一种集成式燃料电池堆的封装与安装方法

摘要

本发明涉及一种集成式燃料电池堆的封装与安装方法，包括集成式燃料电池堆、后端板、中央集流板、封装板，在封装板上靠近后端板和中央集流板的位置上各焊接一定厚度的钢条，该钢条上设有数个螺孔，螺钉穿过钢条并旋入后端板和中央集流板上与之相匹配的内螺纹螺孔中连接固定，使集成式燃料电池堆固定，所述的钢条前后各有一方向相反的小折边，该小折边上设有螺孔，可将整个集成式燃料电池堆固定在车底盘或吊装在车内安装架上。与现有技术相比，本发明具有结构牢固、不易变形、维修及拆卸方便等特点。

权利要求

1.一种集成式燃料电池堆的封装方法，包括集成式燃料电池堆、后端板、中央集流板、封装板，其特征在于，在封装板上靠近后端板和中央集流板的位置上各焊接一定厚度的钢条，该钢条上设有数个螺孔，螺钉穿过钢条并旋入后端板和中央集流板上与之相匹配的内螺纹螺孔中连接固定，使集成式燃料电池堆固定，所述的钢条前后各有一方向相反的小折边，该小折边上设有螺孔，可将整个集成式燃料电池堆固定在车底盘或吊装在车内安装架上；

所述的燃料电池堆可根据功率需要设置两组、四组、六组或八组，各组燃料电池堆分别设置于中央集流板两边，各组燃料电池堆与中央集流板相对的另一端各设一后端板，将后端板、燃料电池堆和中央集流板连接固定成集成式燃料电池堆。

2.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装方法，其特征在于，所述的中央集流板上设有与其相对应的钢条上螺孔相对应的螺孔，螺钉从下方穿过钢条攻入中央集流板，将钢条与中央集流板固定。

3.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装方法，其特征在于，所述的钢条设置在后端板正下端，该钢条上设有螺孔，螺钉从下方旋入螺孔，将后端板固定。

4.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装方法，其特征在于，所述的钢条设置在后端板的外侧，该钢条上设有螺孔，螺钉从左边或右边旋入螺孔，将后端板顶住固定。

5.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装方法，其特征在于，所述的封装板厚1～5mm，所述的钢条厚2～10mm。

6.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装方法，其特征在于，所述的钢条上的螺孔有2～10个。

7.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装方法，其特征在于，所述的封装板与钢条之间设有橡皮垫。

说明书

一种集成式燃料电池堆的封装与安装方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料电池的配套设备，尤其涉及一种集成式燃料电池堆的封装与安装方法。

背景技术

[0002] 电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。

[0003] 在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。

[0004] 在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。

[0005] 在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：

[0006] 阳极反应：H2→2H++2e

[0007] 阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O

[0008] 在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。

[0009] 为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。

[0010] 一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。

[0011] 质子交换膜燃料电池既可以用作车、船等运载工具的动力系统，又可以用作移动式或固定式的发电站。

[0012] 燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。当燃料电池发电系统用作车、船等运载工具的动力系统时，燃料电池发电系统也叫做燃料电池发动机；但也可用作移动式或固定式发电站。

[0013] 上述燃料电池发电系统不管用作燃料电池发动机或发电站，燃料电池堆与电池堆支持运行系统都需要进行集成、封装和固定，并达到作为一种符合特定场合用途的一体化设计的防尘、防震动、防水、防漏电以及美观的产品要求。图1是一种比较普遍的燃料电池电堆。

[0014] 目前，这种比较常见的燃料电池单堆一般具有前后二块端板，并在前后端板上穿设有至少二条拉杆，该拉杆两端设有紧固螺帽，并通过调解紧固装置，将前后端板压紧，从而将燃料电池堆紧固在前后端板中间(如图1)。

[0015] 无论这种燃料电池发电系统作何应用，针对这种比较常见的燃料电池单堆的封装与固定是比较简单的。图2是这种燃料电池单堆常见的封装与固定方法。该固定方法包括：

[0016] 1.分别有四块板，分别覆盖住燃料电池堆的四个平面，以及前后端板，并与前后端板对齐，并用数个螺钉分别将四块板紧固在前后两块端板上。

[0017] 2.封装用的四块板，其中有前后或左右二块有四块小正方形块延伸出来的(图2中四块小正方形块，并带固定孔)。

[0018] 3.将封装后的燃料电池堆通过固定螺栓穿过上述四块小正方形块与特定应用场合的其他机械构件连接紧固。

[0019] 作为车、船动力或发电站大功率的燃料电池发电系统方面的应用，要求可以输出几十千瓦，甚至输出几百千瓦的功率。对这样大功率的输出要求，必须有相应的大功率输出的燃料电池堆与支持运行系统。

[0020] 大功率输出的燃料电池堆工程设计与制造，从技术与制造成本方面来分析，一般无法采用一个由许多块大活性面积极板构成的巨型大功率单堆方法，而是采用由多个中小功率燃料电池堆模块集成在一起达到大功率输出要求的方法。上海神力公司“一种可以模块化装配的大规模集成式燃料电池”(发明专利号：03141840.6；实用新型专利号：03255963.1)就是一种通过许多燃料电池堆模块集成在一起的集成式燃料电池。

[0021] 上述由许多个燃料电池堆模块构成的大型集成式燃料电池堆的封装与固定是无法按照目前这种小型、单个燃料电池堆的封装与固定方法来实行的，主要原因有：

[0022] 1.由许多个燃料电池堆模块构成的大型集成式燃料电池堆往往体积庞大，重量很重，上述传统的封装与固定方法无法支撑这种大体积与重量的集成式燃料电池堆。

[0023] 2.集成式燃料电池堆在封装与固定后必须有抗震动等功能，而上述传统的封装与固定方法无法满足这一要求。

[0024] 3.燃料电池堆是整个燃料电池系统中的重量最大的，一般为1～300kg，封装板为了节约空间常常比较薄，常仅有0.5～2mm厚。燃料电池系统作为发动机安装在汽车底盘上时，封装板常常直接安装在车底盘上或吊装在车内骨架上，封装板厚度和强度不够，难以承担然俩电池堆的重量，易变形。

发明内容

[0025] 本发明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结构牢固、不易变形、维修及拆卸方便的集成式燃料电池堆的封装与安装方法。

[0026] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种集成式燃料电池堆的封装与安装方法，包括集成式燃料电池堆、后端板、中央集流板、封装板，其特征在于，在封装板上靠近后端板和中央集流板的位置上各焊接一定厚度的钢条，该钢条上设有数个螺孔，螺钉穿过钢条并旋入后端板和中央集流板上与之相匹配的内螺纹螺孔中连接固定，使集成式燃料电池堆固定，所述的钢条前后各有一方向相反的小折边，该小折边上设有螺孔，可将整个集成式燃料电池堆固定在车底盘或吊装在车内安装架上。

[0027] 所述的中央集流板上设有与其相对应的钢条上螺孔相对应的螺孔，螺钉从下方穿过钢条攻入中央集流板，将钢条与中央集流板固定。

[0028] 所述的钢条设置在后端板正下端，该钢条上设有螺孔，螺钉从下方旋入螺孔，将后端板固定。

[0029] 所述的钢条设置在后端板的左端或右端，该钢条上设有螺孔，螺钉从左边或右边旋入螺孔，将后端板顶住固定。

[0030] 所述的封装板厚1～5mm，所述的钢条厚2～10mm。

[0031] 所述的钢条上的螺孔有2～10个。

[0032] 所述的封装板与钢条之间设有橡皮垫。

[0033] 所述的燃料电池堆可根据功率需要设置两组、四组、六组或八组，各组燃料电池堆分别设置于中央集流板两边，各组燃料电池堆与中央集流板相对的另一端各设一后端板，将后端板、燃料电池堆和中央集流板连接固定成集成式燃料电池堆。

[0034] 与现有技术相比，本发明在封装板上焊接加强钢条，加强了封装板的强度，使其能够承受较重的燃料电池堆，钢条带有小折边可安装在车的底盘上或进行吊装，具有结构牢固、不易变形、维修及拆卸方便等优点。

附图说明

[0035] 图1为现有燃料电池堆的示意图；

[0036] 图2为现有燃料电池堆封装与固定的示意图；

[0037] 图3为本发明实施例1燃料电池堆的封装结构示意图；

[0038] 图4为本发明实施例2燃料电池堆的封装结构示意图。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0040] 实施例1

[0041] 如图3所示，100KW集成式燃料电池堆的封装与安装，包括四组燃料电池堆模块A、B、C、D、分别设置于中央集流板1两边，四组燃料电池堆模块A、B、C、D后端各设一块后端板2A、2B、2C、2D，进行集成封装，该集成式燃料电池堆长约900mm、宽约900mm、高约120mm，在后端板2A、2B、2C、2D和中央集流板1对应的位置上各设置一钢条32、31，钢条32、31较厚10mm焊接在厚度较薄1mm的封装板4上，封装板4上钢条31、32之间设有橡皮垫5。中央集流板1上设有与钢条31上螺孔311相对应的6个螺孔，螺钉从下方穿过钢条31攻入中央集流板1，将钢条31与中央集流板1固定，四块后端板2A、2B、2C、2D前的钢条32上各设有一个螺孔321，螺钉从上方旋入螺孔321，顶住后端板2A、2B、2C、2D，将后端板固定。钢条31、32前后各有一方向相反的小折边312、322，该小折边312、322上设有螺孔313、323，可通过螺栓或其他连接件将整个集成式燃料电池堆固定在车底盘或吊装在车内安装架上。

[0042] 实施例2

[0043] 如图4所示，一种50KW集成式燃料电池堆，包括燃料电池堆A、B，分别设置于中央集流板1两侧，燃料电池堆A、B后设置有后端板2A、2B，通过螺杆将燃料的电池堆A、B、中央集流板1和后端板2A、2B集成起来，整个燃料电池堆约长400mm，宽400mm，高100mm，在后端板2A、2B外侧和中央集流板1下端对应的位置上各设置一钢条32、31，钢条32、31厚1mm焊接在厚5mm的封装板4上，中央集流板1上设有与钢条31上螺孔311相对应的8个螺孔，螺钉从下方穿过钢条31攻入中央集流板1，将钢条31与中央集流板1固定，后端板
2A、2B前的钢条32上各设有一个螺孔321，螺钉分别从后端板2A、2B左右方旋入螺孔321，顶住后端板2A、2B，将后端板固定。钢条31、32前后各有一方向相反的小折边312、322，该小折边312、322上设有螺孔313、323，可通过螺栓或其他连接件将整个集成式燃料电池堆固定在车底盘或吊装在车内安装架上。

[0044] 所述的燃料电池堆可根据需要设置两组、四组、六组、八组等。

[0045] 钢条31、32的厚度可为1～10mm，钢条31、32上的螺孔可设2～10个。