CN111796127A - 一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，涉及燃料电池技术领域，包括燃料电池电堆、电堆封装壳体、电压巡检板、连接电路板、第一导线以及第二导线，第一导线一端与电压巡检板连接，第一导线另一端设置有接线端子公头，第二导线包括第二软线和波浪头，第二软线一端与引脚焊接，燃料电池电堆的燃料电池单电池极板上设置有巡检槽，波浪头至少有一部分位于巡检槽内。本发明一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置通过在电压巡检板与单体电池极板之间设置连接电路板，将导线在连接和安装过程中的柔性需求和刚性需求分开考虑，连接稳定，电路导线脱落风险低，可以稳定有效的进行单体电压采集。

Description

一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，

尤其是，本发明具体涉及一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置。

背景技术

近年来，燃料电池作为环境问题和能源问题的有效解决方式而备受关注。燃料电池利用氢气和氧气电化学反应进行工作，并将伴随着的化学能转换为电能。

燃料电池技术发展有两个趋势，第一个是以提升功率、动态响应、效率等性能指标为发展方向，第二个是以环境适应、寿命、故障及容错等可靠性为发展方向。近几年随着燃料电池产业兴起，对产品可靠性的要求日趋明显。高可靠性是制约燃料电池大规模商业应用的前提，而燃料电池单体电池电压变化和一致性是对可靠性描述最直接的手段。实际工作中通常使用电压巡检的方式对燃料电池的单体电池进行电压值实时采样，通过观察单个、多个、全体单体电压在不同工况下的表现对燃料电池性能进行表征。在燃料电池系统中一般加设电压巡检板（CVM），巡检板每个检测口通过导线连接到单体电池的极板上，一般每两个巡检口之间设置1~2个单体电池对对应的1~2个单体进行电压采样。由于电压巡检板安装在燃料电池电堆外部，导线连接到电堆上，且数量较多，在实际使用中经常发生接触问题导致无法采样，有时甚至会脱落。

现有的一般燃料电池的单体电压采集稳定程度都不够有保障，例如中国专利发明专利CN1787252A提供一种快插式燃料电池组巡检线连接方法，描述了通过在巡检板和电堆之间设置接插件，其中公头（或母头）通过导线与巡检板连接，母头（或公头）通过导线与电堆连接。描述中未提及导线进入电堆内部与极板连接方式，导线还是较长，依然存在因为晃动导致的接触问题。中国专利发明专利CN110690490A提供一种用于氢燃料电池电堆的CVM与双极板的接触器描述了通过金属弹片实现电压巡检方式，但可能存在两个问题，第一是极板较薄且较多的应用中，因电堆组装积累误差导致金属弹片与极板的触点位置发生变化从而影响采样效果。第二是为了防止上述影响采用了PCB板斜置安装方式，增加了长度，但中间未设置固定点，可能在振动工况下PCB中间部分挠度过大影响采样效果。

因此为了解决上述问题，设计一种合理的用于燃料电池单体电压采集的连接装置是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过在电压巡检板与单体电池极板之间设置连接电路板，将导线在连接和安装过程中的柔性需求和刚性需求分开考虑，并将连接电路板设置在电堆内部，连接稳定，电路导线脱落风险低，可以稳定有效的进行单体电压采集的用于燃料电池单体电压采集的连接装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案得以实现的：

一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，包括燃料电池电堆、用于保护所述燃料电池电堆的电堆封装壳体、设置于所述电堆封装壳体外侧的电压巡检板以及设置于所述电堆封装壳体内侧的连接电路板，所述电压巡检板通过第一导线与所述连接电路板连接，所述第一导线一端通过设置于所述电堆封装壳体上的接插件与所述电压巡检板连接，所述第一导线另一端设置有用于与设置于所述连接电路板上的接线端子母头连接的接线端子公头，所述连接电路板通过第二导线与所述燃料电池电堆连接，所述第二导线包括第二软线和与所述第二软线端部连接的波浪头，所述第二软线远离所述波浪头的一端与设置于所述连接电路板上的引脚焊接导通，所述燃料电池电堆的燃料电池单电池极板上设置有巡检槽，所述波浪头至少有一部分位于所述巡检槽内。

作为本发明的优选，所述燃料电池电堆设置有燃料电池电堆端板，所述连接电路板通过固定螺钉与所述燃料电池电堆端板固定连接。

作为本发明的优选，所述固定螺钉的数量至少为一个。

作为本发明的优选，所述第一导线靠近所述接线端子公头的一端设置有第一软线。

作为本发明的优选，所述第二软线的长度范围为1cm至5cm。

作为本发明的优选，所述巡检槽内填充有导电胶质件。

作为本发明的优选，所述第一软线的数量至少为一个。

作为本发明的优选，所述接线端子公头和接线端子母头的数量均至少为一个。

作为本发明的优选，所述燃料电池单电池极板的数量至少为一个。

作为本发明的优选，所述电压巡检板的设置位置包括所述电堆封装壳体上表面和所述电堆封装壳体侧壁。

本发明一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置有益效果在于：通过在电压巡检板与单体电池极板之间设置连接电路板，将导线在连接和安装过程中的柔性需求和刚性需求分开考虑，并将连接电路板设置在电堆内部，连接稳定，电路导线脱落风险低，可以稳定有效的进行单体电压采集。

附图说明

图1为本发明一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置的连接电路板的设置示意图；

图3为本发明一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置中第二导线与巡检槽的连接示意图；

图4为本发明一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置的第二导线的结构示意图；

其中：1、电压巡检板；2、第一导线；21、第一软线；22、接线端子公头；3、连接电路板；31、接线端子母头；32、固定螺钉；4、第二导线；41、第二软线；42、波浪头；5、燃料电池电堆；51、巡检槽；52、燃料电池单电池极板；53、电堆封装壳体；54、燃料电池电堆端板。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的模块和结构的相对布置不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法及系统可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法及系统应当被视为授权说明书的一部分。

实施例一：如图1至4所示，仅仅为本发明的其中一个的实施例，一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，包括燃料电池电堆5、用于保护所述燃料电池电堆5的电堆封装壳体53、设置于所述电堆封装壳体53外侧的电压巡检板1以及设置于所述电堆封装壳体53内侧的连接电路板3，所述电压巡检板1通过第一导线2与所述连接电路板3连接，所述第一导线2一端通过设置于所述电堆封装壳体53上的接插件与所述电压巡检板1连接，所述第一导线2另一端设置有用于与设置于所述连接电路板3上的接线端子母头31连接的接线端子公头22，所述连接电路板3通过第二导线4与所述燃料电池电堆5连接，所述第二导线4包括第二软线41和与所述第二软线41端部连接的波浪头42，所述第二软线41远离所述波浪头42的一端与设置于所述连接电路板3上的引脚焊接导通，所述燃料电池电堆5的燃料电池单电池极板52上设置有巡检槽51，所述波浪头42至少有一部分位于所述巡检槽51内。

还有，所述燃料电池电堆5设置有燃料电池电堆端板54，所述连接电路板3通过固定螺钉32与所述燃料电池电堆端板54固定连接。

总体来说，电压巡检板1设置在燃料电池电堆封装壳体53外面，所述电压巡检板1一般设置安装在所述电堆封装壳体53上表面或者所述电堆封装壳体53侧面。连接电路板3设置在燃料电池电堆5内部，一般是水平安装在燃料电池电堆端板54上面，也可以根据需要设置在燃料电池电堆5侧面，但原则要求第二导线4不能太长，且波浪头42易于插入到巡检槽51中。第一导线2一端通过接插件与电压巡检板1连接（接插件焊接设置在电堆封装壳体53上的，电压巡检板1通过导线连接到电堆封装壳体53上的接插件），第一导线2的另外一端通过接线端子公头22与连接电路板3上的接线端子母头31连接，接线端子公头22与接线端子母头31通过插拔实现通断，接线端子母头31设置在连接电路板3上。接线端子母头31的引脚数量根据需要采集的电压值个数设置，并根据安装工艺条件设置多个接线端子母头31均布于连接电路板3上。连接电路板3通过固定螺钉32固定在燃料电池电堆端板54上，也可以根据需要通过增加连接电路板3厚度或者设置中间安装点的方式来减小挠度。第二导线4中的第二软线41一端与连接电路板3的引脚焊接导通，第二软线41另外一端与波浪头42焊接导通。波浪头42放置在巡检槽51中，巡检槽51中填充有导电胶质件，一般为低电阻导电铜胶，波浪头42通过低电阻导电铜胶进行粘连。波浪头42与巡检槽51的石墨壁之间有摩擦力，能够较好的实现波浪头42的紧固，再将导电铜胶通过针管注射到缝隙中完成波浪头42与巡检槽51粘连的同时强化了紧固作用，巡检槽51中充满低电阻导电铜胶即可，不宜过多，以防止泄露导致短路。

这样可以将导线在连接和安装过程中的柔性需求和刚性需求分开考虑，其中柔性部分主要集中在第一导线2，第一导线2两端都有接插件，连接可靠。刚性部分主要集中在第二导线4，第二导线4主要是第二软线41部分，第二软线41一端焊接至引脚，而波浪头42一端通过摩擦力和粘接力与巡检槽51连接，，第二软线41为软线，可以有很好的柔韧性。

还有所述第二软线41的长度范围为1cm至5cm，第二导线4的第二软线41部分长度较短，一般长度小于5cm，有一定硬度，也有一定的柔韧性；有利于在振动中当发生连接电路板3与燃料电池单电池极板52之间的瞬态位移时第二软线41可以起到缓冲作用，同时也不会因为导线过长导致的晃动使波浪头42从巡检槽51中脱离，保证了连接和导通的可靠性。

燃料电池电堆5工作时，单电池为串联排布，每片单电池之间均存在电压降。通过波浪头42与燃料电池单电池极板52接触可以按照平均每5ms~10ms对单体之间的电压值进行采样。考虑到目前石墨板越做越薄，单体采样从原来的采集一片增加到两片，因此电压巡检板1的单体耐压设置在2.5~2.8V。电压巡检板1通过连接电路板3在实现采样功能的同时解决了导线连接可靠性不足导致的采样失效等问题。当电压巡检板1发生故障时，直接将接插件拔掉即可检修或更换，不涉及燃料电池电堆5的开箱操作，使用便捷。

本发明一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置通过在电压巡检板与单体电池极板之间设置连接电路板，将导线在连接和安装过程中的柔性需求和刚性需求分开考虑，并将连接电路板设置在电堆内部，连接稳定，电路导线脱落风险低，可以稳定有效的进行单体电压采集。

实施例二：仍如图1至4所示，依然为本发明的其中一个的实施例，一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，与上述实施例不同的是，第二导线4的长度设置中第二软线41部分和波浪头42部分可以进行调节，若需要第二导线4硬一些，可以增加波浪头42的长度；若需要第二导线4柔一些，可以增加第二软线41长度。为了保证连接可靠，一般波浪头42长度的三分之二需要在巡检槽51中，以保证良好的导向作用。

第二软线41较长时，可以获得较好的柔性，利于振动，但连接电路板3与巡检槽51的垂向距离较大。波浪头42较长时，可以获得较好的连接性，包括导向和固定，但要求巡检槽51深度较深。

本发明中巡检槽51与连接电路板3距离较近，第二导线4整体较短，刚性好，装配比较快捷，在实际应用中，可以提前对巡检槽51位置和深度，连接电路板3位置和引脚距离进行设计，也可以根据振动工况对第二软线41的长度进行设计。

实施例二：仍如图1至4所示，依然为本发明的其中一个的实施例，一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，所述固定螺钉32的数量至少为一个，以保证连接电路板3与燃料电池电堆端板54之间的连接稳定性。

还有，所述第一导线2靠近所述接线端子公头22的一端设置有第一软线21，第一软线21要求线细易弯曲，方便与接线端子公头22进行连接。

当然，所述第一软线21的数量至少为一个，同样的所述接线端子公头22和接线端子母头31的数量均至少为一个，接线端子公头22和接线端子母头31的数量取决于要采集的电压值个数设置。

最后，所述燃料电池单电池极板52的数量至少为一个。现在很多极板厚度都在2mm以下，而未来大功率的燃料电池电堆一般需要300片以上的单体电池，就需要至少超过600片的燃料电池单电池极板52。

本发明一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置通过在电压巡检板与单体电池极板之间设置连接电路板，将导线在连接和安装过程中的柔性需求和刚性需求分开考虑，并将连接电路板设置在电堆内部，连接稳定，电路导线脱落风险低，可以稳定有效的进行单体电压采集。

上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：包括燃料电池电堆（5）、用于保护所述燃料电池电堆（5）的电堆封装壳体（53）、设置于所述电堆封装壳体（53）外侧的电压巡检板（1）以及设置于所述电堆封装壳体（53）内侧的连接电路板（3），所述电压巡检板（1）通过第一导线（2）与所述连接电路板（3）连接，所述第一导线（2）一端通过设置于所述电堆封装壳体（53）上的接插件与所述电压巡检板（1）连接，所述第一导线（2）另一端设置有用于与设置于所述连接电路板（3）上的接线端子母头（31）连接的接线端子公头（22），所述连接电路板（3）通过第二导线（4）与所述燃料电池电堆（5）连接，所述第二导线（4）包括第二软线（41）和与所述第二软线（41）端部连接的波浪头（42），所述第二软线（41）远离所述波浪头（42）的一端与设置于所述连接电路板（3）上的引脚焊接导通，所述燃料电池电堆（5）的燃料电池单电池极板（52）上设置有巡检槽（51），所述波浪头（42）至少有一部分位于所述巡检槽（51）内。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：所述燃料电池电堆（5）设置有燃料电池电堆端板（54），所述连接电路板（3）通过固定螺钉（32）与所述燃料电池电堆端板（54）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：所述固定螺钉（32）的数量至少为一个。

4.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：所述第一导线（2）靠近所述接线端子公头（22）的一端设置有第一软线（21）。

5.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：所述第二软线（41）的长度范围为1cm至5cm。

6.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：所述巡检槽（54）内填充有导电胶质件。

7.根据权利要求4所述的一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：所述第一软线（21）的数量至少为一个。

8.根据权利要求7所述的一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：所述接线端子公头（22）和接线端子母头（31）的数量均至少为一个。

9.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：所述燃料电池单电池极板（52）的数量至少为一个。

10.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池单体电压采集的连接装置，其特征在于：所述电压巡检板（1）的设置位置包括所述电堆封装壳体（53）上表面和所述电堆封装壳体（53）侧壁。

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