[发明专利]一种燃料电池电堆模块单元及快速模块化装堆方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池电堆模块单元及快速模块化装堆方法。

背景技术

燃料电池是将氢气的化学能转化为电能的装置，其优点是产物是水，零排放无污染，噪音低，转化效率高。工作温度可在低温环境下运行，是移动电源和基站电源和固定电源的首选。聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC），是由单元电池、双极板、集电板、端板和紧固件组成。由于聚合物膜燃料电池单片电压低，在实际应用中，是由多个电池单元叠加在一起进行串联起来，形成电堆。由于单元电池片数多，在电堆的组装过程中，需要进行定位组装，然后进行螺杆固定。

目前行业内电堆的组装技术，只有通过定位孔和定位销来定位，通过定位销来定位，在组装的过程中，由于定位销和定位孔不是过盈配合，在组装的压力下，各个电池单元由于加工精度导致的受力不均匀，造成在电堆组装过程中产生电堆整体旋转扭曲，单片电池滑动移位，电堆外面不整齐，严重会导致部分流场板破裂，从而造成整个电堆的报废。

美国专利US6358641B1以及US2010/0279195A1提出的内定位方法，在电堆组装的过程中依靠定位销来对齐电池单元模块。由于电堆内部要求MEA中心部位接触良好，任何稍微的偏移、易位均会对电池性能产生非常大的不利影响。而美国专利US6358641B1以及US2010/0279195A1提出的内定位方法仅为一种比较常规的内定位方式，该内定位方法并不能严格杜绝MEA在装堆过程中的偏移，当定位销与定位孔间隙稍大时，MEA即可能会发生偏移，而当定位销与定位孔间隙太小时，又不利于组装。且该定位方式本身还增加了电堆的组装难度，给电堆的安全带来隐患。

专利CN102800885A采用四周用定位滑杆片的方式进行组装电堆，虽然说在一定程度上解决了电堆的定位问题，但是其定位滑杆片是底部固定，对材料的机械强度要求较高，而且结构较复杂，组装出来的电堆的均一性不够，不便于电堆的组装与电堆批量生产。

专利CN201110065618提出采用可调节压力装置，通过自动插拔定位导杆和自动锁螺母的方式，来提高电堆组装的效率和电堆组装的质量。只是采用内定位，对电堆定位精度不够，由于采用气缸和液压装置作为压力传动装置，整个装置上下板的平行度无法有效的控制，会造成装出来的电堆外尺寸有偏差。另外，该装置采用立式，不便于电池片的摆放。从一定程度上制约着电堆组装效率的提高。

专利CN101083335A公开了相邻两单元使用金属极板上模压形成的突起和凹陷定位，寄定位槽和桥内的瓦楞状加强结构相互卡接定位这样的技术特征。该方案是对两个金属极板之间进行定位，目的是防止膜电极泄露，造成膜电极的损坏和污染。并没有给出如何保证膜电极与双极板之间接触良好，不发生滑动的技术启示。

专利CN202013919U公开了相邻两块金属板均设有多个卡头和卡口，其中第一块金属板的卡头与第二块金属板的卡口配合，使两块金属板和位于期间的膜电极组件组装在一起，形成一个单电池；该单电池与另外的单电池再通过他们的卡头和卡口相连，所有的单电池依靠这种连接方式叠加在一起。该文件中，也是公开了两个金属极板之间的定位方式，无法保证膜电极内部不发生滑动移位。

从上述技术状况可以看出，本领域技术人员一直致力于寻找一种合适的固定方式，以解决燃料电池电堆组装的问题，也提出了若干固定的方案，但是终究没有一个方案能够既彻底解决双极板与单元电池之间的固定问题，又不会带来工序上的繁琐及对装堆产生其他不利影响。

发明内容

发明目的： 本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种保证电堆组装简单、双极板与单元电池之间接触良好、不会发生任何偏移的燃料电池电堆模块单元。

本发明的另一目的在于提供一种快速模块化装堆方法。

本发明公开一种燃料电池电堆模块单元，包括单元电池和设置在单元电池一侧的双极板，其特征在于：所述单元电池的至少一对对角处设置有向所述双极板一侧弯折的定位片，所述双极板上与所述定位片对应的位置设置有与定位片匹配的定位槽；所述单元电池通过定位片插入定位槽的方式紧密贴合在一侧的双极板上。

优选地，所述定位片为L型定位片，所述定位槽为与其相匹配的L型定位槽。

优选地，所述L型定位片设置在单元电池的对角的两条直角边上，由伸出直角边的耳片弯折90°形成；所述L型定位槽为与L型定位片匹配的直角定位槽。

优选地，所述L型定位片设置在单元电池的一对对角处，由设置在一对对角的L型定位片采用插槽式结构，实现双极板和单元电池的相对位置固定，即可保证单元电池与双极板之间紧密配合贴合无移动。