專利名稱：一種新型燃料電池堆工裝夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工裝夾具，具體涉及一種新型燃料電池堆工裝夾具。
技術(shù)背景電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置，該裝置 的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane ElectrodeAssembly，簡(jiǎn)稱MEA)，膜電極(MEA)有一張 質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上 含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉬催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物 體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中生成的電子，通過(guò)外電路引出，構(gòu)成電流回路。在膜電極的陽(yáng)極端，燃料可以通過(guò)滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑 表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過(guò)遷移穿過(guò)質(zhì)子交換膜，到達(dá) 膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過(guò) 滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離 子。在陰極端形成的陰離子與陽(yáng)極端遷移過(guò)來(lái)的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜 燃料電池中，燃料氫氣在陽(yáng)極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交 換膜幫著氫正離子從陽(yáng)極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含有氫氣燃料的氣流 與含氧的氣流隔離開(kāi)，使它們不會(huì)相互混合產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽(yáng)極區(qū)遷移過(guò)來(lái)的氫 正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽(yáng)極 反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用一下方程式表達(dá)陽(yáng)極反應(yīng)H2— 2H++2e陰極反應(yīng)l/202+2H++2e— H2O在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA) —般均放在兩塊導(dǎo)電的極板中 間，每塊導(dǎo)流板與膜電極接觸的表面通過(guò)壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻，形成至少一條以上的導(dǎo)流 槽。這些導(dǎo)流極板可以是金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流極板上的 導(dǎo)流孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)。在一個(gè)質(zhì)子交 換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個(gè)膜電極，膜電極兩邊分別是陽(yáng)極燃料的導(dǎo)流板 與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo) 流板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽(yáng)陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運(yùn)作過(guò) 程中生成的水的通道。為了增大整體質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個(gè)或兩個(gè)以上的單電池通常可通 過(guò)直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過(guò)平鋪的方式并聯(lián)成電池組、在直疊、串聯(lián)式的電池組中， 一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個(gè)膜電極的陽(yáng)極導(dǎo)流面，而另一面 又可以作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過(guò) 一定的、方式連在一起而組成一個(gè)電池組。電池組通常通過(guò)前端板、后端板及拉桿緊固在一
3起成為一體。一個(gè)典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通道，將燃 料(如氫氣、甲醇或由甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧 氣或空氣)均勻地分布到各個(gè)陽(yáng)極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與 導(dǎo)流通道，將冷卻水流體均勻分布到各個(gè)電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué) 放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組后進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的 導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排除時(shí)，可攜帶出燃料電池中生成的液、氣態(tài)的水。通 常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開(kāi)在燃料電池組的一個(gè)端板上或者兩個(gè)端板 上。質(zhì)子交換膜燃料電池組既可以用作車、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)，又可以用作移 動(dòng)式或固定式發(fā)電站。質(zhì)子交換膜燃料電池一般由若干個(gè)單電池通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)組裝一起成為電池 堆?，F(xiàn)有燃料電池堆一般由若干單電池(單電池由導(dǎo)流極板、三合一膜電極構(gòu)成)，集 流母板，前后端板組成，前后端板上有許多條拉桿，一般用緊固件使拉桿將前、后壓板緊成 為一個(gè)燃料電池堆；緊固件拉桿加螺絲的方法是通常的緊固方法。燃料電池必須用緊固件 將前后端板充分壓緊，但又必須均勻地壓緊到某一合適的壓力范圍內(nèi)，確保燃料電池堆的 安全、高效運(yùn)行。在燃料電池堆大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，必須首先實(shí)現(xiàn)可以對(duì)大量的單電池(單電池一般由 導(dǎo)流極板、三合一膜電極構(gòu)成)，正、負(fù)集流導(dǎo)電母板以及前、后端板的大規(guī)模裝配成為燃料 電池堆，并且對(duì)燃料電池堆進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。目前，這種通常的用拉桿加緊固件的緊固裝配的燃料電池堆對(duì)反復(fù)裝配非常不 利，對(duì)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的燃料電池堆裝配與測(cè)試帶來(lái)了巨大的障礙。1、燃料電池堆拉桿式緊固裝配要求特別高，必須達(dá)到整個(gè)燃料電池堆的前后、端 板上每一個(gè)區(qū)域受到基本一致及相同的緊固力，這種要求是非常困難的，實(shí)際操作往往會(huì) 使整個(gè)燃料電池堆的前、后端板上某個(gè)區(qū)域受到的緊固力比較小，而某個(gè)區(qū)域受到的緊固 力比較大，而導(dǎo)致燃料電池極板上的某些區(qū)域受到的壓緊力不夠，導(dǎo)致電極與導(dǎo)流板接觸 電阻太大，而某些區(qū)域受到壓緊力太大，導(dǎo)致極板變形或碎裂，或?qū)е码姌O受傷。2、這種燃料電池堆靠拉桿緊固裝配在燃料電池受熱膨脹或冷縮時(shí)，燃料電池堆的 前后端板上受到的壓力大小不一樣，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致極板或電極受傷。3、每次這種燃料電池堆靠拉桿緊固裝配時(shí)都必須花大量的時(shí)間，無(wú)法大規(guī)模地快 速裝配與測(cè)試。4、這種燃料電池靠拉桿緊固裝配主要是靠手工操作來(lái)把握尺度，標(biāo)準(zhǔn)化程度低， 不利于質(zhì)量的控制
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型燃料電池堆工裝夾具，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、緊 固性好、檢測(cè)方便、組裝方便快捷、標(biāo)準(zhǔn)化率高、成本低、提高工裝速度和效率。為了解決背景技術(shù)所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)方案它是由框架、壓板、不銹鋼螺母組件、壓桿和調(diào)整片組成；框架的頂部設(shè)置有壓板，壓桿通過(guò)不銹鋼螺母 組件與框架相固定，并設(shè)置在壓板兩邊，調(diào)整片設(shè)置在壓板下方。本實(shí)用新型也是一種禁固裝置，通過(guò)壓板、調(diào)整片及壓桿和螺母將安裝在框架中 的電池堆和燃料電池加濕堆及采電板壓緊固定。螺母與直角柱之間設(shè)有絕緣墊片；調(diào)整片 是一種可少量變形而硬度較大的塑料或者橡膠薄型板。框架的外側(cè)是作為電池堆的正極或 負(fù)極。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝卸電池堆方便、大大提高工裝速度和效率；框架 通過(guò)澆鑄成型制造，可以減輕重量、降低成本，提高標(biāo)準(zhǔn)化率，有助于批量生產(chǎn)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參看圖1，本具體實(shí)施方式
采用以下技術(shù)方案它是由框架1、壓板2、不銹鋼螺母 組件3、壓桿4和調(diào)整片5組成；框架1的頂部設(shè)置有壓板2，壓桿4通過(guò)不銹鋼螺母組件3 與框架1相固定，并設(shè)置在壓板2兩邊，調(diào)整片5設(shè)置在壓板2下方。所述的框架1由固定端板1-1和四個(gè)直角柱1-2組成，固定端板1-1四個(gè)角上設(shè) 置有四個(gè)直角柱1-2。所述的固定端板1-1上設(shè)置有通氣孔1-3、通水孔1-4和定位孔1_5，定位孔1_5 設(shè)置在固定端板1-1兩端，通氣孔1-3和通水孔1-4均勻分布在固定端板1-1上。所述的四個(gè)直角柱1-2上四個(gè)直角邊對(duì)稱位置上設(shè)置有四個(gè)螺孔。所述的壓板2和調(diào)整片5上都設(shè)置有與固定端板1-1相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)孔、通氣孔和 通水孑L。所述的壓桿4兩端設(shè)置有螺紋，與不銹鋼螺母組件3相配合。本具體實(shí)施方式
也是一種禁固裝置，通過(guò)壓板、調(diào)整片及壓桿和螺母將安裝在框 架中的電池堆和燃料電池加濕堆及采電板壓緊固定。螺母與直角柱之間設(shè)有絕緣墊片；調(diào) 整片是一種可少量變形而硬度較大的塑料或者橡膠薄型板。框架的外側(cè)是作為電池堆的正 極或負(fù)極。本具體實(shí)施方式
的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝卸電池堆方便、大大提高工裝速度和效率； 框架通過(guò)澆鑄成型制造，可以減輕重量、降低成本，提高標(biāo)準(zhǔn)化率，有助于批量生產(chǎn)。實(shí)施例一用于安裝30片膜電極燃料電池堆的工裝夾具參照?qǐng)D2，它由框架1、壓板2、壓桿4、調(diào)整片5、燃料電池加濕堆6、采電板7和燃 料電池堆8組成，框架1內(nèi)從下向上依次設(shè)置有燃料電池堆8、采電板7和燃料電池加濕堆 6，燃料電池加濕堆6上設(shè)置有調(diào)整片，壓板2設(shè)置在調(diào)整片5的上方，壓板2上方兩邊設(shè)置 有壓桿4。工裝夾具的框架是由鑄造工藝一次成型的金屬框架。金屬框架的內(nèi)表面做了絕緣 處理，內(nèi)表面包括端板的內(nèi)表面和四個(gè)直角柱的內(nèi)表面。工裝夾具的框架端板是實(shí)心加強(qiáng)金屬平面板，框架的四個(gè)柱設(shè)加強(qiáng)筋，壓板是設(shè)有加強(qiáng)筋的帶有兩個(gè)定位孔和四個(gè)通氣孔 的非金屬板。調(diào)整片設(shè)有兩個(gè)定位孔和四個(gè)通氣孔。四個(gè)直角柱上設(shè)有四個(gè)對(duì)稱的通孔， 根據(jù)電池堆和加濕器的規(guī)格確定了四個(gè)通孔的位置，并且在鑄造金屬框架的過(guò)程中一次成 型的。螺母與直角柱之間設(shè)有的墊片是絕緣墊片。安裝電池堆的步驟如下首先，將兩個(gè)定位桿插入框架端板的定位孔中，沿著兩個(gè) 定位桿和四個(gè)直角柱，將多個(gè)燃料電池單堆、一個(gè)采電板、電池堆的加濕器依次安裝在框架 的端板上。然后蓋上壓板，放到壓力機(jī)上進(jìn)行施重，壓力機(jī)下壓的位置，低于框架通孔的位 置，加入一個(gè)適當(dāng)厚度的調(diào)整片，剛好與通孔的位置相適應(yīng)，則通過(guò)四個(gè)通孔在直角柱上插 入兩個(gè)壓桿。最后，在螺母與直角柱之間墊上絕緣墊片，將螺母擰在壓桿頂端。這樣一個(gè)30 片膜電極燃料電池堆的模塊就完成了。實(shí)施例二 用于安裝20片膜電極燃料電池堆的工裝夾具參照?qǐng)D3，它的結(jié)構(gòu)和安裝步驟與實(shí)施例一相同，不同之處是工裝夾具的框架端板 是鏤空帶有加強(qiáng)筋的板，框架的四個(gè)柱未設(shè)加強(qiáng)筋，壓板是設(shè)有加強(qiáng)筋的帶有兩個(gè)定位孔 和四個(gè)通氣孔的輕質(zhì)金屬板。
權(quán)利要求一種新型燃料電池堆工裝夾具，其特征在于它是由框架(1)、壓板(2)、不銹鋼螺母組件(3)、壓桿(4)和調(diào)整片(5)組成；框架(1)的頂部設(shè)置有壓板(2)，壓桿(4)通過(guò)不銹鋼螺母組件(3)與框架(1)相固定，并設(shè)置在壓板(2)兩邊，調(diào)整片(5)設(shè)置在壓板(2)下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型燃料電池堆工裝夾具，其特征在于所述的框架(1) 由固定端板(1-1)和四個(gè)直角柱(1-2)組成，固定端板(1-1)四個(gè)角上設(shè)置有四個(gè)直角柱 (1-2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型燃料電池堆工裝夾具，其特征在于所述的四個(gè)直角 柱(1-2)上四個(gè)直角邊對(duì)稱位置上設(shè)置有四個(gè)螺孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型燃料電池堆工裝夾具，其特征在于所述的壓板(2) 和調(diào)整片(5)上都設(shè)置有與固定端板(1-1)相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)孔、通氣孔和通水孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型燃料電池堆工裝夾具，其特征在于所述的固定端板 (1-1)上設(shè)置有通氣孔(1-3)、通水孔(1-4)和定位孔(1-5)，定位孔(1-5)設(shè)置在固定端板 (1-1)兩端，通氣孔(1-3)和通水孔1-4均勻分布在固定端板(1-1)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型燃料電池堆工裝夾具，其特征在于所述的壓桿(4) 兩端設(shè)置有螺紋，與不銹鋼螺母組件(3)相配合。
專利摘要一種新型燃料電池堆工裝夾具，它涉及一種工裝夾具。它是由框架(1)、壓板(2)、不銹鋼螺母組件(3)、壓桿(4)和調(diào)整片(5)組成；框架(1)的頂部設(shè)置有壓板(2)，壓桿(4)通過(guò)不銹鋼螺母組件(3)與框架(1)相固定，并設(shè)置在壓板(2)兩邊，調(diào)整片(5)設(shè)置在壓板(2)下方。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝卸電池堆方便、大大提高工裝速度和效率；框架通過(guò)澆鑄成型制造，可以減輕重量、降低成本，提高標(biāo)準(zhǔn)化率，有助于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/24GK201699084SQ20102022891
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者余青霖, 冀中華, 曾憲林 申請(qǐng)人:余青霖;冀中華