一种用于车用燃料电池电堆捆扎的装置的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于车用燃料电池电堆捆扎的装置。

背景技术：

越来越严峻的能源和环境挑战使交通能源动力转型成为全球共识，发展新能源燃料电池汽车被认为是交通能源动力转型的重要环节之一而备受重视。由于质子交换膜燃料电池同时兼备无污染、高效率、适用广、低噪声、可快速补充能量、具有模块化结构等优点，被认为是替代传统内燃机的最理想的动力源之一。燃料电池汽车动力系统的核心部件是质子交换膜燃料电池堆，简称电堆。它是由两个或两个以上(甚至上百个)电池单体通过前后端板，串联在一起给电动汽车供电。燃料电池单体由外而内主要由端板、双极板、密封件和膜电极组成，电化学反应主要在膜电极上发生，膜电极薄、材料脆，是电堆的核心部件，膜电极上压力分布的评估对其性能和安全性十分重要。

为保证电堆的正常工作，需要一定的紧固装置提供足够大的紧固力将燃料电池的各个组件集成在一起成为电堆结构，满足电堆密封性的安全要求和保证电池单体内和电池单体间的紧密接触，使电化学反应所产生的电子能够在电堆内的传递，形成电流。燃料电池堆集成设计与优化是燃料电池的研究热点之一。电堆结构集成紧固参数对燃料电池的性能有重要影响，主要是通过紧固参数(如紧固力大小与紧固力的加载方式)与燃料电池堆性能紧密相关的膜电极压力分布均匀性的相互关系，对电堆性能产生影响。

中国专利CN104064802A公开了了一种燃料电池堆钢带捆绑锁紧式结构，包括燃料电池电堆，前端端板和后端端板，前端版弧度端板和后端弧度端板的内侧面为平面，外侧面为弧面。但是该专利无法调整集成力，无预紧装置保证钢带不发生预紧力松弛，前后钢带接口处拧动螺栓会导致钢带扭曲塑性变形，从而拆卸困难。

专利CN187034A公开了一种单独模块式燃料电池堆，包括单电池组，前后端板，封装带，所述的单电池组由多个单电池贴合串联而成，所述的前后端板设于上述单电池组的端部并将其夹持，所述的封装带捆绑于前后端板外围，从而构成单独模块式燃料电池堆。但是该专利只是单独钢带缠绕封装，无法解决钢带预紧力松弛，集成力调整，钢带细窄，不能提供足够均匀的集成力，由于缺少钢带接口设置，需要单独的钢带缠绕工具进行缠绕，成本增加。

专利CN102171881A公开了一种燃料电池的电池堆以及燃料电池的电池堆的紧固方法，燃料电池的电池堆具备：电池堆主体，具有电池层叠体。配设于电池层叠体的电池的层叠方向的端部的弹性部件以及夹持电池层叠体和弹性部件的一对端板；以及紧固带,在两端部上具有第1带接合部和第2带接合部，以覆盖电池堆主体的一对端面整体和彼此相对的一对侧面的方式在电池堆主体的周围延伸；通过第1带接合部和第2带接合部直接或间接地接合，从而由紧固带紧固电池堆主体。但是该专利同样无法提供均匀集成力，无法调整集成力大小。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种夹紧力可调节且均匀的用于车用燃料电池电堆捆扎的装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于车用燃料电池电堆捆扎的装置，该装置包括依次设置的钢带、预紧端板单元、端板，所述的预紧端板单元和端板分别位于所述电堆的左右两侧，所述端板的上下两侧均设有棘轮单元，所述的钢带呈U字形，钢带包括底部和两个侧翼，两个侧翼分别与所述两个棘轮单元焊接，所述预紧端板单元位于所述钢带和电堆之间。

所述的预紧端板单元包括依次设置的预紧端板、碟簧和弧形端板，所述预紧端板的一侧设有与所述电堆相匹配的凹槽，预紧端板的另一侧设有与所述碟簧相匹配的凹槽；

所述弧形端板一侧与所述碟簧压紧，弧形端板另一侧呈弧形。采用碟簧，可以防止钢带长时间预紧后出现应力松弛现象，采用弧形端板，且钢带与弧形端板相互配合，使得电堆的受力更加均匀。

所述端板与电堆接触的一侧设有与电堆相匹配的凹槽，所述端板的上下两个侧面开设半圆柱形槽。

所述的半圆柱形槽的壁上设有矩形槽。

所述的棘轮单元包括棘轮轴、套设在棘轮轴两侧的棘轮、位于棘轮轴两端并套设在棘轮外侧的棘轮套筒以及用于固定棘轮套筒的棘轮盖板，所述的棘轮盖板通过螺钉与所述的端板连接。

所述的棘轮轴两端的表面设有条形凸起，棘轮轴的中部为光滑圆柱体；

所述的棘轮内部设有带条形槽的空腔，所述条形槽与所述棘轮轴上的条形凸起相匹配，所述的棘轮外壁设有棘轮齿。

所述的棘轮套筒为中空结构，棘轮套筒的一端封闭，棘轮套筒的外壁设有与端板上矩形槽相匹配的凸起，棘轮套筒的内壁设有与所述棘轮轴上条形凸起相匹配的凹槽。

所述的棘轮盖板包括一个凸起及设置在凸起两边的侧翼，所述的凸起下部设有圆柱型槽，所述的圆柱型槽表面设有与所述棘轮套筒外壁上的凸起相匹配的条形槽；所述的侧翼通过螺钉与所述的端板固定。

所述钢带的底面形状与所述的弧形端板的弧形侧面相匹配，所述钢带两个侧翼的一端缠绕在棘轮轴的中间圆柱体上，并均与所述的棘轮轴焊接。

本实用新型对电堆夹紧力施加形式为面加载式夹紧力，夹紧力大小可通过棘轮拧紧方式微量调节，由于在实际使用过程一个电堆的单电池数量因为外界功率需求发生变化，或者根据电堆密封需要其夹紧力也需要变化，这就要求电堆的夹紧力可以调整，并且具有防止钢带应力松弛应得碟簧预紧装置，钢带在预紧长时间后会有应力松弛的现象，这需要有可以自动调节的装置，使得钢带应力松弛之后可以保持持续的张紧力。本实用新型使用棘轮结构可微量调节集成力大小，碟簧结构施加电堆钢带的预紧力。

本实用新型主要的工作状态主要分为两个，调整集成力时和调整集成力完成，调整集成力时，将棘轮套筒提出棘轮盖板和端板组成的空腔，棘轮套筒内壁一部分和棘轮轴的矩形槽配合，棘轮套筒外壁的矩形槽因棘轮套筒被提出棘轮盖板和端板组成的空腔，所以外壁的矩形槽并不会受约束，可以转动，又因棘轮套筒内壁的矩形槽和棘轮轴配合，所以转动时侯会带动棘轮轴转动，棘轮轴和钢带缠绕在一起，棘轮轴和钢带接头处焊接，转动时会将钢带拉紧并进一步缠绕到棘轮轴上，达到调整集成力的目的。调整集成力完成后由于棘轮的固定，拉紧的钢带并不会拉动棘轮轴转动，棘轮套筒插入棘轮盖板和端板组成的空腔，棘轮套筒外壁的矩形齿和棘轮 盖板和端板组成的空腔内壁的矩形槽啮合，起到进一步固定目的。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在以下几方面：

(1)采用钢带进行电堆捆扎，电堆的受力为面加载式夹紧力，受力更加均匀；

(2)采用棘轮轴与钢带进行固定，可对电堆的夹紧力进行微调，调节方便，且使得电堆受的夹紧力大小较为一致；

(3)采用碟簧，可防止钢带长时间预紧后出现应力松弛现象；

(4)采用钢带整体包裹在弧形端板上，受力较多条钢带更加均匀；

(5)采用棘轮套筒调节集成力，可使电堆在不拆卸情况下对电堆进行集成力调整。

附图说明

图1为本实用新型的爆炸示意图；

图2为本实用新型的结构剖面示意图；

图3为钢带的结构示意图；

图4为棘轮及棘轮轴的配合示意图；

图5为棘轮及棘轮轴的配合剖面图；

图6为棘轮套筒的结构示意图。

其中，1为钢带，2为弧形端板，3为碟簧，4为预紧端板，5为电堆，6为端板，7为棘轮轴，8为棘轮盖板，9为棘轮套筒，10为棘轮。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种用于车用燃料电池电堆捆扎的装置，其结构如图1和图2所示，该装置包括依次设置的钢带1、预紧端板单元、端板6，所述的预紧端板单元和端板6分别位于所述电堆5的左右两侧。

预紧端板单元包括弧形端板2、碟簧3和预紧端板4，钢带1和弧形端板2贴合，碟簧3和预紧端板4配合，碟簧3放入预紧端板4预留的槽中再和弧形端板2 被压紧装配，电堆5在预紧端板4和端板6之间，端板6的上下两侧开有半圆柱形状矩形槽，棘轮轴7两边套设棘轮10后，放入端板6的半圆柱形齿轮槽中，棘轮盖板8用螺钉固定在端板6侧面，棘轮盖板8是一个截面形状为T形的板，板内部是半圆柱形空腔，空腔表面上布满了矩形槽，棘轮盖板8和端板6侧面的半圆形槽形成一个圆柱形空腔，棘轮套筒9沿棘轮轴7方向插入圆柱形空腔内，棘轮套筒9外壁和圆柱形空腔内壁的矩形槽配合，矩形槽和棘轮轴7不接触。

其中，钢带1的结构如图3所示，钢带1成U字形，底板呈弧形，且与弧形端板的弧面相匹配；钢带1的两个侧翼的缠绕在棘轮轴的中间圆柱体上，并且在安装时与棘轮轴焊接而成。

棘轮10内部是一个空腔，空腔内壁布满四个矩形槽，棘轮10外侧是棘轮齿，棘轮轴7包括两端和中间的圆柱体，两端是在圆柱体的基础上加工出四个矩形凸起，棘轮10与棘轮轴7的联结为四个矩形槽和四个矩形凸起相互配合，从而牢牢的组装在一起，其结构如图4和图5所示，随着棘轮轴7转动，两端棘轮10也一同转动。

棘轮套筒9端头部分有螺母，螺母下是圆柱体，圆柱体内部有空腔，空腔内部是四个矩形槽，用来和棘轮轴上的矩形槽配合，圆柱体外部接近螺母下表面是矩形槽，用来和棘轮盖板与端板组成的空腔内的矩形槽配合，棘轮套筒的结构如图6所示。施加集成力时，转动棘轮套筒9，再将棘轮套筒9插进棘轮盖板与端板组成的空腔内，保证棘轮套筒9外部的矩形槽和空腔内部的矩形槽配合。

本装置主要的工作状态主要分为两个，调整集成力时和调整集成力完成，调整集成力时，将棘轮套筒9提出棘轮盖板8和端板6组成的空腔，因此，棘轮套筒9并不会受约束，可以转动，又因棘轮套筒9内壁和棘轮轴7配合，所以棘轮套筒9转动时会带动棘轮轴7转动，棘轮轴7和钢带1缠绕在一起，棘轮轴7和钢带1接头处焊接，棘轮轴7转动时会将钢带1拉紧并进一步缠绕到棘轮轴7上，达到调整集成力的目的。调整集成力完成后由于棘轮10的固定，拉紧的钢带1并不会拉动棘轮轴7转动，棘轮套筒9插入棘轮盖板8和端板6组成的空腔，棘轮套筒9外壁与棘轮盖板8和端板6组成的空腔内壁的矩形槽啮合，起到进一步固定目的。