CN208608307U - 一种燃料电池电堆的组装定位结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池电堆的组装定位结构，包括电堆下端板、电堆上端板和依次叠合的双极板和膜电极，所述双极板包括阳极板和阴极板，所述双极板和所述膜电极的边缘都设有至少两个外定位孔，所述双极板和所述膜电极上都设有至少两个内定位孔，双极板和膜电极叠合后处于同一位置的定位孔具有相同的形状和尺寸，两个或以上外定位孔可以单独使用进行定位，两个或以上内定位孔可以单独使用进行定位，一个或以上外定位孔和一个或以上内定位孔可以混合使用进行定位，所述组装定位结构还包括滑道，所述外定位杆与组装定位结构基面的角度还可以调节。

Description

一种燃料电池电堆的组装定位结构

技术领域

本实用新型属于燃料电池的领域，具体涉及一种燃料电池电堆的组装定位结构。

背景技术

燃料电池是一种将燃料(如氢气)和氧化剂(如空气中的氧气)中的化学能直接转化成电能的发电装置。由于其是电化学反应，无燃烧放热，不受“卡诺循环”限制，因此能量转换效率要高出普通热机很多。除此之外，燃料电池还具有无污染、噪声低、可靠性高等优点，在交通运输、固定发电以及便携式发电等领域具有十分广阔的市场前景。

燃料电池电堆可能由多达千片膜电极和双极板串联而成，因此，定位效果的好坏直接影响电堆的性能和寿命。若定位不精准致使任意两个部件之间发生微小的错位，密封就很可能失效，影响电堆正常运行。目前电堆定位方法主要是内定位。内定位适用于节数较少的燃料电池电堆，而对于片数较多的电堆，双极板或膜电极的微小形变或错位就会导致内定位杆在组堆完毕后难以取出。同时，内定位杆的使用给电堆的自动化组装带来困难，因为极板，尤其是金属极板，会有一定程度的变形。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种燃料电池电堆的组装定位结构，利用外定位或外定位和内定位相结合的方式，进行燃料电池电堆的组装。

为了实现上述目的，本实用新型提供的一种燃料电池电堆的组装定位结构，包括电堆下端板、电堆上端板、组装台、依次叠合的双极板和膜电极，所述双极板包括阳极板和阴极板，所述双极板和所述膜电极的边缘都设有至少两个外定位孔，所述双极板和所述膜电极上都设有至少两个内定位孔，所述双极板和所述膜电极叠合后处于同一位置的外定位孔或内定位孔具有相同的形状和尺寸，所述组装定位结构还包括内定位杆和外定位杆，所述内定位杆插入所述双极板和所述膜电极的内定位孔中，所述内定位杆的形状与所述内定位孔相匹配，所述外定位杆嵌入所述双极板和所述膜电极的外定位孔中，所述外定位杆的形状与所述外定位孔相匹配。

优选地，所述外定位孔或内定位孔的形状为半圆、方形、长方形或三角形。

进一步地，所述双极板和所述膜电极叠合组装电堆时，所述双极板的外定位孔和所述膜电极的外定位孔相重合，所述双极板的内定位孔和所述膜电极的内定位孔相重合。

进一步地，还包括外定位杆固定螺栓，用于将所述外定位杆固定在组装台上。

进一步地，所述组装台上设有滑道，用于所述外定位杆在组装台上横向或纵向沿所述滑道改变位置。

进一步地，所述电堆下端板和所述电堆上端板的边缘都设有与所述外定位孔相同形状和尺寸的端板凹槽，燃料电池电堆在组装定位时，所述端板凹槽与所述外定位孔在垂直方向上重合。

进一步地，所述电堆上端板上设有与所述内定位孔相同形状和尺寸的端板孔，燃料电池电堆在组装定位时，所述端板孔与所述内定位孔在垂直方向上重合。

进一步地，还包括紧固螺杆，所述电堆上端板和所述电堆下端板设有用于所述紧固螺杆穿过的通孔，所述紧固螺杆穿过所述电堆上端板和所述电堆下端板，在组堆压力下当电堆达到预定的高度后，在所述电堆上端板上方的所述紧固螺杆上固定螺母，实现对电堆紧固和高度固定。

进一步地，还包括绑带，用以在电堆被压紧后把电堆从上端板到下端板之间进行紧固和高度固定。

进一步地，所述外定位杆与所述组装台的基面的角度可以调节。

本实用新型提供的一种燃料电池电堆的组装定位结构，具有如下有益效果：

利用外定位保证电堆组装时不会发生扭曲、偏移的问题，且易于实现组堆的自动化，提升电堆组装的精度和效率，结构简单，使用方便；当外定位和内定位同时使用时，定位精度进一步提高，内定位杆容易取出。

附图说明

图1为本具体实施方式中燃料电池电堆的膜电极或双极板组件的结构示意图。

图2为本具体实施方式中燃料电池电堆的组装示意图。

图中：

1.内定位杆 2.外定位杆 3.电堆下端板 4.膜电极和双极板组件 5. 电堆上端板6.紧固螺杆 7.外定位杆固定螺栓 8.组装台 9.内定位孔 10.外定位孔 11.端板凹槽 12.端板孔 13.滑道。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

一种燃料电池电堆，包括依次叠合的双极板和膜电极组成的膜电极和双极板组件4，双极板包括阳极板和阴极板。阳极板和阴极板都具有两个表面，极板的两个表面中至少有一个表面上设有通过刻蚀或冲压等方式形成的流道，用以均匀分配反应气体或冷却液。

燃料电池电堆的组装定位结构，极板的边缘设有至少两个外定位孔10，外定位孔10为半圆、方形、长方形或三角形等形状，极板上设有至少两个内定位孔 9，内定位孔9的形状为圆形、半圆、方形、长方形或三角形等形状。膜电极的边缘设有至少两个外定位孔10，外定位孔10为半圆、方形、长方形或三角形等形状，双极板和膜电极叠合组装电堆时，双极板和膜电极叠合后处于同一位置的外定位孔10具有相同的形状和尺寸，双极板和膜电极叠合后双极板的外定位孔 10和膜电极的外定位孔10相重合；膜电极上设有至少两个内定位孔9，内定位孔9的形状为圆形、半圆、方形、长方形或三角形等形状，双极板和膜电极叠合组装电堆时，双极板和膜电极叠合后处于同一位置的内定位孔9具有相同的形状和尺寸，双极板和膜电极叠合后双极板的内定位孔9和膜电极的内定位孔9相重合。双极板和膜电极叠合组装电堆时，可以利用至少两个外定位孔10对双极板和膜电极进行定位组装，可以利用至少两个内定位孔9对双极板和膜电极进行定位组装，也可以利用至少一个内定位孔9和至少一个外定位孔10对双极板和膜电极进行定位组装。燃料电池电堆，还包括电堆下端板3、电堆上端板5，电堆下端板3和电堆上端板5上都设有与外定位孔10相同形状和尺寸的端板凹槽11，组装电堆时，端板凹槽11与外定位孔10相重合，电堆下端板3和电堆上端板5 上都设有与内定位孔9相同形状和尺寸的端板孔12，组装电堆时，端板孔12与内定位孔9相重合。

燃料电池电堆的组装定位结构还包括内定位杆1、外定位杆2和外定位杆固定螺栓7，内定位杆1用于插入双极板和膜电极的内定位孔9中，内定位杆1的形状与内定位孔9相匹配；外定位杆2用于嵌入双极板和膜电极的外定位孔10 中，外定位杆2的形状与外定位孔10相匹配；外定位杆固定螺栓7用于将外定位杆2固定在组装台8上。组装台8上设有滑道13，外定位杆2的下端位于滑道13上，外定位杆可以在组装台上横向或纵向沿滑道改变位置，外定位杆2位置可变化，外定位杆2与组装台基面的角度可以调节，能够实现使用一套组装定位结构可以完成多种不同尺寸电堆的组装。

对电堆进行紧固和高度固定的方式有两种，其中一种是利用紧固螺杆6，此时电堆上端板5和电堆下端板3都设有紧固螺杆6穿过的通孔，紧固螺杆6穿过电堆上端板5和电堆下端板3的通孔，当电堆达到预定的高度后，使用螺母固定在电堆上端板5上方的紧固螺杆6上，用来实现对电堆进行紧固和高度固定；另外一种是利用绑带，此时电堆上端板5和电堆下端板3不需要设有通孔，当电堆达到预定的高度后，使用绑带将电堆紧固和固定。

燃料电池电堆的具体安装方式：将同一侧边的外定位杆2使用外定位杆固定螺栓7固定在组装台8的滑道13上，放置电堆下端板3，使电堆下端板3同一侧边的端板凹槽11内嵌入外定位杆2，再将电堆下端板3另一侧边的外定位杆2 嵌入另一侧边的端板凹槽11后，用外定位杆固定螺栓7将外定位杆2固定在组装台8的滑道13上，此时外定位杆2将电堆下端板3夹紧固定，然后将内定位杆1插入电堆下端板3的端板孔12内，并且依次将双极板和膜电极按照交叉顺序穿入内定位杆1中，例如内定位杆1依次穿过阳极板、阴极板、膜电极、阳极板、阴极板、膜电极、阳极板、阴极板的内定位孔9中，直至组装完毕后，将电堆上端板5穿入内定位杆1，使用压机压缩电堆，其中使用的压机为本领域常用的成型机械，可以根据实际需要选择厂家和型号等；当电堆达到预定的高度后，使用螺母固定在电堆上端板5上方的紧固螺杆6上，用来实现对电堆进行紧固和高度固定，紧固后取下内定位杆1，再将外定位杆2从组装台8上取下，燃料电池电堆组装完成。本实用新型公开的燃料电池电堆的结构简单，使用方便，利用外定位保证电堆组装时不会发生扭曲、偏移的问题，且易于实现组堆的自动化，提升电堆组装的精度和效率，结构简单，使用方便；当外定位和内定位同时使用时，内定位杆容易取出。

实施例1

一套200节单电池组成的燃料电池电堆的组装过程，本实施例中内定位孔9 设置在双极板和膜电极的四角位置处，外定位孔10设置在双极板和膜电极的相对两个长边的边缘，每一侧长边上设置两个外定位孔10，将内定位孔9设计为圆形，外定位孔10设计为半圆槽，采用直径为6.5mm的圆柱形钢材作为内定位杆1的基材，内定位杆1长度为350mm，采用方钢作为外定位杆2的基材，外定位杆2的上部分和下部分组成为L型，外定位杆2的上部分的一面加工成与外定位孔10相配合的半圆形，外定位杆2的下部分设有直径为8.5mm的孔用于插入外定位杆固定螺栓7将外定位杆2固定在组装台8上，并且外定位杆2在上部分和下部分之间焊接加强筋。

首先将一侧的两个外定位杆2使用外定位杆固定螺栓7固定在组装台8的滑道13上，将电堆下端板3放在组装台8上，电堆下端板3的端板凹槽11的位置对应外定位杆2的位置，再将对侧的两个外定位杆2使用外定位杆固定螺栓7 固定在组装台8的滑道13上，四个外定位杆2将电堆下端板3夹紧，然后将对角的两个内定位杆1插入电堆下端板3预先打好的端板孔12内；并依次将200 节金属极板和膜电极组成的电池穿入内定位杆1中，之后将电堆上端板5的端板孔12对应内定位杆1的位置组装，组装完毕后，使用压机压缩电堆，当电堆达到预定的高度后，使用紧固螺杆6对电堆进行紧固，紧固完成后取下内定位杆1，再将外定位杆2从组装台8上卸下，燃料电池电堆组装完成。

实施例2

一套150节单电池组成的燃料电池电堆的组装过程，本实施例中内定位孔9 设置在双极板和膜电极的四角位置处，外定位孔10设置在双极板和膜电极的相对两个长边的边缘，每一侧长边上设置两个外定位孔10，将内定位孔9设计为圆形，外定位孔10设计为矩形槽，采用直径为6.0mm的圆柱形钢材作为内定位杆1的基材，内定位杆1长度为300mm，采用方钢作为外定位杆2的基材，外定位杆2的上部分和下部分组成为L型，外定位杆2的上部分的一面加工成与外定位孔10相配合的矩形，外定位杆2的下部分设有直径为8.5mm的孔用于插入外定位杆固定螺栓7将外定位杆2固定在组装台8上，并且外定位杆2在上部分和下部分之间焊接加强筋。

首先将一侧的两个外定位杆2使用外定位杆固定螺栓7固定在组装台8的滑道13上，将电堆下端板3放在组装台8上，电堆下端板3的端板凹槽11的位置对应外定位杆2的位置，再将对侧的两个外定位杆2使用外定位杆固定螺栓7 固定在组装台8的滑道13上，四个外定位杆2将电堆下端板3夹紧，然后将对角的两个内定位杆1插入电堆下端板3预先打好的端板孔12内；并依次将150 节金属极板和膜电极组成的电池穿入内定位杆1中，之后将电堆上端板5的端板孔12对应内定位杆1的位置组装，组装完毕后，使用压机压缩电堆，当电堆达到预定的高度后，使用绑带对电堆进行紧固，紧固完成后取下内定位杆1，再将外定位杆2从组装台8上卸下，燃料电池电堆组装完成。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆的组装定位结构，包括电堆下端板、电堆上端板、组装台、依次叠合的双极板和膜电极，所述双极板包括阳极板和阴极板，其特征在于，所述双极板和所述膜电极的边缘都设有至少两个外定位孔，所述双极板和所述膜电极上都设有至少两个内定位孔，所述双极板和所述膜电极叠合后处于同一位置的外定位孔或内定位孔具有相同的形状和尺寸，所述组装定位结构还包括内定位杆和外定位杆，所述内定位杆插入所述双极板和所述膜电极的内定位孔中，所述内定位杆的形状与所述内定位孔相匹配，所述外定位杆嵌入所述双极板和所述膜电极的外定位孔中，所述外定位杆的形状与所述外定位孔相匹配。

2.根据权利要求1所述的组装定位结构，其特征在于，所述外定位孔或内定位孔的形状为半圆、方形、长方形或三角形。

3.根据权利要求1所述的组装定位结构，其特征在于，所述双极板和所述膜电极叠合组装电堆时，所述双极板的外定位孔和所述膜电极的外定位孔相重合，所述双极板的内定位孔和所述膜电极的内定位孔相重合。

4.根据权利要求1所述的组装定位结构，其特征在于，还包括外定位杆固定螺栓，用于将所述外定位杆固定在所述组装台上。

5.根据权利要求1所述的组装定位结构，其特征在于，所述组装台上设有滑道，用于所述外定位杆在组装台上横向或纵向沿所述滑道改变位置。

6.根据权利要求1所述的组装定位结构，其特征在于，所述电堆下端板和所述电堆上端板的边缘都设有与所述外定位孔相同形状和尺寸的端板凹槽，燃料电池电堆在组装定位时，所述端板凹槽与所述外定位孔在垂直方向上重合。

7.根据权利要求1所述的组装定位结构，其特征在于，所述电堆上端板上设有与所述内定位孔相同形状和尺寸的端板孔，燃料电池电堆在组装定位时，所述端板孔与所述内定位孔在垂直方向上重合。

8.根据权利要求1-7任一项所述的组装定位结构，其特征在于，还包括紧固螺杆，所述电堆上端板和所述电堆下端板设有用于所述紧固螺杆穿过的通孔，所述紧固螺杆穿过所述电堆上端板和所述电堆下端板。

9.根据权利要求1-7任一项所述的组装定位结构，其特征在于，还包括绑带，用以在电堆被压紧后把电堆从上端板到下端板之间进行紧固和高度固定。

10.根据权利要求1所述的组装定位结构，其特征在于，所述外定位杆与所述组装台的基面的角度可以调节。