CN110190313A - 燃料电池电堆绑带式压紧装配结构及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构及其设计方法，所属燃料电池技术领域，包括若干燃料电池，燃料电池一端设有主端板，燃料电池另一端设有辅端板，主端板外壁与辅端板外壁间设有若干压缩带，压缩带一端与主端板外壁间设有与主端板相螺纹式连接固定的固定螺丝，压缩带另一端与主端板外壁间设有与主端板相卡嵌式连接固定的挂钩销，压缩带上设有若干带孔，辅端板与燃料电池间设有若干间隙调节弹簧，间隙调节弹簧与辅端板间设有弹簧垫片。具有结构紧凑、压缩补充、密封性强、电流分布均匀、易于组装维修和使用寿命长的优点。改善了装配结构的可重复性，提高了结构压力的均匀性。避免了制造公差和原材料尺寸的变化影响结构尺寸精度。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构及其设计方法。
背景技术
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。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。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，因此效率高。低温燃料电池采用氢燃料，只产生水，因此是零排放机动性的理想技术。最先进的燃料电池利用质子交换膜将质子从阳极(氢在阳极分解成质子和电子)输送到阴极(氢在阴极与氧结合形成水)。释放能量用来驱动负载实现能量转换。每个典型的电化学电池单元产生大约0.6到1V的电压，电池单元堆叠在一起产生高压，形成物理上的燃料电池电堆。
在早期的传统设计中，电池单元双极板及MEA组装是由拉杆连接在一起的。电堆两端的两个端板提供一个定义好的平面。拉杆将两个板连接在一起，并在电池单元上提供压缩力。通常在拉杆紧固件和端板之间放置螺旋形或蝶形等弹簧，以允许端板移动，从而补偿电堆组件的热膨胀和吸湿膨胀。由于拉杆结构的缺点是零件数量多，占用空间大。后来采用将拉杆放入中央管汇可能会减少所需的外部体积，但仍会占用中央管汇的体积，从而影响电堆的设计。此外，一些拉杆需要和良好的平衡组件装配，以确保均匀的电池单元压缩。因此，检查和定期维护是强制性的。
随后使用绑带捆绑电堆组件进行改进，从而实现一个更紧凑的设计与更少的零件。然而制造公差使绑带和电堆的长度不同。因此这些绑带需要切割成一定的长度并焊接在一起以捆绑电堆，或者在绑带的末端有额外的调节杆和螺丝来调节燃料电池组件的长度差异。后者是首选，因为它允许电堆修复和重复使用零件，有零件减少的好处，减少维护绑带是妥协。在这两种情况下，端板所定义的电堆长度将随极板的制造公差而变化，因此不可能在保证最佳电堆压缩的同时保持长度不变。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在密封性差、电流分布不均匀、易燃、膨胀收缩率不稳定、使用周期短和维修维护不方便的不足，提供了一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构及其设计方法，其燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，具有结构紧凑、压缩补充、密封性强、电流分布均匀、易于组装维修和使用寿命长的优点。其设计方法解决了公差累积或组件的热膨胀而产生的厚度变化的问题。改善了装配结构的可重复性，提高了结构压力的均匀性，预防了气体泄漏导致火灾。避免了制造公差和原材料尺寸的变化影响结构尺寸精度。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，包括若干燃料电池，所述的燃料电池一端设有主端板，所述的燃料电池另一端设有辅端板，所述的主端板外壁与辅端板外壁间设有若干压缩带，所述的压缩带一端与主端板外壁间设有与主端板相螺纹式连接固定的固定螺丝，所述的压缩带另一端与主端板外壁间设有与主端板相卡嵌式连接固定的挂钩销，所述的压缩带上设有若干与挂钩销相活动式限位嵌套的带孔，所述的辅端板与燃料电池间设有若干间隙调节弹簧，所述的间隙调节弹簧与辅端板间设有弹簧垫片。通过在弹簧垫片和间隙调节弹簧，实现燃料电池堆的总长度尺寸精度，并且可以批量生产统一长度尺寸规格的压缩带，简化了装配流程，提高了批量生产装配效率，同时降低了成本。
作为优选，所述的挂钩销后端设有与主端板呈一体化的卡紧架，所述的卡紧架上设有与卡紧架呈一体化的卡销弹簧压板，所述的卡销弹簧压板与压缩带相活动式弹性触接。
作为优选，所述的若干燃料电池上设有卸电池组件，所述的卸电池组件包括一对底板，两底板间设有与底板呈一体化且对称式分布的连接板，所述的底板上均设有转盘架，两连接板间设有两对相对称式分布且与转盘架相活动式位移连接的拉板，所述的底板下端设有若干固定组件。
作为优选，所述的固定组件包括吸盘，所述的吸盘上端设有与底板相活动式触接的旋钮，所述的旋钮与吸盘相位移式触接。
作为优选，所述的转盘架下方设有与底板呈一体化的两对弹簧固定块，所述的弹簧固定块与拉板间设有复位弹簧。
作为优选，所述的转盘架上设有若干与转盘架相轴承式套接的V型转盘，所述的V型转盘与拉板间设有钢丝相连接固定，两转盘架间设有与转盘架呈一体化的旋柄支撑杆，所述的旋柄支撑杆上设有与钢丝相活动式缠绕连接的轮盘式旋柄。
作为优选，燃料电池电堆绑带式压紧装配结构的设计方法包括如下操作步骤：
第一步：放置好主端板，先将若干压缩带一端与主端板外壁先采用固定螺丝螺纹紧固，再将辅端板与主端板相间隔放置，若干压缩带绕过辅端板外壁。
第二步：在主端板与辅端板间整齐插接若干燃料电池组成燃料电池堆，同时在燃料电池与辅端板间添加若干等间距排列分布的带弹簧垫片的间隙调节弹簧。
第三步：完成好主端板、若干燃料电池与辅端板间的排列装配后，拉住压缩带另一端，通过压缩带上的带孔采用挂钩销与主端板相插嵌式固定连接。
第四步：最后通过主端板上的卡紧架和卡销弹簧压板对压缩带进行保险式弹性压紧固定。
作为优选，当遇到若干燃料电池中出现一块损坏时，此时取出燃料电池堆，通过按压卡销弹簧压板，使得压缩带上的带孔与挂钩销间前进一格，减少燃料电池与辅端板间的间隙调节弹簧的压紧力，此时在损坏的燃料电池上方通过卸电池组件实现燃料电池无拆卸轻松取出并替换新的燃料电池。可以在不损坏零件的情况下拆卸压缩带。拆除压缩带可以轻松拆卸电堆。当灰尘颗粒意外进入内部流场时，避免拆卸堆来维修。
作为优选，当完成卸电池组件固定后，通过拉板位于损坏的燃料电池两边，采用轮盘式旋柄旋转拉紧钢丝，由V型转盘的顺时定向支撑作用下将拉板向损坏的燃料电池两边拉开位移，此时损坏的燃料电池具有足够的空间从下方进行抽出，同时更换上新的燃料电池。当无备用燃料电池时不再增加，此时V型转盘进行逆向旋转，松开钢丝，由复位弹簧进行拉板复位并取出卸电池组件。接着拔出挂钩销，按压卡销弹簧压板同时拉紧压缩带，然后挂钩销插接合适位置的带孔，松开卡销弹簧压板完成压缩带拉紧过程。
作为优选，卸电池组件采用固定组件上的吸盘进行固定和位移装配，旋钮与吸盘间相互螺纹连接紧固，当旋钮旋紧吸盘时挤压吸盘通过排出空气进行真空固定，当旋钮旋松吸盘时，吸盘无压紧力，轻轻拨动吸盘外圈使得空气灌入，完成脱离过程。
本发明能够达到如下效果：
本发明提供了一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构及其设计方法，与现有技术相比较，该燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，具有结构紧凑、压缩补充、密封性强、电流分布均匀、易于组装维修和使用寿命长的优点。其设计方法解决了公差累积或组件的热膨胀而产生的厚度变化的问题。改善了装配结构的可重复性，提高了结构压力的均匀性，预防了气体泄漏导致火灾。避免了制造公差和原材料尺寸的变化影响结构尺寸精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的侧视结构示意图。
图3是本发明的压缩带的固定结构示意图。
图4是本发明的燃料电池与辅端板间弹性贴合的结构示意图。
图5是本发明的卸电池组件的结构示意图。
图6是本发明的卸电池组件的侧视结构示意图。
图中：压缩带1，卡紧架2，卡销弹簧压板3，带孔4，挂钩销5，主端板6，燃料电池7，卸电池组件8，辅端板9，固定螺丝10，间隙调节弹簧11，弹簧垫片12，转盘架13，底板14，V型转盘15，钢丝16，旋柄支撑杆17，轮盘式旋柄18，弹簧固定块19，复位弹簧20，拉板21，连接板22，固定组件23，旋钮24，吸盘25。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1-6所示，一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，包括16块燃料电池7，燃料电池7一端设有主端板6，燃料电池另一端设有辅端板9，主端板6外壁与辅端板9外壁间设有2根压缩带1，压缩带1一端与主端板6外壁间设有与主端板6相螺纹式连接固定的固定螺丝10，压缩带1另一端与主端板6外壁间设有与主端板6相卡嵌式连接固定的挂钩销5，压缩带1上设有8个与挂钩销5相活动式限位嵌套的带孔4。挂钩销5后端设有与主端板6呈一体化的卡紧架2，卡紧架2上设有与卡紧架2呈一体化的卡销弹簧压板3，卡销弹簧压板3与压缩带1相活动式弹性触接。辅端板9与燃料电池7间设有4个间隙调节弹簧11，间隙调节弹簧11与辅端板9间设有弹簧垫片12。
16块燃料电池7上设有卸电池组件8，卸电池组件8包括一对底板14，两底板14间设有与底板14呈一体化且对称式分布的连接板22，底板14上均设有转盘架13，转盘架13上设有2对呈对称式分布且与转盘架13相轴承式套接的V型转盘15，V型转盘15与拉板21间设有钢丝16相连接固定，两转盘架13间设有与转盘架13呈一体化的旋柄支撑杆17，旋柄支撑杆17上设有与钢丝16相活动式缠绕连接的轮盘式旋柄18。转盘架13下方设有与底板14呈一体化的两对弹簧固定块19，弹簧固定块19与拉板21间设有复位弹簧20。两连接板22间设有两对相对称式分布且与转盘架13相活动式位移连接的拉板21，底板14下端设有2对呈对称式分布的固定组件23。固定组件23包括吸盘25，所述的吸盘25上端设有与底板14相活动式触接的旋钮24，旋钮24与吸盘25相位移式触接。
燃料电池电堆绑带式压紧装配结构的设计方法包括如下操作步骤：
第一步：放置好主端板6，先将若干压缩带1一端与主端板6外壁先采用固定螺丝10螺纹紧固，再将辅端板9与主端板6相间隔放置，2根压缩带1绕过辅端板9外壁。
第二步：在主端板6与辅端板9间整齐插接16个燃料电池7组成燃料电池堆，同时在燃料电池7与辅端板9间添加4个呈等间距排列分布的带弹簧垫片12的间隙调节弹簧11。
第三步：完成好主端板6、16个燃料电池7与辅端板9间的排列装配后，拉住压缩带1另一端，通过压缩带1上的带孔4采用挂钩销5与主端板6相插嵌式固定连接。
第四步：最后通过主端板6上的卡紧架2和卡销弹簧压板3对压缩带1进行保险式弹性压紧固定。
当遇到若干燃料电池7中出现一块损坏时，此时取出燃料电池堆，通过按压卡销弹簧压板3，使得压缩带1上的带孔4与挂钩销5间前进一格，减少燃料电池7与辅端板9间的间隙调节弹簧11的压紧力，此时在损坏的燃料电池7上方通过卸电池组件8实现燃料电池7无拆卸轻松取出并替换新的燃料电池7。卸电池组件8采用固定组件23上的吸盘25进行固定和位移装配，旋钮24与吸盘25间相互螺纹连接紧固，当旋钮24旋紧吸盘25时挤压吸盘25通过排出空气进行真空固定，当旋钮24旋松吸盘25时，吸盘25无压紧力，轻轻拨动吸盘25外圈使得空气灌入，完成脱离过程。
当完成卸电池组件8固定后，通过拉板21位于损坏的燃料电池7两边，采用轮盘式旋柄18旋转拉紧钢丝16，由V型转盘15的顺时定向支撑作用下将拉板21向损坏的燃料电池7两边拉开位移，此时损坏的燃料电池7具有足够的空间从下方进行抽出，同时更换上新的燃料电池7。当无备用燃料电池7时不再增加，此时V型转盘15进行逆向旋转，松开钢丝16，由复位弹簧20进行拉板21复位并取出卸电池组件8。接着拔出挂钩销5，按压卡销弹簧压板3同时拉紧压缩带1，然后挂钩销5插接合适位置的带孔4，松开卡销弹簧压板3完成压缩带1拉紧过程。
综上所述，该燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，具有结构紧凑、压缩补充、密封性强、电流分布均匀、易于组装维修和使用寿命长的优点。其设计方法解决了公差累积或组件的热膨胀而产生的厚度变化的问题。改善了装配结构的可重复性，提高了结构压力的均匀性，预防了气体泄漏导致火灾。避免了制造公差和原材料尺寸的变化影响结构尺寸精度。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (10)
1.一种燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，其特征在于：包括若干燃料电池（7），所述的燃料电池（7）一端设有主端板（6），所述的燃料电池另一端设有辅端板（9），所述的主端板（6）外壁与辅端板（9）外壁间设有若干压缩带（1），所述的压缩带（1）一端与主端板（6）外壁间设有与主端板（6）相螺纹式连接固定的固定螺丝（10），所述的压缩带（1）另一端与主端板（6）外壁间设有与主端板（6）相卡嵌式连接固定的挂钩销（5），所述的压缩带（1）上设有若干与挂钩销（5）相活动式限位嵌套的带孔（4），所述的辅端板（9）与燃料电池（7）间设有若干间隙调节弹簧（11），所述的间隙调节弹簧（11）与辅端板（9）间设有弹簧垫片（12）。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，其特征在于：所述的挂钩销（5）后端设有与主端板（6）呈一体化的卡紧架（2），所述的卡紧架（2）上设有与卡紧架（2）呈一体化的卡销弹簧压板（3），所述的卡销弹簧压板（3）与压缩带（1）相活动式弹性触接。
3.根据权利要求1所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，其特征在于：所述的若干燃料电池（7）上设有卸电池组件（8），所述的卸电池组件（8）包括一对底板（14），两底板（14）间设有与底板（14）呈一体化且对称式分布的连接板（22），所述的底板（14）上均设有转盘架（13），两连接板（22）间设有两对相对称式分布且与转盘架（13）相活动式位移连接的拉板（21），所述的底板（14）下端设有若干固定组件（23）。
4.根据权利要求3所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，其特征在于：所述的固定组件（23）包括吸盘（25），所述的吸盘（25）上端设有与底板（14）相活动式触接的旋钮（24），所述的旋钮（24）与吸盘（25）相位移式触接。
5.根据权利要求3所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，其特征在于：所述的转盘架（13）下方设有与底板（14）呈一体化的两对弹簧固定块（19），所述的弹簧固定块（19）与拉板（21）间设有复位弹簧（20）。
6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，其特征在于：所述的转盘架（13）上设有若干与转盘架（13）相轴承式套接的V型转盘（15），所述的V型转盘（15）与拉板（21）间设有钢丝（16）相连接固定，两转盘架（13）间设有与转盘架（13）呈一体化的旋柄支撑杆（17），所述的旋柄支撑杆（17）上设有与钢丝（16）相活动式缠绕连接的轮盘式旋柄（18）。
7.根据权利要求6所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构，其特征在于：所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构的设计方法包括如下操作步骤：
第一步：放置好主端板（6），先将若干压缩带（1）一端与主端板（6）外壁先采用固定螺丝（10）螺纹紧固，再将辅端板（9）与主端板（6）相间隔放置，若干压缩带（1）绕过辅端板（9）外壁；
第二步：在主端板（6）与辅端板（9）间整齐插接若干燃料电池（7）组成燃料电池堆，同时在燃料电池（7）与辅端板（9）间添加若干等间距排列分布的带弹簧垫片（12）的间隙调节弹簧（11）；
第三步：完成好主端板（6）、若干燃料电池（7）与辅端板（9）间的排列装配后，拉住压缩带（1）另一端，通过压缩带（1）上的带孔（4）采用挂钩销（5）与主端板（6）相插嵌式固定连接；
第四步：最后通过主端板（6）上的卡紧架（2）和卡销弹簧压板（3）对压缩带（1）进行保险式弹性压紧固定。
8.根据权利要求7所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构的设计方法，其特征在于：当遇到若干燃料电池（7）中出现一块损坏时，此时取出燃料电池堆，通过按压卡销弹簧压板（3），使得压缩带（1）上的带孔（4）与挂钩销（5）间前进一格，减少燃料电池（7）与辅端板（9）间的间隙调节弹簧（11）的压紧力，此时在损坏的燃料电池（7）上方通过卸电池组件（8）实现燃料电池（7）无拆卸轻松取出并替换新的燃料电池（7）。
9.根据权利要求8所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构的设计方法，其特征在于：当完成卸电池组件（8）固定后，通过拉板（21）位于损坏的燃料电池（7）两边，采用轮盘式旋柄（18）旋转拉紧钢丝（16），由V型转盘（15）的顺时定向支撑作用下将拉板（21）向损坏的燃料电池（7）两边拉开位移，此时损坏的燃料电池（7）具有足够的空间从下方进行抽出，同时更换上新的燃料电池（7）；当无备用燃料电池（7）时不再增加，此时V型转盘（15）进行逆向旋转，松开钢丝（16），由复位弹簧（20）进行拉板（21）复位并取出卸电池组件（8）；接着拔出挂钩销（5），按压卡销弹簧压板（3）同时拉紧压缩带（1），然后挂钩销（5）插接合适位置的带孔（4），松开卡销弹簧压板（3）完成压缩带（1）拉紧过程。
10.根据权利要求8所述的燃料电池电堆绑带式压紧装配结构的设计方法，其特征在于：卸电池组件（8）采用固定组件（23）上的吸盘（25）进行固定和位移装配，旋钮（24）与吸盘（25）间相互螺纹连接紧固，当旋钮（24）旋紧吸盘（25）时挤压吸盘（25）通过排出空气进行真空固定，当旋钮（24）旋松吸盘（25）时，吸盘（25）无压紧力，轻轻拨动吸盘（25）外圈使得空气灌入，完成脱离过程。
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