[发明专利]一种可调节的燃料电池封装结构

说明书

本发明提供一种可调节的燃料电池封装结构，包括定位绝缘拉杆和拉带；所述定位绝缘拉杆用于紧固电堆，所述定位绝缘拉杆一端通过防转结构安装于所述电堆的盲端端板，另一端通过螺钉与所述电堆的气口端板和所述拉带固定连接；所述气口端板表面设置端板槽，所述拉带位于所述端板槽内，用于补偿所述气口端板由于刚性不足造成的变形不均，所述拉带两端分别连接一个所述定位绝缘拉杆。本发明的技术方案解决了大功率电堆拉带刚性不足、封装力无法调整、装配困难的问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种可调节的燃料电池封装结构。

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。

双极板和膜电极是燃料电池堆中的重要组成部分，双极板用于分配燃料、导电和支撑膜电极，膜电极是电化学反应发生的场所，双极板和膜电极堆叠并串联后组成燃料电池电堆。为了使燃料电池具有尽量小的接触电阻，就必须施加一定的作用力，使得气体扩散层被压缩，而燃料电池堆在运行过程中，尤其是启动和停机过程的温差较大，会引起燃料电池堆内各部件的热胀冷缩，材料的热胀冷缩最终会使得电堆的压紧力发生变化，并且紧固所使用的螺杆、紧固带或其他紧固材料也都随温度变化而变化，从而导致电堆内各部件的形变频繁发生变化，最终可能会导致气体扩散层变形，最终导致气体透过率降低，甚至气体扩散层破损，同时，带催化层的质子交换膜也有可能受微孔层的影响而发生屈服力变化，甚至被破坏，严重影响电堆的输出性能和寿命。通常情况下都会用金属螺杆来紧固电堆，并且在螺杆上使用弹垫、碟簧、弹簧等具有回弹性的材料来防止电堆高度的变化，但是螺母与螺杆间的摩擦力相差较大，达到特定堆内高度时的各螺杆紧固力可能会因扭矩不一致，而导致端板法向应力不一致，甚至翘曲。

发明专利一种燃料电池堆的封装结构(公开号为CN107611466A，公开日为20180119)，公开了一种燃料电池堆的封装结构，绝缘固定杆的两端分别与上端板的螺母和下端板的螺母连接，螺母的内表面具有与绝缘固定杆的两端的外螺纹相匹配的内螺纹；该结构的局限性在于：绝缘固定杆无堆芯定位功能，无法补偿气孔端板的压力分布，无法满足老化后金属板燃料电池堆内高度的细微变化，从而造成压紧力上的不足；此方法虽然能够保证电池堆的正常工作条件，但装配复杂，还需要有复杂的定位工装，端板处有较大定位开槽。

专利燃料电池堆的紧固装置(公开号为CN108346814A，公开日为20180731)公开了一种用于燃料电池堆的紧固结构和燃料电池堆，该结构较好的解决了体积和重量问题，而且也有效的解决了气口端板的问题，但该发明的局限性在于：

1、反弧部需要具有较强的弹性形变能力来应对物料应变、热胀冷缩所造成的形变，材料的选型非常困难，并且为了应对热胀冷缩所造成的压力变化，反弧部的两端会频繁的在水平和垂直方向发生形变，从而摩擦紧固带，而第三紧固带又从中间进一步向下压紧第一紧固带，从而使得第一紧固带在弧部的受力变大，不利于紧固带的可靠性，尤其不适于燃料电池堆在汽车上的应用；

2、未考虑双极板膜电极组与紧固带间的绝缘问题，故而可能只能使用非金属类紧固带，而一般地，非金属类紧固带的热膨胀系数是不锈钢材质的数倍，所以对弧部及紧固带的设计和加工要求极高，稍有偏差就有可能造成燃料电池堆的松弛；

3、正弧部、反弧部在堆上的着力点主要集中在端板的中心位置，当端板材料厚度不足时，可能会造成端板法向上的边缘位置发生翘曲变形，或者是在紧固带热变形过大的情况下，都会导致电堆压紧力的一致性变差，甚至出现气密性问题，因此不适合用于具有较大膜电极宽度，或者是具有较大堆内高度的大功率燃料电池堆的组装。

发明内容