CN111276727B - 一种高效紧固燃料电池堆组装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种高效紧固燃料电池堆用装置，包括固定架，于固定架上设有上平板和下平板，上平板位于下平板正上方，于上平板下表面和下平板上表面垂直于上平板和下平板表面分别相间隔设有多个可上下往复运动的施力柱，多个施力柱分别通过一个或多个液压控制系统控制其上下往复运动。可以有效提高组装电堆的成功率和工作效率，更重要的是提高燃料电池堆封装技术水平，改善燃料电池电堆结构一致性，增强电堆可靠性、安全性。本发明可通过控制器设置任何一个施力柱的压力值，可优化电堆受力分布，同时可避免电堆热膨胀所带来的不利影响。

Description

一种高效紧固燃料电池堆组装装置
技术领域
本发明属于燃料电池电堆组装装置的改进技术。确切的说，属于紧固燃料电池电堆组装改进的技术。
背景技术
燃料电池以其具有能量密度高、高效、简易、低排放、低噪音等优点受到较高的关注，它不需要燃烧，就能够高效的将燃料的化学能转化为电能，兼顾了内燃机和原电池二者的优势，只要燃料供给就可以持续不断的发电，具有广阔的应用前景。
由于单体燃料电池的输出电压和输出功率很小，往往不能满足实际应用的需求，必须将一定数量的单体燃料电池以适当的方式联接起来以满足系统对电压和功率的需求。随着系统需求功率的提高，单体燃料电池的数量增加，单池的面积增大，燃料电池电堆的体积增大。这对紧固燃料电池堆带来三个问题，第一，各单池面受力均匀性差，限制了单池以及电堆的输出功率；第二，紧固电堆需要使用油压机或其他大型设备，过程复杂，人工和时间成本高；第三，电堆工作时的高温所引起的热膨胀对电堆可靠性、安全性带来不利影响。因此，需要设置合理的紧固方式改善单池面受力均匀性；设置操作简单且结构紧凑的独立装置；设置恒压力紧固装置，避免电堆热膨胀所带来的不利影响。如此可以有效提高组装电堆的成功率和工作效率，更重要的是提高燃料电池堆封装技术水平，减小各单池结构的差异性，改善燃料电池堆结构一致性，提高燃料电池的性能，延长燃料电池的寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效紧固燃料电池堆用装置，可以有效提高组装电堆的成功率和工作效率，更重要的是提高燃料电池堆封装技术水平，改善燃料电池电堆结构一致性，增强电堆可靠性、安全性；同时，装置结构紧凑，操作简单，既可以做电堆的紧固部件，也可以用于电堆压力分布试验的紧固装置。
本发明可以通过下述方案实现。
一种高效紧固燃料电池堆组装装置，包括固定架，于固定架上设有上平板和下平板，上平板位于下平板正上方，于上平板下表面和下平板上表面垂直于上平板和下平板表面分别相间隔设有多个可上下往复运动的施力柱，多个施力柱分别通过一个或多个液压控制系统控制其上下往复运动。
于任一施力柱对应处的平板内设有液缸驱动，施力柱由液缸驱动，液缸经控制电磁阀与外部液压控制系统相连。
上平板或下平板上施力柱数量可以为5～100。
上平板和下平板上施力柱数量相等，一一对应设置，分别均布于上平板或下平板上。
施力柱于上平板和下平板上均匀设置。
所述多个施力柱于上平板下表面和下平板上表面的设置情况优选为，以上平板和下平板中轴线为轴对称设置。
所述多个施力柱分别通过一个液压控制系统控制其上下往复运动时，压力控制值相同。
所述多个施力柱分别通过多个液压控制系统控制其上下往复运动时，位于上平板或下平板中心的施力柱的压力控制值高于位于上平板或下平板周边的施力柱的压力控制。
所述位于轴对称点上的施力柱的压力控制值相等。
所述靠近中轴线的施力柱压力值较高，施力柱最大压力梯度值小于施力柱压力平均值的20％。
封装电堆的人力和时间成本低。紧固电堆通常需要使用油压机或其他大型设备，过程复杂，而且需要组装电堆紧固部件，程序繁琐。本发明装置设置操作简单且结构紧凑的一体化装置。
有利于改善单池面受力均匀性。各施力柱压力值相同，且施力点均匀排布电堆端面，有效抑制电堆端板变形，改善电堆的结构一致性，提高燃料电池的性能，延长燃料电池的寿命。
可优化电堆受力分布。本发明可通过控制器设置任何一个施力柱的压力值，任意改变端面的受力分布，本发明装置可作为优化电堆封装力的试验工具。
避免电堆热膨胀所带来的不利影响。电堆工作时温度升高，电堆各部件膨胀，引发电堆变形，膨胀力导致可靠性下降，同时对电堆带来安全性隐患。本发明装置的恒压功能有效消除膨胀力以及其带来的不利影响，提高燃料电池堆的可靠性和安全性。
本发明可以有效提高组装电堆的成功率和工作效率，更重要的是提高燃料电池堆封装技术水平，改善燃料电池电堆结构一致性，增强电堆可靠性、安全性。本发明可通过控制器设置任何一个施力柱的压力值，可优化电堆受力分布，同时可避免电堆热膨胀所带来的不利影响。
附图说明
图1.一种高效紧固燃料电池堆用装置示意图；
图2.均布施力载荷方式下的电堆内部受力分布图；
图3.非均布施力载荷方式下的电堆内部受力分布图；
图4.传统的端板边缘螺杆紧固方式下的电堆内部受力分布图；
图2-4中，颜色越深，所代表的应力值越小，颜色越浅，所代表的应力值越大；
图中：1.固定架，2.上平板，3.下平板，4.施力柱。
具体实施方式
实施例1
本发明可以通过下述方案实现。主体部分由固定架、上平板和下平板构成，固定架高度为50cm，上平板和下平板厚度分别为5cm，固定架厚度为10cm，上平板和下平板内测分别设置12个施力柱通过液压控制系统控制，施力柱中心轴的横向间距5cm，纵向间距6.6cm；各施力柱的压力值由控制系统设定,各施力柱压力值为70.8kg，柱行程可变，施加压力保持不变，这种均布施力载荷方式下的电堆内部受力均匀性好，如图2所示。
实施例2
本发明可以通过下述方案实现。主体部分由固定架、上平板和下平板构成，固定架高度为50cm，上平板和下平板厚度分别为5cm，固定架侧壁厚度为10cm，上平板和下平板内测分别设置12个施力柱通过液压控制系统控制，施力柱中心轴的横向间距5cm，纵向间距6.6cm；各施力柱的压力值由控制系统设定，柱行程可变，靠近纵向中轴线的6根施力柱压力值75kg，其他6根施力柱压力值66.3kg，施加压力保持不变。这种非均布施力载荷方式下的电堆内部受力如图3所示，比均布施力载荷方式下的电堆内部受力更均匀。
对比例
传统的端板边缘螺杆紧固方式容易导致端板变形，导致电堆内部受力不均匀如图4，与本发明的非均布施力载荷方式(图3)对比可以看出中心压强偏低，呈现出“中空”的受力分布现象，严重影响电池性能。

Claims (6)

1.一种高效紧固燃料电池堆组装装置，其特征在于：包括固定架，于固定架上设有上平板和下平板，上平板位于下平板正上方，于上平板下表面和下平板上表面垂直于上平板和下平板表面分别相间隔设有多个可上下往复运动的施力柱，多个施力柱分别通过一个或多个液压控制系统控制其上下往复运动；上平板和下平板上施力柱数量相等，一一对应设置，分别均布于上平板或下平板上；
于任一施力柱对应处的平板内设有液缸驱动，施力柱由液缸驱动，液缸经控制电磁阀与外部液压控制系统相连；
所述多个施力柱分别通过一个液压控制系统控制其上下往复运动时，压力控制值相同；
或者，所述多个施力柱分别通过多个液压控制系统控制其上下往复运动时，位于上平板或下平板中心的施力柱的压力控制值高于位于上平板或下平板周边的施力柱的压力控制。
2.按照权利要求1所述装置，其特征在于：上平板或下平板上施力柱数量为5～100。
3.按照权利要求1所述装置，其特征在于：施力柱于上平板和下平板上均匀设置。
4.按照权利要求3所述装置，其特征在于：
所述多个施力柱于上平板下表面和下平板上表面的设置是以上平板和下平板中轴线为轴对称设置的。
5.按照权利要求4所述装置，其特征在于：
位于轴对称点上的施力柱的压力控制值相等。
6.按照权利要求4所述装置，其特征在于：靠近中轴线的施力柱压力值较高，施力柱最大压力梯度值小于施力柱压力平均值的20%。
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