙。

固定带122、123和124以这样一种方式固定在端板121a和121b之间：在堆积方向上以预定压力挤压燃料电池组11，并且形成燃料电池组所需的表面压力。

根据本发明实施例的燃料电池组的固定机构，减少了不期望的弯曲载荷，并且提高了燃料电池组的密封。

另外，减小了无用的外部体积，使得燃料电池组整体体积可以更紧凑。

另外，可以简化和提高固定结构而基本上不改变燃料电池组的结构特征。

虽然本发明已经结合当前被认为是最实际和优选实施例进行了描述，但应当理解本发明不局限于公开的实施例，相反，本发明意欲覆盖不同的变体和等价的布置，这些均在所附加的权利要求的精神和范围之内。

Claims

1、一种燃料电池的固定机构，该燃料电池包括在其内交替布置的薄膜电极组件和隔板的堆积物，该固定机构包括：

一对端板，分别安装在燃料电池组两端以支撑该燃料电池组；以及

在燃料电池组堆积方向上延伸的多个固定带，所述固定带具有压在所述端板上的两个端部，用于以预定压力挤压端板。

2、如权利要求1所述的固定机构，其特征在于：所述多个固定带形成预定的残余应力，并且通过该残余应力在端板上形成预定压力。

3、如权利要求2所述的固定机构，其特征在于：

该燃料电池组具有矩形六面体的形状；

该多个固定带包括在燃料电池组堆积方向上延伸的U形固定带；

U形固定带的连接端部包住所述端板对的一个端板；以及

U形固定带的开口端部弹性挤压所述端板对的另一端板。

4、如权利要求3所述的固定机构，其特征在于：

多个固定带包括第一和第二固定带；

第一和第二固定带的连接端部包住不同的端板；以及

第一和第二固定带的延伸部分位于不同旁侧上。

5、如权利要求3所述的固定机构，其特征在于：

所述多个固定带包括第一和第二固定带；

所述第一和第二固定带的连接端部包住相同端板；以及

第一和第二固定带的延伸部分位于相同的旁侧上。

6、如权利要求3所述的固定机构，其特征在于：

所述多个固定带包括第一和第二固定带；

所述第一和第二固定带的连接端部包住不同端板；以及

第一和第二固定带的延伸部分位于不同边缘上。

7、如权利要求3所述的固定机构，其特征在于：

所述多个固定带包括在燃料电池组堆积方向上延伸的I形固定带；以及

所述I形固定带从一端板到另一端板延伸。

8、如权利要求7所述的固定机构，其特征在于：

多个固定带包括U形的第一和第二固定带和I形第三和第四固定带；以及

第一和第二固定带的连接端部包住不同端板；

第一和第二固定带的延伸部位于不同边缘上；以及

第三和第四固定带在彼此平行的旁侧上延伸。

9、如权利要求8所述的固定机构，其特征在于：

所述多个固定带进一步包括I形第五和第六固定带；以及

所述第五和第六固定带在彼此平行的旁侧上延伸，并且该旁侧与第三和第四固定带放置的旁侧不同。

10、如权利要求2所述的固定机构，其特征在于：

燃料电池组具有矩形六面体的形状；

多个固定带，包括在燃料电池组堆积方向上延伸的I形第一和第二固定带；以及

每个第一和第二固定带两端都弯曲，使得燃料电池组的端板通过所述端部被弹性挤压。

11、如权利要求1所述的固定机构，进一步包括在固定带和燃料电池中间插入的绝缘膜。

12、如权利要求11所述的固定机构，其特征在于：所述固定带由纤维加强聚合材料制成。

13、如权利要求11所述的固定机构，其特征在于：所述固定带由不锈钢制成。

14、如权利要求11所述的固定机构，进一步包括用于固定所述多个固定带端部的紧固件。

15、如权利要求14所述的固定机构，其特征在于：所述紧固件为螺栓、铆钉或焊料。

16、一种燃料电池的固定机构，该燃料电池包括在其内交替布置的薄膜电极组件和隔板的堆积物，该固定机构包括：

在燃料电池组堆积方向上延伸的多个固定带，每个固定带的两端都固定到所述端板对上，

其特征在于：在所述端板对的边缘形成多个缝隙，

所述多个固定带中每一个的一端被制成大于所述缝隙，并且

所述多个固定带中每一个的另一端为箭头形，

使得所述多个固定带穿过所述端板对的缝隙滑动插入。

17、如权利要求16所述的固定机构，进一步包括在固定带和燃料电池组之间插入的绝缘膜。

18、如权利要求17所述的固定机构，其特征在于：所述固定带由纤维加强聚合材料制成。

19、如权利要求17所述的固定机构，其特征在于：所述固定带由不锈钢制成。