[實用新型]一種帶彈簧的質子交換膜燃料電池堆型

有效

• 申請號: 201120474700.6
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN202333048U
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 付宇;侯中軍;王紅梅;竇永香;明平文
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 高永德

技術領域

本實用新型涉及燃料電池領域，尤其涉及質子交換膜燃料電池電堆組裝技術。

背景技術

質子交換膜燃料電池的核心元件是電堆，電堆的主體為MFA、雙極板及相應的密封元件的重復，一端為氧集流板，另一端為氫集流板，與這兩塊導流板相鄰的是電堆的端板。電堆的組裝主要是將雙極板與膜電極三合一組件(MFA)交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢。

傳統的質子交換膜燃料電池電堆組裝形式的不足是：由于每根螺桿上螺母松緊程度不同導致燃料電池堆橫截面上各部分的緊固負荷不同，直接影響電堆內部接觸電阻的值，從而影響電池性能。此外，燃料電池的溫度會在工作停止時的環境溫度(20℃)和工作期間的冷卻水溫度(約80℃)之間反復的變化，所以燃料電池電堆的緊固負荷會因為燃料電池溫度變化而變化，燃料電池電堆的緊固負荷也會因為電解質薄膜和電極長時間使用發生溶脹而變化，從而影響電池性能。

對于以石墨材料為雙極板的質子交換膜燃料電池，由于石墨易碎，更給電堆組裝增加了難度。在層疊的過程中，為了降低電極接觸電阻并密封氣和水，燃料電池電堆緊固負荷需要在電堆整個橫截面范圍內均勻，并且緊固負荷不能過大的變動。

為克服傳統技術的不足，發明專利1757132A公開了一種帶有彈簧模塊的燃料電池組，彈簧模塊設置在端板和燃料電池層疊體之間，包括容納彈簧的殼體組件、減振器、螺旋彈簧和低彈性類型的海綿。該專利技術的不足是：燃料電池組組件多，組裝比較復雜，所用的彈簧模塊具有較低的彈簧常數，而且彈簧模塊只在大變形范圍內適用。

發明內容

本實用新型目的在于通過提供一種帶彈簧的質子交換膜燃料電池堆型來解決現有技術的上述問題。該質子交換膜燃料電池堆型通過彈簧自身彈性壓縮形變有效補償燃料電池堆內的膜膨脹和壓應力松弛引起燃料電池內部層疊體緊固力的變化，減小沿燃料電池層疊方向負荷的變化。

本實用新型的目的通過以下技術方案實現：

一種帶彈簧的質子交換膜燃料電池堆型，包括：質子交換膜燃料電池電堆內部層疊體、電堆上端板、下端板、端板封頭、螺桿、螺母和墊片，螺桿穿過上端板和下端板周邊上均布的孔，在下端板外面用螺母將質子交換膜燃料電池電堆緊固，其特征在于所述帶彈簧的質子交換膜燃料電池堆型還包括壓縮彈簧，壓縮彈簧套裝在螺桿的下端，位于下端板外面與螺母之間。

本實用新型所述一種帶彈簧的質子交換膜燃料電池堆型，其特征在于所述壓縮彈簧是矩形螺旋彈簧。

本實用新型所述一種帶彈簧的質子交換膜燃料電池堆型，其特征在于所述壓縮彈簧兩端均墊有墊片。

本實用新型組裝質子交換膜燃料電池電堆的方法包括以下步驟：

a、按照燃料電池組裝方法將燃料電池雙極板與MFA交替疊合，各單體之間嵌入密封件放在下端板上；

b、將集流板及單電池組裝在一起，再將上端板放上；

c、螺桿套入墊片從上端板穿行到下端板；

d、在螺桿延伸部套入壓縮彈簧，壓縮彈簧兩端均添加墊片；

e、螺母旋在螺桿上，使用電堆組裝裝置對電堆施加壓力；

f、當達到組裝壓力時，使用扭矩扳手將螺帽旋緊直到壓縮彈簧受壓緊密貼合在一起；

g、在上、下端板上安裝端板封頭。

本實用新型的優點及有益效果是：

1、通過在傳統的組裝結構上添加簡單的彈簧組件，有效補償燃料電池堆內部緊固力的變化，減小沿燃料電池層疊方向負荷的變化，提高了電堆尺寸穩定性，有利于提高電池的性能，效果明顯；

2、矩形螺旋彈簧剛度大，能以小變形承受大載荷，在一定緊固力的作用下可以緊密的貼合在一起，組件拆裝方便。

附圖說明

本實用新型共有附圖五幅，其中

圖1為本實用新型電池堆型結構示意圖。

圖2為本實用新型電池堆型組裝完成結構示意圖。

圖3為圖2的俯視示意圖。

圖4為壓縮彈簧示意圖。

圖5為壓縮彈簧壓緊狀態示意圖。

圖中：1、螺桿，2、墊片，3、上端板，4、集流板，5、雙極板，6、MEA，7、下端板，8、螺母，9、壓縮彈簧，10、端板封頭。

具體實施方式

如圖所示，質子交換膜燃料電池堆型主要包括集流板4、雙極板5、MEA6、上端板3、下端板7、端板封頭10、壓縮彈簧9、螺桿1、螺母8和墊片2。

組裝一臺質子交換膜燃料電池電堆，電堆節數100節，實際要求電堆組裝壓力20KN，根據計算選用彈簧規格D＝16mm，d＝8mm，L＝50mm。首先按照燃料電池組裝方法將燃料電池雙極板5與MEA6交替疊合，各單體之間嵌入密封件放在下端板7上，集流板4放在與端板相鄰的位置，再將上端板3放上。螺桿1套入墊片從上端板3穿行到下端板7，在螺桿1延伸部套入壓縮彈簧9，壓縮彈簧9兩端均添加墊片2，螺母8旋在螺桿1上。將電堆放在組裝裝置上施加組裝力到20KN，然后使用扭矩扳手將螺母8旋緊直到壓縮彈簧9受壓緊密貼合在一起。電堆從組裝裝置上取下，在上、下端板上分別安裝端板封頭10，至此電堆組裝完畢。