[发明专利]一种质子交换膜燃料电池电堆结构

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池电堆结构，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池电堆结构。

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，在燃料电池中，流场板分配燃料，串联堆中的单个电池、导电和支撑膜电极。膜电极是燃料电池中最重要的部件之一，由气体扩散层和催化层组成，而燃料电池就是由这样的流场板与膜电极相互层叠而成的堆叠体。燃料电池电堆在运行过程中，温度变化会引起电堆内部各部件的热胀冷缩，在组装力的作用下，电堆各部件会发生松弛效应。无论是热胀冷缩还是松弛效应，都将导致电堆压缩率的变化，从而导致组装力的波动。若电堆组装力变大，气体扩散层被压缩变形加大，扩散层的孔隙率减小，反应效率变低，同时，质子交换膜可能发生屈服甚至破坏；如果封装力变小，膜电极与流场板之间的接触电阻变大，严重影响电堆的性能，另一方面，也可能造成电堆密封失效。因此，燃料电池电堆的结构对其性能影响特别大。一般电堆使用螺杆来紧固电堆，也没有任何辅助补偿系统，该结构装配较复杂，并且由于端板的受力点位于端板边缘，会造成电堆端板明显的法向挠曲，使流场板和膜电极所受压力不均匀，严重影响电堆的性能。

申请号为201610473184.2的发明专利《一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置》中公开了一种紧固结构，其局限性在于：1、弹簧压板挡住一部分气口端板的空间，导致气口端板的空间利用率下降，使电堆与外界的流体交换管道接口的设计受限制；从气口端板的集成度方面考虑，该结构不利于集成气口上进出电堆的传感器接口；而且前端板与弹簧压板的设计过于复杂，对装配的过程十分不利；2、在进行电堆组装时，横杆很难置于拉带末端的挂钩内，即使横杆被放入挂钩内，也需继续调整其螺纹孔的位置，使之与紧固螺栓对齐，因此，该结构实际操作起来，十分困难。

综上，有必要为解决上述问题而发明设计一种操作方便，结构简单紧凑的紧固结构。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种质子交换膜燃料电池电堆结构。本发明主要采用拉带紧固电堆的结构，能使端板受力均匀，从而使流场板和MEA上的压力分布均匀；采用盲端板，弹性元件与浮动端板组成的弹性补偿结构，补偿电堆内部零部件因松弛或温度变化引起的热胀冷缩导致的尺寸变化，维持电堆恒定的组装力；开放气口端板的外部空间，利于气口端板的集成设计。

本发明采用的技术手段如下：

一种质子交换膜燃料电池电堆结构，顺次包括气口端板、气口端集流板、流场板与膜电极组、盲端集流板和电堆弹性补偿结构，其特征在于，上述结构沿所述电堆弹性补偿结构的端部向所述气口端板的方向依次用多组拉带结构紧固，所述拉带结构包括用于容纳所述电堆结构的且一端开口的U型金属拉带，所述金属拉带的末端折弯成与T型螺栓的圆杆匹配的圆环后焊接在所述金属拉带的拉带末端搭接处；所述金属拉带上的T型螺栓穿过所述气口端板上的固定孔，通过螺母与所述气口端板连接紧固；

所述气口端板为所述电堆结构的起始端，所述气口端板外侧为开放面，用于集成电堆进气歧管和传感器接口；

所述电堆弹性补偿结构为所述电堆结构的末端，所述电堆弹性补偿结构用于补偿因零部件的松弛或/与温度的改变引起电堆的热胀冷缩而导致的组装力变化，由盲端板、弹性元件和浮动端板组成。

进一步地，所述气口端板上设有流体通道，所述气口端板的侧面设有用于容纳所述金属拉带末端的凹槽Ⅱ，所述凹槽Ⅱ上下表面与所述金属拉带末端均设有用于通过螺母线性调节电堆的厚度尺寸的间隙Ⅱ。

进一步地，所述盲端板开有与所述弹性元件匹配的定位盲孔Ⅰ，所述浮动端板上开有与所述弹性元件匹配的定位盲孔Ⅱ，将所述弹性元件置于所述定位盲孔Ⅰ和所述定位盲孔Ⅱ之间后，所述盲端板通过定位孔Ⅰ与所述浮动端板的定位孔Ⅱ通过定位杆定位将所述弹性元件夹在两板之间。

进一步地，所述盲端板上设有用于所述金属拉带穿过卡入的凹槽Ⅰ，所述电堆弹性补偿结构与所述电堆结构主体紧固后，所述弹性元件被压缩，所述盲端板与所述浮动端板之间设有用于对电堆的尺寸变化起到补偿作用的间隙Ⅰ。

进一步地，所述金属拉带与所述盲端板上的凹槽Ⅰ接触的底部为与所述凹槽Ⅰ匹配的圆弧面，折弯处设有折弯圆角过渡。