[发明专利]燃料电池电堆绑带式压紧装配结构及其设计方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构及其设计方法，所属燃料电池技术领域，包括若干燃料电池，燃料电池一端设有主端板，燃料电池另一端设有辅端板，主端板外壁与辅端板外壁间设有若干压缩带，压缩带一端与主端板外壁间设有与主端板相螺纹式连接固定的固定螺丝，压缩带另一端与主端板外壁间设有与主端板相卡嵌式连接固定的挂钩销，压缩带上设有若干带孔，辅端板与燃料电池间设有若干间隙调节弹簧，间隙调节弹簧与辅端板间设有弹簧垫片。具有结构紧凑、压缩补充、密封性强、电流分布均匀、易于组装维修和使用寿命长的优点。改善了装配结构的可重复性，提高了结构压力的均匀性。避免了制造公差和原材料尺寸的变化影响结构尺寸精度。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构及其设计方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。低温燃料电池采用氢燃料，只产生水，因此是零排放机动性的理想技术。最先进的燃料电池利用质子交换膜将质子从阳极(氢在阳极分解成质子和电子)输送到阴极(氢在阴极与氧结合形成水)。释放能量用来驱动负载实现能量转换。每个典型的电化学电池单元产生大约0.6到1V的电压，电池单元堆叠在一起产生高压，形成物理上的燃料电池电堆。

在早期的传统设计中，电池单元双极板及MEA组装是由拉杆连接在一起的。电堆两端的两个端板提供一个定义好的平面。拉杆将两个板连接在一起，并在电池单元上提供压缩力。通常在拉杆紧固件和端板之间放置螺旋形或蝶形等弹簧，以允许端板移动，从而补偿电堆组件的热膨胀和吸湿膨胀。由于拉杆结构的缺点是零件数量多，占用空间大。后来采用将拉杆放入中央管汇可能会减少所需的外部体积，但仍会占用中央管汇的体积，从而影响电堆的设计。此外，一些拉杆需要和良好的平衡组件装配，以确保均匀的电池单元压缩。因此，检查和定期维护是强制性的。

随后使用绑带捆绑电堆组件进行改进，从而实现一个更紧凑的设计与更少的零件。然而制造公差使绑带和电堆的长度不同。因此这些绑带需要切割成一定的长度并焊接在一起以捆绑电堆，或者在绑带的末端有额外的调节杆和螺丝来调节燃料电池组件的长度差异。后者是首选，因为它允许电堆修复和重复使用零件，有零件减少的好处，减少维护绑带是妥协。在这两种情况下，端板所定义的电堆长度将随极板的制造公差而变化，因此不可能在保证最佳电堆压缩的同时保持长度不变。

发明内容

本发明主要解决现有技术中存在密封性差、电流分布不均匀、易燃、膨胀收缩率不稳定、使用周期短和维修维护不方便的不足，提供了一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构及其设计方法，其燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，具有结构紧凑、压缩补充、密封性强、电流分布均匀、易于组装维修和使用寿命长的优点。其设计方法解决了公差累积或组件的热膨胀而产生的厚度变化的问题。改善了装配结构的可重复性，提高了结构压力的均匀性，预防了气体泄漏导致火灾。避免了制造公差和原材料尺寸的变化影响结构尺寸精度。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，包括若干燃料电池，所述的燃料电池一端设有主端板，所述的燃料电池另一端设有辅端板，所述的主端板外壁与辅端板外壁间设有若干压缩带，所述的压缩带一端与主端板外壁间设有与主端板相螺纹式连接固定的固定螺丝，所述的压缩带另一端与主端板外壁间设有与主端板相卡嵌式连接固定的挂钩销，所述的压缩带上设有若干与挂钩销相活动式限位嵌套的带孔，所述的辅端板与燃料电池间设有若干间隙调节弹簧，所述的间隙调节弹簧与辅端板间设有弹簧垫片。通过在弹簧垫片和间隙调节弹簧，实现燃料电池堆的总长度尺寸精度，并且可以批量生产统一长度尺寸规格的压缩带，简化了装配流程，提高了批量生产装配效率，同时降低了成本。