燃料电池的电池堆紧固结构的制作方法

本发明涉及一种燃料电池的电池堆紧固结构，更特别涉及以下这种燃料电池的堆紧固结构，在燃料电池堆被紧固时测量紧固力，并更精确地调节施加到燃料电池堆的紧固力。

背景技术：

燃料电池堆被配置成包括多个堆叠的燃料电池和紧固机构，该紧固机构用于在燃料电池之间电连接并保持其中的气密性(例如，密封件)。特别地，当所施加的紧固力过强时会使燃料电池内部损坏，而当所施加的紧固力过弱时，可能难以获得所需的气密性和电气连接。因此，需要施加适当的紧固力。

图1示出现有的电池堆紧固结构，其中端板2a布置在燃料电池堆1a中，以将紧固力施加到燃料电池堆1a，固定的紧固带3a通过螺栓4a与端板2a紧固在一起。如图1所示，根据燃料电池中的组件，例如气体扩散层或垫圈的尺寸偏差，现有的电池堆紧固结构在长度上是不可调节的，并且当紧固力因长期使用而减小时，除非拆开燃料电池堆1a，然后插入插入体或者更换以不同尺寸制造的紧固带3a，否则难以补偿紧固力。

代替紧固带3a，穿过燃料电池堆1a的螺栓以及被结合到螺栓的螺帽的组合，可调节施加到燃料电池堆的紧固力。然而，当在所使用的螺栓4a中形成的螺纹的螺距过大时，难以细微地调节紧固力，并且在紧固燃料电池堆1时难以定量地确定紧固力。

图2示出根据相关现有技术，插入在紧固机构1b与电池堆2b之间的、用于测量紧固力的弹性体3b。如图2所示，弹性体3b被插入在紧固机构1b与电池堆2b之间，以测量弹性体3b的压缩长度，从而测量紧固力。然而，考虑到每一个紧固带所施加的紧固力通常为500kgf至600kgf，因此基于紧固力的变化而导致弹性体3b的长度的变化是 极小的，因此难以测量弹性体3b的长度变化。

例如，当使用具有10kgf/mm弹性模量的弹性体时，由于弹性体3b的原始长度等于或大于50mm，因此紧固机构1b的长度过大，因此难以安装。另一方面，当弹性模量变化成10kgf时，具有500kgf/mm弹性模量的弹性体3b，具有多达0.02mm的变化长度，因此难以安装。

技术实现要素：

本发明提供一种燃料电池的电池堆紧固结构，当燃料电池堆被紧固时测量紧固力，并更精确地调节施加到燃料电池堆的紧固力。

根据本发明的示例性实施例，燃料电池的电池堆紧固结构可包括：紧固机构，其安装在多个堆叠的燃料电池的外部，以生成挤压多个堆叠的燃料电池的力；以及插入体，其安装在紧固机构中以调节力。

附图说明

通过下述的详细描述，并结合附图，本发明的上述和其它目标、特征和优点将会更加显而易见，其中：

图1是根据相关现有技术的燃料电池的电池堆紧固结构的主要部件的示例性截面图；

图2是根据相关现有技术，包含用来测量紧固力的弹性体的燃料电池的电池堆紧固结构的主要部件的示例性截面图；

图3是根据本发明示例性实施例的燃料电池的电池堆紧固结构的主要部件的示例性截面图；

图4是根据本发明的示例性实施例，如图3所示的燃料电池的电池堆紧固结构的主要部件的另一个示例性截面图；

图5是根据本发明的示例性实施例，如图3所示的燃料电池的电池堆紧固结构中包含的插入体的示例性立体图；

图6是根据本发明的示例性实施例，如图3所示的燃料电池的电池堆紧固结构中包含的插入体的示例性俯视图；

图7是根据本发明的示例性实施例，如图3所示的燃料电池的电 池堆紧固结构中包含的插入体的示例性主视图；

图8是根据本发明的示例性实施例，如图3所示的燃料电池的电池堆紧固结构中包含的插入体的示例性侧视图；

图9是根据本发明的示例性实施例，如图3所示的燃料电池的电池堆紧固结构中包含的插入体的另一个示例性俯视图；以及

图10是根据本发明的示例性实施例，如图3所示的燃料电池的电池堆紧固结构中包含的插入体的又一个示例性俯视图。

附图标记说明：

100：紧固机构 110：端板

111：倾斜面 112、113：突起

114：传递装置 115：弹性体

120：紧固带 200：插入体

210：倾斜底面 220：水平上表面

230：减摩构件 240：孔

300：燃料电池 400：固定螺栓

具体实施方式

可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。。

本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。还应该理解的是，在本说明书中使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其组合的存在或增加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所 有组合。

除非明确指出或可从上下文明显看出，否则如本文中使用的术语“约”被理解为在本领域中的正常公差范围内，例如，在平均数的两个标准偏差内。“约”可以被理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文可以明确知道，否则本文所提供的所有数值都可由术语“约”修正。

将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。

如图3至图10所示，根据本发明的示例性实施例的燃料电池300的电池堆紧固结构，可包括端板110和紧固带120，端板110附接到多个堆叠的燃料电池300，紧固带120与端板110紧固在一起以挤压多个燃料电池300，其中端板110可具有倾斜面111，沿着倾斜面111移动的插入体200可插入在端板110与紧固带120之间。

插入体200可包括倾斜底面210，该倾斜底面210被形成为具有与倾斜面111的倾斜角大致相同的角度，且可接触(例如，邻接)倾斜面111。端板110可包括传递装置114，其被配置成将外力沿着与端板110水平的方向施加到插入体200。因此，利用通过传递装置114传递的外力，将插入体200沿着倾斜面111移动。传递装置114可包括弹性体115，其被设置成弹性地支撑插入体200。可根据弹性体115的长度变化和倾斜面111的斜度，计算在端板110与紧固带120之间生成的紧固力的变化。

下面将更详细描述燃料电池300的电池堆紧固结构。根据本发明的示例性实施例的燃料电池300的电池堆紧固结构，可包括紧固机构100和插入体200，该紧固机构100安装在多个燃料电池300的外侧(例如，外部)，以生成挤压多个堆叠的燃料电池300的力，插入体200安装在紧固机构100中以调节挤压多个燃料电池300的力。

紧固机构100可包括端板110和紧固带120，端板110与燃料电池300水平地安装在多个燃料电池300中，紧固带120包围多个燃料电池300，并与端板110紧固在一起，其中插入体200可插入到端板110与紧固带120之间的紧固部中。此外，端板110可包括倾斜面111和传递装置114，倾斜面111倾斜以相对于燃料电池300形成预定角度，且 可接触(例如，邻接)插入体200，传递装置114设置在倾斜面111的一侧(例如，第一侧)，以沿着与燃料电池300水平的方向挤压插入体200。倾斜面111可包括多个突起112和113，用以限制插入体200的移动距离。另外，传递装置114可包括弹性支撑插入体200的弹性体115。

根据本发明的示例性实施例，传递装置114还可包括朝向端板110垂直突出的突出体117；以及控制螺杆部件116，其被配置成与突出体117螺纹连接，其中控制螺杆部件116可与作为弹性体115的弹簧连接在一起。特别地，弹簧可被附接到插入体200的一侧。换言之，插入体200和控制螺杆部件可通过弹簧连接。

插入体200可以是实心物体，其中可形成具有与倾斜面111大致相同角度的倾斜底面210，和与紧固带120相接触的水平上表面220。倾斜底面210与水平上表面220可包括减摩构件230，以使端板110与紧固带120之间的接触摩擦最小。减摩构件230可以是安装在倾斜底面210或水平上表面220上的多个滚珠。

特别地，对于减摩构件230，可将圆柱辊安装在倾斜底面210或水平上表面220上，来代替滚珠，也可将润滑油涂布到倾斜底面210或水平上表面220上。此外，在插入体200、端板110和紧固带120上还可涂布无摩擦涂层(frictionless coating)。根据本发明的示例性实施例，对于减摩构件230，可以在倾斜底面210和水平表面上安装多个滚珠。

在电池堆紧固过程中，通过左右移动插入体200的初始位置，可以补偿插入体200的尺寸偏差，因此在紧固之后不会影响调节紧固力，该尺寸偏差可能在插入体200的制造过程中由于滚珠之间的间隙、滚珠的加工误差等原因产生。

换言之，在完成紧固之后，通过弹性体115的长度，可确定施加到插入体200、弹性体115和紧固带120的紧固力，且紧固力可不受其它部件的加工误差或部件之间间隙的影响。因此，当基于弹性体115长度的斥力的大小被更精确地确定时，在紧固该电池堆之后，可通过测量弹性体115的长度来测量紧固力的变化。换言之，通过更精确地测量施加到电池堆的紧固力的大小并操作传递装置114，可以更精确地 调节紧固力。

此外，端板110和紧固带120可通过固定螺栓400而螺纹连接。同时，插入体200可包括孔240，固定螺栓400可穿过(例如，被插入)孔240。如图6所示，可以从插入体200的一侧向内切割孔240。可选地，如图9或图10所示，孔240可被形成为从插入体200的水平上表面220穿过倾斜底面210。

当由于孔240而通过施加来自弹性体115的侧向力来移动插入体200时，插入体200可自由移动，不受限于用来固定紧固带120和端板110的螺栓。可以通过考虑插入体200的移动距离来确定孔240的形状，这在调节螺栓数目、螺栓之间的间隔以及紧固力的过程中是必需的。

如上配置的本发明，在插入体200利用斜面效应沿着倾斜面111移动时，可增大或减小紧固力。传递装置114可改变沿着倾斜面111的插入体200的高度，从而准确地控制紧固力。

下面将提供更详细的描述。因为插入体200的高度根据倾斜底面210而有所不同，因此当插入体200从初始位置沿着倾斜面111上升时，在由螺栓紧固的端板110与紧固带之间可生成张力，因此紧固力可增大。此外，当插入体200从初始位置沿着倾斜面111下降时，在由螺栓紧固的端板110和紧固带之间会产生间隔，从而减小紧固力。

同时，如上所述，传递装置114可包括弹性支撑插入体200的弹性体115，因此可根据弹性体115的长度变化，来计算基于插入体200的高度变化的紧固力的变化。例如，倾斜面111的斜率约为10°且端板110与紧固带120可通过螺栓紧固，因此当施加到燃料电池300的电池堆的紧固力约为500kgf时，被传递到传递装置114的侧向力约为88kgf。当紧固力变成约10kgf那么多时，侧向力变成约1.8kgf那么多。基于下面的等式1获得侧向力：

等式1

f1(侧向力)＝F(紧固力)×tan(t)，其中t＝倾斜面的角度

因此，当在传递装置114中设置具有约5kgf/mm弹性模量的弹性体115时，在初始状态中，弹性体115的长度会变化约0.36mm，因此可通过测量弹性体115的长度变化来感测紧固力的变化。

如上所述，根据依照本发明示例性实施例的燃料电池的电池堆紧固结构，可以利用插入体更精确地调节紧固力，并测量施加到插入体的外力，从而计算紧固力。

在上文中，尽管已经参考示例性实施例和附图对本发明进行描述，然而，本发明并非局限于此，在不脱离所附权利要求书中所要求的精神和范围的情况下，本发明所属领域的技术人员还可以进行各种修改和替换。