CN115020777A - 一种燃料电池电堆压紧装置及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池电堆压紧装置及燃料电池，通过旋拧锁紧件并配合弹性元件可以调节浮动端板和电堆之间的压紧力，满足封装箱体的箱底壁、浮动端板与电堆之间的压紧力需求，及电堆热胀冷缩的空间需求。通过设置包括第一减磨件和第二减磨件的减磨结构，并将第一减磨件抵接于锁紧件或浮动端板，第二减磨件抵接于弹性元件，并使旋拧锁紧件时第一减磨件和第二减磨件能够沿弹性元件的圆周方向发生相对转动，以避免弹性元件与锁紧件或浮动端板之间发生磨损而形成微小颗粒，特别是金属颗粒，以致这些颗粒在浮动端板于箱体内滑动的过程中通过浮动端板和封装箱体内壁之间的缝隙进入电堆内部，从而有效保证电堆性能的稳定性。

Description

一种燃料电池电堆压紧装置及燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆压紧装置及燃料电池。

背景技术

电池封装是燃料电池的重要结构之一，电池封装罩设于燃料电池的电堆外，主要起到对电堆进行IP67级密封和防止短路的作用，同时间隔提高电堆耐冲击和抗震功能的作用，从而保证车辆在涉水等恶劣条件下，电堆能够正常运行。

为了对电堆进行压紧且同时满足电堆热胀冷缩的空间要求，目前的技术方案是在电堆和固定端板之间增设动态端板，通过螺钉穿过固定端板并压接于动态端板，同时在动态端板和固定端板之间增设弹性件，实现在满足电堆压装要求的同时，使动态端板具有一定活动余量，以满足热胀冷缩的空间需求。

旋拧螺钉调节动态端板的位置时，螺钉与动态端板、螺钉与弹性件及弹性件与动态端板之间会发生摩擦，极易使螺钉、动态端板或弹性件发生磨损，从而形成微小的碎屑，在动态端板移动时，部分碎屑可能会通过动态端板和封装箱体内壁之间的缝隙进入电堆内部，从而影响电堆的性能。

因此，亟需一种燃料电池电堆压紧装置，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种燃料电池电堆压紧装置及燃料电池，能够通过移动动态端板调节封装压力且满足电堆热胀冷缩对空间需求的同时，保证电堆性能的稳定性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种燃料电池电堆压紧装置，包括：

封装结构，所述封装结构包括一端开口的封装箱体，及用于封堵所述开口的封装端板；

浮动端板，所述浮动端板位于所述封装端板和所述封装箱体的箱底壁之间；

锁紧件，所述锁紧件与所述封装端板螺纹连接；

弹性元件，所述弹性元件位于所述锁紧件的另一端和所述浮动端板之间，所述弹性元件使所述浮动端板具有向所述箱底壁所在侧移动的趋势；

所述燃料电池电堆压紧装置还包括减磨结构，所述减磨结构包括第一减磨件和第二减磨件，所述第一减磨件抵接于所述锁紧件或所述浮动端板，所述第二减磨件抵接于所述弹性元件，所述第二减磨件能够相对所述第一减磨件沿所述弹性元件的圆周方向转动。

作为上述燃料电池电堆压紧装置的一种优选技术方案，所述第一减磨件和所述第二减磨件之间的最大摩擦力为F1；

所述第二减磨件与所述弹性元件之间的最大静摩擦力为F2，F2＞F1；和/ 或，所述第一减磨件和与其抵接的所述锁紧件或所述浮动端板之间的最大静摩擦力为F3，F3＞F1。

作为上述燃料电池电堆压紧装置的一种优选技术方案，所述减磨结构还包括设置于所述第一减磨件和所述第二减磨件之间的多个滚动件，所述滚动件分别与所述第一减磨件和所述第二减磨件滚动配合。

作为上述燃料电池电堆压紧装置的一种优选技术方案，所述减磨结构为推力轴承。

作为上述燃料电池电堆压紧装置的一种优选技术方案，所述浮动端板包括：

加强部，所述加强部由金属材料制成；

绝缘部，所述绝缘部用于压紧电堆，所述加强部至少背对所述封装端板的侧面设有所述绝缘部。

作为上述燃料电池电堆压紧装置的一种优选技术方案，所述加强部与所述封装箱体内壁接触的侧壁均设有第一绝缘层。

作为上述燃料电池电堆压紧装置的一种优选技术方案，所述锁紧件面朝所述浮动端板的一端与所述浮动端板间隔布设。

作为上述燃料电池电堆压紧装置的一种优选技术方案，所述锁紧件背对所述浮动端板的一端开设有拆装槽，用于安装旋拧工具并限制所述旋拧工具相对于所述锁紧件转动。

作为上述燃料电池电堆压紧装置的一种优选技术方案，所述锁紧件设有多个，多个所述锁紧件间隔布设。

另一方面，本发明还提供了一种燃料电池，包括上述任一方案所述的燃料电池电堆压紧装置。

本发明有益效果：本发明提供的燃料电池电堆压紧装置及燃料电池，通过旋拧锁紧件并配合弹性元件可以调节浮动端板和电堆之间的压紧力，满足封装箱体的箱底壁、浮动端板与电堆之间的压紧力需求，同时满足电堆热胀冷缩的空间需求。同时通过设置包括第一减磨件和第二减磨件的减磨结构，并将第一减磨件抵接于锁紧件或浮动端板，第二减磨件抵接于弹性元件，并使旋拧锁紧件时，第一减磨件和第二减磨件能够沿弹性元件的圆周方向发生相对转动，从而避免弹性元件与锁紧件或浮动端板之间发生磨损而形成微小颗粒，特别是金属颗粒，以致这些颗粒在浮动端板于箱体内滑动的过程中通过浮动端板和封装箱体内壁之间的缝隙进入电堆内部，从而有效保证电堆性能的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的燃料电池的拆分示意图；

图2是本发明实施例提供的燃料电池电堆压紧装置的局部剖视图；

图3本发明实施例提供的浮动端板的剖视图。

图中：

11、封装箱体；12、阳极端板；13、阴极端板；14、定位杆；

21、浮动端板；211、加强部；212、绝缘部；213、第一绝缘层；22、弹性元件；23、锁紧件；24、减磨结构；

100、电堆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种燃料电池电堆压紧装置及燃料电池，燃料电池包括电堆100及燃料电池电堆压紧装置，通过燃料电池电堆压紧装置对电堆100进行压紧，不仅能够满足电堆100压紧力的调节需求，还能够满足电堆100热胀冷缩的空间需求。

燃料电池电堆压紧装置包括封装结构、浮动端板21、锁紧件23和弹性元件 22，封装结构包括一端开口的封装箱体11，及用于封堵该开口的封装端板，浮动端板21位于封装端板和箱底壁之间，锁紧件23的一端与封装端板螺纹连接，弹性元件22夹设于锁紧件23的另一端和浮动端板21之间，弹性元件22用于使浮动端板21具有向箱底壁所在侧移动的趋势。

示例性地，上述弹性元件22为压簧。于其他实施例中，弹性元件22还可以为碟簧。

本实施例中，封装端板为阴极端板13，箱底壁形成阳极端板12，电堆100 夹设于浮动端板21和阳极端板12之间。为了便于电堆100装配，封装箱体11 的相对两端敞口设置，其中一个敞口通过阳极端板12封闭，另一个敞口通过阴极端板13封闭，采用两端开口的封装箱体11，便于电堆100的堆叠；而且便于加工，加工成本低。示例性地，阳极端板12和阴极端板13均通过多个周向分布的螺栓连接于封装箱体11。

电堆100夹设于浮动端板21和阳极端板12之间，可以根据需求旋拧锁紧件23并通过弹性元件22作用于浮动端板21，使浮动端板21和阳极端板12以合适的压紧力压紧电堆100；在电堆100发生膨胀变形时，浮动端板21将会向封装端板所在侧移动，以满足电堆100膨胀的空间需求，同时浮动端板21将会使弹性元件22发生压缩形变；在电堆100发生冷缩变形时，浮动端板21将会在弹性元件22的作用下向阳极端板12所在侧移动，以保证电堆100被夹设于浮动端板21和阳极端板12之间，保证电堆100的稳定性。

进一步地，阴极端板13上设有导向孔，用于穿设压装机的压头，便于电堆 100压装过程中，压装机的压头穿过导向孔并压接于浮动端板21，以对电堆100 进行压装。

进一步地，阳极端板12和封装箱体11上设有一一对应的定位孔，用于穿设定位杆14，定位孔设有多个。本实施例中，封装箱体11的至少相邻两内侧壁设有定位杆14，在对电堆100进行堆叠时，由阳极端板12支撑电堆100，同时由定位杆14对电堆100进行定位。

基于上述燃料电池电堆压紧装置，电堆100的装配过程如下：

S1、将阳极端板12固定，将封装箱体11架设于阳极端板12的正上方，并使封装箱体11与阳极端板12间隔布设；

S2、将多个定位杆14的下端分别穿过封装箱体11上的定位孔并插接于阳极端板12上对应的定位孔，并使定位杆14、阳极端板12和封装箱体11相对固定；

S3、进行电堆100的堆叠；

S4、完成电堆100的堆叠后，安装浮动端板21、弹性元件22和阳极端板 12；

S5、将压装机的压头穿过阴极端板13上的导向孔后直接作用于浮动端板21 上，压装机持续增压对电堆100进行压装，直至电堆100被压缩至设定厚度；

S6、将阴极端板13和阳极端板12分别通过多个螺栓连接于封装箱体11；

S7、通过力矩扳手均匀地拧紧每个锁紧件23，直至压装机的压力减小至100N 以内停止；

S8、通过力矩扳手对每个锁紧件23的扭矩进行校准，在每个锁紧件23的扭矩均符合要求后，卸载压装机。

在步骤S7中旋拧锁紧件23时，由于压装机的压头作用于浮动端板21的压装力较大，在通过力矩扳手旋拧锁紧件23所需的旋拧力较大，锁紧件23、弹性元件22和浮动端板21这三个部件中，发生相对转动且直接接触的两个部件之间的摩擦力较大，可能会使发生相对转动的两个部件的接触面之间发生磨损，产生细小颗粒。在浮动端板21相对于封装箱体11移动过程中，这些细小颗粒极易通过封装箱体11和浮动端板21之间的缝隙进入电堆100内部，从而影响电堆100的性能。特别是在这些细小颗粒为金属颗粒时，会对电堆100的绝缘性能造成严重影响。

为此，本实施例提供的燃料电池电堆压紧装置还包括减磨结构24，减磨结构24包括第一减磨件和第二减磨件，第一减磨件抵接于锁紧件23，第二减磨件抵接于弹性元件22，第二减磨件能够相对第一减磨件沿弹性元件22的圆周方向转动，即在锁紧件23和弹性元件22之间设置减磨结构24。如此设置，使旋拧锁紧件23时，弹性元件22不会跟随锁紧件23转动，避免弹性元件22发生扭转变形，以避免弹性元件22和浮动端板21直接进行转动摩擦而产生细小颗粒。

于其他实施例中，还可以将第一减磨件抵接于浮动端板21，即在浮动端板 21和弹性元件22之间设置减磨结构24；还可以在锁紧件23和弹性元件22之间、浮动端板21和弹性元件22之间均设置减磨结构24。

可选地，锁紧件23面朝浮动端板21的一端与浮动端板21间隔布设，以防止锁紧件23与浮动端板21直接接触时锁紧件23与浮动端板21之间发生转动摩擦而形成微小颗粒。

可选地，第一减磨件和第二减磨件之间的最大摩擦力为F1；第二减磨件与弹性元件22之间的最大静摩擦力为F2，F2＞F1；第一减磨件和与其抵接的锁紧件23之间的最大静摩擦力为F3，F3＞F1，从而使旋拧锁紧件23时，第一减磨件和第二减磨件能够相对周向转动，且锁紧件23与第一减磨件之间无相对周向转动，且第二减磨件和弹性元件22之间无相对周向转动。

可选地，为了减小第一减磨件和第二减磨件周向相对转动时的摩擦力，减磨结构24还包括设置于第一减磨件和第二减磨件之间的多个滚动件，滚动件分别与第一减磨件和第二减磨件滚动配合。

示例性地，减磨结构24为推力轴承，便于拧紧锁紧件23时锁紧件23能够通过减磨结构24挤压弹性元件22，使弹性元件22能够推动浮动端板21。需说明的是，第一减磨件为推力轴承的外圈，第二减磨件为推力轴承的内圈，第一减磨件和第二减磨件之间的滚动件为推力轴承的内圈和外圈之间的滚珠、或滚柱、或滚针等，具体取决于推力轴承的具体类型。于其他实施例中，上述减磨结构24还可以为其他类型的轴承，不仅限于推力轴承。

具体地，锁紧件23面朝浮动端板21的一侧开设有安装孔，推力轴承的外圈嵌设于安装孔内，推力轴承的内圈端面与弹性元件22的一端抵接，推力轴承的内圈面朝浮动端板21的端面与弹性元件22远离所述浮动端板21的一端抵接。

进一步地，为了提高浮动端板21的结构强度以满足电堆100压装需求，浮动端板21包括加强部211和绝缘部212，其中，加强部211由金属材料制成；绝缘部212用于压紧电堆100，加强部211至少背对封装端板的侧面设有绝缘部 212。

通过设置金属材料制成的加强部211，可以增大浮动端板21的结构强度，满足电堆100压装需求；通过设置绝缘部212并通过绝缘部212压紧电堆100，可以避免对电堆100的绝缘性能造成影响。示例性地，绝缘部212由环氧树脂等塑料材料制成，加强部211由不锈钢或铝合金等材料制成。

可选地，加强部211和绝缘部212均为板状结构。可以通过注塑的形式将加强部211和绝缘部212形成一个整体，提高浮动端板21的结构强度。采用上述设置会使弹性元件22与浮动端板21的金属部分直接接触，但由于弹性元件 22和锁紧件23之间设置了减磨结构24，在旋拧锁紧件23时，弹性元件22不会跟随锁紧件23转动，从而可以有效避免弹性元件22和浮动端板21进行转动摩擦而产生金属颗粒，以致金属颗粒可能会通过浮动端板21和封装箱体11内壁之间的缝隙进入电堆100内部。

可选地，封装箱体11的内壁设有第二绝缘层，为了避免加强部211的金属部分和封装箱体11的内壁滑动配合而形成微小的金属颗粒，如图3所示，在加强部211与封装箱体11内壁接触的侧壁均设置第一绝缘层213。于其他实施例中，还可以将封装箱体11采用绝缘材料制成；还可以将加强部211采用金属板，在金属板面朝电堆100的一侧设置绝缘层形成上述绝缘部212；还可以将加强部 211采用金属骨架，在金属骨架外注塑成型绝缘层等。

进一步地，阴极端板13上设有螺纹通孔，锁紧件23上设有外螺纹，锁紧件23的一端通过其上的外螺纹与螺纹通孔螺纹连接，另一端置于阴极端板13 和浮动端板21之间。为了便于旋拧锁紧件23，锁紧件23背对浮动端板21的一端开设有拆装槽，用于安装旋拧工具并限制旋拧工具相对于锁紧件23转动，可以利用旋拧工具带动锁紧件23转动。需要说明的是，旋拧工具通常为力矩扳手，可以通过旋拧力矩扳手拧紧锁紧件23，以调节阳极端板12、浮动端板21与电堆100之间的压紧力。

进一步地，锁紧件23设有多个，多个锁紧件23沿阴极端板13周向间隔分布。通过设置多个锁紧件23可以根据需求，增大电堆100中心部分的压紧力，相应地减小电堆100边缘部分的压紧力，从而满足电堆100对各个部位对不同压紧力的需求，提高电堆100整体性能及稳定性。示例性地，锁紧件23设有两排，每排锁紧件23设有五个间隔布设的锁紧件23。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，在浮动端板21和锁紧件23的其中一个上设置导向凸柱，另一个上设置导向槽，通过导向凸柱和导向槽的滑动插接配合，用于在旋拧锁紧件23时对浮动端板21的移动进行导向。

为了防止旋拧锁紧件23的过程中，导向凸柱和导向槽的内壁之间直接转动摩擦产生微小颗粒，可以在导向凸柱和导向槽内壁之间设置减磨结构24，以避免锁紧件23转动时导向凸柱和导向槽之间直接发生转动摩擦。

采用上述设置时弹性元件22夹设于浮动端板21和锁紧件23之间，旋拧锁紧件23时弹性元件22可能与锁紧件23、浮动端板21之间直接发生转动摩擦而形成微小颗粒，为此可以在弹性元件22和锁紧件23之间，和/或弹性元件22 和浮动端板21之间设置减磨结构24。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆压紧装置，包括：

封装结构，所述封装结构包括一端开口的封装箱体(11)，及用于封堵所述开口的封装端板；

浮动端板(21)，所述浮动端板(21)位于所述封装端板和所述封装箱体(11)的箱底壁之间；

锁紧件(23)，所述锁紧件(23)与所述封装端板螺纹连接；

弹性元件(22)，所述弹性元件(22)位于所述锁紧件(23)和所述浮动端板(21)之间，所述弹性元件(22)使所述浮动端板(21)具有向所述箱底壁所在侧移动的趋势；

其特征在于，所述燃料电池电堆压紧装置还包括减磨结构(24)，所述减磨结构(24)包括第一减磨件和第二减磨件，所述第一减磨件抵接于所述锁紧件(23)或所述浮动端板(21)，所述第二减磨件抵接于所述弹性元件(22)，所述第二减磨件能够相对所述第一减磨件沿所述弹性元件(22)的圆周方向转动。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆压紧装置，其特征在于，所述第一减磨件和所述第二减磨件之间的最大摩擦力为F1；

所述第二减磨件与所述弹性元件(22)之间的最大静摩擦力为F2，F2＞F1；和/或，所述第一减磨件和与其抵接的所述锁紧件(23)或所述浮动端板(21)之间的最大静摩擦力为F3，F3＞F1。

3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆压紧装置，其特征在于，所述减磨结构(24)还包括设置于所述第一减磨件和所述第二减磨件之间的多个滚动件，所述滚动件分别与所述第一减磨件和所述第二减磨件滚动配合。

4.根据权利要求3所述的燃料电池电堆压紧装置，其特征在于，所述减磨结构(24)为推力轴承。

5.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池电堆压紧装置，其特征在于，所述浮动端板(21)包括：

加强部(211)，所述加强部(211)由金属材料制成；

绝缘部(212)，所述绝缘部(212)用于压紧电堆(100)，所述加强部(211)至少背对所述封装端板的侧面设有所述绝缘部(212)。

6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆压紧装置，其特征在于，所述加强部(211)与所述封装箱体(11)内壁接触的侧壁均设有第一绝缘层(213)。

7.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池电堆压紧装置，其特征在于，所述锁紧件(23)面朝所述浮动端板(21)的一端与所述浮动端板(21)间隔布设。

8.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池电堆压紧装置，其特征在于，所述锁紧件(23)背对所述浮动端板(21)的一端开设有拆装槽，用于安装旋拧工具并限制所述旋拧工具相对于所述锁紧件(23)转动。

9.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池电堆压紧装置，其特征在于，所述锁紧件(23)设有多个，多个所述锁紧件(23)间隔布设。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的燃料电池电堆压紧装置。

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