CN218632137U - 一种燃料电池电堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种燃料电池电堆，所述燃料电池电堆包括由上到下依次设置的上端板、支撑板、上绝缘板、上集流板、电堆主体、下集流板、下绝缘板和下端板；所述燃料电池电堆还包括拉杆，所述拉杆的一端与所述上端板连接，另一端与所述下端板连接；所述支撑板与所述上端板之间设置有弹性件，所述支撑板的下表面设置有沉槽。本实用新型的燃料电池电堆，能够提高燃料电池电堆的性能和寿命。

Description

一种燃料电池电堆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆。

背景技术

燃料电池电堆是由少则十几片多则数百片的燃料电池重复单元堆叠在一起组成的，这些重复单元在两侧端板的紧固作用下实现压紧，然后借助于外力进行封装，封装对燃料电池电堆的安全和电化学性等有重要影响。燃料电池电堆一般是由端板、绝缘板、集流板、双极板、膜电极、密封件以及紧固件等组成的，其中双极板、膜电极和密封件组成重复单元，一个电堆中含有少则十几个，多则数百个这样的重复单元。

当电堆的重复单元较多时，电堆整体等效刚度会变大，需要较大的封装力作用在端板上使电堆变形完成封装。电堆封装力作用在端板上会影响电堆性能，其中一方面体现在应力分布的均匀性，不均匀分布的应力会导致膜电极等存在局部应力集中、过热等问题，从而会降低电堆的性能和寿命。

目前对燃料电池进行封装时，通常在上端板和上绝缘板之间设置一块支撑板和弹性件，通过支撑板和弹性件保证作用在电堆主体上表面的压力均匀，从而避免产生前述问题。然而，由于支撑板对电堆主体的压力通过与绝缘板的接触面传递，支撑板与绝缘板面接触，支撑板对绝缘板的面压力同样存在压力不均匀的情况，从而会导致膜电极等存在局部应力集中、过热等问题，会降低电堆的性能和寿命。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种燃料电池电堆，旨在提高燃料电池电堆的性能和寿命。

为实现上述目的，本实用新型提出的燃料电池电堆，所述燃料电池电堆包括由上到下依次设置的上端板、支撑板、上绝缘板、上集流板、电堆主体、下集流板、下绝缘板和下端板；所述燃料电池电堆还包括拉杆，所述拉杆的一端与所述上端板连接，另一端与所述下端板连接；所述支撑板与所述上端板之间设置有弹性件，所述支撑板的下表面设置有沉槽。

在一实施例中，所述沉槽的数量设置为多个，所述沉槽沿所述支撑板的宽度方向延伸。

在一实施例中，多个所述沉槽沿所述支撑板的长度方向间隔排布。

在一实施例中，所述支撑板的上表面设置有多个限位柱，所述弹性件的数量设置为多个，多个所述弹性件套设于多个所述限位柱。

在一实施例中，所述多个限位柱沿所述支撑板的长度方向间隔排布。

在一实施例中，所述弹性件为碟簧。

在一实施例中，所述上端板和所述下端板设置为金属件，所述上绝缘板和所述下绝缘板设置为塑料件。

在一实施例中，所述上端板和/或所述下端板开设有多个凹槽。

在一实施例中，所述下绝缘板开设有安装槽，所述下端板安装于所述安装槽。

在一实施例中，沿所述下绝缘板的长度方向的两端开设有多个开口，所述多个开口与所述电堆主体的内部连通。

本实用新型的燃料电池电堆，包括由上到下依次设置的上端板、支撑板、上绝缘板、上集流板、电堆主体、下集流板、下绝缘板和下端板；所述燃料电池电堆还包括拉杆，所述拉杆的一端与所述上端板连接，另一端与所述下端板连接；所述支撑板与所述上端板之间设置有弹性件，所述支撑板的下表面设置有沉槽。通过在支撑板的下表面设置沉槽，减少支撑板与上绝缘板之间的接触面积，从而保证支撑板对上绝缘板的面压力均匀，进一步使得膜电极等受到的应力均匀，不会产生过热等问题，提高电堆的性能，同时，也进一步提高电堆的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型燃料电池电堆一实施例的结构示意图；

图2为图1中的结构另一视角的结构示意图；

图3为图1中的结构的爆炸图；

图4为图3中结构的部分结构示意图；

图5为图4中的结构另一视角的结构示意图；

图6为图3中结构的部分结构示意图；

图7为图6中的结构移除下集流板的另一视角的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				110	上端板	420	下绝缘板
120	下端板	421	安装槽
				121	凹槽	422	开口
122	限位凹槽	423	限位凸起
				200	支撑板	510	上集流板
210	沉槽	520	下集流板
				220	限位柱	600	拉杆
300	弹性件	700	电堆主体
				410	上绝缘板

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种燃料电池电堆的实施例，燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的清洁能源发电装置，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，具有高能量转换效率、结构简单、低排放、噪音低、可靠性高等优点，常用于车、船、航天等运载工具的动力系统，又可以用作移动式或固定式的发电站发电等领域，具有十分广阔的市场前景。

燃料电池电堆是由少则十几片多则数百片的燃料电池重复单元堆叠在一起组成的，这些重复单元在两侧端板的紧固作用下实现压紧，然后借助于外力进行封装，封装对燃料电池电堆的安全和电化学性等有重要影响。燃料电池电堆一般是由端板、绝缘板、集流板、双极板、膜电极、密封件以及紧固件等组成的，其中双极板、膜电极和密封件组成重复单元，一个电堆中含有少则十几个，多则数百个这样的重复单元。

目前燃料电池堆的封装结构不能保证均匀、恒定的组装压力，从而不能保证电池堆的正常工作，影响其使用寿命，原因之一是电池堆与集流板之间存在接触电阻，如果压力不均匀，会导致接触电阻不均匀，进而造成电池堆内部各点内阻不均匀以及反应效率不一致，从而使各处的发热量不一致，容易造成局部过热，损坏电池堆；原因之二在于电池堆和集电板均有其最大承受应力，局部压力过高可能导致电池堆损坏，发生气体泄露等问题。本实用新型的燃料电池电堆，可以保证电堆的封装力作用在端板上时应力分布的均匀性，从而提高电堆的性能和寿命。

请参阅图1至图5，在本实用新型的一实施例中，所述燃料电池电堆包括由上到下依次设置的上端板110、支撑板200、上绝缘板410、上集流板510、电堆主体700、下集流板520、下绝缘板420和下端板120；所述燃料电池电堆还包括拉杆600，所述拉杆600的一端与所述上端板110连接，另一端与所述下端板120连接；所述支撑板200与所述上端板110之间设置有弹性件300，所述支撑板200的下表面设置有沉槽210。

具体说来，所述拉杆600的一端与所述上端板110连接，另一端与所述下端板120连接，可以设置一调节件在所述上端板110与拉杆600或所述下端板120与拉杆600的连接处，以使得通过所述调节件调节所述上端板110和所述下端板120之间的距离，从而调整上端板110和下端板120对电堆主体700的封装力大小。

上集流板510位于电堆主体700的上端，下集流板520位于电堆主体700的下端，在上集流板510和下集流板520上还设置有引出耳，所述引出耳用于与电堆主体700电连接，从而可以保证将电堆主体700所产生的电能导流到外部负载中。

支撑板200位于上端板110和上绝缘板410之间，且支撑板200与上端板110之间设置有弹性件300，支撑板200的下表面与上绝缘板410的上表面抵接，当所述上端板110对电堆主体700施加压力时，通过支撑件和弹性件300可以保证由上端板110传递至下绝缘板420上的压力均匀，进一步来说，在所述支撑板200的下表面设置有沉槽210，即在所述支撑板200与所述上绝缘板410接触的一面开设沉槽210，可以减少支撑板200与上绝缘板410的接触面积，从而保证支撑板200对上绝缘板410的面压均匀，进一步也就使得膜电极等受到的应力均匀，不会产生过热等问题，提高电堆性能的同时，也进一步提高电堆的使用寿命。所述沉槽210的数量可以设置为一个，也可以设置为多个，为保证支撑板200对上绝缘板410面压力的均匀，在本实施例中，所述沉槽210的数量设置为多个，且多个沉槽210沿支撑板200的长度方向间隔设置。

本实用新型的燃料电池电堆，包括由上到下依次设置的上端板110、支撑板200、上绝缘板410、上集流板510、电堆主体700、下集流板520、下绝缘板420和下端板120；所述燃料电池电堆还包括拉杆600，所述拉杆600的一端与所述上端板110连接，另一端与所述下端板120连接；所述支撑板200与所述上端板110之间设置有弹性件300，所述支撑板200的下表面设置有沉槽210。通过在支撑板200的下表面设置沉槽210，减少支撑板200与上绝缘板410之间的接触面积，从而保证支撑板200对上绝缘板410的面压力均匀，进一步使得膜电极等受到的应力均匀，不会产生过热等问题，提高电堆的性能，同时，也进一步提高电堆的使用寿命。

请参阅图5，在一实施例中，所述沉槽210的数量设置为多个，所述沉槽210沿所述支撑板200的宽度方向延伸，进一步地，多个所述沉槽210沿所述支撑板200的长度方向间隔排布。具体说来，为进一步保证支撑板200对上绝缘板410的面压力均匀，可以在支撑板200的下表面开设多个沉槽210，并且多个沉槽210沿所述支撑板200的长度方向间隔排布，并且所述沉槽210沿所述支撑板200的宽度方向延伸，从而保证沉槽210的槽底面积足够大。所述沉槽210的形状可以设置为矩形，也可以设置为菱形，还可以设置为腰型等其他形状，对此不作具体限制。

请参阅图4和图5，在一实施例中，所述支撑板200的上表面设置有多个限位柱220，所述弹性件300的数量设置为多个，多个所述弹性件300套设于多个所述限位柱220。具体地，多个所述限位柱220用来固定安装多个弹性件300，以对弹性件300的位置起到固定的作用。所述弹性件300可以是弹簧，还可以是硅胶等其他具有弹性的材质，具体在本实施例中，所述弹性件300为碟簧。

请继续参阅图4和图5，在一实施例中，所述多个限位柱220沿所述支撑板200的长度方向间隔排布。具体地，多个限位柱220沿所述支撑板200的长度方向间隔排布，可以使得上端板110受到朝向支撑板200的压力时，可以将压力均匀的传递至支撑板200，并由支撑板200均匀的传递至上绝缘板410。优选地，所述多个限位柱220在所述支撑板200的长度方向上，沿所述支撑板200的中线对称设置。进一步地，在所述支撑板200的宽度方向上，所述多个限位柱220可以呈多排设置。

在一实施例中，所述上端板110和所述下端板120设置为金属件，所述上绝缘板410和所述下绝缘板420设置为塑料件。具体地，将所述上端板110和所述下端板120的材质设置为金属材质，将上绝缘板410和所述下绝缘板420的材质设置为塑料绝缘材质，金属材质的上端板110和下端板120强度高，抗拉强度大，在受到较大的拉力时不会变形。塑料材质的上绝缘板410和下绝缘板420，主要起到绝缘的作用。

请参阅图2和图7，在一实施例中，所述上端板110和/或所述下端板120开设有多个凹槽121。具体说来，由于上端板110和下端板120为金属材质，金属材质相较于塑料材质的重量较重。为进一步降低燃料电池电堆的整体重量，因此可以在所述上端板110的上表面和/或下端板120的下表面开设多个凹槽121，以降低燃料电池电堆的整体重量。为保证最大程度的降低燃料电池电堆的整体重量，所述上端板110的上表面和/或下端板120的下表面上开设的凹槽121数量尽可能多，且还要保证每个凹槽121的面积足够大。所述凹槽121的形状可以是圆形、可以是矩形，还可以呈菱形设置，对此不作具体限制。

请参阅图6和图7，在一实施例中，所述下绝缘板420开设有安装槽421，所述下端板120安装于所述安装槽421。具体地，在所述下绝缘板420上开设有安装槽421，将下端板120安装在安装槽421中，相较于下端板120与下绝缘板420的下表面抵接的连接方式，可以减少下绝缘板420和下端板120在燃料电池电堆高度方向上的占用空间，从而减少燃料电池电堆的纵向高度，进而可以保证燃料电池电堆的体积合适，保证燃料电池电堆系统的布置便捷、合理。

请继续参阅图6和图7，在一实施例中，所述下绝缘板420设置有限位凸起423，所述下端板120设置有限位凹槽122，所述限位凸起423与所述限位凹槽122相配合。具体地，在所述下绝缘板420设置限位凸起423，所述下端板120设置限位凹槽122，限位凸起423位于限位凹槽122中，通过限位凸起423与限位凹槽122的配合，可以对下端板120起到限位的作用，防止下端板120和下绝缘板420的相对位置在受到外力作用时发生相对偏移。

考虑到当下端板120安装在下绝缘板420的安装槽421中时，若下端板120的下表面凸出于下绝缘板420的下表面，则燃料电池电堆在与地面接触时，下绝缘板420的下表面的部分区域不与地面接触，容易导致燃料电池电堆整体不稳定；若下绝缘板420的下表面凸出于下端板120的下表面，则当燃料电池电堆放置在地面上时，下端板120受到燃料电池电堆的整体重量，由于下端板120采用塑料材质制成，且下端板120与地面的接触面积小，因此下端板120容易损坏。为避免上述问题产生，可选地所述下绝缘板420的下表面和所述下端板120的下表面齐平，通过下绝缘板420和下端板120来共同承受燃料电池电堆的整体重量，从而避免上述问题产生。

在一实施例中，所述上绝缘板410和/或所述下绝缘板420为玻璃纤维和聚氨酯复合板、玻璃纤维和环氧树脂复合板、玻璃纤维和乙烯基树脂复合板或碳纤维和聚氨酯复合板中的任意一种，也就是说，所述上绝缘板410和所述下绝缘板420可以由玻璃纤维和聚氨酯复合板、玻璃纤维和环氧树脂复合板、玻璃纤维和乙烯基树脂复合板或碳纤维和聚氨酯复合板制成，不仅可以确保上绝缘板410和下绝缘板420具有较好的弹性，还可以保证上绝缘板410和下绝缘板420具有较好的结构强度。

请参阅图2、图6和图7，在一实施例中，沿所述下绝缘板420的长度方向的两端开设有多个开口422，所述多个开口422与所述电堆主体700的内部连通。具体地，所述多个开口422包括氢气进出口、空气进出口以及冷凝液进出口，在所述多个开口422的四周还设置有多个螺孔，用以将氢气管、空气管和冷凝液管固定安装到所对应的开口422处。同时，在下绝缘板420上开设多个开口422，由于下绝缘板420的材质为塑料材质，因此将氢气管、空气管和冷凝液管固定安装到所对应的开口422处后，在使用过程中不会将金属离子带入燃料电池中，从而可以减少金属离子污染。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆，其特征在于，所述燃料电池电堆包括由上到下依次设置的上端板、支撑板、上绝缘板、上集流板、电堆主体、下集流板、下绝缘板和下端板；所述燃料电池电堆还包括拉杆，所述拉杆的一端与所述上端板连接，另一端与所述下端板连接；所述支撑板与所述上端板之间设置有弹性件，所述支撑板的下表面设置有沉槽。

2.如权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述沉槽的数量设置为多个，所述沉槽沿所述支撑板的宽度方向延伸。

3.如权利要求2所述的燃料电池电堆，其特征在于，多个所述沉槽沿所述支撑板的长度方向间隔排布。

4.如权利要求3所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述支撑板的上表面设置有多个限位柱，所述弹性件的数量设置为多个，多个所述弹性件套设于多个所述限位柱。

5.如权利要求4所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述多个限位柱沿所述支撑板的长度方向间隔排布。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述弹性件为碟簧。

7.如权利要求1至5中任意一项所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述上端板和所述下端板设置为金属件，所述上绝缘板和所述下绝缘板设置为塑料件。

8.如权利要求7所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述上端板和/或所述下端板开设有多个凹槽。

9.如权利要求7所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述下绝缘板开设有安装槽，所述下端板安装于所述安装槽。

10.如权利要求7所述的燃料电池电堆，其特征在于，沿所述下绝缘板的长度方向的两端开设有多个开口，所述多个开口与所述电堆主体的内部连通。

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