CN210136969U - 固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构及新能源汽车 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,为保证固体氧化物燃料电池系统的高温工作条件,在对其高温部件采用底部支承板和固定安装板支承时,将隔热板布置于高温部件和底部支承板之间,降低对高温部件的热量传导,降低热损,提高热效率。同时,因隔热板强度低、热膨胀系数低,为了抵消高温工作时螺栓轴向膨胀量,保证隔热板支承结构稳定,由连接螺栓将隔热板、底部支承板和固定安装板进行锁紧时,由支承柱沿隔热板厚度方向布置于其内部,并将支承柱套装于连接螺栓上承担其锁紧力,避免隔热板受压变形,保证隔热结构稳定性。本实用新型还提供了一种具有上述固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构的新能源汽车。

Description

固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构及新能源汽车
技术领域
本实用新型涉及新能源汽车技术领域,更具体地说,涉及一种固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构及新能源汽车。
背景技术
大功率(10KW以上)固体氧化物燃料电池(SOFC,Solid Oxide Fuel Cell)系统首次运用在新能源汽车上,是新能源汽车的动力装置,燃料电池模块(FCM,Fuel CellModule)是SOFC的发电装置。工作过程中FCM箱内零部件需达到并维持一定的高温工作温度,电池才可以正常工作。为提高SOFC系统的热效率,需减少FCM箱内的热损失。
汽车运行过程中伴随振动、加速、减速等复杂工况,且FCM箱内零部件处于高温工作环境,因此必须保证箱内零部件连接的强度、可靠性和稳定性,以保证汽车正常运行。
现有的质子交换膜燃料电池处于低温工作环境(<100℃),以及10KW以下固体氧化物燃料电池,电池系统体积小、重量轻,用于家用发电,未使用在客车上,处于静态,工况比较简单。
如图1所示,图1为现有的普通燃料电池的连接结构示意图。电池固定连接时,用于固定电池的被连接件1和被连接件2之间通过普通螺栓3直接贯穿连接固定,该结构可满足常温工作条件下零部件的连接功能,但是对于固体氧化物燃料电池高温工作条件,该连接方式无法保证零部件间的低热传导和连接的可靠性及稳定性。
因此,如何满足大功率燃料电池在高温、复杂工况下的工作稳定性,是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型提供了一种固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,以满足大功率燃料电池的工作稳定性;本实用新型还提供了一种新能源汽车。
为了达到上述目的,本实用新型提供如下技术方案:
一种固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,包括架装高温部件并顺序布置的隔热板、底部支承板和固定安装板,所述高温部件上装入有连接所述隔热板、所述底部支承板和所述固定安装板的连接螺栓;
所述隔热板内置有沿其厚度方向布置,并套装于所述连接螺栓上承担其锁紧压力及抵消所述连接螺栓高温轴向膨胀量的支承柱。
优选地,在上述固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构中,所述隔热板和所述高温部件之间还设置有压紧于二者之间的顶部支承板。
优选地,在上述固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构中,所述隔热板、所述底部支承板和所述固定安装板沿其支承方向上还布置有两个,分布于所述连接螺栓径向方向上两侧,对所述连接螺栓的安装采用圆柱导向销定位的导向销定位孔。
优选地,在上述固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构中,所述固定安装板的底部固装有与所述连接螺栓螺纹锁紧配合的螺座。
优选地,在上述固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构中,所述固定安装板的底部还固装有与所述圆柱导向销安装配合的孔座。
优选地,在上述固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构中,所述固定安装板上开设对所述螺座和所述孔座安装定位的定位孔,所述螺座和所述孔座上均开设有与所述定位孔插装配合的定位台阶,所述螺座和所述孔座均焊接安装于所述固定安装板上。
优选地,在上述固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构中,所述底部支承板环绕所述隔热板的周向伸出有对所述隔热板进行防护的侧板。
优选地,在上述固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构中,所述底部支承板上开设有与所述隔热板的周向并行布置的插装槽,所述侧板的底部布置有与所述插装槽插装配合的台阶插装面。
一种新能源汽车,其上设置有固体氧化物燃料电池、高温热平衡部件,和架装所述固体氧化物燃料电池的FCM箱体,所述固体氧化物燃料电池、高温热平衡部件和所述FCM箱体之间设置有如上任意一项所述的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构。
本实用新型提供的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,包括架装高温部件并顺序布置的隔热板、底部支承板和固定安装板,高温部件上装入有连接隔热板、底部支承板和固定安装板的连接螺栓;隔热板内置有沿其厚度方向布置,并套装于连接螺栓上承担其锁紧压力及抵消螺栓高温轴向膨胀量的支承柱。为保证固体氧化物燃料电池的高温工作条件,在对其高温部件采用底部支承板和固定安装板支承时,将隔热板布置于高温部件和底部支承板之间,降低对高温部件的热量传导,降低热损,提高热效率。同时,因隔热板强度低、热膨胀系数低,为了抵消高温工作时螺栓轴向膨胀量,保证隔热板支承结构稳定,由连接螺栓将隔热板、底部支承板和固定安装板进行锁紧时,由支承柱沿隔热板厚度方向布置于其内部,并将支承柱套装于连接螺栓上承担其锁紧力,避免隔热板受压变形,保证隔热结构稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,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实用新型的一些实施例,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为现有的普通燃料电池的连接结构示意图;
图2为本实用新型提供的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型公开了一种固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,满足了大功率燃料电池的高温复杂工作稳定性;本实用新型还提供了一种新能源汽车。
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
如图2所示,图2为本实用新型提供的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构的结构示意图。
本实用新型提供了一种固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,包括架装高温部件1并顺序布置的隔热板3、底部支承板5和固定安装板6,高温部件1上装入有连接隔热板3、底部支承板5和固定安装板6的连接螺栓10;隔热板3内置有沿其厚度方向布置,并套装于连接螺栓10上承担其锁紧压力及抵消连接螺栓10高温轴向膨胀量的支承柱11。为保证固体氧化物燃料电池的高温工作条件,在对其高温部件1采用底部支承板5和固定安装板6支承时,将隔热板3布置于高温部件1和底部支承板5之间,降低对高温部件1的热量传导,降低热损,提高热效率。同时,因隔热板强度低、热膨胀系数低,为了抵消高温工作时连接螺栓10轴向膨胀量,保证隔热板3支承结构稳定,由连接螺栓10将隔热板3、底部支承板5和固定安装板6进行锁紧时,由支承柱11沿隔热板1厚度方向布置于其内部,并将支承柱11套装于连接螺栓10上承担其锁紧力,避免隔热板3受压变形,保证隔热结构稳定性。
支承柱11为套装于连接螺栓10上的套筒结构,支承柱11轴向沿隔热板3的厚度方向布置,支承柱11的两端面应设置与隔热板平齐布置,由支承柱11承担连接螺栓10对隔热板3、底部支承板5和固定安装板6的锁紧压力,由于隔热板3强度较差,该结构可以有效避免固体氧化物燃料电池的重量由高温部件1直接作用于隔热板3上,造成隔热板3的变形或损毁。同时,由于隔热板3热膨胀系数低,高温时隔热板膨胀量难以抵消螺栓轴向膨胀量,该结构可以有效避免高温工作过程中螺栓连接松动,保证高温工作时螺栓连接的可靠性。
在本案一具体实施例中,隔热板3和高温部件1之间还设置有压紧于二者之间的顶部支承板2。固体氧化物燃料电池,经高温部件1支撑,由隔热板3减小热量损失。对于高温部件重量较小时,单独采用一定数量的连接螺栓10套装相应数量支承11的方式,即可满足对高温部件1的承载要求。而对于高温部件中重量随车型不同加大后,单独的连接螺栓10承载力加大,容易产生高温部件1变形压紧于隔热板3上。
通过设置顶部支承板2,顶部支承板2架撑于高温部件1和隔热板3之间,高温部件1与支承柱11之间的接触面积加大,减小高温部件1单位面积受力,从而提高了高温部件1支撑结构稳定性,提高隔热板3安全。顶部支承板2的板面两侧贴紧于隔热板3和高温部件1之间,保证支撑结构稳定性。
在本案一具体实施例中,隔热板3、底部支承板5和固定安装板6沿其支承方向上还布置有两个,分布于连接螺栓10径向方向上两侧,对连接螺栓10和各支承板的安装采用圆柱导向销8定位的导向销定位孔。隔热板3、底部支承板5和固定安装板6之间通过连接螺栓10锁紧定位,高温部件1将固体氧化物燃料电池的重量经连接螺栓10、支承柱11压紧于底部支承板5和固定安装板6上,因此需要连接螺栓10仅受到轴向力,避免产生剪切力。
根据固体氧化物燃料电池的固定结构,连接螺栓为保证连接强度,需要连接螺栓的数量至少3个,具体数量根据实际需要而定;两个圆柱导向销位置根据需要确定即可。
高温部件1经隔热板3、底部支承板5安装到固定安装板6上时,由两个导向销定位孔与圆柱导向销8进行安装定位,使得连接螺栓10的螺栓孔轴向保持一致。连接螺栓10将高温部件1锁紧连接后,圆柱导向销8由导向销定位孔内拆除,避免高温部件1由圆柱导向销8产生热损失。
在本案一具体实施例中,固定安装板6的底部固装有与连接螺栓10螺纹锁紧配合的螺座9。固定安装板6为板状结构,由其与连接螺栓10配合难以保证连接强度,由螺母配合增加连接螺栓的安装难度。通过在固定安装板6上预置螺座9,连接螺栓10穿过高温部件1进行连接时,直接与螺座9锁紧连接,降低安装难度。
对应地,固定安装板6的底部还固装有与圆柱导向销8安装配合的孔座7。为了避免顶部支承板2、隔热板3、底部支承板5和固定安装板6定位过程中,圆柱导向销8的倾斜形变,在固定安装板6上固装分别与两个导向销定位孔位置对应的两个孔座7,保证圆柱导向销8与孔座7定位结构稳定性,进一步保证高温部件的支撑强度。通过螺座9布置结构,保证连接强度同时,有效减小固定安装板6厚度,减轻重量。
在本案一具体实施例中,固定安装板6上开设对螺座9和孔座7安装定位的定位孔,螺座9和孔座7上均开设有与定位孔插装配合的定位台阶,螺座9和孔座7均焊接安装于固定安装板6上。为保证螺座9和孔座7定位结构稳定,固定安装板6和螺座9、孔座7采用定位孔安装的方式保证位置精度,螺座9和孔座7结构一致,仅其上开设孔的结构不同,定位孔开设于固定安装板6上后,螺座9和孔座7的安装端设置定位台阶插装于定位孔内,然后通过焊接固定,保证连接螺栓结构稳定性。
在本案一具体实施例中,底部支承板5环绕隔热板3的周向伸出有对隔热板进行防护的侧板4。由于隔热板3的材料强度相对较差,为了避免长时间后隔热板的受压变形,甚至产生破裂问题,在底部支承板5环绕隔热板3的周向固装侧板4,由侧板4对隔热板3进行包围防护,并在隔热板3破裂变形后,减少隔热板向外扩散,一定程度上保证隔热效果。
进一步地,底部支承板5上开设有与隔热板3的周向并行布置的插装槽,侧板4的底部布置有与插装槽插装配合的台阶插装面。侧板4采用插片的形式固定至底部支承板5上,底部支承板5设置插装槽,侧板4底部设置台阶插装面,保证侧板受到挤压时的限位能力。
由于本实施例中连接螺栓10、顶部支承板2、底部支承板5和固定安装板6均处于高温环境,连接螺栓10采用专用螺栓,保证支承柱11高温下的连接强度。连接螺栓10和支承柱11的膨胀系数接近,保证高温工作环境下,其轴向热膨胀量抵消螺栓轴向热膨胀量,防止螺栓运行过程中松动,保证连接可靠和稳定性。
固定安装板、顶部支承板和底部支承板的板材材质应选用抗腐蚀、耐高温、强度高,且不含磷(P)、硫(S)、锂(Li)、钡(Ba)及重金属元素,以免高温时元素挥发,对系统催化剂产生不利影响。
基于上述实施例中提供的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,本实用新型还提供了一种新能源汽车,其上设置有固体氧化物燃料电池、高温热平衡部件,和架装固体氧化物燃料电池的FCM箱体,该新能源汽车上设有的固体氧化物燃料电池、高温热平衡部件和FCM箱体之间的连接结构为上述实施例中提供的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构。
由于该新能源汽车采用了上述实施例的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,所以该新能源汽车由固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构带来的有益效果请参考上述实施例。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,其特征在于,包括架装高温部件并顺序布置的隔热板、底部支承板和固定安装板,所述高温部件上装入有连接所述隔热板、所述底部支承板和所述固定安装板的连接螺栓;
所述隔热板内置有沿其厚度方向布置,并套装于所述连接螺栓上承担其锁紧压力及抵消所述连接螺栓高温轴向膨胀量的支承柱。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,其特征在于,所述隔热板和所述高温部件之间还设置有压紧于二者之间的顶部支承板。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,其特征在于,所述隔热板、所述底部支承板和所述固定安装板沿其支承方向上还布置有两个,分布于所述连接螺栓径向方向上两侧,对所述连接螺栓的安装采用圆柱导向销定位的导向销定位孔。
4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,其特征在于,所述固定安装板的底部固装有与所述连接螺栓螺纹锁紧配合的螺座。
5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,其特征在于,所述固定安装板的底部还固装有与所述圆柱导向销安装配合的孔座。
6.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,其特征在于,所述固定安装板上开设对所述螺座和所述孔座安装定位的定位孔,所述螺座和所述孔座上均开设有与所述定位孔插装配合的定位台阶,所述螺座和所述孔座均焊接安装于所述固定安装板上。
7.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,其特征在于,所述底部支承板环绕所述隔热板的周向伸出有对所述隔热板进行防护的侧板。
8.根据权利要求7所述的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构,其特征在于,所述底部支承板上开设有与所述隔热板的周向并行布置的插装槽,所述侧板的底部布置有与所述插装槽插装配合的台阶插装面。
9.一种新能源汽车,其上设置有固体氧化物燃料电池和高温热平衡部件,和架装所述固体氧化物燃料电池和高温热平衡部件的FCM箱体,其特征在于,所述固体氧化物燃料电池、高温热平衡部件和所述FCM箱体之间设置有如权利要求1-8中任意一项所述的固体氧化物燃料电池系统高温部件连接结构。
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