本实用新型专利技术公开了一种燃料电池电堆的紧固装置及其燃料电池，包括至少2个扎带单元，每个扎带单元至少包括位于一侧且呈相邻间隔分布的第一端部和第二端部，以及位于另一侧且呈相邻间隔分布的第三端部和第四端部；各扎带单元的第一端部和第二端部分别与呈平行分隔排布的第一连杆和第二连杆限位安装连接，且其第三端部和第四端部分别与呈平行分隔排布的第三连杆和第四连杆限位安装连接；第一连杆和第二连杆之间以及第三连杆和第四连杆之间分别通过紧固件进行紧固安装连接；本实用新型专利技术确保燃料电池电堆获得更佳电堆密封与电性能所需的受力分布效果，同时可以在电堆组装、电堆生命周期中获得更多的调节、重组的能动性和灵活性。
【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆的紧固装置及其燃料电池
本技术涉及燃料电池领域，具体涉及了一种燃料电池电堆的紧固装置，本技术还涉及了该紧固装置应用的燃料电池。
技术介绍
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，能量转化率高；而且采用氢作为燃料的燃料电池反应产物为水，环境友好，理论上可实现零污染排放；另外，燃料电池没有机械传动部件，运动部件少，工作时噪音很低；而且燃料电池还具有比能量高，可靠性高，燃料范围广，启动时间短，体积小，携带方便等优点。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是目前最有发展前途的发电技术。燃料电池电堆作为燃料电池的主体结构，由1个或多个单电池堆叠而成，在堆叠的同时需要对燃料电池电堆进行紧固。现有的紧固方式通常对位于燃料电池电堆两端的端板通过螺栓或扎带施加约束力，进而将燃料电池电堆的单电池堆叠固定安装为一体，使得燃料电池电堆能够容纳几个大气压的内部气体和冷却介质(若有)的压力，确保不会发生泄露。相对于采用螺栓紧固方式，扎带紧固方式具有更大的优势而被燃料电池行业更为广泛采用。具体对于扎带紧固方式来说，通常采用焊接或铆接方式对扎带进行固定；其步骤主要包括：首先将燃料电池电堆的部件(主要包括端板、集流板、双极板和膜电极等)按照预期的电堆结构堆叠，然后使用压力设备在燃料电池电堆两端施加压力，在保持此压力的状态下，将扎带安放到燃料电池端板外侧，施加预紧拉力，使得扎带能和电堆的端板紧密贴合，再用焊接、铆钉等方法将扎带固定，最后去除压力机的压力，燃料电池电堆在内部弹性力的作用下伸长，直至扎带的拉力和电池电堆的弹性力达到平衡。该紧固方式主要存在如下缺点：a.安装燃料电池电堆时，需要对电堆上施加压力(安装压力)，待扎带完成焊接或铆接后再去除该安装压力，依赖电堆的弹性力使扎带伸长直至电堆的弹性力和扎带的拉力平衡于电堆的工作压力；该方法施加的安装压力必须比电堆所需的实际工作压力大，在此安装压力下，可能会导致燃料电池电堆内部部件发生塑性形变，增加了电堆内部部件破碎的可能，对燃料电池电堆的性能产生负面影响。b.燃料电池电堆完成安装后必须兼具良好的电堆密封性能和内部部件电接触性能，这与安装压力、扎带模量、扎带预紧力和电堆内部材料的弹性性能等参数密切相关，显然可知，该紧固方法对安装压力及其在电堆内的分布、扎带模量、扎带预紧力、电堆内部弹性性能等因素具有苛刻、难于实现的要求，因此该方法具有很大的局限性和操作难度；而且该方法也没有普适性，只要电堆的尺寸、电堆内电池数量和所用材料稍有改变，扎带的参数和安装压力必须跟着改变。c.为了确保在去除安装压力后，燃料电池电堆不会有太大形变，扎带必须具有很高的拉伸弹性模量，因而该方法的扎带需要由较厚的钢带组成，导致扎带在端板的边缘处很难和端板贴合，需要将扎带预弯，然而预弯后的钢带很难精准地和加压后的电堆尺寸保持一致。d.在燃料电池电堆的生命周期内，电堆的力学性能可能会发生改变，需要改变扎带的拉力才能维持电堆的密封和电学性能。而焊接或铆接固定的扎带中，不可能改变扎带的拉力。为了对以上技术问题进行改善，已有通过螺栓紧固扎带的方式来替代焊接或铆接，操作步骤主要包括：将燃料电池电堆的各部件进行堆叠，用压力机给电池电堆施加一个预压力，然后将扎带绕在端板上，并用螺栓拉紧扎带，直到电堆内的压力满足密封和部件间具有较好的电学接触的要求。该方法仍然存在的缺点包括：第一、即使控制拧紧螺栓的扭矩，由于螺栓之间的差别，扎带上的拉力公差较大，造成端板对各处电池电堆内部部件的压力分布不均匀；为了得到均匀的电池电堆内部压力，只能增加端板的厚度和强度，牺牲电堆的功率密度。第二、无论使用德式卡箍(扎带)还是使用扎带端头用螺栓紧固，扎带的宽度必须大于螺栓宽度，一般是螺栓直径的两到三倍。因此，扎带的宽度不能太小，在风冷结构式电堆中扎带宽度还会影响空气进出电堆。第三、即使扎带的宽度远大于螺栓的直径，扎带在螺栓固定的位置仍然是扎带紧固强度的薄弱环节。因此，基于以上技术现状，本申请人希望寻求新的紧固方案来对燃料电池电堆的紧固现状进行改进。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种燃料电池电堆的紧固装置及其燃料电池，确保燃料电池电堆获得更佳电堆密封与电性能所需的受力分布效果，同时在电堆安装、电堆生命周期的维护过程中可以获得更多的能动性和灵活性。本技术采用的技术方案如下：一种燃料电池电堆的紧固装置，所述燃料电池电堆包括堆叠为一体的1个或多个单电池，所述紧固装置包括绕设在燃料电池电堆外周的至少2个扎带单元，每个扎带单元至少包括位于一侧且呈相邻间隔分布的第一端部和第二端部，以及位于另一侧且呈相邻间隔分布的第三端部和第四端部；各扎带单元的第一端部和第二端部分别与呈平行分隔排布的第一连杆和第二连杆限位安装连接，且其第三端部和第四端部分别与呈平行分隔排布的第三连杆和第四连杆限位安装连接；同时第一连杆和第二连杆之间以及第三连杆和第四连杆之间分别通过紧固件进行紧固安装连接，实现对燃料电池电堆的紧固。优选地，所述紧固件与所述扎带单元的端部呈错位分布。优选地，所述扎带单元呈分段状，包括金属带和/或编制金属带和/纤维带和/弹性带。优选地，所述燃料电池电堆外周绕设有多个扎带单元，各扎带单元在所述燃料电池电堆外周呈平行间隔分布，且所述扎带单元的端部分别设有与其对应的连杆进行限位安装连接的限位扣。优选地，在燃料电池电堆外周绕包括1个或多个连杆安装紧固组，其中，各连杆安装紧固组设有至少2个呈相邻平行间隔分布的扎带单元，同时各连杆安装紧固组的连杆采用分段连杆单元。优选地，所述扎带单元在所述燃料电池电堆外周呈交叉状分布，各扎带单元通过弯折处理形成呈相邻间隔分布的第一端部和第二端部以及呈相邻间隔分布的第三端部和第四端部，每个端部与其对应的连杆进行限位安装连接。优选地，所述燃料电池电堆的端板设有与所述扎带单元滑动限位配合的扎带凹槽，避免所述扎带单元相对燃料电池电堆在其轴向上窜动。优选地，所述紧固装置的连杆设有与扎带单元滑动限位配合的扎带凹槽，避免所述连杆相对燃料电池电堆发生窜动。优选地，一种燃料电池，包括燃料电池电堆，所述燃料电池电堆采用如上所述的紧固装置进行紧固。优选地，所述单电池包括阳极板、膜电极和阴极板，其中，所述阳极板或阴极板采用硅极板或石墨极板或金属极板或陶瓷极板或复合材料极板。本申请对于其可应用的燃料电池电堆结构没有特别限制，可以应用于具有冷却介质(例如水冷)的燃料电池电堆，也可以应用于风冷式燃料电池电堆，均可以获得类似的技术效果。需要说明的是，本申请涉及的燃料电池电堆的工作压力是指通过具有一定面积的电堆端板在电池电堆工作状态下给电堆内部施加的压力，电池电堆的工作压力在电池电堆内部单位面积上的压力为工作压强(水冷式燃料电池电堆的工作压强范围为1MPa-2MPa，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池电堆的紧固装置，所述燃料电池电堆包括堆叠为一体的1个或多个单电池，其特征在于，所述紧固装置包括绕设在燃料电池电堆外周的至少2个扎带单元，每个扎带单元至少包括位于一侧且呈相邻间隔分布的第一端部和第二端部，以及位于另一侧且呈相邻间隔分布的第三端部和第四端部；各扎带单元的第一端部和第二端部分别与呈平行分隔排布的第一连杆和第二连杆限位安装连接，且其第三端部和第四端部分别与呈平行分隔排布的第三连杆和第四连杆限位安装连接；同时第一连杆和第二连杆之间以及第三连杆和第四连杆之间分别通过紧固件进行紧固安装连接，实现对燃料电池电堆的紧固。/n
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆的紧固装置，所述燃料电池电堆包括堆叠为一体的1个或多个单电池，其特征在于，所述紧固装置包括绕设在燃料电池电堆外周的至少2个扎带单元，每个扎带单元至少包括位于一侧且呈相邻间隔分布的第一端部和第二端部，以及位于另一侧且呈相邻间隔分布的第三端部和第四端部；各扎带单元的第一端部和第二端部分别与呈平行分隔排布的第一连杆和第二连杆限位安装连接，且其第三端部和第四端部分别与呈平行分隔排布的第三连杆和第四连杆限位安装连接；同时第一连杆和第二连杆之间以及第三连杆和第四连杆之间分别通过紧固件进行紧固安装连接，实现对燃料电池电堆的紧固。
2.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述紧固件与所述扎带单元的端部呈错位分布。
3.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述扎带单元呈分段状，包括金属带和/或编制金属带和/纤维带和/弹性带。
4.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述燃料电池电堆外周绕设有多个扎带单元，各扎带单元在所述燃料电池电堆外周呈平行间隔分布，且所述扎带单元的端部分别设有与其对应的连杆进行限位安装连接的限位扣。
5.根据权利要求4所述的紧固装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴王聪，秦臻，朱景兵，
申请(专利权)人：浙江海晫新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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