CN106450372B - 一种带有外定位功能的电堆紧固结构 - Google Patents

一种带有外定位功能的电堆紧固结构 Download PDF

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Abstract

一种带有外定位功能的电堆紧固结构，包括拉板压块Ⅰ、拉板Ⅰ、外定位支撑杆Ⅰ、拉板压块Ⅱ、拉板Ⅱ和外定位支撑杆Ⅱ，拉板Ⅰ和拉板Ⅱ由一水平板和俩竖板组成,俩竖板位于水平板两端,竖板上开有螺栓孔，外定位支撑杆Ⅰ和外定位支撑杆Ⅱ分别固定在拉板Ⅰ和拉板Ⅱ水平板的内面，拉板压块Ⅰ和拉板压块Ⅱ是开有螺栓孔的长条板，拉板Ⅰ和拉板Ⅱ的水平板分别扣装在组装好的电堆的四个面上，竖板用螺栓通过拉板压块Ⅰ和拉板压块Ⅱ将拉板Ⅰ和拉板Ⅱ固定在组装好的电堆两端的端板上。有益效果是：能定尺寸拉紧电堆，有效保证电堆组装后尺寸一致，适应电堆批量生产及装配；电堆不会发生震动变形。结构结构简单，精度高。

Description

一种带有外定位功能的电堆紧固结构
技术领域
本发明属于种燃料电池技术领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池电堆组装技术。
背景技术
燃料电池电堆组装时，需要足够大的组装力，才能使其内部零件保持良好的接触状态，达到双极板与膜电极(MEA)最佳匹配的接触状态，使发电效率高。所以，稳固的紧固结构是燃料电池电堆的重要组成部分。一个好的燃料电池电堆结构既要有合适的组装力，又要保证燃料电池电堆的可靠性和零部件的耐久性。现有技术的燃料电池电堆紧固方式有捆绑带式结构、螺杆式结构和整体封装式结构，捆绑带式结构如专利CN104064802A“一种燃料电池堆钢带捆绑式锁紧结构”公布的结构；螺杆式结构如CN202333048U“一种带弹簧的燃料电池堆型”公布的结构。该两种结果可以有效的保证组装力，不足是：无法实现定尺寸组装，组装紧固后，电堆各处长度差异较大，无法满足大批量及模块化生产的严格尺寸要求，在车载或震动中没有支撑结构，电堆内部结构的可靠性无法保证。整体封装式结构如专利CN103633358A公布的电堆，该结构可以定尺寸组装，不足是：是单个电堆组装形式，不能灵活的应对多个电堆集成组成模块，或多个电堆并联组装等结构，且维修维护及检测较为不便，装配工艺较为复杂，封装内部没有涉及到外定位防震防错结构，难以保证车用或震动工况下的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有外定位功能的电堆紧固结构，克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是：一种带有外定位功能的电堆紧固结构，包括电堆端板Ⅰ、电堆端板Ⅱ和电堆堆体，电堆堆体夹装在电堆端板Ⅰ和电堆端板Ⅱ之间，电堆端板的每个边比电堆堆体的每个边单侧大出尺寸d,5mm＜d＜10mm,其特征在于：所述带有外定位功能的电堆紧固结构还包括拉板压块Ⅰ、拉板压块Ⅱ、拉板Ⅰ、外定位支撑杆Ⅰ、拉板Ⅱ和外定位支撑杆Ⅱ，所述拉板Ⅰ和拉板Ⅱ都是由一水平板和两竖板组成,两竖板位于水平板两端,向同一方向竖立，两个以上的螺栓孔匀均分布在水平板两端的每个竖板上，所述外定位支撑杆Ⅰ和外定位支撑杆Ⅱ是长条块，长条块的一个面是弧面，外定位支撑杆Ⅰ和外定位支撑杆Ⅱ的厚度等于电堆端板一个边比电堆堆体向对应边单侧大出的尺寸d，外定位支撑杆Ⅰ和外定位支撑杆Ⅱ的长度等于或小于电堆堆体的长度,外定位支撑杆Ⅰ的与弧面相对的面固定在拉板Ⅰ水平板的内面上，位于两竖板之间,所述外定位支撑杆Ⅱ的与弧面相对的面固定在拉板Ⅱ水平板的内面上，位于两竖板之间,拉板Ⅰ和拉板Ⅱ水平板部分的长度与组装好的电堆两端的端板之间的长度相同，所述拉板压块Ⅰ和拉板压块Ⅱ是长条板，拉板压块Ⅰ和拉板压块Ⅱ的长度分别与拉板Ⅰ和拉板Ⅱ竖板的宽度相同，拉板压块Ⅰ和拉板压块Ⅱ的宽度度分别与拉板Ⅰ和拉板Ⅱ竖板的高度相同，拉板压块Ⅰ上开有与拉板Ⅰ水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，拉板压块Ⅱ上开有与拉板Ⅱ水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，拉板Ⅰ水平板扣装在组装好的电堆两端的端板的短边上，外定位支撑杆Ⅰ顶靠在电堆左右两侧面上，水平板两端的竖板分别与电堆两端的电堆端板Ⅰ和电堆端板Ⅱ的短边接靠，拉板Ⅱ水平板扣装在组装好的电堆两端的端板的长边上，外定位支撑杆Ⅱ顶靠在电堆上下两面上，水平板两端的竖板分别与电堆两端的电堆端板Ⅰ和电堆端板Ⅱ的长边接靠，所述电堆端板Ⅰ和电堆端板Ⅱ的长边上开有与拉板Ⅱ水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，电堆端板Ⅰ和电堆端板Ⅱ的短边上开有与拉板Ⅰ水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，用螺栓通过拉板压块Ⅰ和拉板压块Ⅱ将拉板Ⅰ和拉板Ⅱ固定在组装好的电堆两端的端板上。
本发明所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述拉板Ⅰ和拉板Ⅱ水平板两端的竖板的高度为5mm～50mm
本发明所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述拉板Ⅰ水平板内面上的外定位支撑杆Ⅰ为一根以上；所述拉板Ⅱ水平板内面上的外定位支撑杆Ⅱ为一根以上。
本发明所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述拉板Ⅰ和拉板Ⅱ)为金属板或工程塑料板，板厚为1mm～3mm。
本发明所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述每个组装好的电堆的四个侧面的每个侧面上拉板Ⅰ和拉板Ⅱ为各为一个以上。
本发明所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述外定位支撑杆Ⅰ和外定位支撑杆Ⅱ是绝缘非金属材料制成。
本发明所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述制成外定位支撑杆Ⅰ和外定位支撑杆Ⅱ的绝缘非金属材料是聚四氟乙烯或聚甲醛材料。
本发明所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构的使用方法，包括在电堆预紧压机上用组装定位工装组装电堆，将电堆压缩至设定高度，其特征在于：所述带有外定位功能的电堆紧固结构的使用方法还包括：按电堆被压缩至设定的高度制备拉板Ⅰ和拉板Ⅱ，在保持电堆预紧压机压力的条件下，将拉板Ⅰ和拉板Ⅱ用螺栓固定到电堆端板Ⅰ和电堆端板Ⅱ上，撤掉电堆预紧压机压力，取出组装好的电堆。
本发明所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构的使用方法中，用电堆预紧压机将电堆压缩至设定高度，该高度是依靠经验、实验及仿真计算得出的能保证组装力在合理范围之内的参数。
本发明的有益效果是：
1、本发明的电堆紧固结构能定尺寸拉紧电堆，更好的适应电堆的批量生产及装配，可以有效的保证生产效率，比传统式电堆结构组装时间节省1/3以上；
2、拉板的长度为固定尺寸，可有效的保证电堆组装后各相应尺寸的一致性。
3、震动实验表明，本发明的电堆紧固结构在3g上下往复震动对电堆带来的冲击下，电堆不会发生震动变形。
4、本发明的电堆紧固结构能有效控制电堆组装后的尺寸，应力及温度等变化的影响，电堆尺寸变化不超过±0.5mm，能更好的适应模块化发展趋势。
5、本发明的电堆紧固结构结构简单，精度高。
6、本发明的电堆紧固结构结带有外定位支撑杆，能有效的防止电堆在运行、搬运、车载及震动等工况中发生错位及变形，对电池堆的各节单池有支撑作用。
附图说明
图1拉板Ⅱ和外定位支撑杆Ⅱ结构示意图
图2拉板Ⅰ和外定位支撑杆Ⅰ结构示意图
图3是实施例1结构示意图
图4是实施例2结构示意图
图中：1、电堆端板Ⅰ，2、拉板压块Ⅰ，3、拉板压块Ⅱ，4、拉板Ⅰ，5、外定位支撑杆Ⅰ，6、拉板Ⅱ，7、外定位支撑杆Ⅱ，8、电堆端板Ⅱ，9、电堆堆体。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种带有外定位功能的电堆紧固结构，包括电堆端板Ⅰ1、电堆端板Ⅱ8、电堆堆体9，拉板压块Ⅰ2、拉板Ⅰ4、外定位支撑杆Ⅰ5、拉板压块Ⅱ3、拉板Ⅱ6和外定位支撑杆Ⅱ7，电堆堆体9夹装在电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8之间，电堆端板的每个边比电堆堆体9的每个边单侧大出尺寸d,5mm＜d＜10mm,外定位支撑杆Ⅰ5和外定位支撑杆Ⅱ7是长条块，长条块的一个面是弧面，外定位支撑杆Ⅰ5和外定位支撑杆Ⅱ7的厚度等于电堆端板一个边比电堆堆体9向对应边大出的尺寸d，外定位支撑杆Ⅰ5和外定位支撑杆Ⅱ7的长度等于或小于电堆堆体9的长度,外定位支撑杆Ⅰ5和外定位支撑杆Ⅱ7是绝缘非金属材料制成,绝缘非金属材料是聚四氟乙烯或聚甲醛材料。拉板Ⅰ4由一水平板和两竖板组成,两竖板位于水平板两端,向同一方向竖立，两个以上的螺栓孔匀均分布在水平板两端的每个竖板上，竖板的长度为5mm～50mm,外定位支撑杆Ⅰ5的与弧面相对的面固定在拉板Ⅰ4水平板的内面上，位于两竖板之间,外定位支撑杆Ⅰ5为一根以上；拉板Ⅱ6由一水平板和两竖板组成,两竖板位于水平板两端,向同一方向竖立，两个以上的螺栓孔匀均分布在水平板两端的竖板上，竖板的长度为5mm～50mm,外定位支撑杆Ⅱ7的与弧面相对的面固定在拉板Ⅱ6水平板的内面上，位于两竖板之间,外定位支撑杆Ⅱ7为一根以上；拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6水平板部分的长度与组装好的电堆两端的端板之间的长度相同，拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6为金属板或工程塑料板，板厚为1mm～3mm。拉板压块Ⅰ2和拉板压块Ⅱ3是长条板，拉板压块Ⅰ2和拉板压块Ⅱ3的长度分别与拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6竖板的宽度相同，拉板压块Ⅰ2和拉板压块Ⅱ3的宽度度分别与拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6竖板的高度相同，拉板压块Ⅰ2上开有与拉板Ⅰ4水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，拉板压块Ⅱ3上开有与拉板Ⅱ6水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，拉板Ⅰ4水平板扣装在组装好的电堆两端的端板的短边上，外定位支撑杆Ⅰ5顶靠在电堆左右两侧面上，水平板两端的竖板分别与电堆两端的电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8的短边接靠，拉板Ⅱ6水平板扣装在组装好的电堆两端的端板的长边上，外定位支撑杆Ⅱ7顶靠在电堆上下两面上，水平板两端的竖板分别与电堆两端的电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8的长边接靠，每个组装好的电堆的四个侧面的每个侧面上拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6为各为一个以上。电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8的长边上开有与拉板Ⅱ6水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8的短边上开有与拉板Ⅰ4水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，用螺栓通过拉板压块Ⅰ2和拉板压块Ⅱ3将拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6固定在组装好的电堆两端的端板上。
使用方法，包括在电堆预紧压机上用组装定位工装组装电堆，将电堆压缩至设定高度，按电堆被压缩至设定的高度制备拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6，在保持电堆预紧压机压力的条件下，将拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6用螺栓固定到电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8上，撤掉电堆预紧压机压力，取出组装好的电堆。
实施例1
电堆左右两侧面各设置一块拉板Ⅰ4，电堆左侧拉板Ⅰ4位于电堆左侧面上边缘,拉板Ⅰ4的上边与电堆上边平齐,电堆右侧拉板Ⅰ4位于电堆右侧面下边缘,拉板Ⅰ4的下边与电堆下边平齐,拉板Ⅰ4上设置一根外定位支撑杆Ⅰ5,位于拉板Ⅰ4平板的中间,用螺钉固定在拉板Ⅰ4平板的内面上；电堆上下两面各设置一块拉板Ⅱ6，电堆上面拉板Ⅱ6位于电堆上面左边缘,拉板Ⅱ6的一边与电堆左边平齐,电堆下面拉板Ⅱ6位于电堆下面右边缘,电堆下面拉板Ⅱ6位于与电堆上面左边缘,拉板Ⅱ6的一边与电堆左边平齐,拉板Ⅱ6上设置二根外定位支撑杆Ⅱ7，外定位支撑杆Ⅱ7位于拉板Ⅱ6左右两侧位置处,外定位支撑杆Ⅱ7用螺钉固定在拉板Ⅱ6平板的内面上。拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6用2mm304不锈钢板制成,外定位支撑杆Ⅰ5和外定位支撑杆Ⅱ7用聚四氟乙烯制成,拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6竖板长20mm,拉板Ⅰ4竖板上设三个螺栓孔,拉板压块Ⅰ2上设三个与拉板Ⅰ4竖板上三个螺栓孔对应的螺栓孔，拉板Ⅱ6竖板上设七个螺栓孔，拉板压块Ⅱ3设三个与拉板Ⅱ6竖板上七个螺栓孔对应的螺栓孔，电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8短边的与拉板Ⅰ4竖板上三个螺栓孔对应位置开有三个的螺栓孔，电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8长边的与拉板Ⅱ6竖板上七个螺栓孔对应位置开有七个的螺栓孔，螺栓将拉板压块Ⅰ2、拉板压块Ⅱ3、拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6固定在电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8上。
实施例2
电堆左右两侧面各设置一块拉板Ⅰ4，电堆左右两侧拉板Ⅰ4位于电堆侧面中间,拉板Ⅰ4上设置一根外定位支撑杆Ⅰ5,位于拉板Ⅰ4平板的中间,用胶固定粘接在拉板Ⅰ4平板的内面上；电堆上下两面各设置二块拉板Ⅱ6，电堆上面上的两块拉板Ⅱ6位于电堆上面的左右两边缘位置,电堆下面上的两块拉板Ⅱ6位于与电堆上面二块拉板Ⅱ6相对位置处,拉板Ⅱ6上设置一根外定位支撑杆Ⅱ7，外定位支撑杆Ⅱ7位于拉板Ⅱ6中间位置处,外定位支撑杆Ⅱ7用胶固定粘接在拉板Ⅱ6平板的内面上。拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6用3mm304不锈钢板制成,外定位支撑杆Ⅰ5和外定位支撑杆Ⅱ7用聚甲醛材料制成,拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6竖板长30mm,拉板Ⅰ4竖板上和拉板Ⅱ6竖板上都设三个螺栓孔,拉板压块Ⅰ2和拉板压块Ⅱ3上都设三个与拉板Ⅰ4竖板上和拉板Ⅱ6竖板上三个螺栓孔对应的螺栓孔，电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8短边的与拉板Ⅰ4竖板上三个螺栓孔对应位置开有三个的螺栓孔，电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8长边的与每块拉板Ⅱ6竖板上三个个螺栓孔对应位置开有三个个的螺栓孔，螺栓将拉板压块Ⅰ2、拉板压块Ⅱ3、拉板Ⅰ4和拉板Ⅱ6固定在电堆端板Ⅰ1和电堆端板Ⅱ8上。

Claims (8)

1.一种带有外定位功能的电堆紧固结构，包括电堆端板Ⅰ(1)、电堆端板Ⅱ(8)和电堆堆体(9)，电堆堆体(9)夹装在电堆端板Ⅰ(1)和电堆端板Ⅱ(8)之间，电堆端板的每个边比电堆堆体(9)的每个边单侧大出尺寸d,5mm＜d＜10mm,其特征在于：所述带有外定位功能的电堆紧固结构还包括拉板压块Ⅰ(2)、拉板压块Ⅱ(3)、拉板Ⅰ(4)、外定位支撑杆Ⅰ(5)、拉板Ⅱ(6)和外定位支撑杆Ⅱ(7)，所述拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)都是由一水平板和两竖板组成,两竖板位于水平板两端,向同一方向竖立，两个以上的螺栓孔匀均分布在水平板两端的每个竖板上，所述外定位支撑杆Ⅰ(5)和外定位支撑杆Ⅱ(7)是长条块，长条块的一个面是弧面，外定位支撑杆Ⅰ(5)和外定位支撑杆Ⅱ(7)的厚度等于电堆端板一个边比电堆堆体(9)向对应边大出的尺寸d，外定位支撑杆Ⅰ(5)和外定位支撑杆Ⅱ(7)的长度等于或小于电堆堆体(9)的长度,外定位支撑杆Ⅰ(5)的与弧面相对的面固定在拉板Ⅰ(4)水平板的内面上，位于两竖板之间,外定位支撑杆Ⅱ(7)的与弧面相对的面固定在拉板Ⅱ(6)水平板的内面上，位于两竖板之间,拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)水平板部分的长度与组装好的电堆两端的端板之间的长度相同，所述拉板压块Ⅰ(2)和拉板压块Ⅱ(3)是长条板，拉板压块Ⅰ(2)和拉板压块Ⅱ(3)的长度分别与拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)竖板的宽度相同，拉板压块Ⅰ(2)和拉板压块Ⅱ(3)的宽度度分别与拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)竖板的高度相同，拉板压块Ⅰ(2)上开有与拉板Ⅰ(4)水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，拉板压块Ⅱ(3)上开有与拉板Ⅱ(6)水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，拉板Ⅰ(4)水平板扣装在组装好的电堆两端的端板的短边上，外定位支撑杆Ⅰ(5)顶靠在电堆左右两侧面上，水平板两端的竖板分别与电堆两端的电堆端板Ⅰ(1)和电堆端板Ⅱ(8)的短边接靠，拉板Ⅱ(6)水平板扣装在组装好的电堆两端的端板的长边上，外定位支撑杆Ⅱ(7)顶靠在电堆上下两面上，水平板两端的竖板分别与电堆两端的电堆端板Ⅰ(1)和电堆端板Ⅱ(8)的长边接靠，所述电堆端板Ⅰ(1)和电堆端板Ⅱ(8)的长边上开有与拉板Ⅱ(6)水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，电堆端板Ⅰ(1)和电堆端板Ⅱ(8)的短边上开有与拉板Ⅰ(4)水平板两端竖板上螺栓孔相对应的孔，用螺栓通过拉板压块Ⅰ(2)和拉板压块Ⅱ(3)将拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)固定在组装好的电堆两端的端板上。
2.如权利要求1所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)水平板两端的竖板的高度为5mm～50mm。
3.如权利要求1所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述拉板Ⅰ(4)水平板内面上的外定位支撑杆Ⅰ(5)为一根以上；所述拉板Ⅱ(6)水平板内面上的外定位支撑杆Ⅱ(7)为一根以上。
4.如权利要求1所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)为金属板或工程塑料板，板厚为1mm～3mm。
5.如权利要求1所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：每个组装好的电堆的四个侧面的每个侧面上拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)为各为一个以上。
6.如权利要求1所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：所述外定位支撑杆Ⅰ(5)和外定位支撑杆Ⅱ(7)是绝缘非金属材料制成。
7.如权利要求1所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构，其特征在于：制成外定位支撑杆Ⅰ(5)和外定位支撑杆Ⅱ(7)的绝缘非金属材料是聚四氟乙烯或聚甲醛材料。
8.如权利要求1所述一种带有外定位功能的电堆紧固结构的使用方法，包括在电堆预紧压机上用组装定位工装组装电堆，将电堆压缩至设定高度，其特征在于：所述带有外定位功能的电堆紧固结构的使用方法还包括：按电堆被压缩至设定的高度制备拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)，在保持电堆预紧压机压力的条件下，将拉板Ⅰ(4)和拉板Ⅱ(6)用螺栓固定到电堆端板Ⅰ(1)和电堆端板Ⅱ(8)上，撤掉电堆预紧压机压力，取出组装好的电堆。
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