一种燃料电池电堆结构及其装配方法与流程

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆结构及其装配方法。

背景技术：

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能转换成电能的装置。燃料电池一般可以包括堆叠了数百节极板和膜电极(membraneelectrodeassembly，mea)的电池组件。

相关技术中，燃料电池一般为螺杆式封装结构。在电池组件的上下两端分别设置有两块端板，端板四周布置了多个螺杆孔，螺杆(或称螺纹杆)穿过两侧端板，在螺杆上分别设置有紧固螺母，通过使得紧固螺母的扭矩达到预设区间的方式，利用螺杆向电池组件的堆叠结构提供封装压缩力，以使得mea各部位的受力基本一致。

在进行燃料电池的组装时，需要在燃料电池的四周穿设多根螺杆，且每根螺杆需要紧固数颗紧固螺母，在完成螺母的紧固后，还需要调整紧固螺母的扭矩以使每颗紧固螺母的扭矩处于预设区间。螺杆式封装的燃料电池装配较为繁琐，装配效率较低。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种燃料电池电堆结构及其装配方法，以解决螺杆式封装的燃料电池装配效率较低的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种燃料电池电堆结构。

本申请实施例提供的燃料电池电堆结构可包括：底板、电池主体、上端板、第一侧封板和第二侧封板；所述电池主体夹设在所述底板与所述上端板之间；所述第一侧封板和所述第二侧封板分别相对设置在所述电池主体的两侧，所述第一侧封板的上下两端分别与所述底板和所述上端板连接，所述第二侧封板的上下两端分别与所述底板和所述上端板连接。

可选地，所述第一侧封板的上下两端分别设置有第一折边和第二折边，所述第二侧封板的上下两端分别设置有第三折边和第四折边；所述第一折边与所述上端板的上表面连接，所述第二折边与所述底板的下表面连接，所述第三折边与所述上端板的上表面连接，所述第四折边与所述底板的下表面连接。

可选地，所述底板的下底面上设置有第二卡槽和第四卡槽，所述第二卡槽和所述第四卡槽分别相对设置在所述底板两侧的边缘，所述第二卡槽和所述第四卡槽均从所述底板的一侧贯通至相对的另一侧；所述上端板的上表面上设置有第一卡槽和第三卡槽，所述第一卡槽和所述第三卡槽分别相对设置在所述上端板两侧的边缘，所述第一卡槽和所述第三卡槽均从所述上端板的一侧贯通至相对的另一侧；所述第一折边卡接在所述第一卡槽中，所述第二折边卡接在所述第二卡槽中，所述第三折边卡接在所述第三卡槽中，所述第四折边卡接在所述第四卡槽中。

可选地，所述第一折边与所述上端板的上表面之间、所述第二折边与所述底板的下表面之间、所述第三折边与所述上端板的上表面之间、所述第四折边与所述底板的下表面之间均分别通过紧固件连接。

可选地，所述紧固件为螺栓，所述上端板和所述底板上与所述紧固件连接的部位设置有压铆螺母，所述压铆螺母与所述紧固件螺纹连接。

可选地，所述第一侧封板的左右两端中的其中一端设置有第五折边，所述第二侧封板的左右两端中的其中一端设置有第六折边；所述第一侧封板和所述第二侧封板的中部区域均设置有冲压筋条；所述第一侧封板和所述第二侧封板均分别由金属板经过冲压和折弯而制成。

可选地，所述电池主体包括碟簧和碟簧端板，所述碟簧设置在所述底板上方，所述碟簧夹设在所述底板与所述碟簧端板之间；所述碟簧端板上朝向所述碟簧的一侧设置有导向柱，所述碟簧套设在所述导向柱外围，所述底板上与所述碟簧相对的部位开设有穿孔，所述穿孔的轴线与所述导向柱的轴线共线，所述穿孔的内径大于所述导向柱的外径，所述穿孔的内径小于所述碟簧的外径。

可选地，所述电池主体还包括电池组件、下绝缘板和上绝缘板，所述电池组件包括自下而上依次设置的下集流板，多节单电池，上集流板；所述下绝缘板设置在所述碟簧端板与所述下集流板之间，所述上绝缘板设置在所述上集流板与所述上端板之间；所述底板以及所述上端板均为中空结构。

第二方面，本申请实施例提供了一种燃料电池电堆结构的装配方法。

本申请实施例提供的燃料电池电堆结构的装配方法，可用于进行如第一方面所提供的任意一种燃料电池电堆结构的装配，包括：自下而上依次设置所述底板、所述电池主体和所述上端板；分别将所述第一侧封板和所述第二侧封板相对设置在所述电池主体的两侧；将所述第一侧封板的上下两端分别与所述底板和所述上端板连接；将所述第二侧封板的上下两端分别与所述底板和所述上端板连接。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

在本申请的实施例中，可以利用第一侧封板和第二侧封板对底板和上端板进行固定连接，可以通过合理设置第一侧封板与底板和上端板之间的连接点的间距，以及通过合理设置第二侧封板与底板和上端板之间的连接点的间距的方式，使得底板和上端板各处受到的拉力基本一致，从而使得底板和上端板施加给mea各部位的基本一致。这样，可省去穿设螺杆及调整紧固螺母的扭矩的工序，可以提高燃料电池的装配效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种燃料电池电堆结构的示意图。

图2为本申请实施例提供的第二种燃料电池电堆结构的示意图。

图3为本申请实施例提供的第三种燃料电池电堆结构的示意图。

图4为本申请实施例提供的一种底板的示意图。

图5为本申请实施例提供的一种碟簧端板的示意图。

图6为本申请实施例提供的一种上端板的示意图。

图7为本申请实施例提供的一种第一侧封板的示意图。

图8为本申请实施例提供的一种燃料电池电堆结构的装配方法的流程图。

图9为本申请实施例提供的另一种燃料电池电堆结构的装配方法的流程图。

附图标记说明：100-燃料电池电堆结构；110-电池主体；1101-电池组件；11011-多节单电池；11012-下集流板；11013-上集流板；1102-碟簧；1103-碟簧端板；11031-导向柱；1104-下绝缘板；1105-上绝缘板；120-底板；1201-第二卡槽；1202-第四卡槽；1203-第一穿孔；130-上端板；1301-第一卡槽；1302-第三卡槽；1303-压铆螺母；1304-第二穿孔；140-第一侧封板；1401-第一折边；14011-通孔；1402-第二折边；1403-第五折边；1404-第一冲压筋条；150-第二侧封板；1501-第三折边；1502-第四折边；1503-第六折边；1504-第二冲压筋条；160-紧固件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

参考图1，本申请实施例提供的燃料电池电堆结构100可包括：电池主体110、底板120、上端板130、第一侧封板140和第二侧封板150。电池主体110可夹设在底板120和上端板130之间，其中，电池主体110可设置在底板120上方。第一侧封板140和第二侧封板150分别相对设置在电池主体110的两侧，第一侧封板140的上下两端分别与底板120和上端板130连接，第二侧封板150的上下两端分别与底板120和上端板130连接。

以此方式，在本申请的实施例中，可以利用第一侧封板140和第二侧封板150对底板120和上端板130进行固定连接，可以通过合理设置第一侧封板140与底板120和上端板130之间的连接点的间距，以及通过合理设置第二侧封板150与底板120和上端板130之间的连接点的间距的方式，使得底板120和上端板130各处受到的拉力基本一致，从而使得底板120和上端板130施加给mea各部位的基本一致。这样，可省去穿设螺杆及调整紧固螺母的扭矩的工序，可以提高燃料电池的装配效率。

可选地，参考图1，在本申请的实施例中，可以在底板120和上端板130分别与第一侧封板140和第二侧封板150相对的侧面上设置螺纹孔，可以在第一侧封板140和第二侧封板150上与螺纹孔相对的部位设置通孔，可以利用紧固件160穿过通孔与螺纹孔进行连接的方式，实现第一侧封板140、第二侧封板150、底板120和上端板130之间的固定连接。

需说明的是，在本申请的其它实施例中，也可以通过例如焊接、胶接、卡扣卡接等方式实现第一侧封板140、第二侧封板150、底板120和上端板130之间的固定连接。当然，还有很多其它方式实现第一侧封板140、第二侧封板150、底板120和上端板130之间的固定连接，这里不一一列举。在本申请所提供的其它实施例中，也不再一一赘述。

可选地，参考图2，在本申请的其它实施例中，第一侧封板140的上下两端可分别设置有第一折边1401和第二折边1402，第二侧封板150的上下两端分别设置有第三折边1501和第四折边1502。可以使得第一折边1401与上端板130的上表面连接，第二折边1402与底板120的下表面连接，第三折边1501与上端板130的上表面连接，第四折边1502与底板120的下表面连接。

具体地，可以在底板120和上端板130分别与第一折边1401、第二折边1402、第三折边1501和第四折边1502相对的部位设置有螺纹孔，可以分别在第一折边1401、第二折边1402、第三折边1501和第四折边1502上与设置的螺纹孔对应的部位设置通孔，可以利用紧固件160穿过通孔与螺纹孔进行连接的方式，实现第一侧封板140、第二侧封板150、底板120和上端板130之间的固定连接。

可选地，参考图3至图7，在本申请的其它实施例中，底板120的下底面上可设置有第二卡槽1201和第四卡槽1202，其中，第二卡槽1201和第四卡槽1202可分别相对设置在底板120两侧的边缘区域，第二卡槽1201和第四卡槽1202均可以从底板120的一侧贯通至相对的另一侧。上端板130的上表面上可设置有第一卡槽1301和第三卡槽1302，第一卡槽1301和第三卡槽1302可分别相对设置在上端板130两侧的边缘区域，第一卡槽1301和第三卡槽1302可以均从上端板130的一侧贯通至相对的另一侧。第一折边1401可以卡接在第一卡槽1301中，第二折边1402可以卡接在第二卡槽1201中，第三折边1501可以卡接在第三卡槽1302中，第四折边1502可以卡接在第四卡槽1202中。

具体地，在装配的过程中，可以从侧面将第一侧封板140滑入第一卡槽1301和第二卡槽1201中，使得第一折边1401卡接在第一卡槽1301中，第二折边1402卡接在第二卡槽1201中。可以从侧面将第二侧封板150滑入第三卡槽1302和第四卡槽1202中，使得第三折边1501卡接在第三卡槽1302中，第四折边1502卡接在第四卡槽1202中。这样，可以利用相对应的折边与卡槽实现第一侧封板140、第二侧封板150、底板120和上端板130之间的连接。

此外，可选地，第一折边1401与上端板130的上表面之间、第二折边1402与底板120的下表面之间、第三折边1501与上端板130的上表面之间、第四折边1502与底板120的下表面之间可以分别通过紧固件160连接。

具体地，可以在底板120和上端板130分别与第一折边1401、第二折边1402、第三折边1501和第四折边1502相对的部位设置有螺纹孔，可以分别在第一折边1401、第二折边1402、第三折边1501和第四折边1502上与设置的螺纹孔对应的部位设置通孔，可以利用紧固件160穿过通孔与螺纹孔进行连接的方式，实现第一侧封板140、第二侧封板150、底板120和上端板130之间的固定连接。例如，第一折边1401可以设置有通孔14011。在其它折边上设置的通孔不再一一列举。

可选地，紧固件160可以为螺栓，上端板130和底板120上与紧固件160连接的部位可以设置有压铆螺母1303，可以以压铆螺母1303自带的螺纹作为螺纹孔，可以使得压铆螺母1303与紧固件160螺纹连接。这样，通过紧固件连接的方式，可以防止第一侧封板140、第二侧封板150从对应的卡槽中滑出。

还需说明的是，在本申请的实施例中，上端板130和底板120之间的间距与第一折边1401和第二折边1402之间、第三折边1501和第四折边1502之间的间距相等。可以通过弯折工艺，使得第一折边1401和第二折边1402之间、第三折边1501和第四折边1502之间的间距基本一致，从而可以使得上端板130和底板120施加给膜电极(membraneelectrodeassembly，mea)各部位的预紧力基本一致，可省去穿设螺杆及调整紧固螺母的扭矩的工序，可以提高燃料电池的装配效率。

可选地，在本申请的实施例中，第一侧封板140的左右两端中的其中一端设置有第五折边1403，第二侧封板150的左右两端中的其中一端设置有第六折边1503。第一侧封板140和第二侧封板150的中部区域均设置有冲压筋条。第一侧封板140上可以设置有第一冲压筋条1404，第二侧封板150上可以设置有第二冲压筋条1504。其中，第五折边1403、第一冲压筋条1404可用于提高第一侧封板140的刚度，第六折边1503、第二冲压筋条1504可用于提高第二侧封板150的刚度。第一侧封板140和第二侧封板150可以均分别由金属板经过冲压和折弯而制成。第一侧封板140和第二侧封板150的材料可以为铝合金、镀锌钢板或者不锈钢板等，这里不一一列举。当然，第一侧封板140和第二侧封板150的材料也可以为其它可进行冲压的材料。

可选地，在本申请的实施例中，电池主体110还可包括碟簧1102以及碟簧端板1103。碟簧1102可以设置在底板120上方，碟簧1102可以夹设在底板120与碟簧端板1103之间。碟簧端板1103上朝向碟簧1102的一侧可以设置有导向柱11031，碟簧1102可以套设在导向柱11031外围，底板120上与碟簧1102相对的部位可开设有第一穿孔1203，第一穿孔1203的轴线可与导向柱11031的轴线共线，第一穿孔1203的内径可大于导向柱11031的外径，第一穿孔1203的内径可小于碟簧1102的外径。这样，可以将碟簧1102可以套设在导向柱11031上，碟簧1102的下端可以与第一穿孔1203的外围部位抵接，碟簧1102的上端可以与碟簧端板1103抵接，当碟簧1102压缩时，导向柱11031可以被收容在第一穿孔1203中，以避免导向柱11031抵接在底板120而使得碟簧1102不能被继续压缩。

可选地，在本申请的实施例中，电池组件1101可包括自下而上依次设置的下集流板11012，多节单电池11011，上集流板11013。电池主体110还可包括下绝缘板1104和上绝缘板1105，下绝缘板1104可设置在碟簧端板1103与下集流板11012之间，上绝缘板1105可设置在上集流板11013与上端板130之间。其中，每一个节单电池可以包括一个极板和一个膜电极。可选地，底板120以及上端板130均为中空结构。底板120以及上端板130可以由中空铝型材制成，当然，也可以由其它材料制成，例如为塑料等，这里不一一列举。

可选地，参考图6，上端板130上可以开设有第二穿孔1304，第二穿孔1304可用于贯穿流体进出口管道。需说明的是，在本申请的其它实施例中，上端板130上也可以不设置压铆螺母1303，可以直接在图中设置压铆螺母1303的位置开设普通的螺纹孔。当然，在本申请的其它实施例中，也可以直接采用焊接的方式实现第一侧封板140、第二侧封板150、底板120和上端板130之间的连接。可选地，当选用的紧固件为螺栓时，可以选用12.9级的高强螺栓，可以使用螺纹胶进行防松处理。当然，在本申请的其它实施例中，也可以选用其它规格的螺栓，这里不一一列举。

以此方式，在本申请的实施例中，可以利用第一侧封板和第二侧封板对底板和上端板进行固定连接，可以通过合理设置第一侧封板与底板和上端板之间的连接点的间距，以及通过合理设置第二侧封板与底板和上端板之间的连接点的间距的方式，使得底板和上端板各处受到的拉力基本一致，从而使得底板和上端板施加给mea各部位的基本一致。这样，可省去穿设螺杆及调整紧固螺母的扭矩的工序，可以提高燃料电池的装配效率。特别是，当设置有折边时，底板120与上端板130之间的间距与上下折边根部之间的间距一致，而上下折边的间距可以通过冲压工艺保证其尺寸精度，因而，可以使得底板120与上端板130之间的间距较为一致，从而可以使得mea的受力分布更加均匀，可以提升燃料电池的寿命。

本申请实施例提供了一种燃料电池电堆结构的装配方法，用于进行前文所描述的任一种燃料电池电堆结构100的装配。参考图8，燃料电池电堆结构的装配方法可包括：步骤210，自下而上依次设置底板120、电池主体110和上端板130；步骤220，分别将第一侧封板140和第二侧封板150相对设置在电池主体110的两侧。步骤230，将第一侧封板140的上下两端分别与底板120和上端板130连接。步骤240，将第二侧封板150的上下两端分别与底板120和上端板130连接。以此方式，可以免去穿设螺杆，可以提高燃料电池的装配效率。

本申请实施例提供了另一种燃料电池电堆结构的装配方法，用于进行在侧封板上设置有折边及具有紧固件的燃料电池电堆结构的装配。参考图9，燃料电池电堆结构的装配方法可包括：步骤310，自下而上依次设置底板120、电池主体110和上端板130；步骤320，从侧面将第一侧封板140滑入第一卡槽1301和第二卡槽1201中，使得第一折边1401卡接在第一卡槽1301中，第二折边1402卡接在第二卡槽1201中；步骤330，从侧面将第二侧封板150滑入第三卡槽1302和第四卡槽1202中，使得第三折边1501卡接在第三卡槽1302中，第四折边1502卡接在第四卡槽1202中；步骤340，利用紧固件160对第一侧封板140、第二侧封板150、底板120、上端板130进行固定。以此方式，可以免去穿设螺杆，可以提高燃料电池的装配效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请实施例的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请实施例的范围由所附权利要求及其等同物限定。