CN220474673U - 压紧板簧及电堆 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种压紧板簧及电堆，所述压紧板簧包括底座和多个拱形弹簧，所述多个拱形弹簧阵列设置于所述底座上。本申请实施例提供的压紧板簧及电堆可以防止预紧力过载，保证电堆内部结构的安全。

Description

压紧板簧及电堆

技术领域

本申请涉及预紧结构技术领域，具体涉及一种压紧板簧及电堆。

背景技术

在电堆的组装过程中，需要对各个单电池施加足够的预紧力，以保证电堆的密封性能和降低电堆内部各界面的接触电阻。在相关技术中，在对单电池进行预紧时，容易出现预紧力过载，导致单电池中例如质子交换膜等内部结构被过度压缩、进而导致结构损坏。

实用新型内容

本申请实施例提供一种压紧板簧及电堆，可以防止预紧力过载，保证电堆内部结构的安全。

一方面，本申请实施例提供一种压紧板簧，包括底座和多个拱形弹簧，所述多个拱形弹簧阵列设置于所述底座上。

在一些实施例中，所述拱形弹簧具有拱顶和两个连接端，所述拱形弹簧的拱顶和所述底座保持间隔，所述两个连接端形成于所述拱形弹簧上沿其拱形延伸方向的相对两端，所述两个连接端分别固定于所述底座上。

在一些实施例中，所述连接端通过焊接结构、螺纹连接结构或卡接结构固定于所述底座上。

在一些实施例中，所述拱形弹簧的跨度大于其高度的二倍值。

在一些实施例中，所述拱形弹簧的跨度小于其高度的二倍值。

在一些实施例中，所述拱形弹簧上沿所述拱形延伸方向的任意两处位置的厚度相等。

在一些实施例中，所述底座具有板体结构，所述板体结构具有沿其厚度方向相对设置的承压侧和预紧侧，所述多个拱形弹簧分别设置于所述板体结构的预紧侧上。

在一些实施例中，所述多个拱形弹簧相互间隔地设置于所述底座上。

在一些实施例中，所述多个拱形弹簧均匀地阵列设置于所述底座上。

另一方面，本申请实施例提供一种电堆，包括以上任一实施例提供的压紧板簧。

本申请实施例通过设置底座和多个拱形弹簧，可以先将压紧板簧的底座和电堆中的相应安装位置进行连接、使压紧板簧被安装在电堆结构中，在对安装在双极板两端的紧固螺栓进行紧固而使之产生预紧力时，上述拱形弹簧被逐渐压缩而传递预紧力；当通过紧固螺栓施加的预紧力超过拱形弹簧的承载极限时，拱形弹簧的结构被破坏，使继续施加的预紧力无法作用于拱形弹簧上、也就无法进一步施加于电堆中例如质子交换膜等内部构件上，从而防止预紧力过载、避免因预紧力过载而造成电堆内部结构的损坏，保证电堆内部结构的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请一些实施例提供的压紧板簧的透视结构图；

图2是本申请一些实施例提供的压紧板簧的剖视结构图；

图3a是本申请一些实施例提供的压紧板簧的拱形弹簧的一种设计示例图；

图3b是图3a中拱形弹簧的载荷-位移曲线图；

图4a是本申请一些实施例提供的压紧板簧的拱形弹簧的一种设计示例图；

图4b是图4a中拱形弹簧的载荷-位移曲线图；

图5a是本申请一些实施例提供的压紧板簧的拱形弹簧的一种设计示例图；

图5b是图5a中拱形弹簧的载荷-位移曲线图；

图6a是本申请一些实施例提供的压紧板簧的拱形弹簧的一种设计示例图；

图6b是图6a中拱形弹簧的载荷-位移曲线图。

主要元件符号说明：

1-压紧板簧，10-底座，20-拱形弹簧，21-拱顶，22-连接端。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，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”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。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所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。

本申请中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。另外，“基于”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出所述的值。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

如图1至图2所示，一方面，本申请实施例提供一种压紧板簧1，在该压紧板簧1用于在电堆上进行预紧时，可以防止预紧力过载，保证电堆内部结构的安全。

该压紧板簧1包括底座10和多个拱形弹簧20，多个拱形弹簧20阵列设置于底座10上。这里，拱形弹簧20为具有拱形结构的板弹簧单体；通过设置多个拱形弹簧20，可以在压紧板簧1受到外载荷时，由多个拱形弹簧20共同变形而传递载荷。

在使用时，可以先将压紧板簧1的底座10和电堆中的相应安装位置进行连接、使压紧板簧1被安装在电堆结构中；在对安装在双极板两端的紧固螺栓进行紧固而使之产生预紧力时，上述拱形弹簧20被逐渐压缩而传递预紧力。当通过紧固螺栓施加的预紧力超过拱形弹簧20的承载极限时，拱形弹簧20的结构被破坏，使继续施加的预紧力无法作用于拱形弹簧20上、也就无法进一步施加于电堆中例如质子交换膜等内部构件上，从而防止预紧力过载、避免因预紧力过载而造成电堆内部结构的损坏，保证电堆内部结构的安全。

在一些实施例中，拱形弹簧20可以具有拱顶21和两个连接端22，两个连接端22形成于拱形弹簧20上沿其拱形延伸方向的相对两端、即位于拱顶21的相对两侧。拱形弹簧20的拱顶21和底座10保持间隔，而两个连接端22分别固定于底座10上。在对安装在双极板两端的紧固螺栓进行紧固而使之产生预紧力时，拱顶21被挤压变形而逐渐向底座10靠近；在通过紧固螺栓施加的预紧力超过拱形弹簧20的承载极限时，拱顶21的变形量超过极限、使拱顶21的结构遭到破坏而不再继续变形受载。

连接端22和底座10之间的连接结构可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。在一些示例中，连接端22可以通过焊接结构、螺纹连接结构或卡接结构固定于底座10上。

拱形弹簧20的拱形轮廓可以为圆柱形筒体的一部分，也可以是抛物线形柱体或椭圆形筒体的一部分，本申请实施例对此不作限定。在一些示例中，拱形弹簧20的跨度l₁可以大于其高度l₂的二倍值。这里，拱形弹簧20的跨度l₁可以是拱形弹簧20的两个连接端22在其拱形结构的外侧曲面上的对应处之间的距离，拱形弹簧20的高度l₂可以是拱形弹簧20的拱顶21在其拱形结构的外侧曲面上的对应处和底座10之间的距离，而拱形结构的外侧曲面为拱形弹簧20上远离底座10的一侧曲面。在这一设置关系下，当通过紧固螺栓施加的预紧力超过拱形弹簧20的承载极限时，拱形弹簧20的承载极限会出现较显著的下降。

在另一些示例中，拱形弹簧20的跨度l₁可以小于其高度l₂的二倍值。在这一设置关系下，当通过紧固螺栓施加的预紧力超过拱形弹簧20的承载极限时，拱形弹簧20的承载极限基本保持不变。

在一些实施例中，拱形弹簧20上沿拱形延伸方向的任意两处位置的厚度可以是相等的。这里，拱形弹簧20的厚度是指拱形结构的外侧曲面和内侧曲面之间的距离，而拱形结构的内侧曲面为拱形弹簧20上朝向底座10的一侧曲面、使外侧曲面和内侧曲面形成拱形弹簧20的相背两侧。在这一设置关系下，拱形弹簧20具有等厚结构而获得较大而均匀的承载极限。

多个拱形弹簧20在底座10上的设置关系可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。在一些实施例中，多个拱形弹簧20可以相互间隔地设置于底座10上，使得任意两个拱形弹簧20独立地进行承载。

在一些实施例中，多个拱形弹簧20可以均匀地阵列设置于底座10上，使多个拱形弹簧20在底座10上形成规则排列，进而使得压紧板簧1具有较为均匀可靠的承载能力。在一些示例中，多个拱形弹簧20可以沿相互垂直的两个阵列方向依次间隔设置，形成矩形分布的阵列排布结构。

底座10的结构形式可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。在一些实施例中，底座10可以具有板体结构，可以是例如平板、波浪形板等板体结构。板体结构具有沿其厚度方向相对设置的承压侧和预紧侧，多个拱形弹簧20分别设置于板体结构的预紧侧上。

另一方面，本申请实施例提供一种电堆，该电堆包括以上任一实施例提供的压紧板簧1。电堆的类型及其他构件结构可以根据实际需要确定，本申请实施例对此不作限定。

这里，简要介绍本申请实施例提供的压紧板簧1的设计步骤示例。

首先根据压紧板簧1的设计尺寸、例如是拱形弹簧20的数量和结构尺寸，建立压紧板簧1的三维模型。随后对压紧板簧1施加预紧力而进行仿真，确定压紧板簧1的拱形弹簧20在预紧力变化时的形变位移，进而得到拱形弹簧20的载荷-位移曲线。基于拱形弹簧20的载荷-位移曲线，可以确定拱形弹簧20及其所在的压紧板簧1的极限载荷、即所能承受的最大预紧力，以及在所施加的预紧力超过拱形弹簧20的极限载荷后、拱形弹簧20所能承受的最大载荷的变化情况。这里，通过改变拱形弹簧20的数量和尺寸，可以使压紧板簧1所能承受的最大预紧力被调节至满足设计要求，相应实现控制预紧力的效果。

图3a至图6b分别示出了拱形弹簧20的几种设计示例及其载荷-位移曲线。在图3a至图3b示出的设计示例中，拱形弹簧20的跨度l₁为20mm、高度l₂为5mm、板厚T为0.2mm、宽度W为5mm；根据图3b示出的载荷-位移曲线，在所施加的预紧力超过拱形弹簧20的极限载荷后，拱形弹簧20的结构发生失稳、所能承受的最大载荷出现较为显著的下降，从而达到控制预紧力的效果。

在图4a至图4b示出的设计示例中，拱形弹簧20的跨度l₁为40mm，高度l₂为5mm，板厚T为0.5mm，宽度W为5mm；根据图4b示出的载荷-位移曲线，在所施加的预紧力超过拱形弹簧20的极限载荷后，拱形弹簧20的结构发生失稳、所能承受的最大载荷出现较为显著的下降，从而达到控制预紧力的效果。

在图5a至图5b示出的设计示例中，拱形弹簧20的跨度l₁为20mm，高度l₂为5mm，板厚T为0.5mm，宽度W为5mm；根据图5b示出的载荷-位移曲线，在所施加的预紧力超过拱形弹簧20的极限载荷后，拱形弹簧20的结构发生失稳、所能承受的最大载荷出现较为显著的下降，从而达到控制预紧力的效果。

在图6a至图6b示出的设计示例中，拱形弹簧20的跨度l₁为10mm，高度l₂为10mm，板厚T为0.2mm，宽度W为5mm；根据图6b示出的载荷-位移曲线，在所施加的预紧力超过拱形弹簧20的极限载荷后，拱形弹簧20的结构发生失稳、但所能承受的最大载荷基本保持不变，从而达到控制预紧力的效果。

以上对本申请实施例所提供的压紧板簧及电堆进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种压紧板簧，其特征在于，包括底座和多个拱形弹簧，所述多个拱形弹簧阵列设置于所述底座上。

2.根据权利要求1所述的压紧板簧，其特征在于，所述拱形弹簧具有拱顶和两个连接端，所述拱形弹簧的拱顶和所述底座保持间隔，所述两个连接端形成于所述拱形弹簧上沿其拱形延伸方向的相对两端，所述两个连接端分别固定于所述底座上。

3.根据权利要求2所述的压紧板簧，其特征在于，所述连接端通过焊接结构、螺纹连接结构或卡接结构固定于所述底座上。

4.根据权利要求2所述的压紧板簧，其特征在于，所述拱形弹簧的跨度大于其高度的二倍值。

5.根据权利要求2所述的压紧板簧，其特征在于，所述拱形弹簧的跨度小于其高度的二倍值。

6.根据权利要求1所述的压紧板簧，其特征在于，所述拱形弹簧上沿所述拱形延伸方向的任意两处位置的厚度相等。

7.根据权利要求1所述的压紧板簧，其特征在于，所述底座具有板体结构，所述板体结构具有沿其厚度方向相对设置的承压侧和预紧侧，所述多个拱形弹簧分别设置于所述板体结构的预紧侧上。

8.根据权利要求1所述的压紧板簧，其特征在于，所述多个拱形弹簧相互间隔地设置于所述底座上。

9.根据权利要求1所述的压紧板簧，其特征在于，所述多个拱形弹簧均匀地阵列设置于所述底座上。

10.一种电堆，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的压紧板簧。