[发明专利]一种可调节燃料电池端板封装结构

说明书

本发明属于燃料电池封装技术领域，尤其涉及一种可调节燃料电池端板封装结构，包括电堆堆芯、紧密设于电堆堆芯上、下表面的集流板、以及分别设于集流板上方和下方的上端板和下端板，上端板和下端板的左、右两端部、以及中间位置分别通过第一定位绝缘螺杆、第二定位绝缘螺杆和第三定位绝缘螺杆连接；还包括补偿装置，补偿装置包括进气组件、以及与进气组件连接的多组补偿机构，进气组件包括空气滤芯、与空气滤芯连接的空压机，空气滤芯与空压机之间设有一流量计；本发明在电堆各螺杆预紧力不足时，采用补偿装置提供补偿，能够保证端板压紧力的均匀性，进而提高了电堆的输出性能。

技术领域

本发明属于燃料电池封装技术领域，尤其涉及一种可调节燃料电池端板封装结构。

背景技术

当今石油能源短缺与大气环境的污染已是全球面临的重大问题。交通运输中排放的尾气是大气污染和温室气体的主要来源之一，因此开发新能源汽车，进行交通能源转型势在必行。氢燃料电池具有效率高、可靠性高、无污染等诸多优势受到了广泛关注。燃料电池是由端板和紧固件将多个串联的单电池、集流板和绝缘板封装在一起。单电池是由双极板、密封件和膜电极组成，为了使电池能够稳定安全的运行，各部件需要有一定的接触压力来保证电堆内部气体的工作压力且防止气体泄漏。然而，在燃料电池电堆运行过程中，受高低温环境的影响，电堆内各部件的热胀冷缩会使得电堆的压紧力发生变化，进而导致各部件发生形变，造成气体泄漏，影响电堆的使用安全和降低电堆的性能。通常情况下会在螺杆上使用弹垫、碟簧等具有回弹特性的材料防止电堆产生形变，但由于螺杆产生的力矩不一致使得端板等发生翘曲，导致电堆内部部件之间的接触应力分布不均，电堆性能降低。

现有技术中：专利CN110931834A公开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；其中定位绝缘拉杆用于紧固电堆，定位绝缘拉杆一端通过防转结构安装于电堆的盲端端板，另一端通过螺钉与电堆的气口端板和拉带固定连接；气口端板表面设置端板槽，拉带位于端板槽内，用于补偿气口端板由于刚性不足造成的变形不均，即防止气口端板发生变形，拉带两端分别连接一个定位绝缘拉杆；端板槽能够约束拉带和定位绝缘拉杆的位置，能够更好地紧固电堆。此方案采用定位绝缘螺杆和拉带将电堆紧固，确保了电堆形变后的应力补偿。但是需要更多的辅助元件去约束拉带和定位绝缘螺杆，增加了组装的复杂性；不能主动调节封装力的大小且无法确保接触压力一致性分布。

专利CN107611466A公开一种燃料电池堆的封装结构，包括上下端板和、绝缘板、集电板、电堆本体、绝缘固定杆等部件，绝缘固定螺杆和和端板上的螺母相匹配用于紧固电堆，上下端板开凹槽用板簧进行定位，为电池堆内部提供恒定的组装压力。该结构的局限性在于：电堆装配复杂程度较高、需要复杂的定位工装，当电堆内部高度发生细微变化不能够调节封装力的大小，无法补偿端板的压力分布。

专利CN108346814A公开了一种燃料电池堆的紧固装置，紧固装置包含了三种钢带、两种弧形弹性部件和特制的短板结构，可以很好的抵抗来自不同方向外部激励，防止了振动造成的“塌腰”现象。但是，由于第三钢带是通过反射弧压紧到第一钢带上面，会使得弹性反射弧的受力变大，不利于封装的可靠性；未考虑钢带等连接件的绝缘问题且封装工艺复杂。

专利CN211605305U公开了一种电堆端板组件及质子交换膜燃料电池，电堆端板组件包含了端板、压紧板、压缩弹簧和连接螺栓，与常规螺栓封装原理相似，不同之处是在端板上方加装了压缩弹簧和压紧板，避免了电堆端板的中间向电堆外部凸起，提高了电堆的整体性能。该方案的缺点是不能抵抗来自非压紧方向的振动，其次压紧板与连接螺栓刚性连接，材料的连续形变可能导致刚性连接松动失效。