CN114583233B - 一种燃料电池电堆紧固装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池电堆紧固装置，包括主体结构、轴线限制结构和法向限制结构，主体结构包括第一端板和第二端板，第一端板和第二端板之间设有浮动板，浮动板与第一端板之间连接有弹性组件，浮动板与第二端板之间形成有放置区域；轴向限制结构包括多个轴向限制组件，轴向限制组件的两端分别与第一端板和第二端板连接；法向限制结构包括多个安装组件，多个安装组件沿放置区域的外周依次设置；至少一个安装组件设有防榻腰杆。使用时，单电池可堆叠放置在放置区域，浮动件在弹性组件的作用下压紧放置区域，保持密封性；通过设置防榻腰杆，对法向于电堆堆叠方向的位移进行限制，防止电堆出现法向挠曲。

Description

一种燃料电池电堆紧固装置

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池电堆紧固装置。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的化学装置。因其不受卡诺循环的限制，具有效率高、清洁无污染等优势，近几年备受重视。燃料电池电堆是由多个单电池组装而成，此时需要较大的装配力来保持电堆的密封性。现有的电堆一般使用螺杆来锁止电堆堆叠方向的位移，对于法向于电堆堆叠方向的位移限制有限，在电堆长时间运行时会造成电堆法向挠曲，严重影响电堆的性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种燃料电池电堆紧固装置。

根据本发明实施例的燃料电池电堆紧固装置，包括主体结构、轴线限制结构和法向限制结构，所述主体结构包括第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板间隔叠设，以所述第一端板相对所述第二端板的方向为第一轴向，所述第一端板和所述第二端板之间设有浮动板，所述浮动板与所述第一端板之间连接有弹性组件，所述浮动板与所述第二端板之间形成有放置区域；所述轴向限制结构包括多个轴向限制组件，多个所述轴向限制组件沿所述放置区域的外周依次设置，所述轴向限制组件的两端分别与所述第一端板和所述第二端板连接；所述法向限制结构包括多个安装组件，多个所述安装组件沿所述放置区域的外周依次设置，所述安装组件包括设于第一端板的第一安装座和设于第二端板的第二安装座；至少一个所述安装组件设有防榻腰杆，所述防榻腰杆的两端分别与所述第一安装座和所述第二安装座连接。

根据本发明实施例的燃料电池电堆紧固装置，至少具有如下技术效果：使用时，单电池可堆叠放置在放置区域，浮动件在弹性组件的作用下压紧放置区域，保持密封性；通过设置防榻腰杆，对法向于电堆堆叠方向的位移进行限制，防止电堆出现法向挠曲；当电堆竖向放置、即第一轴向为竖向时，可在电堆的四周均设置防榻腰杆；当电堆横向放置、即第一轴向为横向时，可仅在电堆的底部设置防榻腰杆，以减少电堆的体积和质量，提高体积功率密度和质量功率密度。

根据本发明的一些实施例，所述轴向限制组件包括钢板，所述钢板靠近所述第二端板的一端设有折弯段，所述折弯段与所述第二端板叠设，所述折弯段与所述第二端板通过螺栓连接。这样装配时，可先把第二端板放在地上，然后叠放单电池、浮动板和第一端板，然后安装钢板，安装钢板时无需抬起第二端板，便于电堆的装配。

根据本发明的一些实施例，所述轴向限制组件包括钢板、连接件和第一螺栓，所述钢板靠近所述第一端板的一端设有卷绕段，所述钢板于所述卷绕段旁侧设有连接段，所述卷绕段绕过所述连接件后与连接段固定连接；所述连接件设有第一内螺纹孔，所述卷绕段设有腰形孔，所述第一端板设有第一通孔，所述第一螺栓依次穿过所述第一通孔、所述腰形孔后与所述第一内螺纹孔螺纹连接。使用时，可转动第一螺栓，使连接件靠近第一端板，对电堆的装配起到预紧的作用；电堆使用一段时间、出现松弛后，可转动第一螺栓，重新收紧电堆。

根据本发明的一些实施例，所述防榻腰杆呈六棱柱状。在保持足够的抗弯能力的同时增大防榻腰杆与电堆的单电池的接触面积，有利于维持结构稳定。

根据本发明的一些实施例，所述防榻腰杆靠近所述第二安装座的一端设有第二连接座，所述第二连接座与所述第二安装座通过螺栓连接。这样安装防榻腰杆时无需抬起第二端板，便于防榻腰杆的安装，与钢板的折弯段相适配，电堆的整体装配过程中无需抬起第二端板。

根据本发明的一些实施例，所述防榻腰杆靠近所述第一安装座的一端设有第一连接座，所述第一连接座设有第三内螺纹孔，所述第一安装座设有第三通孔，所述第三通孔内设有第三螺栓，所述第三螺栓贯穿所述第三通孔后与所述第三内螺纹孔螺纹连接。防榻腰杆无需延伸至第一端板和第二端板之间的区域的外侧，无需设置额外的外壳进行保护，提高集成度。

根据本发明的一些实施例，所述轴向限制组件包括钢板，所述钢板的两端分别与所述第一端板和所述第二端板连接，所述钢板与所述放置区域之间设有第一间隙；所述防榻腰杆与所述放置区域贴近。进行电堆的装配时，由于设置有第一间隙，可在轴向限制结构安装完毕后、在钢板与放置区域之间铺设绝缘材料，再根据需求安装防榻腰杆，防榻腰杆压紧绝缘材料，结构合理紧凑。

根据本发明的一些实施例，所述弹性组件包括多个弹性构件，多个所述弹性构件均布于所述第一端板和所述浮动板之间。这样第一端板和浮动板之间的力传递均衡，结构稳定。

根据本发明的一些实施例，所述弹性构件为碟簧。碟簧的负荷大、行程短、所需安装空间小，适用于电堆，有利于提高体积功率密度。

根据本发明的一些实施例，所述第一端板和所述浮动板对应所述碟簧处分别设有凹槽，所述碟簧的两端分别设于两个凹槽内，所述碟簧内设有沿所述第一轴向设置的导向柱。通过设置凹槽和导向柱，放置碟簧偏移或掉出，结构稳定。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的燃料电池电堆紧固装置的立体结构示意图；

图2是本发明实施例的燃料电池电堆紧固装置的分解结构示意图；

图3是图2中的A区域的放大示意图。

附图中：

100-第一端板；200-第二端板；240-容置槽；300-浮动板；310-弹性构件；311-导向柱；400-钢板；410-卷绕段；411-第一螺栓；420-折弯段；421-第二螺栓；430-连接件；500-防榻腰杆；510-第一连接座；511-第三螺栓；520-第二连接座；521-第四螺栓。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。此外，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参考图1至图3描述根据本发明实施例的燃料电池电堆紧固装置。

根据本发明实施例的燃料电池电堆紧固装置，包括主体结构、轴线限制结构和法向限制结构，主体结构包括第一端板100和第二端板200，第一端板100和第二端板200间隔叠设，以第一端板100相对第二端板200的方向为第一轴向，第一端板100和第二端板200之间设有浮动板300，浮动板300与第一端板100之间连接有弹性组件，浮动板300与第二端板200之间形成有放置区域；轴向限制结构包括多个轴向限制组件，多个轴向限制组件沿放置区域的外周依次设置，轴向限制组件的两端分别与第一端板100和第二端板200连接；法向限制结构包括多个安装组件，多个安装组件沿放置区域的外周依次设置，安装组件包括设于第一端板100的第一安装座和设于第二端板200的第二安装座；至少一个安装组件设有防榻腰杆500，防榻腰杆500的两端分别与第一安装座和第二安装座连接。

例如，如图1所示，第一端板100、浮动板300和第二端板200均呈矩形板状，第一端板100、浮动板300和第二端板200从上至下顺次叠设，浮动板300位于靠近第一端板100的一侧；轴向限制组件包括钢板400，钢板400的顶部和底部分别连接至第一端板100的外沿和第二端板200的外沿，浮动板300的边缘处、对应钢板400的位置设有第一避让口以供钢板400通过；放置区域的左侧、右侧分别设有一个轴向限制组件，放置区域的前侧、后侧分别设有四个轴向限制组件；第一安装座设于第一端板100的边沿，第二安装座设于第二端板200的边沿且设于第一安装座的正下方，浮动板300的边沿、对应防榻腰杆500的位置设有第二避让口以供防榻腰杆500通过，第二避让口为设于浮动板300边缘的缺口，使防榻腰杆500能沿法向移动至贴近放置区域；放置区域的前侧设有两个防榻腰杆500，防榻腰杆500设于相邻的两个钢板400之间。

使用时，单电池可堆叠放置在放置区域，浮动件在弹性组件的作用下压紧放置区域，保持密封性；通过设置防榻腰杆500，对法向于电堆堆叠方向的位移进行限制，防止电堆出现法向挠曲；当电堆竖向放置、即第一轴向为竖向时，可在电堆的四周均设置防榻腰杆500；当电堆横向放置、即第一轴向为横向时，可仅在电堆的底部设置防榻腰杆500，以减少电堆的体积和质量，提高体积功率密度和质量功率密度。

在本发明的一些实施例中，轴向限制组件包括钢板400，钢板400靠近第二端板200的一端设有折弯段420，折弯段420与第二端板200叠设，折弯段420与第二端板200通过螺栓连接。折弯段420叠设于第二端板200的边沿的上侧，折弯段420设有第二通孔，第二端板200设有第二内螺纹孔，折弯段420与第二端板200通过第二螺栓421连接，第二螺栓421从上至下穿过第二通孔后与第二内螺纹孔螺纹连接，第二螺栓421的数量为两个；这样装配时，可先把第二端板200放在地上，然后叠放单电池、浮动板300和第一端板100，然后安装钢板400，安装钢板400时无需抬起第二端板200，便于电堆的装配。

在本发明的一些实施例中，轴向限制组件包括钢板400、连接件430和第一螺栓411，钢板400靠近第一端板100的一端设有卷绕段410，钢板400于卷绕段410旁侧设有连接段，卷绕段410绕过连接件430后与连接段固定连接；连接件430设有第一内螺纹孔，卷绕段410设有腰形孔，第一端板100设有第一通孔，第一螺栓411依次穿过第一通孔、腰形孔后与第一内螺纹孔螺纹连接。参照图3，卷绕段410绕过连接件430后与连接段通过焊接、铆接或其他合适的方式固定连接；通过设置卷绕段410，连接件430与钢板400之间连接稳固，能传递较大的力，而且，钢板400无需延伸至第一端板100和第二端板200之间的区域的外侧，无需设置额外的外壳进行保护，提高集成度；使用时，可转动第一螺栓411，使连接件430靠近第一端板100，对电堆的装配起到预紧的作用；电堆使用一段时间、出现松弛后，可转动第一螺栓411，重新收紧电堆；第一通孔可为沉头孔，以使第一端板100的表面保持平整。

在本发明的一些实施例中，防榻腰杆500呈六棱柱状。防榻腰杆500的截面为正六边形，在保持足够的抗弯能力的同时增大防榻腰杆500与电堆的单电池的接触面积，有利于维持结构稳定。

在本发明的一些实施例中，防榻腰杆500靠近第二安装座的一端设有第二连接座520，第二连接座520与第二安装座通过螺栓连接。第二连接座520与防榻腰杆500为一体构件，当然，也可设置第二连接座520为独立的构件、通过焊接或其他合适的方式固定安装在防榻腰杆500上；第二安装座与第二端板200为一体构件；第二连接座520设有第四通孔，第二安装座设有第四内螺纹孔，第二连接座520与第二安装座通过第四螺栓521连接，第四螺栓521从上至下穿过第四通孔后与第四内螺纹孔螺纹连接，第四螺栓521的数量为两个，参照图2，第二安装座可设置下沉的容置槽240以放置第二连接座520，这样第四螺栓521无需承受法向的力；这样安装防榻腰杆500时无需抬起第二端板200，便于防榻腰杆500的安装，与钢板400的折弯段420相适配，电堆的整体装配过程中无需抬起第二端板200。

在本发明的一些实施例中，防榻腰杆500靠近第一安装座的一端设有第一连接座510，第一连接座510设有第三内螺纹孔，第一安装座设有第三通孔，第三通孔内设有第三螺栓511，第三螺栓511贯穿第三通孔后与第三内螺纹孔螺纹连接。第一连接座510与防榻腰杆500为一体构件，当然，也可设置第一连接座510为独立的构件、通过焊接或其他合适的方式固定安装在防榻腰杆500上；第二避让口也可为通孔，使得第一连接座510的能插入到第二避让口，则第三螺栓511无需承受法向力；第一安装座与第一端板100为一体构件；防榻腰杆500无需延伸至第一端板100和第二端板200之间的区域的外侧，无需设置额外的外壳进行保护，提高集成度；使用时，可转动第三螺栓511对防榻腰杆500进行固定；第三通孔可为沉头孔，以使第一端板100的表面保持平整。

在本发明的一些实施例中，轴向限制组件包括钢板400，钢板400的两端分别与第一端板100和第二端板200连接，钢板400与放置区域之间设有第一间隙；防榻腰杆500与放置区域贴近。进行电堆的装配时，由于设置有第一间隙，可在轴向限制结构安装完毕后、在钢板400与放置区域之间铺设绝缘材料，再根据需求安装防榻腰杆500；安装防榻腰杆500时无需沿第一轴向插入，防榻腰杆500可沿法向移动压紧绝缘材料、再连接至第一端板100和第二端板200，结构合理紧凑。

在本发明的一些实施例中，弹性组件包括多个弹性构件310，多个弹性构件310均布于第一端板100和浮动板300之间。弹性构件310的数量为八个，八个弹性构件310呈矩形阵列设置；这样第一端板100和浮动板300之间的力传递均衡，结构稳定。

在本发明的一些实施例中，弹性构件310为碟簧。碟簧的负荷大、行程短、所需安装空间小，适用于电堆，有利于提高体积功率密度。

在本发明的一些实施例中，第一端板100和浮动板300对应碟簧处分别设有凹槽，碟簧的两端分别设于两个凹槽内，碟簧内设有沿第一轴向设置的导向柱311。导向柱311可连接至浮动板300或第一端板100，通过设置凹槽和导向柱311，放置碟簧偏移或掉出，结构稳定。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种燃料电池电堆紧固装置，其特征在于，包括：

主体结构，包括第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板间隔叠设，以所述第一端板相对所述第二端板的方向为第一轴向，所述第一端板和所述第二端板之间设有浮动板，所述浮动板与所述第一端板之间连接有弹性组件，所述浮动板与所述第二端板之间形成有放置区域；所述弹性组件包括多个弹性构件，多个所述弹性构件均布于所述第一端板和所述浮动板之间；

轴向限制结构，包括多个轴向限制组件，多个所述轴向限制组件沿所述放置区域的外周依次设置，所述轴向限制组件的两端分别与所述第一端板和所述第二端板连接；所述轴向限制组件包括钢板，所述钢板的两端分别与所述第一端板和所述第二端板连接，所述钢板与所述放置区域之间设有第一间隙；所述轴向限制组件包括连接件和第一螺栓，所述钢板靠近所述第一端板的一端设有卷绕段，所述钢板于所述卷绕段旁侧设有连接段，所述卷绕段绕过所述连接件后与连接段固定连接；所述连接件设有第一内螺纹孔，所述卷绕段设有腰形孔，所述第一端板设有第一通孔，所述第一螺栓依次穿过所述第一通孔、所述腰形孔后与所述第一内螺纹孔螺纹连接；

法向限制结构，包括多个安装组件，多个所述安装组件沿所述放置区域的外周依次设置，所述安装组件包括设于第一端板的第一安装座和设于第二端板的第二安装座；至少一个所述安装组件设有防榻腰杆，所述防榻腰杆的两端分别与所述第一安装座和所述第二安装座连接，所述防榻腰杆设于相邻的两个所述钢板之间，所述防榻腰杆与所述放置区域贴近，通过设置防榻腰杆，对法向于电堆堆叠方向的位移进行限制；所述防榻腰杆靠近所述第二安装座的一端设有第二连接座，所述第二连接座与所述第二安装座通过螺栓连接；所述防榻腰杆靠近所述第一安装座的一端设有第一连接座，所述第一连接座设有第三内螺纹孔，所述第一安装座设有第三通孔，所述第三通孔内设有第三螺栓，所述第三螺栓贯穿所述第三通孔后与所述第三内螺纹孔螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆紧固装置，其特征在于：所述钢板靠近所述第二端板的一端设有折弯段，所述折弯段与所述第二端板叠设，所述折弯段与所述第二端板通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的燃料电池电堆紧固装置，其特征在于：所述防榻腰杆呈六棱柱状。

4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆紧固装置，其特征在于：所述弹性构件为碟簧。

5.根据权利要求4所述的燃料电池电堆紧固装置，其特征在于：所述第一端板和所述浮动板对应所述碟簧处分别设有凹槽，所述碟簧的两端分别设于两个凹槽内，所述碟簧内设有沿所述第一轴向设置的导向柱。