CN212113904U - 加压连接组件、加压装置及自加压电池堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加压连接组件，包括第一连接杆、第二连接杆及紧固件，紧固件设置在第一连接杆上，第一连接杆端部伸入第二连接杆端部所开的槽内固定，且第一连接杆的热膨胀系数大于第二连接杆的热膨胀系数，在上述结构下，当加压连接组件受热时，第一连接杆热膨胀量大于第二连接杆的热膨胀量，从而加强第一连接杆与第二连接杆的连接紧固程度，并提供包括该加压连接组件的加压装置、自加压电池堆，以满足电池堆高温自紧的要求，使用更方便。

Description

加压连接组件、加压装置及自加压电池堆

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及加压连接组件、加压装置及自加压电池堆。

背景技术

现有的SOFC电池堆都不带有高温自紧加压装置，因为通常的电池堆是由陶瓷基板的单电池和金属材料的流道板堆叠在一起组成的，整个电池堆的热膨胀系数小于常见的各种耐高温金属材料，而比电池堆热膨胀系数小或相近的钢材又不耐高温，导致现有自加压装置冷态下加好压力后，在高温时，耐高温材料会因为热膨胀系数高而松弛，不耐高温材料拉变形而损坏松弛，难以满足电池堆高温自紧的要求。

针对于此，一般采用外加压设备对电池堆加压，以满足电池堆在高温运行时需要保持的压力，外设加压设备使用麻烦，需要改进。

实用新型内容

为解决上述技术缺陷，本实用新型第一方面，提供了加压连接组件，包括第一连接杆、第二连接杆及紧固件，紧固件设置在第一连接杆上，第一连接杆端部伸入第二连接杆端部所开的槽内固定，且第一连接杆的热膨胀系数大于第二连接杆的热膨胀系数。

在上述结构下，当加压连接组件受热时，第一连接杆热膨胀量大于第二连接杆的热膨胀量，从而加强第一连接杆与第二连接杆的连接紧固程度。

其中第一连接杆与第二连接杆之间固定方式，包括嵌合固定、焊接固定等。

作为优选，所述第一连接杆端部外壁开螺纹，第二连接杆端部槽内壁对应开配套的螺纹，螺纹连接，对接更方便。

进一步，所述紧固件套在第一连接杆上且螺纹连接，如紧固件选用螺母，方便调整紧固件位置，以调节夹持压力大小。

本实用新型第二方面提供加压装置，包括上述的加压连接组件，还包括加压板，第二连接杆位于两加压板之间，且第一连接杆穿过加压板上所开的孔后与第二连接杆固定，在第一连接杆上调整紧固件的位置，从而调整加压板的位置。

在加压连接组件的基础上增设加压板，目的在于更方便夹持待加压的物体，如电池堆，调节紧固件在第一连接杆上位置，从而对加压板之间的空隙进行调整，进而调整对待加压物体施加的压力。

进一步，加压装置包括四套加压连接组件，分别位于加压板四角位置，施加压力更均匀，稳定性好。

当然也可选择三套加压连接组件，构成三角型加压。

本实用新型第三方面提供自加压电池堆，包括上述的加压装置、电池堆主体，电池堆主体位于两加压板之间且电池堆主体的顶端、底端分别抵接加压板，加压装置中加压连接组件的热膨胀系数小于电池堆的热膨胀系数。

本电池堆以上述加压装置进行加压，电池堆被夹持在两加压板之间，且在加压连接组件的热膨胀系数小于电池堆的热膨胀系数的情况下，电池堆升温工作，热膨胀量大于加压连接组件的热膨胀量，因此电池堆受到的压力加大，形成自加压模式，运行稳定，无需外设加压设备，本自加压电池堆在连接电源线路后即可使用。

此外，第一连接杆、第二连接杆为两种材质制备，更易调整加压连接组件的热膨胀系数。

进一步，电池堆主体包括壳体及其内部的电堆，平管式单体电池及流道板依次堆叠组成电堆，壳体内包括两座并联连接的电堆，两座电堆并排设置，有利于把电池堆做大，且缩小电池堆的散热面积。

进一步，还包括导电柱，壳体的顶端及底端盖体为导电板，导电板与加压板之间设置绝缘板，顶端及底端的导电板分别抵接并排电堆的上下端部以连接两电堆，导电柱端部依次穿过压板后与导电板连接。

本方案中，增加导电柱结构，且改进壳体结构，以导电板组成壳体的顶端、底端的盖体，同时将并排电堆并联，以导电柱与导电板连接，本电池堆只需将导电柱与电源线路连接即可使用，进一步提高使用的方便性。

进一步，壳体的侧壁为分体式结构，包括左盖、右盖、前盖、后盖，其上下端部分别与壳体顶端、底端的导电板固定，易于组装成型，降低壳体成型难度。

进一步，壳体四面侧壁中，其一相对两侧壁的内腔壁上设空气布气腔，空气布气腔内设空气布气管，其一端自壳体底端伸出，且空气布气腔所在侧壁与电堆之间设空气盖绝缘板，框型；

另一相对两侧壁的内腔壁上设氢气布气腔，氢气布气腔内设氢气布气管，其一端自壳体底端伸出，且氢气布气腔所在侧壁与电堆之间设氢气盖绝缘板，框型。

本方案中底端输气，使用方便。

进一步，氢气盖绝缘板的框内对应两电堆之间间隙的位置设置有纵板，以纵板密封电堆之间的间隙，密封性好。

进一步，位于框内的空气布气管两侧开有孔，氢气布气腔内设置布气块，槽体且两侧槽壁开若干孔，氢气布气管端部与布气块连接，以孔分流，空气或氢气分布更加均匀。

进一步，20块单体电池及配套的流道板依次堆叠组成电堆，第二连接杆为耐900℃的不锈铁材质，第一连接杆为耐1000℃-1350℃的不锈钢材质，第一连接杆端部伸入第二连接杆端部槽内且螺纹连接，并焊接固定。

本方案中，电堆为20层结构，选用耐900℃的不锈铁制备第二连接杆，耐1000℃-1350℃的不锈钢材质制备第一连接杆，可有效维持电池堆自紧压力，运行稳定。

与现有技术比较，本实用新型技术方案的有益效果为：

1、本实用新型提供加压连接组件及加压装置，通过调整第一、第二连接杆材质及固定位置关系，受热时，有效提高连接组件的紧固度，进而稳定加压板之间的夹持压力。

2、本实用新型提供自加压电池堆及自加压方法，并联电池堆，利用电堆工作时散溢的热量，配合加压装置提供电堆所需的自紧压力，使用方便。

3、本实用新型提供的自加压电池堆，改进壳体结构，增设导电柱以外界电源线，进一步提高使用方便性。

4、本实用新型提供的自加压电池堆，改进布气腔结构，布气更均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本实用新型加压连接组件的剖面图；

图2是本实用新型加压装置的结构图；

图3是本实用新型自加压电池堆的俯视结构图；

图4是本实用新型自加压电池堆的剖面结构图；

图5是本实用新型自加压电池堆的爆炸结构图；

图6是氢气腔结构图；

图7是空气腔结构图；

图8是单体电池与流道板堆叠结构图；

图9是流道板结构图；

其中，附图标记为：

1、第一连接杆；2、第二连接杆；3、紧固件；4、加压板；5、电池堆主体；6、侧壁；7、导电板；8、电堆；9、绝缘板；10、导电柱；61、左盖；62、右盖；63、前盖；64、后盖；65、布气块；66、氢气盖绝缘板；67、氢气布气管；68、空气盖绝缘板；69、空气布气管；81、单体电池；82、流道板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

一、加压连接组件、加压装置及自加压式电池堆结构

实施例1

请参阅图1所示，本实施例提供了一种加压连接组件，包括第一连接杆1、第二连接杆2及紧固件3，组合关系如下：紧固件安装在第一连接杆上，如螺母、压板等；第一连接杆端部伸入第二连接杆端部所开的槽内固定，如嵌合固定、焊接固定、螺栓固定等，本实施例中第一连接杆的热膨胀系数大于第二连接杆的热膨胀系数，如第一连接杆选用耐热1000℃-1350℃的不锈钢材质制备，第二连接杆选用耐900℃的普通不锈铁制备，当然也可根据实际情况选用其他满足条件的材质制备第一连接杆、第二连接杆。

作为优选，第一连接杆选用螺杆，杆外壁螺纹，紧固件选用螺母，套在第一连接杆上，第二连接杆两端部开槽，槽壁开相配合的内螺纹，第二连接杆两端螺纹连接第一连接杆，使用时，如通过两螺母紧固夹持之间的物体，或以加压连接组件连接两个板，物体夹持在板之间，通过螺母对板加压。

在上述结构下，当加压连接组件受热时，第一连接杆热膨胀量大于第二连接杆的热膨胀量，从而加强第一连接杆与第二连接杆的连接紧固程度。

实施例2

请参阅图1、图2所示，本实施例提供一种加压装置，包括实施例1描述的加压连接组件，还包括加压板4，第二连接杆2位于两加压板之间，具体而言你，第一连接杆1穿过加压板上所开的孔后与第二连接杆固定，在第一连接杆上调整紧固件3的位置，从而调整加压板的位置。

本实施例中，作为优选，在加压板的四角均安装加压连接组件，与加压板配合将物体夹持固定在围成的腔中，当然也可根据所夹持物体的实际情况，选择性选用三套加压连接组件，呈三角形排布，或选用两套，以及1套加压连接组件。

作为优选，本加压装置中优选第一连接杆与第二连接杆采用螺纹连接的方式，紧固件选用螺母，套在第一连接杆上。

使用时，调节紧固件在第一连接杆上位置，从而对加压板之间的空隙进行调整，进而调整对待加压物体施加的压力，使用更方便。

实施例3

请参阅图1、图2、图3，本实施例提供一种自加压电池堆，以实施例2描述的加压装置夹持固定电池堆主体5，以给予电池堆所需的压力，具体而言，本加压装置选用四套加压连接组件，加压板四角安装，电池堆主体5位于两加压板4、加压连接组件围成的腔中，以电池堆主体的顶端、底端分别抵接加压板4，此外，加压装置中加压连接组件的热膨胀系数小于电池堆的热膨胀系数。

上述结构下，电池堆升温工作，热膨胀量大于加压连接组件的热膨胀量，因此电池堆受到的压力加大，形成自加压模式，运行稳定，无需外设加压设备。

此外，第一连接杆、第二连接杆为两种材质制备，更易调整加压连接组件的热膨胀系数，另外，如图3所示，本实施例中第一连接杆的长度小于第二连接杆，当然也可根据所需压力，根据热膨胀量，自由调整第一连接杆、第二连接杆的长度。

此外，常规SOFC固体燃料电池堆通常为单电堆结构，实现电池堆的串并联需要另外设计外接电路，较繁琐，对此，本实施例做出优化，参阅图4、图5，电池堆主体包括壳体及其内部的电堆8，以平管式单体电池及流道板依次堆叠组成电堆，壳体内设置两座并联连接的电堆，两座电堆并排设置，两电堆直接并联，购买过来后，接好电源线，无需外加压设备即可直接运行，使用方便，此外并联电堆有利于把电池堆做大，且缩小电池堆的散热面积。

这里，参照图8、图9对电堆结构进行说明，电堆采用以平管式单体电池81及流道板82依次堆叠组成电堆，单体电池为平板式，板体内开多个管腔，管口对应的壳体腔壁上开氢气布气腔，如图5、图6所示，氢气布气腔内设氢气布气管67，其一端自壳体底端伸出，且氢气布气腔所在侧壁与电堆之间设氢气盖绝缘板66，框型，有效密封。

参阅图9，流道板的板体上排列多条槽道，槽道口朝向的壳体另外两侧腔壁上开空气布气腔，如图5、图7所示，腔内设空气布气管69，其一端自壳体底端伸出，且空气布气腔所在侧壁与电堆之间设空气盖绝缘板68，框型。

此外，在进一步的优化中，位于框内的空气布气管两侧开有孔，如在布气管延伸方向上，管的两侧开多个小孔，以孔分流，空气分布更佳均匀，当然优选在布气管两侧直接各开一矩形孔，气流量大，分布液相对均匀，如图7所示；相对应地，优选在氢气布气腔内固定布气块65，槽体且两侧槽壁开若干孔，氢气布气管端部与布气块连接，以孔分流，氢气分布均匀，如图6所示。

且，为了进一步提高密封性能，氢气盖绝缘板的框内对应两电堆之间间隙的位置固定有纵板，参阅图6，以纵板密封电堆之间的间隙，密封性好。

另外，基于提高便利性的目的，作为优化，参阅图4、图5，还包括导电柱10，且将壳体的顶端及底端盖体配置为导电板7，导电板与加压板之间设置绝缘板9，顶端及底端的导电板分别抵接并排电堆的上下端部以连接两电堆，导电柱端部依次穿过压板后与导电板连接，以导电板并联两电堆，简化结构，并增设导电柱与导电板连接，使用时只需在壳体外导电柱的另端部接线即可，便于使用。

优选，导电柱尾端部直接嵌入导电板所开的槽中，连接稳定。

此外，在改进壳体顶端、底端盖体的基础上，优选将壳体的侧壁6改为分体式结构，参阅图5，包括左盖61、右盖62、前盖63、后盖64，其上下端部分别与壳体顶端、底端的导电板7固定，上述结构下，易于组装成型，也降低壳体成型难度。

参阅图3、图5、图6、图7，实施时，左盖、右盖、前盖、后盖优选通过紧固螺栓与导电板固定。相对应地，直接在左盖、右盖壁上开氢气布气腔，并在腔底壁开口，安装氢气布气管67，氢气布气管首端与固定在腔内中部的布气块65连接，尾端自盖底伸出；同时在前盖、后盖壁上直接开空气布气腔，并在腔底壁开口，安装空气布气管，空气布气管尾端自盖底伸出，空气布气管首端伸入腔内，布气管两侧开孔。

组装时，首先将加压板、绝缘板、导电板、单电池、流道板等依次堆叠成电堆形状，再将加压连杆组件连接加压板，旋上螺母，再使用扭力扳手紧固加压拉杆组件到所需压力，加压完成后，再将空气布气腔、氢气布气腔所在地盖体相应部位涂上密封胶后，用螺钉固定在电池堆的上下导电板上，电池堆就基本成型了，最后再安装电池堆上下两端的导电柱。

在上述结构下，优选以20块单体电池及配套的流道板依次堆叠组成电堆，第二连接杆为耐900℃的不锈铁材质，第一连接杆为耐1000℃-1350℃的不锈钢材质，第一连接杆端部伸入第二连接杆端部槽内且螺纹连接，并焊接固定，加压连接组件的热膨胀系数小于电池堆的热膨胀系数。

组装成型后，只需要接好气体管路，接好电源线，就可以升温运行，简化了电池堆的使用条件。

实际测试中发现，上述结构下可有效维持电池堆所需数百公斤的自紧压力，运行稳定。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.加压连接组件，其特征在于：包括第一连接杆、第二连接杆及紧固件，紧固件设置在第一连接杆上，第一连接杆端部伸入第二连接杆端部所开的槽内固定，且第一连接杆的热膨胀系数大于第二连接杆的热膨胀系数。

2.如权利要求1所述的加压连接组件，其特征在于：所述第一连接杆端部外壁开螺纹，第二连接杆端部槽内壁对应开配套的螺纹。

3.加压装置，包括上述的加压连接组件，其特征在于：还包括加压板，第二连接杆位于两加压板之间，且第一连接杆穿过加压板上所开的孔后与第二连接杆固定，在第一连接杆上调整紧固件的位置，从而调整加压板的位置。

4.如权利要求3所述的加压装置，其特征在于：加压装置包括四套加压连接组件，分别位于加压板四角位置。

5.自加压电池堆，包括上述的加压装置、电池堆主体，其特征在于：电池堆主体位于两加压板之间且电池堆主体的顶端、底端分别抵接加压板，加压装置中加压连接组件的热膨胀系数小于电池堆的热膨胀系数。

6.如权利要求5所述的自加压电池堆，其特征在于：电池堆主体包括壳体及其内部的电堆，平管式单体电池及流道板依次堆叠组成电堆，壳体内包括两座并联连接的电堆，两座电堆并排设置。

7.如权利要求6所述的自加压电池堆，其特征在于：还包括导电柱，壳体的顶端及底端盖体为导电板，导电板与加压板之间设置绝缘板，顶端及底端的导电板分别抵接并排电堆的上下端部以连接两电堆，导电柱端部依次穿过压板后与导电板连接。

8.如权利要求6所述的自加压电池堆，其特征在于：壳体四面侧壁中，其一相对两侧壁的内腔壁上设空气布气腔，空气布气腔内设空气布气管，其一端自壳体底端伸出，且空气布气腔所在侧壁与电堆之间设空气盖绝缘板，框型；

另一相对两侧壁的内腔壁上设氢气布气腔，氢气布气腔内设氢气布气管，其一端自壳体底端伸出，且氢气布气腔所在侧壁与电堆之间设氢气盖绝缘板，框型。

9.如权利要求8所述的自加压电池堆，其特征在于，位于框内的空气布气管两侧开有孔，氢气布气腔内设置布气块，槽体且两侧槽壁开若干孔，氢气布气管端部与布气块连接。

10.如权利要求6所述的自加压电池堆，其特征在于，20块单体电池及配套的流道板依次堆叠组成电堆，第二连接杆为耐900℃的不锈铁材质，第一连接杆为耐1000℃-1350℃的不锈钢材质，第一连接杆端部伸入第二连接杆端部槽内且螺纹连接，并焊接固定。

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