CN115275301B - 一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构，涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构，包括电堆结构架体组件、螺栓旋紧组件和振动传递组件；电堆结构架体组件采用线接触，比常用的螺杆连接点接触受力更加均匀，螺栓旋紧组件用于对安装在电堆结构架体组件上的螺栓进行旋紧，振动传递组件用于将本发明工作过程中的振动转化为螺栓旋紧组件所需的动力。本发明可以将振动的能量转化为旋紧螺栓的动力，减缓螺栓松动的速度。

Description

一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构。
背景技术
现有的氢燃料电池，一般是通过螺杆和两端的螺母对层叠在两块端板之间的电池组进行固定的。在氢燃料电池的实际使用过程中发现，这一紧固件组合并不能满足车用工况需求。因为在车用工况下，燃料电池会占用较多的空间，如果燃料电池电堆紧固结构额外占用的空间较大的话，会降低燃料电池电堆的体积密度，此外燃料电池一直处于振动状态，除本身产生的形变外，振动还会导致螺母变松并难以起到紧固作用。这种情况一方面会破坏密封效果，另一方面会使得电堆无法在最佳压紧状态下工作，从而降低电堆效率，但是现有的防松机构只能被动防松，只是减缓螺母松动的速度，并不能从根本上解决。
为了解决现有技术的缺点，公开号为CN211320228U的中国实用新型专利公布了一种燃料电池电堆紧固结构，包括螺杆，所述螺杆的头端滑动设置在左端板的内部，所述螺杆的杆端通过与之配合使用的紧固件用于紧固燃料电池的电堆主体；所述螺杆的头端端面与所述左端板内部的定位面之间设置有第一弹簧，所述第一弹簧套设在所述螺杆上。该实用新型虽然减少了燃料电池电堆紧固结构额外的占用空间，但是不能解决振动时导致的螺母变松的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构，包括电堆结构架体组件和多片堆叠单电池，电堆结构架体组件用来堆叠放置多片堆叠单电池，还包括螺栓旋紧组件和振动传递组件，螺栓旋紧组件安装在电堆结构架体组件上，振动传递组件安装在螺栓旋紧组件上。
电堆结构架体组件包括带凹槽电堆上端板，带凹槽电堆上端板上安装有紧固架，带凹槽电堆上端板与紧固架滑动连接，紧固架上滑动安装有带凹槽电堆下端板，多片堆叠单电池放置于带凹槽电堆下端板上。
紧固架包括竖杆和横杆，螺栓旋紧组件包括螺栓，螺栓安装在紧固架的竖杆和横杆连接处。
振动传递组件包括支撑座，支撑座固定安装在带凹槽电堆上端板上，支撑座上固定安装有安装架，带凹槽电堆上端板上固定安装有弧形架，安装架上转动安装有水平振动片，水平振动片上固定安装有端面齿轮，支撑座上转动安装有水平主动齿轮，水平主动齿轮与端面齿轮形成齿轮配合，支撑座上转动安装有水平正转棘轮，水平正转棘轮上安装有水平正转棘齿轮，水平正转棘齿轮与水平主动齿轮形成齿轮配合，水平正转棘轮上固定安装有水平正转齿轮，支撑座上转动安装有压轮，压轮上固定安装有水平传动齿轮，支撑座上转动安装有水平反转棘轮，水平反转棘轮上安装有水平反转棘齿轮，水平反转棘齿轮与水平主动齿轮形成齿轮配合，水平反转棘轮上固定安装有水平中间齿轮，支撑座上转动安装有水平反转齿轮，水平反转齿轮与水平中间齿轮形成齿轮配合，水平反转齿轮与水平传动齿轮形成齿轮配合。
螺栓旋紧组件上设置有螺栓扳手部件，螺栓扳手部件与压轮连接。
进一步的，支撑座上固定安装有减速器，减速器的输入轴上固定安装有竖直振动片，减速器的输出轴上固定安装有竖直主动齿轮，支撑座上转动安装有竖直正转棘轮，竖直正转棘轮上安装有竖直正转棘齿轮，竖直正转棘齿轮与竖直主动齿轮形成齿轮配合，竖直正转棘轮上固定安装有竖直正转齿轮，压轮上固定安装有竖直传动齿轮，竖直传动齿轮与竖直正转齿轮形成齿轮配合，支撑座上转动安装有竖直反转棘轮，竖直反转棘轮上安装有竖直反转棘齿轮，竖直反转棘齿轮与竖直主动齿轮形成齿轮配合，竖直反转棘齿轮上固定安装有竖直中间齿轮，支撑座上转动安装有竖直反转齿轮，竖直反转齿轮与竖直中间齿轮形成齿轮配合，竖直反转齿轮与竖直传动齿轮形成齿轮配合。
进一步的，所述紧固架上的横杆与竖杆有三个连接处，每个连接处均设有一个螺栓。
进一步的，所述螺栓扳手部件包括螺栓齿轮，螺栓齿轮固定安装在螺栓上，带凹槽电堆上端板上转动安装有长杆，长杆上固定安装有旋紧齿轮，旋紧齿轮与螺栓齿轮形成齿轮配合，两边的长杆上固定安装有两端带轮，两端带轮上安装有皮带，两端带轮与皮带形成皮带连接，中间的长杆上固定安装有中心带轮，中心带轮布置与压轮的正下方，压轮与中心带轮将皮带夹紧，压轮转动带动皮带运动。
进一步的，所述螺栓旋紧组件和振动传递组件在电堆结构架体组件上下两侧均布置，上侧的螺栓旋紧组件和振动传递组件布置与带凹槽电堆上端板上，下侧的螺栓旋紧组件和振动传递组件布置于带凹槽电堆下端板上。
本发明与现有技术相比的有益效果是：(1)本发明电堆结构为线接触受力对比常用的螺杆连接点接触受力，堆叠单电池受力更加均匀；(2)本发明的螺栓旋紧组件和振动传递组件可以根据自身的震动，使其紧固的螺钉越紧；(3)本发明的振动传递组件无论何种方向摆放均可以实现紧固螺栓的功能；(4)本发明各种方向的运动对于螺栓的旋紧互不影响。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的多片堆叠单电池示意图。
图3为本发明的螺栓旋紧组件示意图。
图4为本发明的螺栓旋紧组件局部示意图。
图5为本发明的螺栓旋紧组件的长杆示意图。
图6为本发明的螺栓旋紧组件内部示意图。
图7为本发明的振动传递组件示意图。
图8为本发明的振动传递组件的水平振动片示意图。
图9为本发明的振动传递组件的竖直振动片示意图。
图10为本发明的振动传递组件的弧形架示意图。
图11为图10中A处局部放大示意图。
图12为本发明的振动传递组件背面示意图。
图13为图12中B处局部放大示意图。
附图标号：1-电堆结构架体组件；2-多片堆叠单电池；3-螺栓旋紧组件；4-振动传递组件；101-带凹槽电堆上端板；102-紧固架；103-带凹槽电堆下端板；301-螺栓；302-螺栓齿轮；303-长杆；304-旋紧齿轮；305-两端带轮；306-皮带；307-中心带轮；401-保护壳；402-支撑座；403-安装架；404-弧形架；405-水平振动片；406-端面齿轮；407-水平主动齿轮；408-水平正转棘齿轮；409-水平正转棘轮；410-水平正转齿轮；411-水平传动齿轮；412-水平反转棘齿轮；413-水平反转棘轮；414-水平中间齿轮；415-水平反转齿轮；416-压轮；417-竖直振动片；418-减速器；419-竖直主动齿轮；420-竖直正转棘齿轮；421-竖直正转齿轮；422-竖直传动齿轮；423-竖直反转棘齿轮；424-竖直中间齿轮；425-竖直反转齿轮；426-竖直正转棘轮；427-竖直反转棘轮。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例：如图1-图13所示的一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构，包括电堆结构架体组件1和多片堆叠单电池2，电堆结构架体组件1用来堆叠放置多片堆叠单电池2，还包括螺栓旋紧组件3和振动传递组件4，螺栓旋紧组件3安装在电堆结构架体组件1上，振动传递组件4安装在螺栓旋紧组件3上。
电堆结构架体组件1包括带凹槽电堆上端板101，带凹槽电堆上端板101上安装有紧固架102，带凹槽电堆上端板101与紧固架102滑动连接，紧固架102上滑动安装有带凹槽电堆下端板103，多片堆叠单电池2放置于带凹槽电堆下端板103上。
紧固架102包括竖杆和横杆，螺栓旋紧组件3包括螺栓301，螺栓301安装在紧固架102的竖杆和横杆连接处。
振动传递组件4包括支撑座402，支撑座402固定安装在带凹槽电堆上端板101上，支撑座402上固定安装有安装架403，带凹槽电堆上端板101上固定安装有弧形架404，安装架403上转动安装有水平振动片405，水平振动片405上固定安装有端面齿轮406，支撑座402上转动安装有水平主动齿轮407，水平主动齿轮407与端面齿轮406形成齿轮配合，支撑座402上转动安装有水平正转棘轮409，水平正转棘轮409上安装有水平正转棘齿轮408，水平正转棘齿轮408与水平主动齿轮407形成齿轮配合，水平正转棘轮409上固定安装有水平正转齿轮410，支撑座402上转动安装有压轮416，压轮416上固定安装有水平传动齿轮411，支撑座402上转动安装有水平反转棘轮413，水平反转棘轮413上安装有水平反转棘齿轮412，水平反转棘齿轮412与水平主动齿轮407形成齿轮配合，水平反转棘轮413上固定安装有水平中间齿轮414，支撑座402上转动安装有水平反转齿轮415，水平反转齿轮415与水平中间齿轮414形成齿轮配合，水平反转齿轮415与水平传动齿轮411形成齿轮配合；电堆结构架体组件1在水平方向上发生振动时，带动螺栓旋紧组件3在水平方向上振动，螺栓旋紧组件3振动带动振动传递组件4在水平方向上振动，电堆结构架体组件1上的带凹槽电堆上端板101振动带动支撑座402振动，支撑座402振动带动安装架403振动，安装架403振动带动水平振动片405振动，水平振动片405振动使水平振动片405自身在安装架403上转动，水平振动片405转动带动端面齿轮406转动，端面齿轮406转动带动水平主动齿轮407转动，水平主动齿轮407转动带动水平正转棘齿轮408转动，因为安装架403振动的状况随机的，因此水平振动片405在安装架403上自转的方向不是固定的，即可能使顺时针也可能是逆时针，水平振动片405顺时针转动带动端面齿轮406顺时针转动，端面齿轮406顺时针转动带动水平主动齿轮407逆时针转动，水平主动齿轮407逆时针转动带动水平正转棘齿轮408顺时针转动，水平正转棘齿轮408转动带动水平正转棘轮409顺时针转动，水平正转棘轮409顺时针转动带动水平正转齿轮410顺时针转动，水平正转齿轮410顺时针转动带动水平传动齿轮411逆时针转动，水平传动齿轮411转动带动压轮416转动，水平传动齿轮411逆时针转动带动水平反转齿轮415顺时针转动，水平反转齿轮415顺时针转动带动水平中间齿轮414逆时针转动，水平中间齿轮414逆时针转动带动水平反转棘轮413逆时针转动，而此时的水平主动齿轮407带动水平反转棘齿轮412顺时针转动，由于水平反转棘齿轮412与水平反转棘轮413的配合作用，水平反转棘齿轮412在水平反转棘轮413上打滑，水平反转棘齿轮412顺时针转动并不影响水平反转棘轮413的逆时针转动，即水平振动片405顺时针转动时带动压轮416逆时针转动；水平振动片405逆时针转动带动端面齿轮406逆时针转动，端面齿轮406逆时针转动带动水平主动齿轮407顺时针转动，水平主动齿轮407顺时针转动带动水平正转棘齿轮408逆时针转动，水平主动齿轮407顺时针转动带动水平反转棘齿轮412逆时针转动，水平反转棘齿轮412逆时针转动带动水平反转棘轮413逆时针转动，水平反转棘轮413逆时针转动带动水平中间齿轮414逆时针转动，水平中间齿轮414逆时针转动带动水平反转齿轮415顺时针转动，水平反转齿轮415顺时针转动带动水平传动齿轮411逆时针转动，水平传动齿轮411逆时针转动带动压轮416逆时针转动，水平传动齿轮411逆时针转动带动水平正转齿轮410顺时针转动，水平正转齿轮410顺时针转动带动水平正转棘轮409顺时针转动，由于水平正转棘齿轮408与水平正转棘轮409的配合关系，水平正转棘齿轮408在水平正转棘轮409上打滑，水平正转棘齿轮408的逆时针转动并不会影响水平正转棘轮409的顺时针转动，即水平振动片405逆时针转动时，压轮416依然逆时针转动。
螺栓旋紧组件3上设置有螺栓扳手部件，螺栓扳手部件与压轮416连接。
支撑座402上固定安装有减速器418，减速器418的输入轴上固定安装有竖直振动片417，减速器418的输出轴上固定安装有竖直主动齿轮419，支撑座402上转动安装有竖直正转棘轮426，竖直正转棘轮426上安装有竖直正转棘齿轮420，竖直正转棘齿轮420与竖直主动齿轮419形成齿轮配合，竖直正转棘轮426上固定安装有竖直正转齿轮421，压轮416上固定安装有竖直传动齿轮422，竖直传动齿轮422与竖直正转齿轮421形成齿轮配合，支撑座402上转动安装有竖直反转棘轮427，竖直反转棘轮427上安装有竖直反转棘齿轮423，竖直反转棘齿轮423与竖直主动齿轮419形成齿轮配合，竖直反转棘齿轮423上固定安装有竖直中间齿轮424，支撑座402上转动安装有竖直反转齿轮425，竖直反转齿轮425与竖直中间齿轮424形成齿轮配合，竖直反转齿轮425与竖直传动齿轮422形成齿轮配合。电堆结构架体组件1在竖直方向上发生振动时，电堆结构架体组件1上的带凹槽电堆上端板101在竖直方向振动，带凹槽电堆上端板101振动带动减速器418振动，减速器418振动带动竖直振动片417振动，竖直振动片417振动带动竖直振动片417在减速器418上转动，竖直振动片417转动带动减速器418工作，减速器418工作传递到竖直主动齿轮419带动竖直主动齿轮419转动，竖直主动齿轮419顺时针转动带动竖直正转棘齿轮420逆时针转动，竖直主动齿轮419顺时针转动带动竖直反转棘齿轮423逆时针转动，竖直反转棘齿轮423逆时针转动带动竖直反转棘轮427逆时针转动，竖直反转棘轮427逆时针转动带动竖直中间齿轮424逆时针转动时，竖直中间齿轮424逆时针转动带动竖直反转齿轮425顺时针转动，竖直反转齿轮425顺时针转动带动竖直传动齿轮422逆时针转动，竖直传动齿轮422逆时针转动带动压轮416逆时针转动，竖直传动齿轮422逆时针转动带动竖直正转齿轮421顺时针转动，竖直正转齿轮421顺时针转动带动竖直正转棘轮426顺时针转动，由于竖直正转棘轮426与竖直正转棘齿轮420之间的配合关系，竖直正转棘齿轮420在竖直正转棘轮426上打滑，竖直正转棘齿轮420的逆时针转动并不影响竖直正转棘轮426的顺时针转动；竖直传动齿轮422带动压轮416转动的原理与水平传动齿轮411带动压轮416转动的原理相同，无论竖直振动片417顺时针转动还是逆时针转动压轮416均处于逆时针转动的状态；此外，当竖直传动齿轮422带动压轮416逆时针转动时，压轮416带动水平传动齿轮411逆时针转动，水平传动齿轮411逆时针转动带动水平反转齿轮415顺时针转动，水平反转齿轮415顺时针转动带动水平中间齿轮414逆时针转动，水平中间齿轮414逆时针转动带动水平反转棘轮413逆时针转动，此时的水平反转棘齿轮412若处于逆时针转动的状态，则水平反转棘齿轮412与水平反转棘轮413一起逆时针转动，若水平反转棘齿轮412处于顺时针转动的状态，则水平反转棘齿轮412在水平反转棘轮413上打滑，水平反转棘齿轮412不影响水平反转棘轮413的转动；同样的水平传动齿轮411逆时针转动带动水平正转齿轮410顺时针转动，水平正转齿轮410顺时针转动带动水平正转棘轮409顺时针转动，无论水平正转棘齿轮408处于何种状态，水平正转棘齿轮408均不影响水平正转棘轮409的顺时针转动，因此不仅消除了竖直方向的正反转对压轮416转动方向的影响，也消除了水平方向与竖直方向相互之间结构的影响。
紧固架102上的横杆与竖杆有三个连接处，每个连接处均设有一个螺栓301。
螺栓扳手部件包括螺栓齿轮302，螺栓齿轮302固定安装在螺栓301上，带凹槽电堆上端板101上转动安装有长杆303，长杆303上固定安装有旋紧齿轮304，旋紧齿轮304与螺栓齿轮302形成齿轮配合，两边的长杆303上固定安装有两端带轮305，两端带轮305上安装有皮带306，两端带轮305与皮带306形成皮带连接，中间的长杆303上固定安装有中心带轮307，中心带轮307布置与压轮416的正下方，压轮416与中心带轮307将皮带306夹紧，压轮416转动带动皮带306运动。皮带306运动带动两端带轮305转动，皮带306转动带动长杆303转动，长杆303转动带动旋紧齿轮304转动，旋紧齿轮304转动带动螺栓齿轮302转动，螺栓齿轮302转动带动螺栓301转动，由于压轮416的转动方向始终为逆时针，因此皮带306的运动方向也始终固定，螺栓齿轮302始终带动螺栓301向旋紧的方向转动。
螺栓旋紧组件3和振动传递组件4在电堆结构架体组件1上下两侧均布置，上侧的螺栓旋紧组件3和振动传递组件4布置与带凹槽电堆上端板101上，下侧的螺栓旋紧组件3和振动传递组件4布置于带凹槽电堆下端板103上。
带凹槽电堆上端板101上固定安装有保护壳401，保护壳401用于支撑座402等零件的保护作用。

Claims (4)

1.一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构，包括电堆结构架体组件(1)和多片堆叠单电池(2)，电堆结构架体组件(1)用来堆叠放置多片堆叠单电池(2)，其特征在于：
还包括螺栓旋紧组件(3)和振动传递组件(4)，螺栓旋紧组件(3)安装在电堆结构架体组件(1)上，振动传递组件(4)安装在螺栓旋紧组件(3)上；
电堆结构架体组件(1)包括带凹槽电堆上端板(101)，带凹槽电堆上端板(101)上安装有紧固架(102)，带凹槽电堆上端板(101)与紧固架(102)滑动连接，紧固架(102)上滑动安装有带凹槽电堆下端板(103)，多片堆叠单电池(2)放置于带凹槽电堆下端板(103)上；
紧固架(102)包括竖杆和横杆，螺栓旋紧组件(3)包括螺栓(301)，螺栓(301)安装在紧固架(102)的竖杆和横杆连接处；
振动传递组件(4)包括支撑座(402)，支撑座(402)固定安装在带凹槽电堆上端板(101)上，支撑座(402)上固定安装有安装架(403)，带凹槽电堆上端板(101)上固定安装有弧形架(404)，安装架(403)上转动安装有水平振动片(405)，水平振动片(405)上固定安装有端面齿轮(406)，支撑座(402)上转动安装有水平主动齿轮(407)，水平主动齿轮(407)与端面齿轮(406)形成齿轮配合，支撑座(402)上转动安装有水平正转棘轮(409)，水平正转棘轮(409)上安装有水平正转棘齿轮(408)，水平正转棘齿轮(408)与水平主动齿轮(407)形成齿轮配合，水平正转棘轮(409)上固定安装有水平正转齿轮(410)，支撑座(402)上转动安装有压轮(416)，压轮(416)上固定安装有水平传动齿轮(411)，支撑座(402)上转动安装有水平反转棘轮(413)，水平反转棘轮(413)上安装有水平反转棘齿轮(412)，水平反转棘齿轮(412)与水平主动齿轮(407)形成齿轮配合，水平反转棘轮(413)上固定安装有水平中间齿轮(414)，支撑座(402)上转动安装有水平反转齿轮(415)，水平反转齿轮(415)与水平中间齿轮(414)形成齿轮配合，水平反转齿轮(415)与水平传动齿轮(411)形成齿轮配合；
螺栓旋紧组件(3)上设置有螺栓扳手部件，螺栓扳手部件与压轮(416)连接；
所述螺栓扳手部件包括螺栓齿轮(302)，螺栓齿轮(302)固定安装在螺栓(301)上，带凹槽电堆上端板(101)上转动安装有长杆(303)，长杆(303)上固定安装有旋紧齿轮(304)，旋紧齿轮(304)与螺栓齿轮(302)形成齿轮配合，两边的长杆(303)上固定安装有两端带轮(305)，两端带轮(305)上安装有皮带(306)，两端带轮(305)与皮带(306)形成皮带连接，中间的长杆(303)上固定安装有中心带轮(307)，中心带轮(307)布置与压轮(416)的正下方，压轮(416)与中心带轮(307)将皮带(306)夹紧，压轮(416)转动带动皮带(306)运动；电堆结构架体组件(1)在水平方向上发生振动时，水平振动片(405)转动，最后带动压轮(416)转动，压轮(416)转动带动皮带(306)运动，皮带(306)运动带动长杆(303)转动，带动螺栓(301)转动，对螺栓(301)进行旋紧。
2.根据权利要求1所述的一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构，其特征在于：支撑座(402)上固定安装有减速器(418)，减速器(418)的输入轴上固定安装有竖直振动片(417)，减速器(418)的输出轴上固定安装有竖直主动齿轮(419)，支撑座(402)上转动安装有竖直正转棘轮(426)，竖直正转棘轮(426)上安装有竖直正转棘齿轮(420)，竖直正转棘齿轮(420)与竖直主动齿轮(419)形成齿轮配合，竖直正转棘轮(426)上固定安装有竖直正转齿轮(421)，压轮(416)上固定安装有竖直传动齿轮(422)，竖直传动齿轮(422)与竖直正转齿轮(421)形成齿轮配合，支撑座(402)上转动安装有竖直反转棘轮(427)，竖直反转棘轮(427)上安装有竖直反转棘齿轮(423)，竖直反转棘齿轮(423)与竖直主动齿轮(419)形成齿轮配合，竖直反转棘齿轮(423)上固定安装有竖直中间齿轮(424)，支撑座(402)上转动安装有竖直反转齿轮(425)，竖直反转齿轮(425)与竖直中间齿轮(424)形成齿轮配合，竖直反转齿轮(425)与竖直传动齿轮(422)形成齿轮配合；电堆结构架体组件(1)在竖直方向上发生振动时，竖直振动片(417)转动，对螺栓(301)进行旋紧。
3.根据权利要求2所述的一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构，其特征在于：所述紧固架(102)上的横杆与竖杆有三个连接处，每个连接处均设有一个螺栓(301)。
4.根据权利要求3所述的一种带拉杆紧固的燃料电池电堆结构，其特征在于：所述螺栓旋紧组件(3)和振动传递组件(4)在电堆结构架体组件(1)上下两侧均布置，上侧的螺栓旋紧组件(3)和振动传递组件(4)布置与带凹槽电堆上端板(101)上，下侧的螺栓旋紧组件(3)和振动传递组件(4)布置于带凹槽电堆下端板(103)上。
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