CN112510238B - 燃料电池电堆的固定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池电堆的固定方法，属于燃料电池技术领域，包括预先在电堆端板上设置呈放射状分布的压紧槽；将电堆端板与单电池按照预设顺序整齐层叠，多个单电池构成电池堆体；利用压力机将层叠的电堆端板与单电池压紧；采用缠绕丝沿压紧槽缠绕，将电堆端板与单电池紧固在一起；将缠绕丝的首端和末端缠绕在紧固棒上，并利用紧固棒扭紧，使缠绕丝的预紧力达到预设值；使紧固棒与缠绕丝平行，将紧固棒的两端固定在缠绕丝上。本发明利用缠绕丝缠绕紧固的方式，燃料电池能够实现自平衡受力，有效解决利用螺栓固定所产生的内部受力不均匀的情况，减少泄漏发生，提高燃料电池的性能与使用寿命，降低燃料电池的重量和制作成本。

Description

燃料电池电堆的固定方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，更具体地说，是涉及一种燃料电池电堆的固定方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆，是一种以含氢燃料与空气作用产生电力与热力的燃料电池，用一定数量的单电池串联而成，而每个单电池是由双极板和膜电极(MEA)组成，膜电极是燃料电池的反应场所，双极板是反应流体通道，为了让燃料电池的反应稳定和高效，在串联每个单电池时需要在膜电极和双极板之间增加密封垫，并依靠压力完成密封，燃料电池密封性能的好坏直接影响了燃料电池的性能和寿命。
目前燃料电池主要的固定方式是依靠螺杆的紧固完成电堆组装，这种固定方式存在如下缺陷和不足：
(1)通过螺杆紧固的方式组装，电池内部受力不均，边缘受力明显大于中间受力，导致电池内部接触不良，容易泄露，影响电池的使用性能。
(2)通过螺杆紧固的方式组装，电池端板材料要求较高，厚度较大，增加电池重量和体积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆的固定方法，旨在解决螺栓紧固的方式电池受力不均，导致电池内部接触不良，影响电池性能的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种燃料电池电堆的固定方法，所述固定方法包括如下步骤：
预先在电堆端板上设置呈放射状分布的压紧槽；
将电堆端板与单电池按照预设顺序整齐层叠，多个所述单电池构成电池堆体；
利用压力机将层叠的所述电堆端板与所述单电池压紧；
采用缠绕丝沿所述压紧槽缠绕，将所述电堆端板与所述单电池紧固在一起；
将所述缠绕丝的首端和末端缠绕在紧固棒上，并利用所述紧固棒扭紧，使所述缠绕丝的预紧力达到预设值；
使所述紧固棒与所述缠绕丝平行，将所述紧固棒的两端固定在所述缠绕丝上。
作为本申请另一实施例，所述采用缠绕丝沿所述压紧槽缠绕，将所述电堆端板与所述单电池紧固在一起，包括：
所述缠绕丝按照同一个顺序缠绕多圈，每缠绕一圈，至缠绕丝的首端与缠绕端相遇时，利用所述紧固棒进行扭紧预紧，直至预紧力达到所述预设值。
作为本申请另一实施例，所述将所述缠绕丝的首端和末端缠绕在紧固棒上，并利用所述紧固棒扭紧，使所述缠绕丝的预紧力达到预设值，包括：
所述缠绕丝的首端沿一个方向缠绕在所述紧固棒上，所述缠绕丝的末端相向缠绕在所述紧固棒上，使所述缠绕丝的首端和所述缠绕丝的末端形成交叉。
作为本申请另一实施例，所述使所述紧固棒与所述缠绕丝平行，将所述紧固棒的两端固定在所述缠绕丝上，包括：
所述缠绕丝的首端和末端均预留绑扎段，所述绑扎段、所述紧固棒与所述缠绕丝同时固定在一起。
作为本申请另一实施例，所述缠绕丝为超强抗拉碳纤维丝或抗拉芳纶丝。
作为本申请另一实施例，所述电堆端板包括端板本体和设于所述端板本体端面的受力体，所述压紧槽设置在所述受力体上，所述端板本体的四周不凸出于所述电池堆体的四周表面；所述受力体不凸出于所述端板本体的四周。
作为本申请另一实施例，所述受力体具有向背离所述电池堆体方向凸起的弧形曲面，所述压紧槽呈放射状设置在所述弧形曲面上。
作为本申请另一实施例，所述受力体具有中空腔，所述中空腔的表面为弧形曲面。
作为本申请另一实施例，所述端板本体背离所述电池堆体的端面设有加强筋，所述受力体支撑在所述加强筋上。
作为本申请另一实施例，所述受力体与所述端板本体相连的一端设有插接部，所述端板本体上设置的纵横交叉的所述加强筋构成所述插接部插入的插口。
本发明提供的燃料电池电堆的固定方法的有益效果在于：
(1)利用缠绕丝缠绕紧固的方式，燃料电池能够实现自平衡受力，有效解决利用螺栓固定所产生的内部受力不均匀的情况，减少泄漏发生，提高燃料电池的性能与使用寿命；
(2)缠绕后的缠绕丝通过紧固棒缠绕紧固后，将紧固棒置与缠绕丝平行，两端利用紧固件与缠绕丝固定在一起即可，无需使用螺栓，节省组堆时间，提高组堆紧固效率；
(3)由于无需使用螺栓连接，而是直接用缠绕丝缠绕的方式固定，缠绕丝相比螺栓而言，重量低，电堆端板受力小，电堆端板的厚度可以减薄，因此能够降低燃料电池的重量，节约制作成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的燃料电池电堆的立体结构示意图。
图中：1、电池堆体；2、紧固棒；3、缠绕丝；4、电堆端板；41、加强筋；42、端板本体；43、受力体；5、集电板。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，现对本发明提供的燃料电池电堆的固定方法进行说明。所述燃料电池电堆的固定方法，所述固定方法包括如下步骤：
步骤一，预先在电堆端板4上设置呈放射状分布的压紧槽；
步骤二，将电堆端板4与单电池按照预设顺序整齐层叠，多个单电池构成电池堆体1；
步骤三，利用压力机将层叠的电堆端板4与单电池压紧；
步骤四，采用缠绕丝3沿压紧槽缠绕，将电堆端板4与单电池紧固在一起；
步骤五，将缠绕丝3的首端和末端缠绕在紧固棒2上，并利用紧固棒2扭紧，使缠绕丝3的预紧力达到预设值；
步骤六，使紧固棒2与所述缠绕丝3平行，将紧固棒2的两端固定在缠绕丝3上。
本发明提供的燃料电池电堆的固定方法，与现有技术相比，具有如下效果：
(1)利用缠绕丝3缠绕紧固的方式，燃料电池能够实现自平衡受力，有效解决利用螺栓固定所产生的内部受力不均匀的情况，减少泄漏发生，提高燃料电池的性能与使用寿命。
(2)缠绕后的缠绕丝3通过紧固棒2缠绕紧固后，将紧固棒2置与缠绕丝3平行，两端利用紧固件与缠绕丝3固定在一起即可，无需使用螺栓，节省组堆时间，提高组堆紧固效率；其中，紧固件可以为柔性绑带、塑料卡扣等。
(3)由于无需使用螺栓连接，而是直接用缠绕丝3缠绕的方式固定，缠绕丝3相比螺栓而言，重量低，电堆端板4受力小，电堆端板4的厚度可以减薄，因此能够降低燃料电池的重量，节约制作成本。
设置的压紧槽对缠绕丝3起到限位的作用，防止缠绕丝3聚拢，提高缠绕丝3的预紧力和张紧的均匀性。
本实施例所设置的压紧槽，可以直接在电堆端板4上设置凹槽作为压紧槽，也可以在电堆端板4上设置凸筋，在凸筋上设置凹槽，作为压紧槽，也即，压紧槽可以凹陷在电堆端板4的端面内，也可以凸起在电堆端板4的端面上；同一个射线方向的压紧槽，可以是连续设置的，也可以是断续设置的。对于压紧槽的设置方式本文不做限定，另外，对于压紧槽的形状，本文也不做限定，也即，压紧槽的横断面可以为矩形、弧形、梯形、V形，还可以为T字形、燕尾形等，收口的槽形。
作为燃料电池，在电池堆体1的两端分别设有集电板5，用于电路的连接。
作为本发明提供的燃料电池电堆的固定方法的一种具体实施方式，请参阅图1，步骤四中，缠绕丝3按照同一个顺序缠绕多圈，每缠绕一圈，至缠绕丝3的首端与缠绕端相遇时，利用紧固棒2进行扭紧预紧，直至预紧力达到预设值。其中，缠绕丝3可以缠绕多圈，各个压紧槽内均缠绕一层纤维丝为一圈，缠绕一圈后，纤维丝的缠绕端与首端相遇。
本实施例中，为了提高紧固力的均匀性及紧固的可靠性，每缠绕一圈后，利用紧固棒2将缠绕丝3的首端和缠绕丝3与首端相遇的部位扭紧，使预紧力达到预设值，提高每一圈缠绕后的预紧力紧固性及一致性，保证单电池受力的均匀性。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，步骤五中，缠绕丝3的首端沿一个方向缠绕在紧固棒2上，缠绕丝3的末端相向缠绕在紧固棒2上，使缠绕丝3的首端和缠绕丝3的末端形成交叉。通过首端和末端的交叉缠绕，提高缠绕丝3首末端连接的可靠性，同时，也能够使缠绕丝3在紧固棒2上的分布均匀，避免在紧固棒2上形成鼓包和凸起。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1，步骤六中，缠绕丝3的首端和末端均预留绑扎段，绑扎段、紧固棒2与缠绕丝3同时固定在一起。通过绑扎段，提高缠绕丝3端部连接的可靠性，避免缠绕丝3端部脱落的问题，避免缠绕丝3松开。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，缠绕丝3为超强抗拉碳纤维丝或抗拉芳纶丝。这两种材质具有一定的弹性，缠绕固定燃料电池后，能够使燃料电池内部达到自平衡受力，避免电池内部受力不均的问题。
其中，缠绕丝3不凸出于压紧槽，保证缠绕丝3限位在压紧槽内，避免缠绕丝3滑出压紧槽。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，电堆端板4包括端板本体42和设于端板本体42端面的受力体43，压紧槽设置在受力体43上，端板本体42的四周不凸出于电池堆体1的四周表面；受力体43不凸出于端板本体42的四周。本实施例中，受力体43不凸出于端板本体42的四周。端板本体42的侧面及电池堆体1的侧面在同一平面上，当缠绕丝3在电池堆体1的侧面走向时，缠绕丝3与端板本体42的侧面及电池堆体1的侧面均紧密相贴，不仅实现了对电池堆体1两端的定位，也对电池堆体1四周侧面进行了定位，提高了电池堆体1压紧的可靠性。
本实施例电堆端板4分为两部分，通过在受力体43上设置压紧槽，降低电堆端板4的加工难度，而且对电堆端板4的整体厚度起到减薄的作用。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，受力体43具有向背离电池堆体1方向凸起的弧形曲面，压紧槽呈放射状设置在弧形曲面上。通过设置的弧形曲面，使得受力体43的形状为拱顶形、球冠形，利用凸起的受力体43，将缠绕丝3两端的交汇点拱起，使得缠绕丝3自交汇点至电池堆体1时，走向沿弧形曲面平滑过渡，避免拐角处对缠绕丝3造成的应力损坏，也便于对缠绕丝3的张紧。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，受力体43具有中空腔，中空腔的表面为弧形曲面。受力体43设计为中空腔，起到减重和降低制作成本的作用。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，端板本体42背离电池堆体1的端面设有加强筋41，受力体43支撑在加强筋41上。端板本体42的厚度可以减薄，减薄后为了提高强度，可以设置加强筋41。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，受力体43与端板本体42相连的一端设有插接部，端板本体42上设置的纵横交叉的加强筋41构成插接部插入的插口。本实施例直接借助纵横交叉的加强筋41构成的网格，作为插口，使受力体43直接插接在端板本体42上，以使受力体43与端板本体42定位简单，连接方便，而且由于缠绕丝3缠绕在受力体43，也使得受力体43与端板本体42紧固可靠。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.燃料电池电堆的固定方法，其特征在于，所述固定方法包括如下步骤：
预先在电堆端板上设置呈放射状分布的压紧槽；
将电堆端板与单电池按照预设顺序整齐层叠，多个所述单电池构成电池堆体；
利用压力机将层叠的所述电堆端板与所述单电池压紧；
采用缠绕丝沿所述压紧槽缠绕，将所述电堆端板与所述单电池紧固在一起；
将所述缠绕丝的首端和末端缠绕在紧固棒上，并利用所述紧固棒扭紧，使所述缠绕丝的预紧力达到预设值；其中，缠绕丝按照同一个顺序缠绕多圈，每缠绕一圈，至缠绕丝的首端与缠绕端相遇时，利用紧固棒进行扭紧预紧，直至预紧力达到预设值；
使所述紧固棒与所述缠绕丝平行，将所述紧固棒的两端固定在所述缠绕丝上；
所述电堆端板包括端板本体和设于所述端板本体端面的受力体，所述压紧槽设置在所述受力体上，所述端板本体的四周不凸出于所述电池堆体的四周表面；所述受力体不凸出于所述端板本体的四周；
所述受力体具有向背离所述电池堆体方向凸起的弧形曲面，所述压紧槽呈放射状设置在所述弧形曲面上；
利用凸起的受力体，将缠绕丝两端的交汇点拱起，使得缠绕丝自交汇点至电池堆体时，走向沿弧形曲面平滑过渡，避免拐角处对缠绕丝造成的应力损坏，也便于对缠绕丝的张紧。
2.如权利要求1所述的燃料电池电堆的固定方法，其特征在于，所述将所述缠绕丝的首端和末端缠绕在紧固棒上，并利用所述紧固棒扭紧，使所述缠绕丝的预紧力达到预设值，包括：
所述缠绕丝的首端沿一个方向缠绕在所述紧固棒上，所述缠绕丝的末端相向缠绕在所述紧固棒上，使所述缠绕丝的首端和所述缠绕丝的末端形成交叉。
3.如权利要求1所述的燃料电池电堆的固定方法，其特征在于，所述使所述紧固棒与所述缠绕丝平行，将所述紧固棒的两端固定在所述缠绕丝上，包括：
所述缠绕丝的首端和末端均预留绑扎段，所述绑扎段、所述紧固棒与所述缠绕丝同时固定在一起。
4.如权利要求1所述的燃料电池电堆的固定方法，其特征在于，所述缠绕丝为抗拉碳纤维丝或抗拉芳纶丝。
5.如权利要求1所述的燃料电池电堆的固定方法，其特征在于，所述受力体具有中空腔，所述中空腔的表面为弧形曲面。
6.如权利要求1所述的燃料电池电堆的固定方法，其特征在于，所述端板本体背离所述电池堆体的端面设有加强筋，所述受力体支撑在所述加强筋上。
7.如权利要求6所述的燃料电池电堆的固定方法，其特征在于，所述受力体与所述端板本体相连的一端设有插接部，所述端板本体上设置的纵横交叉的所述加强筋构成所述插接部插入的插口。
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