CN101567429A - 燃料电池组夹紧装置 - Google Patents

Abstract

一种夹紧装置，其包括设置在燃料电池组的外部而不是在其内部的倾斜装置和单向负荷控制板。该装置可以自动地补偿燃料电池组中的表面压力以使其保持恒定，并利用燃料电池组的负荷以很小的力提供很大的夹持负荷。

Description

燃料电池组夹紧装置

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(a)，本申请要求于2008年3月4日提交的韩国专利申请第10-2008-0019887号的优先权，在此将其全文并入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池组夹紧装置。更具体地，本发明涉及一种燃料电池组夹紧装置，其能够利用燃料电池组的负荷和倾斜装置的倾斜角度，自动补偿燃料电池组中的表面压力以使其保持恒定。

背景技术

通常，燃料电池是通过氢(H²)和氧(O²)之间的电化学反应产生电能的装置，其包括膜电极组件(MEA)。MEA包括其上提供有氢的燃料电极(阳极)和其上提供有空气的氧电极(阴极)，上述电极形成在其中传递有氢离子(H⁺)的电解质膜的两侧。

燃料电池组具有如下结构：其中MEA和隔板(separator)依次堆叠，在燃料电池组的最外层上设置有具有氢气入口和出口以及空气入口和出口的端板，即双极板。

在上述燃料电池中，燃料电池组的输出电压是单元电池的输出电压之和。由于用隔板分开的单元电池依次堆叠形成燃料电池组，各单元电池合计的输出电压被定义为燃料电池组的输出电压。

同时，燃料电池组的性能通过输出电压的大小来评价，该大小受到隔板之间压力的影响。

在具有上述配置和操作的燃料电池组中，必须对多个堆叠的电池进行整体连接和固定，以防止燃料的泄露，并形成作为燃料电池的结构。因此，已经采用了一种方法，其中通过端板以预定的压力将单元电池夹紧，并在燃料电池组的内部添加弹性体例如弹簧，以便即使在长期使用的情况下也将燃料电池组中的表面压力保持恒定。

图1示出了用于保持燃料电池组中的表面压力的常规夹紧结构，其中，使用板簧1和液压腔(liquid chamber)2，即弹性体，以便即使在燃料电池组的负荷发生改变的情况下也提供一致的表面压力。

但是，常规结构具有如下缺点：根据隔板内部夹紧负荷的增加，需要有大量的板簧和液压腔，从而使制造成本增加。而且，由于燃料电池组中包括有板簧和液压腔，燃料电池组的内部结构非常复杂。

该背景技术部分公开的上述信息只是用于增进对发明背景的理解，因此其可以包含不形成该国内本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是解决与已有技术相关的上述问题。一方面，本发明提+供了一种燃料电池组(fuel cell stack clamping device)夹紧装置(clamping device)，该装置包括：端板，其具有在垂直表面中形成的内表面以紧紧粘附于燃料电池组模块的两侧，并具有在第一斜面(oblique)中形成的外表面；与第一斜面表面接触并适应端板的倾斜装置；第一和第二单向负荷控制板，其分别与端板的顶表面和底表面连接，使得燃料电池组的负荷仅仅朝着燃料电池组的内部施加。

在优选的实施方式中，端板的顶表面上形成有第一挂钩元件，第一单向负荷控制板的外部底表面上形成有与第一挂钩元件咬合的第一锁定元件，端板的底表面上形成有第二挂钩元件，第二单向负荷控制板的外部顶表面上形成有与第二挂钩元件咬合的第二锁定元件。

在另一个优选的实施方式中，倾斜装置的底板上形成有用于连接第二单向负荷控制板的通孔。

在再另一个优选的实施方式中，燃料电池组夹紧装置进一步包括负荷添加罩，该负荷添加罩包括用于覆盖燃料电池组模块、端板和倾斜装置的顶表面的顶板，以及用于覆盖燃料电池组模块、端板和倾斜装置的周围表面的侧板。

在再另一个优选的实施方式中，负荷添加罩的顶板上形成有开孔，端板的氢气入口和出口以及空气入口和出口均通过该开孔暴露于外部。

在再另一个优选的实施方式中，负荷添加罩的侧板与倾斜装置的主体部分通过罩固定装置连接。

在再一个优选的实施方式中，负荷添加罩顶板的底表面与燃料电池组模块的顶表面之间设置有减振材料。

在再另一个优选的实施方式中，倾斜装置主体部分的内表面上安装有多个圆柱形辊。

在再另一个优选的实施方式中，倾斜装置包括：主体部分，其中在其内表面上形成有与端板的第一斜面表面接触的第二斜面；和用于整体连接主体部分底端的底板。

本文所用的术语“车辆”、“车用”或其它类似术语理解成包括通常的机动车辆，例如载客车辆，其包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括多种船只和船舶的水运工具，航空器和类似物。

所附附图结合在本说明书中并形成其一部分，并与以下具体描述一起，更详细地说明了本发明的以上特征和优势，其用于通过实施例的方式解释本发明的原理，这些特征和优势由此将是显而易见的。

附图说明

现在参考附图中图示的某些示范性实施方式对本发明的上述和其它特征进行详细说明，以下附图仅仅作为图示给出，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是说明常规燃料电池组夹紧结构的侧视图；

图2是说明如下状态的透视图：其中燃料电池组通过根据本发明优选实施方式的燃料电池组夹紧装置装配；

图3是沿着图2中的线A-A的截面图；

图4显示了说明根据本发明的燃料电池组夹紧装置的原理和操作的曲线图和等式；

图5是说明燃料电池组模块的末端处的端板的放大俯视图，在该状态下，燃料电池组通过根据本发明优选实施方式的燃料电池组夹紧装置装配；

图6是说明根据本发明优选实施方式的燃料电池组夹紧装置的倾斜装置的截面图；

图7是显示燃料电池组模块的单向负荷控制板的挂钩元件的截面图，该元件是根据本发明优选实施方式的燃料电池组夹紧装置的组件；

图8是说明根据本发明另一个优选实施方式的燃料电池组夹紧装置的透视图；

图9是说明根据本发明另一个优选实施方式的燃料电池组夹紧装置的俯视图；和

图10是沿着图8中的线B-B的截面图。

附图中列出的参考数字包括关于下文进一步讨论的下列元件：

10：倾斜装置            12：燃料电池组

14：端板                18：第一斜面

20：主体部分            22：底板

24：第二斜面

26：第一单向负荷控制板

28：第二单向负荷控制板

30：第一挂钩元件        32：第一锁定元件

34：第二挂钩元件        36：第二锁定元件

38：辊                  40：负荷添加罩

42：顶板                44：侧板

39：开孔                50：减振材料

应当理解到，所附的附图并非必要是按比例的，其说明了本发明基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的代表。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体大小、方向、位置和形状将部分取决于具体的既定用途和使用环境。

具体实施方式

现在详细参考本发明的具体实施方式，下文的附图中对其实施例进行说明，其中通篇以相似参考数字标记相似元件。以下对实施方式进行说明，以通过参考附图来解释本发明。

图2是说明如下状态的透视图：其中燃料电池组通过根据本发明优选实施方式的燃料电池组夹紧装置装配，图3是沿着图2中线A-A的截面图。

如图3所示，本发明的目的在于提供一种包括倾斜装置10的燃料电池组夹紧装置，其中利用斜面的倾角以嵌入的方式将燃料电池组12和端板14插入并固定，以自动地补偿燃料电池组12中的表面压力使其保持恒定，并以很小的力提供很大的夹持负荷。

如图5所示，在燃料电池组12的两侧均设置有端板14，该端板包括氢气供应入口16a、空气供应入口16b、冷却剂供应入口16c、冷却剂出口16d、空气出口16e和氢气出口16f，其均形成为连接到端板14顶端部分的外部上。在上下方向上的直线上形成有端板14的内表面，以使其仅仅粘附于燃料电池组12的两侧，在具有预定倾角的第一斜面18中形成有外表面。

由于第一斜面18，端板14的横截面积从顶部到底部逐渐减小。

倾斜装置10包括在垂直方向上形成的主体部分20，以及连接主体部分20的底端并与主体部分20形成整体的底板22。

具体地，主体部分20的内表面包括与端板14的第一斜面18表面接触的第二斜面24。

因此，当以嵌入方式将燃料电池组12和端板14插入倾斜装置10的内部时，端板14的第一斜面18与主体部分20的第二斜面24进行表面接触，从而通过倾斜装置10将燃料电池组12和端板14连接起来。

将参考图4对本发明的燃料电池组夹紧装置以很小的力提供很大的夹持负荷的原理进行如下说明。

图4中的曲线图说明了有关燃料电池组12的负荷的夹持负荷的增长与第一和第二斜面18和24的倾角之间的对应关系。在图4的等式中，R代表倾斜装置的斥力，θ代表倾斜装置的倾角，P代表燃料电池组12的负荷，

代表倾斜装置的顶角(corner angle)，k代表表示燃料电池组12的负荷的倍数，作为燃料电池组12的夹持负荷。

根据该原理，当倾斜装置10的斜面倾角θ的值范围为80°至85°时，k的值范围为3至6，因此可以用对应于燃料电池组12的负荷的3至6倍的夹持负荷来装配燃料电池组12。

根据与本发明对应的燃料电池组夹紧装置，作为用于使燃料电池组12的负荷朝着燃料电池组12的内部作用的装置，具有矩形板形状的第一单向负荷控制板26和第二单向负荷控制板28可以分别与端板14的顶表面和底表面连接。

更具体地，如图7所示，当第一单向负荷控制板26外部底表面上形成的第一锁定元件32与端板14的顶表面上形成的第一挂钩元件30咬合，然后第一单向负荷控制板26被压向燃料电池组12的内部时，燃料电池组12的负荷可以仅仅施加于其内部。

以相同的方式，如图6所示，当第二单向负荷控制板28外部顶表面上形成的第二锁定元件36与端板14的底表面上形成的第二挂钩元件34咬合，然后第一单向负荷控制板26被压向燃料电池组12的内部时，燃料电池组12的负荷可以越来越多地仅仅施加于其内部。

这时，为了连接第二单向负荷控制板28，倾斜装置10的底板22上形成有通孔46。因此，可以很容易地将第二单向负荷控制板28与通过通孔46暴露的端板14的底表面连接。

同时，如图6所示，倾斜装置10的第二斜面24上安装有多个圆柱形辊38a、38b、38c、38d和38e。当以嵌入方式将端板14插入倾斜装置10时，圆柱形辊38a、38b、38c、38d和38e与端板14的第一斜面18滚动接触，以实现向燃料电池组12的内部顺利地传送夹持负荷。

如上所述，当第一单向负荷控制板26和第二单向负荷控制板28被压向燃料电池组12的内部，以通过合意的夹持力将燃料电池组模块连接，然后根据端板14的第一斜面18和倾斜装置10的第二斜面24的倾斜角度θ，使用表面接触在重力方向上向燃料电池组12施加位移时，可以用对应于燃料电池组12的负荷的k倍的很大的夹持负荷来连接燃料电池组12。

而且，可以通过将对应于燃料电池组12的负荷的k倍的力通过圆柱形辊38a、38b、38c、38d和38e传送给燃料电池组模块，自动地补偿燃料电池组12中的表面压力以使其保持恒定。

根据本发明的另一优选实施方式，本发明的特征在于，进一步提供有能够覆盖燃料电池组12、端板14和倾斜装置10的负荷添加罩40。图8是说明根据本发明另一个优选实施方式的燃料电池组夹紧装置的透视图，图9是其俯视图，图10是沿着图8中的线B-B的截面图。

负荷添加罩40包括顶板42和侧板44。顶板42覆盖燃料电池组模块、端板14和倾斜装置10的顶表面，侧板14覆盖燃料电池组模块、端板14和倾斜装置10的周围表面。

负荷添加罩40的顶板42上形成有开孔39，端板14的氢气供应入口16a、空气供应入口16b、冷却剂供应入口16c、冷却剂出口16d、空气出口16e和氢气出口16f均通过该开孔暴露于外部，用于管线铺设。

而且，负荷添加罩40的侧板44通过罩固定螺钉48a、48b、48c和48d与倾斜装置10的主体部分20连接，从而保持负荷添加罩40固定在倾斜装置10的主体部分20上的状态。

因此，当覆盖有负荷添加罩40时，负荷添加罩40的负荷和夹持力被加到燃料电池组模块的负荷上，从而增加了燃料电池组12的夹持表面压力。

针对燃料电池系统的操作过程中施加于燃料电池组12和端板14的振动可以导致燃料电池组12的表面压力发生偏移的情况，在负荷添加罩40的顶板42的底表面与燃料电池组模块的顶表面之间插入能够减振的减振材料50。

因此，在以嵌入方式将燃料电池组12和端板14插入倾斜装置10之后，负荷添加罩40的负荷被加到燃料电池组12的负荷上，以向燃料电池组12的内部提供合意的夹持负荷，从而可以很容易地以自动补充的恒定表面压力来装配燃料电池组12。

如上所述，本发明提供了包括以下的效果。首先，由于应用于燃料电池组外部的倾斜装置以很小的力提供夹持负荷，可以在燃料电池组模块中不使用任何额外装置的情况下很容易地将燃料电池组连接，并且还可以自动地补偿燃料电池组中的表面压力以使其保持恒定。而且，由于不在常规燃料电池组的内部使用例如片簧的弹性体，可以简化燃料电池组的内部结构。

本发明已经参考其优选实施方式进行了说明。但是，本领域技术人员将会认识到，可以在不偏离本发明原理和精神的前提下对这些实施方式进行多种变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同方式限定。

Claims (9)

1.一种燃料电池组夹紧装置，其包括：

端板，其具有在垂直表面中形成的内表面以紧紧粘附于燃料电池组模块的两侧，并具有在第一斜面中形成的外表面；

与所述第一斜面表面接触并适应所述端板的倾斜装置；和

第一和第二单向负荷控制板，其分别与所述端板的顶表面和底表面连接，使得所述燃料电池组的负荷仅仅朝着所述燃料电池组的内部施加。

2.根据权利要求1所述的燃料电池组夹紧装置，其中所述端板的顶表面上形成有第一挂钩元件，所述第一单向负荷控制板的外部底表面上形成有与所述第一挂钩元件咬合的第一锁定元件，所述端板的底表面上形成有第二挂钩元件，所述第二单向负荷控制板的外部顶表面上形成有与所述第二挂钩元件咬合的第二锁定元件。

3.根据权利要求1所述的燃料电池组夹紧装置，其中所述倾斜装置的底板上形成有用于连接所述第二单向负荷控制板的通孔。

4.根据权利要求1所述的燃料电池组夹紧装置，其进一步包括负荷添加罩，所述负荷添加罩包括用于覆盖所述燃料电池组模块、所述端板和所述倾斜装置的顶表面的顶板，以及用于覆盖所述燃料电池组模块、所述端板和所述倾斜装置的周围表面的侧板。

5.根据权利要求4所述的燃料电池组夹紧装置，其中所述负荷添加罩的所述顶板上形成有开孔，所述端板的氢气入口和出口以及空气入口和出口均通过所述开孔暴露于外部。

6.根据权利要求4所述的燃料电池组夹紧装置，其中所述负荷添加罩的所述侧板与所述倾斜装置的主体部分通过罩固定装置连接。

7.根据权利要求4所述的燃料电池组夹紧装置，其中所述负荷添加罩的所述顶板的底表面与所述燃料电池组模块的顶表面之间设置有减振材料。

8.根据权利要求1所述的燃料电池组夹紧装置，其中所述倾斜装置的主体部分的内表面上安装有多个圆柱形辊。

9.根据权利要求1所述的燃料电池组夹紧装置，其中所述倾斜装置包括：主体部分，其中在其内表面上形成有与所述端板的所述第一斜面表面接触的第二斜面；和用于整体连接主体部分底端的底板。

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