一种能够改善端板受力的燃料电池的制作方法

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种能够改善端板受力的燃料电池。

背景技术：

燃料电池是一种将燃料(如甲醇、氢气等)的化学能转化为电能的电化学装置，简称电堆，质子交换膜燃料电池(PEMFC)就是其中的一种。在实际应用中，一般是由上百个单电池串联成一个电堆，每个部件的制造误差以及在装配过程中的装配误差将会影响装配的质量，甚至严重影响电堆的性能。而装配压力又是影响燃料电池电堆性能的重要参数之一，其值过小会导致双极板和气体扩散层之间的接触压力过小，最终影响密封效果，比如GDL的孔隙率过大、燃料泄露、过大的接触电阻，同时如果接触电阻过大会使得电堆输出功率降低；而其值过大会使接触压力过大，会损坏MEA(尤其是最外层的GDL)，导致GDL的微孔结构毁坏，GDL纤维被压碎，阻碍气体的通过。不管哪种情况,将会导致电池性能的降低。

在保证电堆密封性的前提下，应当尽可能使燃料电池发挥出最大功率，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。这就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，从而保证电池单体内和电池单体间的紧密接触，因此，燃料电池堆集成设计与优化是能够改善端板受力的燃料电池的研究热点之一。经过几年的发展，电堆的紧固装置可以分为两种：一种是传统的螺杆螺母锁紧机构；另一种是钢带捆绑机构。

传统的螺杆螺母锁紧机构——虽然结构简单，组装拆卸方便，但会造成电堆前后端板边缘弯曲中间凸起的现象，导致膜电极和石墨双极板受力不均匀，而且占用空间量大、电堆重量增加等。在现行紧凑性要求和轻量化趋势下，这种方案只应用于小型的实验室电堆。

针对上述问题，有些专利做出了改进，将传统的螺杆螺母锁紧机构改为钢带捆绑机构。这种机构的主要部件包括钢带、钢带头以及钢带锁紧元件。其中具有代表性的是：中国申请专利CN200610171874.9(如图1所示)和CN205692910U(如图2所示)。

专利CN200610171874.9公开了一种具有改进的单元电池组件耦连结构，包括燃料电池电堆，前端板和后端板，前端弧度端板和后端弧度端板的内侧面为平面，外侧面为弧面，且中间开有凹槽，其锁紧元件为螺母螺杆。

专利CN205692910U公开了一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，包括燃料电池电堆,前后端板、碟簧、碟簧压板、钢带紧固机构、U型板等，在后端板设计了一定的圆弧表面，为了让钢带更均匀地将捆绑力施加给石墨板膜电极组，在后端板的钢带贴合处做成了凹槽，方便钢带卡位。

专利CN200610171874.9中方案不足之处是，虽然弧形端板相对于平面型端板，能使端板受力有所改善，但是此弧形端板中间设有凹槽，使端板两边的弧形应力集中区受力，在中间完全不受力，依然会导致端板中间产生弯曲变形。

专利CN205692910U中方案不足之处是，钢带头部的加工制造实现较困难，而且采用的是螺栓连接，需选择尺寸较大的销钉，同时装配耗时，这对于生产装配是不利的。此外，在调节钢带的预紧度时，为了尽量使两边受力均匀，需在两边同时调节且调节量的一致性不好控制。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种能够改善端板受力的燃料电池，其能够改善燃料电池的端板受力情况。

具体地，其技术方案如下：

一种能够改善端板受力的燃料电池，包括电堆、前端板、后端板、前集流板、后集流板、紧固带锁紧机构和传力机构，所述前端板和所述后端板分别设置在所述电堆的两侧，所述前集流板设置在所述前端板与所述电堆之间，所述后集流板设置在所述后端板与所述电堆之间，所述前端板、所述前集流板、所述电堆、所述后集流板、所述后端板和所述传力机构之间依次由所述紧固带锁紧机构锁紧，所述紧固带锁紧机构包括多条紧固带，各所述紧固带的两自由端各设置有一个能够叠在一起的带连接块，所述带连接块上设有楔形孔，所述传力机构设置在所述前端板和所述紧固带之间，所述紧固带锁紧机构还包括楔形螺柱，且往所述楔形孔中旋入所述楔形螺柱时能够将所述传力机构压紧在所述前端板上。

作为对技术方案的进一步改进，所述楔形孔的直径沿接近所述电堆的一侧逐渐增大。

作为对技术方案的进一步改进，所述楔形孔的直径沿接近所述电堆的一侧逐渐减小。

作为对技术方案的进一步改进，还包括盖板、与所述紧固带一一对应的螺母，所述盖板设置在所述紧固带的外侧，所述盖板上设置有用于穿设所述螺母和所述楔形螺柱的通孔，所述螺母被配置为能够不转动地定位在所述通孔内且与所述楔形螺柱螺纹配合，所述楔形螺柱的位于所述盖板一侧的端部设有用于与螺丝刀配合的开口，所述楔形螺柱的位于所述传力机构一侧的端部被配置为能够压紧所述传力机构。

作为对技术方案的进一步改进，所述楔形螺柱的位于所述传力机构的一端设有阶梯轴，所述阶梯轴上套设有套筒，且所述阶梯轴能够在所述套筒内转动，所述套筒被定位在所述传力机构上，所述套筒上套有与所述带连接块抵接的回位弹簧。

作为对技术方案的进一步改进，所述传力机构包括楔形滑块、浮动板和弹性元件，所述楔形滑块的一侧设置有限位槽，所述紧固带设置在所述限位槽中，所述楔形滑块的另一侧为楔形，所述浮动板面向所述紧固带的一侧设置有与所述楔形滑块楔形角度相匹配的斜面，所述浮动板面向所述前端板的一侧设置有与所述弹性元件相匹配的限位孔。

作为对技术方案的进一步改进，所述浮动板面向所述前端板的一侧为平面，所述浮动板面向所述紧固带的一侧的中部为平面，所述浮动板上与所述楔形滑块楔形角度相匹配的斜面设置在所述中部的两侧，所述中部的平面上设置有用于穿设螺栓的通孔。

作为对技术方案的进一步改进，所述中部的平面和与所述楔形滑块楔形角度相匹配的斜面之间设置有过渡垂直面，所述过渡垂直面与所述楔形滑块之间具有预设的间隔，且高出所述楔形斜面末端最高点2mm距离，所述过渡垂直面被配置为能够对所述楔形滑块进行限位。

作为对技术方案的进一步改进，所述过渡垂直面与所述中部的平面垂直。

作为对技术方案的进一步改进，所述紧固带的两自由端的所述带连接块分别为第一带连接块和第二带连接块，所述第一带连接块连接部分向远离所述电堆的方向偏移第一预设距离，所述第二带连接块连接部分向接近所述电堆的方向偏移第二预设距离，当所述第一带连接块、所述第二带连接块上的所述楔形孔居中叠放再一起时，所形成的组合孔与所述楔形螺柱的楔形角度刚好一致。

本实用新型至少具有以下有益效果：

1)本实用新型中，带连接块中的楔形孔与楔形螺柱组成楔形涨紧机构，此机构安装、拆卸方便，一定程度上改善了螺栓连接装配耗时的弊端，同时可控制调节量的一致性。

2)引入了传力机构，传力机构设置在前端板和紧固带之间，且往所述楔形孔中插入楔形螺柱时能够将传力机构压紧在前端板上，传力机构的设置能够避免钢带直接作用到前端板，防止前端板变形。进一步地，传力机构采用楔形滑块，楔形滑块在浮动板斜面上滑动时，将所受的紧固带带预紧力传给浮动板，而浮动板将所受的力分解为一个垂直力和一个水平力，其中均匀的垂直力通过弹性元件传给前端板，而水平力则由自身承受，由于楔形滑块是可以上下滑动，所以浮动板所承受的水平力较之以前的结构明显的减少，从而应力集中现象得到改善；

3)通过布置弹性元件，可将紧固带的预紧力均匀的传至前端板，同时可补偿紧固带调节过程中出现应力松弛现象。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型实施例1中燃料电池的等轴爆炸视图；

图2是本实用新型实施例1中燃料电池装配后的等轴视图；

图3是本实用新型实施例1中燃料电池去除盖板后的装配等轴视图；

图4是本实用新型实施例1中燃料电池装配完成后前端的剖面图；

图5是本实用新型实施例1中燃料电池装配完成后后端的剖面图；

图6是本实用新型实施例2中燃料电池装配完成后前端的剖面图。

主要元件符号说明：

1-后端板；2-后集流板；3-电堆，4-紧固带；5-前集流板；6-前端板；7-浮动板；8-盖板；9、10、12、13-接头；11-螺栓；41-第一带连接块；42-第二带连接块；43-套筒；44-回位弹簧；45-楔形螺柱；46-螺母；71-定位柱；72-弹性元件；73-楔形滑块。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本实用新型的各种实施例。本实用新型可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本实用新型的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本实用新型理解为涵盖落入本实用新型的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本实用新型的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本实用新型的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本实用新型的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本实用新型的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本实用新型的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：在本实用新型中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“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、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是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，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，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者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。

在本实用新型的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本实用新型的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本实用新型的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本实施例提供了一种能够改善端板受力的燃料电池，其能够改善燃料电池的端板受力情况。

具体地，请一并参阅图1-图5，该能够改善端板受力的燃料电池包括电堆3、前端板6、后端板1、前集流板5、后集流板2、紧固带锁紧机构和传力机构。

其中，电堆3由上百个单电池串联而成，单电池具有多种结构类型，本实施例中优选为质子交换膜能够改善端板受力的燃料电池(PEMFC)，它主要是由膜电极(MEA，包括质子交换膜、电极、气体扩散层和催化剂层)、双极板等组成。膜电极是PEMFC的核心部件，是电子导电绝缘体，氢离子的良导体。质子交换膜只允许阳极产生的质子通过到达阴极，而阳极产生的电子则通过外电路到达阴极。

在本实施例中，前端板6和后端板1分别设置在电堆3的两侧，前集流板5设置在前端板6与电堆3之间，后集流板2设置在后端板1与电堆3之间，前端板6、前集流板5、电堆3、后集流板2、后端板1和传力机构之间依次由紧固带锁紧机构锁紧。其中，紧固带锁紧机构包括多条紧固带4。优选地，紧固带4为钢带。

各紧固带4的两自由端各设置有一个能够叠在一起的带连接块，带连接块上设有楔形孔。传力机构设置在前端板6和紧固带4之间，紧固带锁紧机构还包括楔形螺柱45，且往楔形孔中旋入楔形螺柱45时能够将传力机构压紧在前端板6上。

具体而言，紧固带4的两自由端的带连接块分别为第一带连接块41和第二带连接块42，第一带连接块41连接部分向远离电堆3的方向偏移第一预设距离，第二带连接块42连接部分向接近电堆3的方向偏移第二预设距离，当第一带连接块41、第二带连接块42上的楔形孔居中叠放再一起时，所形成的组合孔与楔形螺柱45的楔形角度刚好一致。优选地，第一预设距离和第二预设距离为0.5mm。

优选地，楔形孔的直径沿接近电堆3的一侧逐渐增大。

优选地，还包括盖板8、与紧固带4一一对应的螺母46，盖板8设置在紧固带4的外侧。盖板8上设置有用于穿设螺母46和楔形螺柱45的通孔，螺母46被配置为能够不转动地定位在通孔内且与楔形螺柱45螺纹配合，楔形螺柱45的位于盖板8一侧的端部设有用于与螺丝刀配合的开口，楔形螺柱45的位于传力机构一侧的端部被配置为能够压紧传力机构。

本实施例中，螺母46被配置为能够不转动地定位在通孔内且与楔形螺柱45螺纹配合的一种优选的方式是，螺母46的外表面为多边形结构，通孔具有与螺母46外表面匹配的形状，使得螺母46被限制在通孔内无法转动。

优选地，楔形螺柱45的位于传力机构的一端设有阶梯轴，阶梯轴上套设有套筒43，套筒43被配置为能够不转动地定位在传力机构上，套筒43上套有与带连接块抵接的回位弹簧44。

优选地，传力机构包括楔形滑块73、浮动板7和弹性元件72，楔形滑块73的一侧设置有限位槽，紧固带4设置在限位槽中，浮动板7的一侧设置有与楔形滑块73楔形角度相匹配的斜面，浮动板7的另一侧设置有与弹性元件72相匹配的限位孔。

优选地，前端板6为平面型端板，且端面两侧对称设置弹性元件72的限位盲孔，以及中部设有凸台，凸台上设有用于盖板8固定螺栓的螺纹盲孔。

优选地，浮动板7面向前端板6的一侧为平面，浮动板7面向紧固带4的一侧的中部为平面，浮动板7上与楔形滑块73楔形角度相匹配的斜面设置在该中部的两侧，该中部的平面上设置有用于穿设螺栓的通孔。

优选地，该中部的平面和与楔形滑块73楔形角度相匹配的斜面之间设置有过渡垂直面，过渡垂直面与楔形滑块73之间具有间隙，且过渡垂直面被配置为能够对楔形滑块73进行限位。

优选地，中部的平面上设置有用于穿设楔形螺柱45的沉头通孔，沉头深度可以根据紧固带的调节量进行调整，优选为2mm，且设有与楔形螺柱45配合的右旋螺纹。

优选地，过渡垂直面与中部的平面垂直。

在本实施例中，套筒43被定位在传力机构上的一种优选的方式是，套筒43面向浮动板7的一端的外表面为多边形结构，浮动板7上设置有与套筒43外表面匹配的凹槽，面向浮动板7的一端被设置在凹槽中。

优选地，后端板1为弧度型端板，后端板1端部设有与紧固带4的弯曲面相匹配的凹槽，紧固带4卡入到凹槽中。

优选地，前端板6为平面型端板，前端板6外侧设有与紧固带4相匹配的限位槽，前端板6上还设置有多个分别用于，连接水、空气、氢气等的接头9、10、12、13。

优选地，弹性元件72为碟簧，其套装在定位柱71上。

本实施例至少具有以下有益效果：

1)本实施例中，带连接块中的楔形孔与楔形螺柱45组成楔形涨紧机构，此机构安装、拆卸方便，一定程度上改善了螺栓11连接装配耗时的弊端，同时可控制调节量的一致性。

2)引入了传力机构，传力机构设置在前端板6和紧固带4之间，且往楔形孔中插入楔形螺柱45时能够将传力机构压紧在前端板6上，传力机构的设置能够避免钢带直接作用到前端板6，防止前端板6变形。进一步地，传力机构采用楔形滑块73，楔形滑块73在浮动板7斜面上滑动时，将所受的紧固带4带预紧力传给浮动板7，而浮动板7将所受的力分解为一个垂直力和一个水平力，其中均匀的垂直力通过弹性元件72传给前端板6，而水平力则由自身承受，由于楔形滑块73是可以上下滑动，所以浮动板7所承受的水平力较之以前的结构明显的减少，从而应力集中现象得到改善；

3)通过布置弹性元件72，可将紧固带4的预紧力均匀的传至前端板6，同时可补偿紧固带4调节过程中出现应力松弛现象。

实施例2

本实施例提供了一种能够改善端板受力的燃料电池，其能够改善燃料电池的端板受力情况。

与实施例1相比，本实施例的主要区别在于：

本实施例中，如图6所示，楔形孔的直径沿接近电堆3的一侧逐渐减小。

相应地，在安装时，将楔形螺柱45从下往上插入楔形孔中实现调节。

此外，本实施例中，螺母46位于盖板8的外部。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施场景，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。