一种拼插式燃料电池装配结构制造技术

本发明专利技术涉及一种拼插式燃料电池装配结构，该装配结构包括电堆堆芯、端板(8)以及限位结构，其中端板(8)放置在电堆堆芯的上下端，可对电堆堆芯进行压缩和固定，电堆堆芯是由双极板、膜电极形成的电池组堆叠而成；双极板在保持反应区域特征不变的情况下，在双极板两侧加工出三种类型的侧翼特征。将一定数量具有相同侧翼特征的双极板堆叠，形成电池组，再将三种类型的电池组与限位结构相互配合，并通过配合后形成的孔结构与凸起结构完成堆叠拼插，形成电堆的最小装配单元。与现有技术相比，本发明专利技术可提升电堆堆芯的装配精度和装配效率，且可以为电堆提供额外约束，减小电堆装配后腰部塌陷的情况。的情况。的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种拼插式燃料电池装配结构


[0001]本专利技术属于燃料电池
，涉及一种拼插式燃料电池装配结构。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置，具有工作高效、零污染和功率密度高等特点。氢燃料电池在阳极输入氢气，氢原子失去电子变为质子，质子通过质子交换膜到达电池阴极，与外部电路到达的电子和阴极的氧气结合生成水。典型的燃料电池由双极板、膜电极以及端板组成。为满足燃料电池发电功率和电压需求，通常将多个单电池堆叠组装，由端板夹紧。
[0003]然而，大功率燃料电池由数百片双极板和膜电极堆叠，定位精度难以保证，影响单元电池输出性能，使得电堆性能一致性较差。此外，大量堆叠单电池会使电堆结构刚度差，在遇到振动冲击等恶劣工况时，电堆中部会出现“塌腰”现象，影响电堆密封性能并且使电池一致性恶化，存在安全隐患。
[0004]经过现有技术的文献调研发现，中国专利CN210607482U提出了一种单元燃料电池电堆，通过设置第一端板、第二端板和第三端板以减少燃料电池堆叠体的震动，提升装配时双极板的定位精度，但是该方法在增强大功率电堆结构刚度，改善电堆“塌腰”方面具有局限性。中国专利CN215578637U公开了一种燃料电池装配结构，通过设置阳极注塑密封件与阴极注塑密封件，将膜电极进行嵌入式装配，提升了双极板与膜电极之间的装配精度，但该方法没有改善相邻单电池之间的装配精度，对电堆装配后结构刚度的提升有限。中国专利CN105655609A公开了一种用于燃料电池电堆装配的内定位结构，通过在电池单元中设置专有的内定位结构，提升定位精度，但该方法需要在每块双极板内安装定位结构，降低电堆装配的效率，且装配后该结构对缓解电堆“塌腰“现象的能力提升有限。中国专利CN114865037A提出了一种电堆堆芯的组装方法，通过调整每一片双极板的质心位置提升电堆的装配精度，单该方法对齐质心的方式繁琐，降低了电堆装配效率，且仅通过质心对齐的方式装配对于电堆抗冲击性能提升有限。中国专利CN110098414A提出了一种燃料电池电堆的封装结构，通过极板两侧的凹陷与电堆封箱结构和限位杆的配合提升电堆的装配精度，但该方法需要根据不同电堆节数设计出不同的封箱结构与限位杆长度，降低了电堆装配的效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种拼插式燃料电池装配结构，本专利技术提升了电堆堆芯的装配精度和装配效率，且为电堆提供额外约束，减小电堆装配后腰部塌陷的情况。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术提供一种拼插式燃料电池装配结构，该装配结构包括电堆堆芯、端板以及限位结构，所述的电堆堆芯由多个装配单元堆叠形成，通过端板进行压缩固定；每个装配单
元包括依次堆叠的三号特征双极板组、一号限位结构下板、一号特征双极板组、一号限位结构上板、二号限位结构下板、二号特征双极板组、二号限位结构上板，其中三号特征双极板组设有三号侧翼特征，一号特征双极板组设有一号侧翼特征，一号侧翼特征上开有固定环状孔，二号特征双极板组设有二号侧翼特征；固定环状孔与二号限位结构下板拼插配合，一号限位结构下板与三号侧翼特征相互配合，三种不同侧翼特征的双极板共同组成电堆堆芯最小装配单元；所述的三号特征双极板组、一号特征双极板组和二号特征双极板组各由一定数量的相同双极板堆叠组成，三种双极板组之间除侧翼特征具有差异以外，双极板板面特征完全相同。
[0008]进一步地，所述的一号限位结构下板与三号特征双极板侧翼特征配合形成间隙环状孔，该间隙环状孔的尺寸与二号限位结构上板相同，一装配单元顶部的二号限位结构上板与另一装配单元底部由三号特征双极板侧翼特征与一号限位结构下板形成的间隙环状孔相配合，实现装配单元之间的无缝拼插，依次拼插完成电堆堆芯的装配。
[0009]进一步地，所述固定环状孔的尺寸与二号限位结构下板相同。
[0010]进一步地，所述的一号限位结构下板和二号限位结构下板上开有盲孔，所述的一号限位结构上板和二号限位结构上板上开有光孔。
[0011]进一步地，所述的一号特征双极板上开有一号定位孔，所述的一号限位结构上板的光孔与一号限位结构下板的盲孔与一号定位孔相互配合，通过定位销连接，提升电堆的装配精度，所述的一号特征双极板组与一号限位结构下板和一号限位结构上板装配为一体。
[0012]进一步地，所述的一号限位结构下板和一号限位结构上板为几何轮廓相同的环状板。
[0013]进一步地，所述的二号特征双极板上开有二号定位孔，所述的二号限位结构上板的光孔与二号限位结构下板的盲孔与二号定位孔相互配合，通过定位销连接，提升电堆的装配精度，所述的二号特征双极板组与二号限位结构下板和二号限位结构上板装配为一体。
[0014]进一步地，所述的二号限位结构下板和二号限位结构上板为几何轮廓相同的环状板。
[0015]进一步地，所述限位结构的材料可压缩；所述一号限位结构上板的厚度与二号特征双极板组的厚度一致，所述一号限位结构下板的厚度与三号特征双极板组的厚度一致。
[0016]进一步地，所述二号限位结构下板的厚度小于一号特征双极板组的厚度，所述二号限位结构上板的厚度小于三号特征双极板组的厚度，避免两个装配单元进行拼插时出现干扰。所述定位销的长度需要进行核算，避免定位销影响电堆装配时的压缩。
[0017]作为优选的技术方案，三种双极板的主体部分可保持一致，在制造过程中，采用相同成形模具获得单极板，并通过不同的切边模形成三种侧翼特征；也可由不同模具直接加工出带有不同侧翼的单极板；若使用石墨极板则直接加工出带有不同侧翼特征的双极板。
[0018]作为优选的技术方案，三种双极板的侧翼特征可以与双极板分离，通过制作专有的限位结构，与相同的双极板组进行连接后形成具有不同侧翼特征的电池组。
[0019]作为优选的技术方案，双极板的侧翼特征为矩形结构，所述三号侧翼特征的形状为凸字形。
[0020]作为优选的技术方案，双极板的侧翼特征不限于矩形结构，可以根据加工条件设计为半圆等结构。
[0021]作为优选的技术方案，双极板的侧翼特征不限于左右两侧，可以根据实际情况加工在双极板上下两侧。
[0022]作为优选的技术方案，双极板的侧翼特征不限于每侧一个，可以根据实际需求加工两个及以上。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024](1)本专利技术通过设计三种双极板侧翼特征与限位结构，可以装配为三种电池组，三种电池组相互配合形成电堆最小装配单元，装配单元之间配合连接，提高装配精度和效率；
[0025](2)本专利技术的限位结构可与侧翼特征相互配合，可以为电堆施加沿电池平面方向的约束，缓解电堆在使用过程中因为振动、冲击等环境工况出现的“塌腰”现象，提高电池的使用寿命。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1中拼插式燃料电池装配结构单元组件的爆炸结构示意图；
[0027本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拼插式燃料电池装配结构，其特征在于，该装配结构包括电堆堆芯、端板(8)以及限位结构，所述的电堆堆芯由多个装配单元堆叠形成，通过端板(8)进行压缩固定；每个装配单元包括依次堆叠的三号特征双极板组(1)、一号限位结构下板(2)、一号特征双极板组(3)、一号限位结构上板(4)、二号限位结构下板(5)、二号特征双极板组(6)、二号限位结构上板(7)，其中三号特征双极板组(1)设有三号侧翼特征(11)，一号特征双极板组(3)设有一号侧翼特征(31)，一号侧翼特征(31)上开有固定环状孔(33)，二号特征双极板组(6)设有二号侧翼特征(61)；固定环状孔(33)与二号限位结构下板(5)拼插配合，一号限位结构下板(2)与三号侧翼特征(11)相互配合。2.根据权利要求1所述的一种拼插式燃料电池装配结构，其特征在于，所述的一号限位结构下板(2)与三号特征双极板侧翼特征(11)配合形成间隙环状孔，该间隙环状孔的尺寸与二号限位结构上板(7)相同。3.根据权利要求1所述的一种拼插式燃料电池装配结构，其特征在于，所述固定环状孔(33)的尺寸与二号限位结构下板(5)相同。4.根据权利要求1所述的一种拼插式燃料电池装配结构，其特征在于，所述的一号限位结构下板(2)和二号限位结构下板(5)上开有盲孔，所述的一号限位结构上板(4)和二号...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱殿凯，杨天宇，彭林法，易培云，来新民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：