CN212989415U - 一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，包括固定支架、探针集成件和PCB插接件，多个探针集成件间隔设置在固定支架上，且探针集成件通过导线与PCB插接件连接，所述探针集成件包括探针基座和探针，所述探针基座固定在固定支架上，且探针基座上设置多个贯穿孔，所述探针设置在贯穿孔内，所述探针包括探针套和插设在探针套内的探针头，且探针套和探针头之间还设有弹簧。与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型可以在不修改电堆结构的基础上，无损、高效、稳定安装于电堆电压探测区，稳定输出电压探测信号，通过变更探针型号可以适用于预留探测槽或未预留探测槽的石墨双极板电堆、金属双极板电堆。

Description

一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子

技术领域

本实用新型涉及电能检测技术领域，具体地说，是涉及一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子。

背景技术

燃料电池是一种通过电化学反应将燃料（氢气）和氧化剂（空气/氧气等）的化学能转化为电能的装置。单节燃料电池（两个双极板和单个膜电极组成）的工作电压在0.4V~1.0V范围内，无法满足实际工作的要求。实际应用的燃料电池堆是由上百片双极板和膜电极经过层叠式装配而成，膜电极在两片双极板之间构成一个单电池，单电池相连构成整个电堆。

燃料电池每节单电池的性能是影响燃料电池电堆性能的重要因素，燃料电池正常运行时各节单电池电压应该保持一致性。如果局部单电池的流道内液态水堵塞、燃料/氧化剂短缺和制造/组装一致性差等原因造成局部单节电池电压严重低于整体的平均电压，必须及时停止燃料电池的运行以保护燃料电池电堆本身，所以电池电堆各个单节电池电压的准确监测是保证电堆安全可靠运行的重要措施。

电池巡检系统（CVM）是一种用于实时监测电堆单节电池电压的装置。电池巡检系统由电压巡检采集端子结构和电压测量电路系统组成。电压巡检采集端子结构对于电压测量电路系统与电池电堆各单节电池的有效连接起着关键的作用，保证采集的电压信号的准确性和稳定性。

目前常用的电压巡检采集端子系统使用金属端子焊接（金属双极板）或胶接（石墨双极板）到双极板、铜制的探针插入双极板卡槽内等。这些电压巡检采集端子系统存在长期工作后接触端松弛而接触不良、无法吸收电堆组装误差而导致安装困难、双极板胶接端子导致破坏电堆破损、维修和更换操作复杂等问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种能够快速装卸、能够吸收电堆组装误差、长期稳定运行的燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，包括固定支架、探针集成件和PCB插接件，多个探针集成件间隔设置在固定支架上，且探针集成件通过导线与PCB插接件连接，所述探针集成件包括探针基座和探针，所述探针基座固定在固定支架上，且探针基座上设置多个贯穿孔，所述探针设置在贯穿孔内，所述探针包括探针套和插设在探针套内的探针头，且探针套和探针头之间还设有弹簧。

作为优选方案，所述探针基座的贯穿孔内还设有探针座，所述探针座套设在探针外侧，且探针座的一端与导线相连。

作为优选方案，所述探针头直径为0.25~1.5mm，且探针头为平头圆柱形、尖针形、圆头形或者多凸块形。

作为优选方案，所述探针基座上的多个贯穿孔的间距与待测电堆单电池的双极板的安装间距相同。

作为优选方案，所述探针基座上的贯穿孔包括用于供导线穿过的导线孔及供探针座插入的安装孔，且安装孔的内径大于导线孔的内径。

作为优选方案，所述固定支架由两个相同的支撑架拼合组成，所述支撑架中部设有用来安装探针基座的安装槽，且两个支撑架拼合面留有供导线穿过的间隙。

作为优选方案，两个支撑架通过第一螺钉紧固，所述支撑架的两端还设有便于第二螺钉穿过的腰形孔。

作为优选方案，所述探针基座采用高强度绝缘材料制造，包括电木、环氧树脂板、PEI板或者PPS板。

作为优选方案，所述探针座采用黄铜、磷青铜或碳素钢，且探针座的表面镀镍、镀金或者镀铑金。

作为优选方案，所述探针头和探针套均采用黄铜、磷青铜或碳素钢，且探针头和探针套的表面镀镍、镀金或者镀铑金。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型可以在不修改电堆结构的基础上，无损、高效、稳定安装于电堆电压探测区，稳定输出电压探测信号，通过变更探针型号可以适用于预留探测槽或未预留探测槽的石墨双极板电堆、金属双极板电堆。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的探针与PCB插接件的连接结构示意图；

图3是本实用新型探针的剖面结构示意图；

图4是本实用新型探针座的结构示意图；

图5是本实用新型的探针基座的剖面结构示意图；

图6是本实用新型在电堆上使用时的正面结构示意图；

图7是本实用新型在电堆上使用时的顶面结构示意图；

图8是本实用新型在电堆上使用时的侧面结构示意图；

图9是图8的A部局部放大图；

图10是本实用新型探针头的结构示意图。

其中附图标记为：1、探针基座；11、安装孔；12、导线孔；2、探针座；3、探针；31、探针头；32、弹簧；33、探针套；4、固定支架；5、PCB插接件；6、导线；7、第一螺钉；8、第二螺钉；100、电堆；101、单电池；102、阴极板；103、阳极板；104、膜电极；105、膜电极边框；107、后端板；108、前端板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。

此外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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。

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1至图5所示，本实施例提供一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，包括固定支架4、探针集成件和PCB插接件5，多个探针集成件间隔设置在固定支架4上，且探针集成件通过导线6与PCB插接件5连接，所述探针集成件包括探针基座1和探针3，所述探针基座1固定在固定支架4上，且探针基座1上设置多个贯穿孔，所述探针3设置在贯穿孔内，所述探针3包括探针套33和插设在探针套33内的探针头31，且探针套33和探针头31之间还设有弹簧32。所述探针基座1的贯穿孔内还设有探针座2，所述探针座2套设在探针3外侧，且探针座2的一端与导线6相连。

探针座，如图4用于安装探针，连接探针和PCB插接件，将探针探测的双极板电压信号传至PCB插接件，由金属基座套和尾部的导线组成，金属基座套采用黄铜、磷青铜等高电导率材料或SK-4等碳素钢，并采用表面镀镍、镀金、镀铑金等工艺处理，降低表面接触带电阻。导线采用金、黄铜、银等高电导率材料制成，连接至PCB 接插件上。

探针是用于直接与电堆双极板接触的金属端子，由探针套、探针头、弹簧组成，探针头直径0.25~1.5mm，探针头的形式如图10所示，可以采用平头圆柱形(G)、尖针形(C)、圆头形(B)、多凸块形(A)等。探针头能够在0~2mm的行程范围内移动，能够通过弹簧产生安装预紧力，预紧力≥10gf，使探针头与双极板紧密接触，减小探针头与双极板的接触电阻，提高探测精度，并且在长期运行中保持稳定接触，保证探测系统长期稳定工作；

探针头和探针套采用黄铜、磷青铜等高电导率材料或SK-4等碳素钢，并采用表面镀镍、镀金、镀铑金等工艺处理，降低表面接触带电阻，能够承载最大电流≤2A，弹簧采用SWP-A等弹簧钢，稳定工作温度-30~80℃，能够在电堆的工作范围内长期稳定工作。

所述探针基座上安装孔的尺寸比探针座的外径大0.03mm，所述探针基座1上的多个贯穿孔的间距与待测电堆单电池的双极板的安装间距相同。所述贯穿孔的数量和探针和数量相同，根据探针头的直径、贯穿孔的加工公差、电堆双极板层叠公差等计算得出。

所述探针基座1上的贯穿孔包括用于供导线6穿过的导线孔12及供探针座2插入的安装孔11，且安装孔11的内径大于导线孔12的内径。

所述固定支架4由两个相同的支撑架拼合组成，所述支撑架中部设有用来安装探针基座1的安装槽，且两个支撑架拼合面留有供导线6穿过的间隙。两个支撑架通过第一螺钉7紧固，所述支撑架的两端还设有便于第二螺钉穿过的腰形孔。

所述探针基座1采用高强度绝缘材料制造，包括电木、环氧树脂板、PEI板或者PPS板。

本实用新型的具体操作步骤如下：

1、将探针座安装到探针基座上，探针座的尾部导线穿过探针基座的导线孔，将探针插入探针座内部；

2、将组装完的探针集成件安装在电堆100外部，探针插入单电池101的双极板（阴极板102和阳极板103）的探测槽内，如果双极板内有探测槽，将探针尽量安装在双极板的厚度的中间部分，要求两个相邻的探针必须位于一个膜电极104的两侧，尤其是膜电极边框105的两侧；按照上述步骤，将各段的探针集成件安装到电堆上；

3、在探针集成件两侧安装两个支撑架，两个支撑架通过第一螺钉的紧固将探针集成件夹紧，所述支撑架两端分别通过第二螺钉固定于电堆前端板108和后端板107上。

本实用新型可以安装于电堆周围四边的任意一处，不限于图6所示的上部区域，也可以安装于左右等区域；

4、将探针集成件上引出的导线，统一按对应的双极板位置标记清楚；将探针集成件上引出的导线按接线定义统一集成到PCB接插件的接线端；PCB插接件通常采用母形PCB接插件形式。通过PCB接插件连接到单电池电压巡检电路的PCB板，方便快速拆卸、检修和更换。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，包括固定支架（4）、探针集成件和PCB插接件（5），多个探针集成件间隔设置在固定支架（4）上，且探针集成件通过导线（6）与PCB插接件（5）连接，所述探针集成件包括探针基座（1）和探针（3），所述探针基座（1）固定在固定支架（4）上，且探针基座（1）上设置多个贯穿孔，所述探针（3）设置在贯穿孔内，所述探针（3）包括探针套（33）和插设在探针套（33）内的探针头（31），且探针套（33）和探针头（31）之间还设有弹簧（32）。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，所述探针基座（1）的贯穿孔内还设有探针座（2），所述探针座（2）套设在探针（3）外侧，且探针座（2）的一端与导线（6）相连。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，所述探针头直径为0.25~1.5mm，且探针头为平头圆柱形、尖针形、圆头形或者多凸块形。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，所述探针基座（1）上的多个贯穿孔的间距与待测电堆单电池的双极板的安装间距相同。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，所述探针基座（1）上的贯穿孔包括用于供导线（6）穿过的导线孔（12）及供探针座（2）插入的安装孔（11），且安装孔（11）的内径大于导线孔（12）的内径。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，所述固定支架（4）由两个相同的支撑架拼合组成，所述支撑架中部设有用来安装探针基座（1）的安装槽，且两个支撑架拼合面留有供导线（6）穿过的间隙。

7.根据权利要求5所述的一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，两个支撑架通过第一螺钉（7）紧固，所述支撑架的两端还设有便于第二螺钉穿过的腰形孔。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，所述探针基座（1）采用高强度绝缘材料制造，包括电木、环氧树脂板、PEI板或者PPS板。

9.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，所述探针座（2）采用黄铜、磷青铜或碳素钢，且探针座（2）的表面镀镍、镀金或者镀铑金。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆单电池电压巡检采集端子，其特征在于，所述探针头（31）和探针套（33）均采用黄铜、磷青铜或碳素钢，且探针头（31）和探针套（33）的表面镀镍、镀金或者镀铑金。

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