一種燃料電池堆封裝結構的制作方法
【專利摘要】一種燃料電池堆封裝結構，涉及電池封裝結構領域，包括第一端板(4)、第二端板(11)及絕緣板(9)，所述第一端板(4)與第二端板(11)平行設置，所述絕緣板(9)平行位于所述第一端板(4)和第二端板(11)之間，所述電池堆位于所述絕緣板(9)和第一端板(4)之間，且電池堆組裝后的結構外部，包裹有玻璃纖維布(1)。該封裝結構便于組織自動化生產，能為燃料電池堆內部提供均勻、恒定的組裝壓力，保證了燃料電池堆的正常工作條件，從而保證了電池堆的工作壽命；同時，該封裝結構還具有占用空間小、質量輕、生產成本低的優點。
【專利說明】一種燃料電池堆封裝結構
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電池封裝結構領域，具體來講是一種燃料電池堆封裝結構。
【背景技術】
[0002]燃料電池堆的基本單元是單電池，就質子交換膜氫燃料電池堆而言，其單電池由膜電極、膜電極兩側的擴散層、與擴散層相鄰的電極板構成，與氫氣同側的電極板稱為陽極，與空氣(氧氣)同側的電極板稱為陰極。單電池的有效電壓很低，其開路電壓最高也只有1.229V，每平方厘米的單位面積一般也只能提供IA左右的電流，因此面積太小的單電池不具有實用性。通常將單電池制造為面積較大的薄層結構，外電路的回路電流是單位面積電流的并聯和，面積越大，提供給外電路的電流也就越大；然后由很多單電池串聯以獲得需要的足夠高的電壓，此時，一個單電池的陽極與另一個單電池的陰極合并，并稱之為雙極板。雙極板與膜電極之間還存在密封圈，用以隔絕大氣，這種由多層單電池組成的帶有密封圈的層疊結構是電池堆的核心部分。
[0003]目前電池堆封裝結構主要有以下缺點:
[0004]1、封裝過程復雜，不便于組織自動連續生產。目前生產的電池堆大多是實驗室產品，采用螺桿或者鋼帶在壓力機上進行手工裝配，各緊固點之間的壓力難于調節平衡、組裝生產效率低。
[0005]2、封裝結構不能保證均勻、恒定的組裝壓力，從而不能保證膜電極與雙極板正常工作，影響燃料電池堆工作壽命。原因之一是膜電極與擴散層、擴散層與雙極板之間均存在接觸電阻，如果壓力不均勻，會導致接觸電阻不均勻，進而造成電池內部各點內阻不均勻以及反應效率不一致，從而使各處的發熱量不一致，容易造成局部過熱，損壞膜電極；如果壓力不恒定，則電池的伏安特性不穩定，導致與燃料電池控制軟件的參數匹配性下降，達不到最優控制。原因之二在于膜電極及雙極板均有其最大可承受應力，局部壓力過高可能導致膜電極局部早期破損、雙極板壓潰，發生氣體泄漏、膜電極燒毀等問題。
[0006]采用鋼帶方式時，鋼帶長度難以有效保持恒定，隨著溫度不斷的上升與下降交替變化，鋼帶緊固件容易產生滑移，造成綁扎力變化；鋼帶還會發生蠕變，隨著時間變化，也導致層疊結構的組裝壓力變化。
[0007]采用螺桿連接方式時，螺桿及螺母等緊固件占據的空間大、重量大，損害了電池堆的功率密度。
[0008]現有的大多數的燃料電池產品尚沒有考慮解決壓力變化的問題。少數廠家采用在封裝結構上增加彈力元件的方式，包括圓柱彈簧、蝶形彈簧、橡膠空氣彈簧、橡膠墊這幾類。其中圓柱彈簧因遵守胡克定律，其形變與彈力成正比，不能保證壓力的恒定；蝶形彈簧雖然具有占用空間小的優點，但仍遵守胡克定律；橡膠空氣彈簧及橡膠墊能夠很好的解決均勻性問題，但橡膠空氣彈簧的制造工藝性差，成本高，并且與橡膠墊一樣具有品質與長期穩定性能無法保證的缺點。實用新型內容
[0009]針對現有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種燃料電池堆封裝結構，該封裝結構便于組織自動化生產，能為燃料電池堆內部提供均勻、恒定的組裝壓力，保證了燃料電池堆的正常工作條件，從而保證了電池堆的工作壽命；同時，該封裝結構還具有占用空間小、質量輕、生產成本低的優點。
[0010]為達到以上目的，本實用新型采取的技術方案是:一種燃料電池堆封裝結構，包括第一端板、第二端板及絕緣板，所述第一端板與第二端板平行設置，所述絕緣板平行位于所述第一端板和第二端板之間，所述電池堆位于所述絕緣板和第一端板之間，且電池堆組裝后的結構外部，包裹有玻璃纖維布。
[0011 ] 在上述方案的基礎上，所述第二端板朝向電池堆的表面設有多個盲孔，每個所述盲孔內固定一個開槽型碟形彈簧。
[0012]在上述方案的基礎上，還包括至少兩根絕緣定位桿，所述第一端板、第二端板、絕緣板及電池堆均對應設有至少兩個位置相同的定位孔，每根所述絕緣定位桿通過該定位孔，依次貫穿所述第一端板、電池堆、絕緣板及第二端板。
[0013]在上述方案的基礎上，所述絕緣定位桿的材質為陶瓷或酚醛樹脂。
[0014]在上述方案的基礎上，所述第一端板和第二端板均具有圓滑邊緣。
[0015]在上述方案的基礎上，在電池堆的四個側面均設有絕緣護板。
[0016]在上述方案的基礎上，所述玻璃纖維布朝向電池堆的一面為粘膠面。
[0017]本實用新型的有益效果在于:
[0018]1、玻璃纖維布不但密度低，而且厚度小，一般大約在0.8mm左右，并且具有很高的彈性模量，包裹電池堆時，一般只需要纏繞4-5層即可，即玻璃纖維布在電池堆外側僅占據大約3_4mm ;有效提高了電池堆功率密度。同時，開槽型碟形彈簧厚度小，用料少，從而使封裝結構占用空間小、質量輕，進一步提高了電池堆功率功率密度。
[0019]2、由于玻璃纖維布具有導熱系數小的特點，可以對包裹后的電池堆起到保溫作用，從而改善了電池堆芯部與外圍溫差大的問題，也增強了電池堆的低溫環境適應能力。
[0020]3、玻璃纖維布材料成本低，采用纏繞方式包裹電池堆，封裝過程簡單，從而使燃料電池堆封裝結構成本低，且便于用于自動化生產。
[0021]4、由于采用了開槽型碟形彈簧，其具有在其許可變形量的中間存在一段形變位移，在該形變位移內彈力保持恒定不變的特性，從而為電池堆內部提供均勻、恒定的組裝壓力，保證了燃料電池堆的正常工作條件，從而也保證了其工作壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型一種燃料電池堆封裝結構的結構示意圖。
[0023]附圖標記:玻璃纖維布I ;粘膠面2 ;絕緣定位桿3 ;第一端板4 ;密封圈5、膜電極
6、雙極板7 ;絕緣護板8 ;絕緣板9 ;開槽型碟形彈簧10 ;第二端板11。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖對本實用新型的實施例作進一步詳細說明。
[0025]如圖1所示，本實用新型燃料電池堆封裝結構包括平行設置的第一端板4、第二端板11及絕緣板9，絕緣板9位于所述第一端板4和第二端板11之間，所述第二端板11的底部設有多個盲孔，每個所述盲孔內固定一個開槽型碟形彈簧10，電池堆位于所述絕緣板9和第一端板4之間，且在電池堆安裝好后的結構外部包裹玻璃纖維布I。本實用新型燃料電池堆封裝結構還包括至少兩根絕緣定位桿3，所述第一端板4、第二端板11、絕緣板9及電池堆均對應設有至少兩個位置相同的定位孔，每根所述絕緣定位桿3通過該定位孔，依次貫穿所述第一端板4、電池堆、絕緣板9及第二端板11。第一端板4和第二端板11均應具有圓滑邊緣，防止玻璃纖維布I被割斷，并且在壓力機夾持電池堆時，第一端板4和第二端板11的中部均不發生過量形變。
[0026]本實用新型在組裝電池堆時，首先在第二端板11的盲孔上固定開槽型碟形彈簧10，接著放置絕緣板9，再一層一層地將膜電極6、密封圈5、雙極板7根據需要的層數依次疊放上去，然后放置第一端板4。為了方便電池堆的固定安裝，在單電池上設置孔，并將多個單電池層疊成電池堆，用壓力機夾持電池堆兩側，再將絕緣定位桿3穿過電池堆上的孔，從而將電池堆固定于絕緣板9和第一端板4之間。為了防止玻璃纖維布I被雙極板7割斷，在電池堆的四個側面均布置絕緣護板8，當雙極板7沒有鋒利邊緣時，則不必使用絕緣護板8。電池堆組裝好后，借助拉力機將玻璃纖維布I 一圈圈地纏繞在已組裝電池堆的結構外部，纏繞的圈數應足夠使玻璃纖維纖維布I能夠承受電池堆的張應力。玻璃纖維布I朝向電池堆的一面具有粘膠面，在玻璃纖維布I纏繞的最后一圈的粘膠面2上涂膠，將玻璃纖維布I粘牢，以固定玻璃纖維布I的布頭。
[0027]對于電池堆的層疊結構，膜電極6與密封圈5可以整合為一整體，形成帶密封圈5的膜電極6，也可以將雙極板7與密封圈5整合為一整體，形成帶密封圈5的雙極板7。
[0028]開槽型碟形彈簧10具有這樣的特點:在其許可變形量的中間存在一段形變位移，在該形變位移內彈力保持恒定不變。在本實用新型中，應根據需要設計中間段形變量以及其恒定彈力的值，中間段形變量的大小應考慮電池堆的層疊結構以及整個封裝結構的熱脹冷縮效應，無論電池堆膨脹或收縮，其變形量不應使開槽型碟形彈簧10的變形超出其中間范圍。
[0029]本實用新型不僅局限于上述最佳實施方式，任何人在本實用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本實用新型相同或相近似的技術方案，均在其保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種燃料電池堆封裝結構，包括第一端板(4)、第二端板(11)及絕緣板(9)，所述第一端板(4)與第二端板(11)平行設置，所述絕緣板(9)平行位于所述第一端板(4)和第二端板(11)之間，其特征在于:所述電池堆位于所述絕緣板(9)和第一端板(4)之間，且電池堆組裝后的結構外部，包裹有玻璃纖維布(I)。
2.如權利要求1所述的一種燃料電池堆封裝結構，其特征在于:所述第二端板(11)朝向電池堆的表面設有多個盲孔，每個所述盲孔內固定一個開槽型碟形彈簧(10)。
3.如權利要求1所述的一種燃料電池堆封裝結構，其特征在于:還包括至少兩根絕緣定位桿(3)，所述第一端板(4)、第二端板(11)、絕緣板(9)及電池堆均對應設有至少兩個位置相同的定位孔，每根所述絕緣定位桿(3)通過該定位孔，依次貫穿所述第一端板(4)、電池堆、絕緣板(9)及第二端板(11)。
4.如權利要求3所述的一種燃料電池堆封裝結構，其特征在于:所述絕緣定位桿(3)的材質為陶瓷或酚醛樹脂。
5.如權利要求1所述的一種燃料電池堆封裝結構，其特征在于:所述第一端板(4)和第二端板(11)均具有圓滑邊緣。
6.如權利要求1所述的一種燃料電池堆封裝結構，其特征在于:在電池堆的四個側面均設有絕緣護板(8)。
7.如權利要求1所述的一種燃料電池堆封裝結構，其特征在于:所述玻璃纖維布(I)朝向電池堆的一面為粘膠面(2)。
【文檔編號】H01M8/02GK203607493SQ201320783547
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】宋艷平, 張寶春, 靳殷實, 韓福江, 沈承 申請人:航天新長征電動汽車技術有限公司