[發(fā)明專利]一種改善螺栓封裝燃料電池組件受壓均勻性的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710990012.7
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107808974B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳承偉;劉行;劉博;陳雪松;張偉;熊月嬌;王佳慶
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M8/2475
• 分類號: H01M8/2475;H01M8/248
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發(fā)明屬于燃料電池堆封裝技術(shù)領(lǐng)域，提供一種改善螺栓封裝燃料電池組件受壓均勻性的裝置，此封裝薄殼裝置裝配于端板和螺栓之間，其剖面形狀呈弓型，其彎曲方向與端板的彎曲變形方向相反；裝置的外緣區(qū)域在施加封裝力前與端板外緣存在平行間隙，間隙中安裝封裝墊圈，用于防止松動并且保證裝置與端板的緊密貼合。在封裝力作用下，該裝置可以減小端板向其外緣的彎曲變形。整個裝置可以簡單的加裝到燃料電池上，有效改善電池內(nèi)部組件的受壓均勻性，從而提升電池服役的安全穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池堆封裝技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種改善螺栓封裝燃料電池組件受壓均勻性的裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，下簡稱PEMFC)堆由多級單電池組成，常用的封裝方式有螺栓封裝和鋼帶封裝，本發(fā)明以螺栓封裝電池堆為例。對于螺栓封裝電池堆來說，端板與螺栓是施加封裝力的封裝組件。端板的結(jié)構(gòu)、螺栓的個數(shù)與分布形式、施加的螺栓擰緊力矩等需要合理設(shè)計，以保證電堆內(nèi)膜電極(MembraneElectrode Assembly，簡稱MEA)和密封件等組件封裝后壓縮均勻，從而有效防止局部應(yīng)力集中和組件之間接觸不良等負面現(xiàn)象的產(chǎn)生。通過螺栓施加的封裝力會導(dǎo)致端板向外緣發(fā)生彎曲變形，這種情況在大型車用電池堆中尤為明顯。這種情況會導(dǎo)致通過端板結(jié)構(gòu)傳遞到電池內(nèi)部組件上的壓力分布不均勻：在密封件和MEA外邊緣較大，但在MEA中心區(qū)域較小。較為嚴重的情況下，部分區(qū)域過高的壓力可能會使密封件發(fā)生局部的強度破壞，此外，MEA的不均勻受壓還會引起其局部的接觸電阻增大、物質(zhì)傳輸受阻和局部的溫度升高(形成熱點區(qū)域)等問題，從而影響到PEMFC的工作性能。因此為了保證電池在服役期間能夠穩(wěn)定且高效的工作，需要減小端板在封裝力作用下的彎曲變形，以改善MEA與密封件的受壓環(huán)境，實現(xiàn)均勻受壓。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種封裝薄殼裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種改善螺栓封裝燃料電池組件受壓均勻性的裝置，該裝置為封裝薄殼裝置1。在封裝力作用下，該裝置可有效減小端板向其外邊緣的彎曲變形，進而提升電池內(nèi)部的受壓均勻性，施加螺栓扭矩即為封裝力。所述的封裝薄殼裝置1由鋁合金金屬沖壓制作而成，其尺寸根據(jù)燃料電池組件施加螺栓扭矩過程中單電池組件的受壓狀況、阻抗、氣密特性確定，優(yōu)選厚度為2mm。

所述的封裝薄殼裝置1裝配于端板3和螺栓4之間，其橫截面尺寸與端板3尺寸的一致，其剖面形狀呈弓型，其彎曲方向與端板的彎曲變形方向相反。該裝置中心區(qū)域向端板3內(nèi)凹，在施加螺栓扭矩之前內(nèi)凹區(qū)域11與端板3中間區(qū)域接觸，裝置的外緣區(qū)域12在施加封裝力前與端板3外緣存在平行間隙，間隙中安裝封裝墊圈2，用于防止松動并且保證裝置與端板的緊密貼合；外緣區(qū)域12和內(nèi)凹區(qū)域11之間為彎曲過渡區(qū)域13。

旋轉(zhuǎn)螺栓4，施加螺栓扭矩，該過程中，封裝薄殼裝置1彎曲變形增大，彎曲過渡區(qū)域13和內(nèi)凹區(qū)域11均向著與薄殼彎曲方向相反的方向彎曲，同時外緣區(qū)域12被壓向端板，與封裝墊圈2接觸，封裝力通過墊圈2傳遞到端板3的外緣區(qū)域。端板3另一端依次設(shè)置絕緣板5、集電板6，兩個集電板6之間放置各單電池10，各單電池在封裝力作用下依靠組件之間的摩擦力形成緊密的整體結(jié)構(gòu)，每個單電池均由雙極板7、膜電極8和密封件9組成。封裝薄殼裝置1的外緣區(qū)域12，封裝墊圈2、端板3、絕緣板5、集電板6的邊緣處設(shè)有同心的圓形螺栓孔，用于螺栓4裝配通過，將各部件組裝在一起；所述的圓形螺栓孔的位置和尺寸根據(jù)單電池10上的螺栓孔確定。

所述的封裝墊圈2厚度略小于間隙尺寸，并且同樣加工有供螺栓裝配通過的圓形螺栓孔。

裝置的使用過程：

1)首先組裝安放燃料電池各組件。