[發明專利]一種質子交換膜燃料電池電堆結構

在審

• 申請號: 201710138182.2
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106816619A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 程敏;梁棟;竇永香;徐麗雙;單金環
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/248
• 分類號: H01M8/248
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 李馨

技術領域

本發明涉及燃料電池電堆結構，尤其涉及一種質子交換膜燃料電池電堆結構。

背景技術

燃料電池是一種將化學能直接轉化成電能的清潔能源技術，具有高能量轉換效率、結構簡單、低排放、低噪音等優點，在燃料電池中，流場板分配燃料，串聯堆中的單個電池、導電和支撐膜電極。膜電極是燃料電池中最重要的部件之一，由氣體擴散層和催化層組成，而燃料電池就是由這樣的流場板與膜電極相互層疊而成的堆疊體。燃料電池電堆在運行過程中，溫度變化會引起電堆內部各部件的熱脹冷縮，在組裝力的作用下，電堆各部件會發生松弛效應。無論是熱脹冷縮還是松弛效應，都將導致電堆壓縮率的變化，從而導致組裝力的波動。若電堆組裝力變大，氣體擴散層被壓縮變形加大，擴散層的孔隙率減小，反應效率變低，同時，質子交換膜可能發生屈服甚至破壞；如果封裝力變小，膜電極與流場板之間的接觸電阻變大，嚴重影響電堆的性能，另一方面，也可能造成電堆密封失效。因此，燃料電池電堆的結構對其性能影響特別大。一般電堆使用螺桿來緊固電堆，也沒有任何輔助補償系統，該結構裝配較復雜，并且由于端板的受力點位于端板邊緣，會造成電堆端板明顯的法向撓曲，使流場板和膜電極所受壓力不均勻，嚴重影響電堆的性能。

申請號為201610473184.2的發明專利《一種質子交換膜燃料電池堆鋼帶緊固裝置》中公開了一種緊固結構，其局限性在于：1、彈簧壓板擋住一部分氣口端板的空間，導致氣口端板的空間利用率下降，使電堆與外界的流體交換管道接口的設計受限制；從氣口端板的集成度方面考慮，該結構不利于集成氣口上進出電堆的傳感器接口；而且前端板與彈簧壓板的設計過于復雜，對裝配的過程十分不利；2、在進行電堆組裝時，橫桿很難置于拉帶末端的掛鉤內，即使橫桿被放入掛鉤內，也需繼續調整其螺紋孔的位置，使之與緊固螺栓對齊，因此，該結構實際操作起來，十分困難。

綜上，有必要為解決上述問題而發明設計一種操作方便，結構簡單緊湊的緊固結構。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種質子交換膜燃料電池電堆結構。本發明主要采用拉帶緊固電堆的結構，能使端板受力均勻，從而使流場板和MEA上的壓力分布均勻；采用盲端板，彈性元件與浮動端板組成的彈性補償結構，補償電堆內部零部件因松弛或溫度變化引起的熱脹冷縮導致的尺寸變化，維持電堆恒定的組裝力；開放氣口端板的外部空間，利于氣口端板的集成設計。

本發明采用的技術手段如下：

一種質子交換膜燃料電池電堆結構，順次包括氣口端板、氣口端集流板、流場板與膜電極組、盲端集流板和電堆彈性補償結構，其特征在于，上述結構沿所述電堆彈性補償結構的端部向所述氣口端板的方向依次用多組拉帶結構緊固，所述拉帶結構包括用于容納所述電堆結構的且一端開口的U型金屬拉帶，所述金屬拉帶的末端折彎成與T型螺栓的圓桿匹配的圓環后焊接在所述金屬拉帶的拉帶末端搭接處；所述金屬拉帶上的T型螺栓穿過所述氣口端板上的固定孔，通過螺母與所述氣口端板連接緊固；

所述氣口端板為所述電堆結構的起始端，所述氣口端板外側為開放面，用于集成電堆進氣歧管和傳感器接口；

所述電堆彈性補償結構為所述電堆結構的末端，所述電堆彈性補償結構用于補償因零部件的松弛或/與溫度的改變引起電堆的熱脹冷縮而導致的組裝力變化，由盲端板、彈性元件和浮動端板組成。

進一步地，所述氣口端板上設有流體通道，所述氣口端板的側面設有用于容納所述金屬拉帶末端的凹槽Ⅱ，所述凹槽Ⅱ上下表面與所述金屬拉帶末端均設有用于通過螺母線性調節電堆的厚度尺寸的間隙Ⅱ。

進一步地，所述盲端板開有與所述彈性元件匹配的定位盲孔Ⅰ，所述浮動端板上開有與所述彈性元件匹配的定位盲孔Ⅱ，將所述彈性元件置于所述定位盲孔Ⅰ和所述定位盲孔Ⅱ之間后，所述盲端板通過定位孔Ⅰ與所述浮動端板的定位孔Ⅱ通過定位桿定位將所述彈性元件夾在兩板之間。

進一步地，所述盲端板上設有用于所述金屬拉帶穿過卡入的凹槽Ⅰ，所述電堆彈性補償結構與所述電堆結構主體緊固后，所述彈性元件被壓縮，所述盲端板與所述浮動端板之間設有用于對電堆的尺寸變化起到補償作用的間隙Ⅰ。

進一步地，所述金屬拉帶與所述盲端板上的凹槽Ⅰ接觸的底部為與所述凹槽Ⅰ匹配的圓弧面，折彎處設有折彎圓角過渡。