CN110474074A - 用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池的技术领域，公开了一种用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构和检测方法，由于弹性导电片是在被压缩的状态放入第一凹槽和第二凹槽之间，在进入第一凹槽和第二凹槽后由于自身的弹力作用舒展复位后能稳固地抵接在第一凹槽和第二凹槽中，且通过凸块阻挡避免弹性导电片从第一凹槽和第二凹槽之间脱落，从而避免弹性导电片因震动而产生接触不良的情形，保证采集的电压数据的稳定性，相较于表面接触式采集电压的方式，其结构简单，容易安装，成本低廉，使用过程中可靠稳定，能达到有效监测电压的目的，且能安装在电堆上，覆盖电堆的整个使用生命周期。

Description

用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构和检测方法

技术领域

本发明涉及燃料电池的技术领域，特别是涉及一种用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构和检测方法。

背景技术

燃料电池一般由几十片或上百片双极板和MEA(即Membrane ElectrodeAssembly，膜电极组件)经过叠加组装而成的。一片MEA夹在两片双极板之间，构成一节单电池，几十上百个单电池串联在一起，形成一个电堆，单片电池电压的累加即整个电堆的总电压。因而，单片电池性能的好坏会影响整个电堆的性能、安全性以及使用寿命，因此单节电池电压的检测非常必要，不仅可以在电池的使用过程中可以实时监测电池的状态，还可以在故障维修时清晰知道是哪一节电池出现问题。

现有的石墨双极板电堆的检测方式是通过连接巡检采集信号的方式，巡检采集信号检测为表面接触式采集电压，其设备通常较为复杂，接触不良好，容易出现收集电压数据不稳定，而且，汽车在行驶过程中会出现频繁震动影响接触，所以这种方法一般只局限于电堆的测试过程，不能覆盖电堆的整个使用生命周期，具有很大的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：由于现有的巡检采集信号检测为表面接触式采集电压，容易受到震动影响而导致接触不良影响采集的电压数据。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，包括石墨双极板和弹性导电片，所述石墨双极板包括相对设置的氧板和氢板，所述氧板上设有第一凹槽，所述氢板上设有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相对设置，所述第二凹槽靠近槽口处设有凸块，所述弹性导电片的第一端用于与巡检检测模块连接，所述弹性导电片的第二端延伸至所述第一凹槽与所述第二凹槽之间并具有与所述第一凹槽和所述第二凹槽分别抵接的第一抵接部和第二抵接部以将所述氧板和所述氢板导通，且所述弹性导电片的第二端的端部抵接于所述凸块上。

进一步优选地，所述凸块上设有导向斜面，所述导向斜面设置在所述凸块的外侧且与所述第一凹槽相对。

进一步优选地，所述弹性导电片包括第一导电段、第二导电段以及连接在所述第一导电段与所述第二导电段之间的导电连接段，所述第一抵接部位于所述第一导电段上，所述第二抵接部位于所述第二导电段上；

所述第一导电段与所述第二导电段平行设置，所述导电连接段与所述第一导电段之间具有夹角θ1，θ1为0°～90°。

进一步优选地，θ1＝45°。

进一步优选地，所述凸块的端面与所述第一凹槽之间的距离为D1，所述弹性导电片的厚度为H，D1＞2H。

进一步优选地，所述凸块的端面相对于所述第二凹槽之间的距离为D2，D2＞H。

进一步优选地，所述第二导电段和所述导电连接段在所述第一导电段上的投影距离为D3，所述第二凹槽的槽宽为D4，D3＜D4。

进一步优选地，所述第一导电段包括连接段与接触段，所述连接段用于与巡检检测模块的信号采集线焊接，所述第一抵接部设于所述接触段上。

进一步优选地，所述连接段与所述信号采集线焊接处设有绝缘包覆层。

为了解决同样的技术问题，本发明还提供一种燃料电池石墨双极板的检测方法，包括如下步骤：

压缩：将弹性导电片的第二导电段朝向第一导电段折叠压缩；

置入：将压缩后的弹性导电片分别置入各对应的石墨双极板的第一凹槽和第二凹槽之间的空间内，弹性导电片在自身的弹力作用下舒展，保证第二导电段的端部抵接在凸块上并使得第一抵接部抵接在第一凹槽上，第二抵接部抵接在第二凹槽上以将氧板和氢板通过弹性导电片导通；

连接：将各第一导电段的端部分别与巡检检测模块的各信号采集线焊接连接，并在焊接连接处包覆绝缘层；

检测：启动巡检检测模块，巡检检测模块将各石墨双极板之间的电压值显示。

本发明提供一种用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，与现有技术相比，其有益效果在于：

在石墨双极板的氧板上设置第一凹槽，在氢板上设置第二凹槽，弹性导电片由于本身具有弹性，将其压缩使其弹性变形将体积缩小后插入第一凹槽和第二凹槽之间，由于压力被释放，弹性导电片在第一凹槽和第二凹槽之间恢复原样，并在弹力作用下，使得第一抵接部抵接在第一凹槽上，第二抵接部抵接在第二凹槽上以将氧板和氢板通过弹性导电片导通，而弹性导电片的第一端与巡检检测模块连接，第二端抵接在凸块上，通过巡检检测模块分别连接在相邻两片石墨双极板的弹性导电片上以检测该相邻两片石墨双极板之间的电压值，该电压值即为该单片电池的电压值，由于弹性导电片是在被压缩的状态放入第一凹槽和第二凹槽之间，在进入第一凹槽和第二凹槽后由于自身的弹力作用舒展复位后能稳固地抵接在第一凹槽和第二凹槽中，且通过凸块阻挡避免弹性导电片从第一凹槽和第二凹槽之间脱落，从而避免弹性导电片因震动而产生接触不良的情形，保证采集的电压数据的稳定性，相较于表面接触式采集电压的方式，其结构简单，容易安装，成本低廉，使用过程中可靠稳定，能达到有效监测电压的目的，且能安装在电堆上，覆盖电堆的整个使用生命周期。

附图说明

图1是本发明实施例中的燃料电池电堆的检测结构示意图；

图2是本发明实施例中的石墨双极板的结构示意图；

图3是本发明实施例中的弹性导电片的侧视结构示意图；

图4是本发明实施例中的弹性导电片的俯视结构示意图；

图5是本发明实施例中的石墨双极板与弹性导电片的连接结构示意图。

图中，1、石墨双极板；2、弹性导电片；3、巡检检测模块；4、电堆端板；5、MEA；11、氧板；12、氢板；111、第一凹槽；121、第二凹槽；122、凸块；123、导向斜面；21、第一导电段；22、第二导电段；23、导电连接段；31、信号采集线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

结合图1～5所示，本发明实施例优选实施例的一种用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，包括石墨双极板1和弹性导电片2，石墨双极板1包括相对设置的氧板11和氢板12，氧板11上设有第一凹槽111，氢板12上设有第二凹槽121，第一凹槽111与第二凹槽121相对设置，第二凹槽121靠近槽口处设有凸块122，弹性导电片2的第一端用于与巡检检测模块3连接，巡检检测模块3用于测量各石墨双极板1之间的电压，巡检检测模块3具有信号采集线31，信号采集线31用于与弹性导电片2连通以采集相邻两个石墨双极板1之间的电压信号，弹性导电片2的第二端延伸至第一凹槽111与第二凹槽121之间并分别具有与第一凹槽111和第二凹槽121抵接的第一抵接部和第二抵接部以将氧板11和氢板12导通，且弹性导电片2的第二端的端部抵接于凸块122上。

具体地，在石墨双极板1的氧板11上设置第一凹槽111，在氢板12上设置第二凹槽121，弹性导电片2由于本身具有弹性，将其压缩使其弹性变形将体积缩小后插入第一凹槽111和第二凹槽121之间，由于压力被释放，弹性导电片2在第一凹槽111和第二凹槽121之间恢复原样，并在弹力作用下，使得第一抵接部抵接在第一凹槽111上，第二抵接部抵接在第二凹槽121上以将氧板11和氢板12通过弹性导电片2导通，而弹性导电片2的第一端与巡检检测模块3连接，第二端的端部抵接在凸块122上从而避免弹性导电片2从第一凹槽111与第二凹槽121之间脱落，由于燃料电池电堆包括若干个石墨双极板1，通过巡检检测模块3分别连接在相邻两片石墨双极1的弹性导电片2上即可检测该相邻两片石墨双极板1之间的电压值，该电压值即为该单片电池的电压值，由于弹性导电片2是在被压缩的状态放入第一凹槽111和第二凹槽121之间，在进入第一凹槽111和第二凹槽121后由于自身的弹力作用舒展复位后能稳固地抵接在第一凹槽111和第二凹槽121中，一般地，弹性导电片2的第一抵接部和第二抵接部与第一凹槽111和第二凹槽121之间的空间过盈配合，达到弹性导电片2与第一凹槽111和第二凹槽121紧密接触的效果，弹性导电片2能利用弹力与石墨双极板1的氧板11和氢板12接触良好，从而避免弹性导电片2因震动而产生接触不良的情形，保证采集的电压数据的稳定性，相较于表面接触式采集电压的方式，其结构简单，容易安装，成本低廉，使用过程中可靠稳定，能达到有效监测电压的目的，且能安装在电堆上，覆盖电堆的整个使用生命周期。

进一步地，在凸块122上设有导向斜面123，导向斜面123设置在凸块122的外侧且与第一凹槽111相对，从而便于弹性导电片2插入。

本实施例中，弹性导电片2的材料应具备良好的导电性和良好的弹性，材料可以为铜，镍，合金材料或表面镀层材料的一种，该材料至少满足以下条件：弹性模量E≥71Gpa，屈服强度σs≥27MPa。进一步地，弹性导电片2为类U字型结构，弹性导电片2包括第一导电段21、第二导电段22以及连接在第一导电段21与第二导电段22之间的导电连接段23，第一抵接部位于第一导电段21上，第二抵接部位于第二导电段22上，导电连接段23位于第一凹槽111与第二凹槽121之间的空间内，使得弹性导电片2在弹力作用下舒展后能第一抵接部和第二抵接部能稳固地抵接在第一凹槽111和第二凹槽121上，第一导电段21与第二导电段22平行设置，导电连接段23与第一导电段21之间具有夹角θ1，θ1为0°～90°，优选θ1＝45°，为了保证弹性导电片2的良好舒展性能，一般地，由于第一导电段21的端部用于与巡检检测模块3连接，所以设置第一导电段21的长度L1大于第二导电段22的长度L2，从而便于第一导电段21能与巡检检测模块3连接，而第二导电段22能匹配于第二凹槽121中。

进一步地，设置凸块122的端面与第一凹槽111之间的距离为D1，弹性导电片2的厚度为H，优选D1＞2H，一般地H≥0.1mm，将弹性导电片2的第二导电段22朝向第一导电段21折叠压缩，其整体厚度接近2H，从而缩小弹性导电片2的整体体积以便于将弹性导电片2放置入第一凹槽111和第二凹槽121之间，设D1＞2H保证压缩后的弹性导电片2能顺利通过第一凹槽111与凸块122之间的空间，一般地，为了保证弹性导电片2与第一凹槽111和第二凹槽121之间紧密接触，设置第一凹槽111与第二凹槽121之间的距离为L3，第一导电段21与第二导电段22之间的距离为L4，L4与L3的尺寸达到过盈配合的标准，同时，第一凹槽111与第二凹槽121的宽度应大于弹性导电片2的宽度L5，而为了保证第一导电段21的端部能与巡检检测模块3连接，设置第一凹槽111的长度为L6，L1大于L6，对于石墨双极板1，考虑其加工工艺以及强度要求，设置氧板11的厚度h1以及氢板12的厚度h2均不小于0.5mm，。

进一步，凸块122的端面相对于第二凹槽121之间的距离为D2，D2＞H，从而保证弹性导电片2的第二端能稳固地抵接在凸块122上，避免弹性导电片2从第一凹槽111与第二凹槽121之间脱落。更进一步地，第二导电段22和导电连接段23在第一导电段21上的投影距离为D3，第二凹槽121的槽宽为D4，D3＜D4，确保第二导电段22能被完全放置在第二凹槽121中且能在弹力作用在与第二凹槽121之间实现紧密接触。

本实施例中为了避免弹性导电片2与第一凹槽111和第二凹槽121之间接触不良，弹性导电片2的第一抵接部与第一凹槽111的接触面之间以及第二抵接部与第二凹槽121的接触面之间均不能有残余胶或者其他绝缘物质。

巡检检测模块3包括信号采集线31，第一导电段21包括连接段与接触段，连接段与信号采集线31焊接，第一抵接部设于接触段上，优选地连接段与信号采集线31焊接处设有绝缘包覆层，避免焊接处与相邻的双极板之间接触发生短路。

本实施中，燃料电池电堆包括两端的电堆端板4以及设于两个电堆端板4之间的若干个石墨双极板1，相邻两个石墨双极板1之间通过MEA5(膜电极)隔离，巡检检测模块3包括若干条信号采集线31，每一信号采集线31均与一石墨双极板1的中的弹性导电片2焊接，相邻两个石墨双极板1之间的电压值即为该石墨双极板1单片电池的电压值。

本发明的燃料电池石墨双极板1的检测方法具体为包括如下步骤：

压缩：将弹性导电片2的第二导电段22朝向第一导电段21折叠压缩，从而缩小第二导电段22与第一导电段21之间的相对体积，保证第一导电段21和第二导电段22能顺利置入第一凹槽111和第二凹槽121中；

置入：将压缩后的弹性导电片2分别置入各对应的石墨双极板1的第一凹槽111和第二凹槽121之间的空间内，弹性导电片2在自身的弹力作用下舒展，保证第二导电段22的端部抵接在凸块122上并使得第一抵接部抵接在第一凹槽111上，第二抵接部抵接在第二凹槽121上，以将氧板11和氢板12通过弹性导电片2导通；

连接：将各第一导电段21的端部分别与巡检检测模块3的各信号采集线31焊接连接，并在焊接连接处包覆绝缘层，从而避免焊接处与相邻的石墨双极板1之间接触发生短路，需要说明的是，本实施例中，也可以先将弹性导电片2与信号采集线31焊接连接后再置入第一凹槽111和第二凹槽121中，在本实施例中不对该操作的先后顺序做限定；

检测：启动巡检检测模块3，巡检检测模块3将各石墨双极板1之间的电压值显示，通过巡检检测模块3检测相邻两个石墨双极板1之间的电压值。

综上所述，本发明提供一种用于燃料电池石墨双极板1检测的连接结构，在石墨双极板1的氧板11上设置第一凹槽111，在氢板12上设置第二凹槽121，弹性导电片2由于本身具有弹性，将其压缩使其弹性变形将体积缩小后插入第一凹槽111和第二凹槽121之间，由于压力被释放，弹性导电片2在第一凹槽111和第二凹槽121之间恢复原样，并在弹力作用下，使得第一抵接部抵接在第一凹槽111上，第二抵接部抵接在第二凹槽121上以将氧板11和氢板12通过弹性导电片2导通，而弹性导电片2的第一端与巡检检测模块3连接，第二端抵接在凸块122上，通过巡检检测模块3检测相邻两个石墨双极板1之间的电压值，该电压值即为该石墨双极板1单片电池的电压值，由于弹性导电片2是在被压缩的状态放入第一凹槽111和第二凹槽121之间，在进入第一凹槽111和第二凹槽121后由于自身的弹力作用舒展复位后能稳固地抵接在第一凹槽111和第二凹槽121中，且通过凸块122阻挡避免弹性导电片2从第一凹槽111和第二凹槽121之间脱落，从而避免弹性导电片2因震动而产生接触不良的情形，保证采集的电压数据的稳定性，相较于表面接触式采集电压的方式，其结构简单，容易安装，成本低廉，使用过程中可靠稳定，能达到有效监测电压的目的，且能安装在电堆上，覆盖电堆的整个使用生命周期。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，其特征在于，包括石墨双极板和弹性导电片，所述石墨双极板包括相对设置的氧板和氢板，所述氧板上设有第一凹槽，所述氢板上设有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相对设置，所述第二凹槽靠近槽口处设有凸块，所述弹性导电片的第一端用于与巡检检测模块连接，所述弹性导电片的第二端延伸至所述第一凹槽与所述第二凹槽之间并具有与所述第一凹槽和所述第二凹槽分别抵接的第一抵接部和第二抵接部以将所述氧板和所述氢板导通，且所述弹性导电片的第二端的端部抵接于所述凸块上。

2.如权利要求1所述的用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，其特征在于，所述凸块上设有导向斜面，所述导向斜面设置在所述凸块的外侧且与所述第一凹槽相对。

3.如权利要求1所述的用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，其特征在于，所述弹性导电片包括第一导电段、第二导电段以及连接在所述第一导电段与所述第二导电段之间的导电连接段，所述第一抵接部位于所述第一导电段上，所述第二抵接部位于所述第二导电段上；

所述第一导电段与所述第二导电段平行设置，所述导电连接段与所述第一导电段之间具有夹角θ1，θ1为0°～90°。

4.如权利要求3所述的用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，其特征在于，θ1＝45°。

5.如权利要求3所述的用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，其特征在于，所述凸块的端面与所述第一凹槽之间的距离为D1，所述弹性导电片的厚度为H，D1＞2H。

6.如权利要求5所述的用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，其特征在于，所述凸块的端面相对于所述第二凹槽之间的距离为D2，D2＞H。

7.如权利要求3所述的用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，其特征在于，所述第二导电段和所述导电连接段在所述第一导电段上的投影距离为D3，所述第二凹槽的槽宽为D4，D3＜D4。

8.如权利要求3所述的用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，其特征在于，所述第一导电段包括连接段与接触段，所述连接段用于与巡检检测模块的信号采集线焊接，所述第一抵接部设于所述接触段上。

9.如权利要求8所述的用于燃料电池石墨双极板检测的连接结构，其特征在于，所述连接段与所述信号采集线焊接处设有绝缘包覆层。

10.一种燃料电池石墨双极板的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

压缩：将弹性导电片的第二导电段朝向第一导电段折叠压缩；

置入：将压缩后的弹性导电片分别置入各对应的石墨双极板的第一凹槽和第二凹槽之间的空间内，弹性导电片在自身的弹力作用下舒展，保证第二导电段的端部抵接在凸块上并使得第一抵接部抵接在第一凹槽上，第二抵接部抵接在第二凹槽上，以将氧板和氢板通过弹性导电片导通；

连接：将各第一导电段的端部分别与巡检检测模块的各信号采集线焊接连接，并在焊接连接处包覆绝缘层；

检测：启动巡检检测模块，巡检检测模块将各石墨双极板之间的电压值显示。