一種燃料電池電堆模塊單元的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種燃料電池電堆模塊單元，包括單元電池和設(shè)置在單元電池一側(cè)的雙極板，其特征在于：所述單元電池的至少一對(duì)對(duì)角處設(shè)置有向所述雙極板一側(cè)彎折的定位片，所述雙極板上與所述定位片對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有與定位片匹配的定位槽；所述單元電池通過(guò)定位片插入定位槽的方式緊密貼合在一側(cè)的雙極板上。本實(shí)用新型通過(guò)采用插槽式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙極板和單元電池的相對(duì)位置固定，減小了電堆生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)外定位的精度要求，提高了裝堆效率和速度，減少了電堆組裝過(guò)程因錯(cuò)位造成的單元電池錯(cuò)位、損試成由池樺能下咯?
【專利說(shuō)明】一種燃料電池電堆模塊單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種燃料電池電堆模塊單元。

【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是將氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物是水，零排放無(wú)污染，噪音低，轉(zhuǎn)化效率高。工作溫度可在低溫環(huán)境下運(yùn)行，是移動(dòng)電源和基站電源和固定電源的首選。聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)，是由單元電池、雙極板、集電板、端板和緊固件組成。由于聚合物膜燃料電池單片電壓低，在實(shí)際應(yīng)用中，是由多個(gè)電池單元疊加在一起進(jìn)行串聯(lián)起來(lái)，形成電堆。由于單元電池片數(shù)多，在電堆的組裝過(guò)程中，需要進(jìn)行定位組裝，然后進(jìn)行螺桿固定。
[0003]目前行業(yè)內(nèi)電堆的組裝技術(shù)，只有通過(guò)定位孔和定位銷來(lái)定位，通過(guò)定位銷來(lái)定位，在組裝的過(guò)程中，由于定位銷和定位孔不是過(guò)盈配合，在組裝的壓力下，各個(gè)電池單元由于加工精度導(dǎo)致的受力不均勻，造成在電堆組裝過(guò)程中產(chǎn)生電堆整體旋轉(zhuǎn)扭曲，單片電池滑動(dòng)移位，電堆外面不整齊，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致部分流場(chǎng)板破裂，從而造成整個(gè)電堆的報(bào)廢。
[0004]美國(guó)專利US6358641B1以及US2010/0279195A1提出的內(nèi)定位方法，在電堆組裝的過(guò)程中依靠定位銷來(lái)對(duì)齊電池單元模塊。由于電堆內(nèi)部要求MEA中心部位接觸良好，任何稍微的偏移、易位均會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生非常大的不利影響。而美國(guó)專利US6358641B1以及US2010/0279195A1提出的內(nèi)定位方法僅為一種比較常規(guī)的內(nèi)定位方式，該內(nèi)定位方法并不能嚴(yán)格杜絕MEA在裝堆過(guò)程中的偏移，當(dāng)定位銷與定位孔間隙稍大時(shí)，MEA即可能會(huì)發(fā)生偏移，而當(dāng)定位銷與定位孔間隙太小時(shí)，又不利于組裝。且該定位方式本身還增加了電堆的組裝難度，給電堆的安全帶來(lái)隱患。
[0005]專利CN102800885A采用四周用定位滑桿片的方式進(jìn)行組裝電堆，雖然說(shuō)在一定程度上解決了電堆的定位問(wèn)題，但是其定位滑桿片是底部固定，對(duì)材料的機(jī)械強(qiáng)度要求較高，而且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，組裝出來(lái)的電堆的均一性不夠，不便于電堆的組裝與電堆批量生產(chǎn)。
[0006]專利CN201110065618提出采用可調(diào)節(jié)壓力裝置，通過(guò)自動(dòng)插拔定位導(dǎo)桿和自動(dòng)鎖螺母的方式，來(lái)提高電堆組裝的效率和電堆組裝的質(zhì)量。只是采用內(nèi)定位，對(duì)電堆定位精度不夠，由于采用氣缸和液壓裝置作為壓力傳動(dòng)裝置，整個(gè)裝置上下板的平行度無(wú)法有效的控制，會(huì)造成裝出來(lái)的電堆外尺寸有偏差。另外，該裝置采用立式，不便于電池片的擺放。從一定程度上制約著電堆組裝效率的提高。
[0007]專利CN101083335A公開(kāi)了相鄰兩單元使用金屬極板上模壓形成的突起和凹陷定位，寄定位槽和橋內(nèi)的瓦楞狀加強(qiáng)結(jié)構(gòu)相互卡接定位這樣的技術(shù)特征。該方案是對(duì)兩個(gè)金屬極板之間進(jìn)行定位，目的是防止膜電極泄露，造成膜電極的損壞和污染。并沒(méi)有給出如何保證膜電極與雙極板之間接觸良好，不發(fā)生滑動(dòng)的技術(shù)啟示。
[0008]專利CN202013919U公開(kāi)了相鄰兩塊金屬板均設(shè)有多個(gè)卡頭和卡口，其中第一塊金屬板的卡頭與第二塊金屬板的卡口配合，使兩塊金屬板和位于期間的膜電極組件組裝在一起，形成一個(gè)單電池；該單電池與另外的單電池再通過(guò)他們的卡頭和卡口相連，所有的單電池依靠這種連接方式疊加在一起。該文件中，也是公開(kāi)了兩個(gè)金屬極板之間的定位方式，無(wú)法保證膜電極內(nèi)部不發(fā)生滑動(dòng)移位。
[0009]從上述技術(shù)狀況可以看出，本領(lǐng)域技術(shù)人員一直致力于尋找一種合適的固定方式，以解決燃料電池電堆組裝的問(wèn)題，也提出了若干固定的方案，但是終究沒(méi)有一個(gè)方案能夠既徹底解決雙極板與單元電池之間的固定問(wèn)題，又不會(huì)帶來(lái)工序上的繁瑣及對(duì)裝堆產(chǎn)生其他不利影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明目的:本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種保證電堆組裝簡(jiǎn)單、雙極板與單元電池之間接觸良好、不會(huì)發(fā)生任何偏移的燃料電池電堆模塊單元。
[0011]本發(fā)明公開(kāi)一種燃料電池電堆模塊單元，包括單元電池和設(shè)置在單元電池一側(cè)的雙極板，其特征在于:所述單元電池的至少一對(duì)對(duì)角處設(shè)置有向所述雙極板一側(cè)彎折的定位片，所述雙極板上與所述定位片對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有與定位片匹配的定位槽；所述單元電池通過(guò)定位片插入定位槽的方式緊密貼合在一側(cè)的雙極板上。
[0012]優(yōu)選地，所述定位片為L(zhǎng)型定位片，所述定位槽為與其相匹配的L型定位槽。
[0013]優(yōu)選地，所述L型定位片設(shè)置在單元電池的對(duì)角的兩條直角邊上，由伸出直角邊的耳片彎折90°形成；所述L型定位槽為與L型定位片匹配的直角定位槽。
[0014]優(yōu)選地,所述L型定位片設(shè)置在單元電池的一對(duì)對(duì)角處，由設(shè)置在一對(duì)對(duì)角的L型定位片采用插槽式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙極板和單元電池的相對(duì)位置固定，即可保證單元電池與雙極板之間緊密配合貼合無(wú)移動(dòng)。
[0015]優(yōu)選地，所述單元電池由涂有催化劑的聚合物膜(CCM)、設(shè)置在CCM兩側(cè)的擴(kuò)散層以及擴(kuò)散層外部的封裝片組成，封裝片可對(duì)單元電池和擴(kuò)散層起保護(hù)和定型作用，所述L型定位片設(shè)置在封裝片的對(duì)角處。
[0016]優(yōu)選地，所述L型定位槽通過(guò)雕刻或模壓的方式設(shè)置在雙極板上。
[0017]本發(fā)明燃料電池快速模塊化裝堆方法，包括如下步驟:
[0018](I)在單元電池的對(duì)角邊上加工出伸出直角邊的耳片；在雙極板的對(duì)應(yīng)位置加工出L型定位槽；
[0019](2)將單元電池的對(duì)角邊上的耳片彎折90°后，形成向雙極板一側(cè)彎折的L型定位片；
[0020](3)將單元電池上的L型定位片插入雙極板上對(duì)應(yīng)的L型定位槽中，使單元電池緊貼在雙極板上，形成模塊單元；
[0021 ] (4)將模塊單元在裝堆自動(dòng)化生產(chǎn)線上進(jìn)行裝堆，并通過(guò)外定位裝置進(jìn)行固定。
[0022]優(yōu)選地，所述的燃料電池快速模塊化裝堆方法，步驟(I)中，雙極板上的L型定位槽通過(guò)雕刻或模壓形成；所述L型定位槽為與L型定位片匹配的直角槽。
[0023]有益效果:(I)本發(fā)明通過(guò)在單元電池的對(duì)角處設(shè)置L型定位片，將L型定位片插入雙極板的L型定位槽中，實(shí)現(xiàn)單元電池與雙極板之間的固定，減小了因單元電池與雙極板之間相互滑動(dòng)而造成的單元電池與雙極板的錯(cuò)位，提高了電堆性能；(2)本發(fā)明通過(guò)采用插槽式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙極板和單元電池的相對(duì)位置固定，減小了電堆生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)外定位的精度要求，提高了裝堆效率和速度，減少了電堆組裝過(guò)程因錯(cuò)位造成的單元電池錯(cuò)位、損壞或電池性能下降；(3)本發(fā)明通過(guò)采用插槽式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙極板和單元電池的相對(duì)位置固定，實(shí)現(xiàn)單元電池與雙極板模塊化，有利于電堆自動(dòng)化組裝生產(chǎn)，減少了電堆生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)外定位的依賴；(4)本發(fā)明通過(guò)內(nèi)定位，減小了對(duì)單元電池與雙極板外型尺寸加工公差的精度要求，降低了電堆的生產(chǎn)成本，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，推動(dòng)整個(gè)燃料電池產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化進(jìn)程。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明燃料電池電堆模塊單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明單元電池上的L型定位片彎折之前的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0027]實(shí)施例1: 一種燃料電池電堆模塊單元，包括單元電池I和設(shè)置在單元電池I 一側(cè)的雙極板2，所述單元電池I的一對(duì)對(duì)角處設(shè)置有向所述雙極板2—側(cè)彎折的L型定位片3，所述L型定位片3設(shè)置在對(duì)角的兩條直角邊上，由伸出直角邊的耳片3’彎折90°形成，所述單元電池I由涂有催化劑的聚合物膜、設(shè)置在涂有催化劑的聚合物膜兩側(cè)的擴(kuò)散層以及擴(kuò)散層外部的封裝片組成，所述L型定位片設(shè)置在封裝片的對(duì)角處；所述雙極板2上與所述定位片3對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有與定位片3匹配的L型定位槽4，所述L型定位槽4為與L型定位片匹配的L型定位槽，所述定位4通過(guò)雕刻或模壓的方式設(shè)置在雙極板2上；所述單元電池I通過(guò)L型定位片3插入L型定位槽4的插槽式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙極板和單元電池的相對(duì)位置固定方式緊密貼合在一側(cè)的雙極板2上。
[0028]本發(fā)明燃料電池快速模塊化裝堆方法，包括如下步驟:
[0029](I)在單元電池I的對(duì)角邊上加工出伸出L型的耳片3’ ；在雙極板2的對(duì)應(yīng)位置加工出L型定位槽4 ;
[0030](2)將單元電池I的對(duì)角邊上的耳片3’彎折90°后，形成向雙極板2 —側(cè)彎折的L型定位片3 ；
[0031](3)將單元電池I上的L型定位片3插入雙極板2上對(duì)應(yīng)的L型定位槽4中，使單元電池I緊貼在雙極板2上，形成模塊單元；
[0032]( 4 )將模塊單元在裝堆自動(dòng)化生產(chǎn)線上進(jìn)行裝堆，并通過(guò)外定位裝置進(jìn)行固定。
[0033]本發(fā)明將單元電池的對(duì)角處彎折成L型定位片插入雙極板的定位槽內(nèi)，本發(fā)明采用的插槽式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了雙極板和單元電池的相對(duì)位置固定，兩者之間無(wú)相互滑動(dòng)，保證單元電池與雙極板的各個(gè)區(qū)域緊密配合，避免因滑動(dòng)而造成兩者配合不好，影響電堆的性能。無(wú)相互滑動(dòng)的單元電池和雙極板模塊在自動(dòng)化電堆生產(chǎn)線上進(jìn)行裝堆生產(chǎn)，提高了自動(dòng)化電堆生產(chǎn)效率，有利于電堆生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)化。
[0034]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì)本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池電堆模塊單元，包括單元電池和設(shè)置在單元電池一側(cè)的雙極板，其特征在于:所述單元電池的至少一對(duì)對(duì)角處設(shè)置有向所述雙極板一側(cè)彎折的定位片，所述雙極板上與所述定位片對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有與定位片匹配的定位槽；所述單元電池通過(guò)定位片插入定位槽的方式緊密貼合在一側(cè)的雙極板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆模塊單元，其特征在于:所述定位片為L(zhǎng)型定位片，所述定位槽為與其相匹配的L型定位槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池電堆模塊單元，其特征在于:所述L型定位片設(shè)置在單元電池的對(duì)角的兩條直角邊上，由伸出直角邊的耳片彎折90°形成；所述L型定位槽為與L型定位片匹配的直角定位槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池電堆模塊單元，其特征在于:所述L型定位片設(shè)置在單元電池的一對(duì)對(duì)角處。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池電堆模塊單元，其特征在于:所述單元電池由涂有催化劑的聚合物膜、設(shè)置在涂有催化劑的聚合物膜兩側(cè)的擴(kuò)散層以及擴(kuò)散層外部的封裝片組成，所述L型定位片設(shè)置在封裝片的對(duì)角處。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池電堆模塊單元，其特征在于:所述L型定位槽通過(guò)雕刻、模壓的方式設(shè)置在雙極板上。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK204029932SQ201420406180
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】程立明, 魏廣科, 王習(xí)鵬 申請(qǐng)人:江蘇綠遙燃料電池系統(tǒng)制造有限公司