[发明专利]一种端板受力可调节的燃料电池电堆

说明书

本发明公开了一种端板受力可调节的燃料电池电堆，涉及燃料电池技术领域，包括电堆机构，电堆机构的两端分别设有固定端板和调节端板机构，调节端板机构包括调节端板和与调节端板配合的调节组件，调节组件位于调节端板和电堆机构之间，调节组件包括弹簧端板，弹簧端板的一侧与电堆机构固定连接，调节端板机构向电堆机构提供由弹簧端板的中心向四周逐渐减小的压力。本发明通过调节组件工作使电堆内部各点受力大小相同，更加完善燃料电池的电堆结构设计，既能够避免极板与MEA间初始装配间隙过大，也能够防止电堆密封效果较差和反应气体泄漏，引起更加严重的后果，提高了燃料电池的性能、质量以及使用寿命，降低了燃料电池使用时的安全隐患。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种端板受力可调节的燃料电池电堆。

背景技术

燃料电池电堆由多个相同的单电池串联装配而成，主要包括端板、双极板、膜电极和密封垫圈等组件，其中各单电池在端板的紧固螺栓作用下收到装配压力，双极板于MEA间属于超静定装配。干频等人在《金属极板燃料电池电堆接触压力的分布规律》中指出，电堆内部装配压力的传递机理为：施加扭矩后，端板对金属极板上产生装配力，金属极板在装配力的作用下，压缩密封垫圈使其厚度减小从而与MEA产生接触。因此在电堆装配完成后螺栓装配扭矩产生的装配力由密封垫圈和MEA共同承担。通常，密封垫圈的厚度大于MEA的厚度，因此使得极板与MEA间存在初始装配间隙。如果密封垫圈厚度过大，则会造成极板与MEA间初始装配间隙过大。此时如果螺栓装配扭矩不够，则会导致极板与MEA间接触不充分和MEA接触压力较小，使接触电阻增大导致PEMFC性能降低，反之。如果密封垫圈厚度过小，则可能导致极板和MEA过分接触和MEA上接触压力过大，造成MEA损坏；甚至由于密封垫圈厚度不够，导致电堆密封效果较差和反应气体泄漏，引起更加严重的后果。

此外，在实际的装配过程中，端板的四个角由于通过螺栓固定，导致其装配位移较大，而中间位移较小，存在少量的不均变形。这是因为螺栓装配扭矩施加在端板的四个角上及四边的中央，导致端板发生少了的翘曲，由此引起电堆中组件间接触不均匀。金属电极板也是四个角上位移较大，而中心区域位移较小。这些问题都会进一步放大上述后果，且会对燃料电池的性能、质量以及使用寿命造成严重的影响，甚至在使用时会造成安全隐患。

进一步的，现有技术中的燃料电池电堆，一旦在装配完成后，在使用一段时间后，会更加加剧不均衡的装配力对燃料电池的寿命的影响。然而现有技术中还未存在可以在使用过一段时间后仍然可以对燃料电池内部装配力进行调节，以避免燃料电池加速老化的燃料电池电堆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种端板受力可调节的燃料电池电堆，以解决现有技术中燃料电池中双极板之间各点受力大小不等，使用过程中无法对燃料电池内部装配力进行调节的技术问题。

本发明提供一种端板受力可调节的燃料电池电堆，包括电堆机构，所述电堆机构的两端分别设有固定端板和调节端板机构，所述调节端板机构包括调节端板和与调节端板配合的调节组件，所述调节组件位于调节端板和电堆机构之间，所述固定端板和调节端板之间设有若干个用于连接两者的固定杆，每个固定杆的两端分别与固定端板和调节端板通过螺栓连接；所述调节组件包括弹簧端板，所述弹簧端板的一侧与电堆机构固定连接，所述调节端板机构用于向电堆机构提供由弹簧端板的中心向四周逐渐减小的压力。

进一步，所述调节组件还包括若干个弹簧和若干个定位槽，所有所述弹簧的一端均与弹簧端板的另一侧固定连接，所有所述定位槽呈阵列分布在调节端板上，若干个弹簧与若干个定位槽一一对应且每个弹簧的另一端均插接在对应的定位槽内。

进一步，所述定位槽的深度由调节端板的中心向四周逐渐增大。

进一步，所述调节端板上的弹簧从中心向四周弹性系数从逐渐减小。