一种恒距式燃料电池电堆框架结构的制作方法

本实用新型涉及燃料电池系统应用领域，尤其是涉及一种恒距式燃料电池电堆框架结构。

背景技术：

作为一种零污染、高效的化学能源转化为电能的发电装置，燃料电池系统在重载、长续航载货车和大客车上等场景上有着较好的使用经济性。燃料电池单体电压只有0.7v左右，实际使用过程中需要将多个单体电池串联组装成燃料电池电堆，燃料电池电堆是燃料电池系统的核心部件，燃料电池电堆的性能和装配制造的合理性直接影响到燃料电池系统的性能和使用。燃料电堆组装框架的设计一方面需要保证电堆性能的良好发挥，另外一方面还需要满足电堆装配工艺要求，是电堆组装工艺技术实现的重要组成部分。

现有技术中，燃料电池电堆由若干个单体电池和密封圈交替堆叠，组装时通常用恒压压缩后用拉杆和螺栓拧紧，使得电极、扩散层、双极板接触良好，且氢气回路和空气回路均不能出现漏气现象。例如，在中国专利文献上公开的“一种燃料电池电堆组装装置”，其公告号cn202333047u，包括电子万能试验机和电脑(含程序软件)。电子万能试验机主要由立柱、移动横梁、压力传感器、上压板、下压板和台面组成。组装方法是将堆叠好的燃料电池电堆放置在下压板上，设置加载力的程序，开启程序即可对电堆进行施力，当达到要求的组装力时程序自动保载，用螺杆和螺帽将电堆紧固好。

但因单体电池尺寸不同，单体电池之间的密封圈形状和尺寸各不相同，恒压组装电堆之前需要做大量的实验以验证工艺参数的合理性，且常规压缩机为油压压缩机，输出的压力精度不高，恒压法组装电堆时压力的波动容易导致电堆密封圈过压缩或者压缩量不够的现象，导致电堆漏气。另一方面，螺栓紧固需要人工进行紧固操作，压紧力不均匀，影响电堆功率密度的发挥。同时，过多的紧固螺栓固定影响电堆装配效率，不利于大规模自动化生产。

技术实现要素：

本实用新型是为了克服现有技术中使用恒压法组装燃料电池电堆，并使用螺栓固定时，因单体电池尺寸不同，单体电池之间的密封圈形状和尺寸各不相同，恒压组装电堆之前需要做大量的实验以验证工艺参数的合理性；组装时压力的波动容易导致电堆密封圈过压缩或者压缩量不够的现象，导致电堆漏气；且螺栓紧固需要人工进行紧固操作，压紧力不均匀，影响电堆功率密度的发挥；同时，过多的紧固螺栓固定影响电堆装配效率，不利于大规模自动化生产的问题，提供一种恒距式燃料电池电堆框架结构，简化了燃料电池电堆组装时的工艺参数设定，同时又可以精确保证单体电池之间压缩均匀，提高了燃料电池电堆的性能，并且缩短了燃料电池电堆的装配时间，使装配操作可以大规模生产。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种恒距式燃料电池电堆框架结构，包括相对设置的两块固定端板、用于连接两块固定端板相对应的角的侧固定条以及用于连接两块固定端板中部的固定条，固定端板包括固定面及固定面四周垂直向内弯折形成的翻边，侧固定条和固定条两端与翻边上设有相对应的铆接孔，侧固定条两端分别与两块固定端板上的翻边相对应的角铆接，固定条位于侧固定条之间，固定条两端分别与两块固定端板上的翻边中部铆接，固定端板、侧固定条和固定条形成长方体框架结构，固定端板的固定面之间还设有两个定位柱，两个定位柱位于长方体框架结构的两个斜对角上。

燃料电池电堆组装时，先将单体电池和密封圈堆叠形成电堆后，在堆叠好的电堆两端放置绝缘板，再将两块固定端板分别放置在两端的绝缘板外，然后使用压缩机将堆叠好的电堆、绝缘板及固定端板整体压缩到电堆理论距离后，将侧固定条和固定条通过拉铆工艺与固定端板连接，即可完成组装。

对单体电池进行堆叠时，各单体电池两个相对的角上设有允许定位柱穿过的通孔，通过穿过通孔的两根定位柱实现堆叠时对单体电池的预定位，方便单体电池的堆叠操作，减少堆叠时间，提高堆叠的准确性，从而提高燃料电池电堆的整体性能。

将两块固定端板通过侧固定条和固定条铆接固定，侧固定条和固定条两端铆接孔的距离可以根据单体电池理论厚度和单体电池之间密封圈理论压缩量计算得到，简化了工艺参数设定，因侧固定条和固定条上的铆接孔在同一平面上，孔间距可以精确保证，从而保证了电堆总装配尺寸的准确，电堆组装完成之后，单体电池之间的密封圈的压缩比一致。

侧固定条和固定条可以根据电堆长度自由调整，固定端板为开模件，在单体电池尺寸不变的前提下可以共用，实现低成本柔性化装配。侧固定条和固定条与固定端板采用铆接的方式固定，与螺栓固定相比可以用铆钉枪进行装配，无需人工手动紧固，压紧力均匀，不会影响电堆功率密度的发挥；并且缩短了装配时间，有利于大规模生产；与焊接固定相比便于后期维护维修。

作为优选，侧固定条为由两个相互垂直的安装面组成的l型结构，两个安装面两端分别设有铆接孔，两个安装面分别与固定端板的两个相邻的翻边铆接。l型的侧固定条可以为为钣金折弯成型件，两个安装面分别与固定端板的两个相邻的翻边铆接，保证了固定端板角部两侧受力均匀，且四个角部可以得到有效的固定和连接，框架中的电堆棱部可以得到有效保护。

作为优选，侧固条两个安装面的交接处设有圆倒角。在两个安装面的交界处设置圆倒角，可以减轻侧固定条棱部的锋利程度，避免工作人员在装配和对组装好的燃料电池电堆进行搬运和运输时受伤。

作为优选，固定条两端的铆接孔之间设有固定条加强筋。增加了固定条的强度和刚度，对框架内的电堆进行有效承载和保护，整体结构不易变形和损坏。

作为优选，固定条加强筋为横截面呈长圆形的凸起，固定条加强筋中心设有减重通孔。在增加固定条的刚度和强度的同时可以减轻固定条的重量，以减轻燃料电池电堆的总重量，便于运输和使用。

作为优选，固定端板的翻边上设有用于燃料电池电堆装配的电堆装配孔，所述电堆装配孔与翻边上的铆接孔交错设置。在固定端板的翻边上设置电堆装配孔，便于电堆和固定端板的装配，电堆装配孔与铆接孔交错设置，使固定端板和电堆整体各处受力均匀，不会影响电堆的整体性能。

作为优选，固定端板的固定面上设有用于电堆取电或进出气体的让位孔，方便燃料电池电堆的使用。

作为优选，固定端板的固定面外侧设有若干固定端板加强筋，所述固定端板加强筋包括互相垂直的横向加强筋和纵向加强筋，所述横向加强筋和纵向加强筋之间形成减重槽。固定端板可以采用高压铸铝成型，在保证刚度和强度的前提下减轻了重量，并且实现了功能集成和低成本规模化生产。

因此，本实用新型具有如下有益效果：

(1)将两块固定端板通过侧固定条和固定条铆接固定，固定端板之间的距离可以根据单体电池理论厚度和单体电池之间密封圈理论压缩量计算得到，简化了工艺参数设定，同时又可以精确保证单体电池之间压缩均匀；

(2)侧固定条和固定条与固定端板采用铆接的方式固定，与螺栓固定相比可以用铆钉枪进行装配，无需人工手动紧固，压紧力均匀，不会影响电堆功率密度的发挥；并且缩短了装配时间，有利于大规模生产；

(3)侧固定条和固定条可以根据电堆长度自由调整，固定端板为开模件，在单体电池尺寸不变的前提下可以共用，实现低成本柔性化装配；

(4)固定端板上集成了侧固定条和固定条固定用铆接孔、电堆装配孔、电堆取电或进出气体的让位孔、加强筋、以及由加强筋围起来的减重槽等，固定端板在保证刚度和强度的前提下实现了功能集成和低成本规模化生产。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是固定端板的一种结构示意图；

图3是侧固定条的一种结构示意图；

图4是固定条的一种结构示意图。

图中：1固定端板、101固定面、102翻边、103电堆装配孔、104让位孔、105固定端板加强筋、106减重槽、2侧固定条、201圆倒角、3固定条、301固定条加强筋、302减重通孔、4定位柱、5铆接孔、6单体电池。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

实施例：

如图1所示的实施例中，一种恒距式燃料电池电堆框架结构，包括相对设置的两块固定端板1、四个用于连接两块固定端板相对应的角的侧固定条2以及四个用于连接两块固定端板中部的固定条3。

固定端板1为高压铸铝成型件，如图2所示，固定端板包括固定面101及固定面四周垂直向内弯折形成的翻边102，固定端板的翻边上设有用于与侧固定条和固定条连接的铆接孔5和用于燃料电池电堆装配的电堆装配孔103，电堆装配孔与翻边上的铆接孔交错设置。固定端板的固定面上设有用于电堆取电或进出气体的让位孔104，固定端板的固定面外侧设有若干固定端板加强筋105，固定端板加强筋包括互相垂直的横向加强筋和纵向加强筋，横向加强筋和纵向加强筋之间形成减重槽106。

侧固定条2为钣金折弯成型件，如图3所示，侧固定条为由两个相互垂直的安装面组成的l型结构，两个安装面两端分别设有和固定端板翻边角部相对应的铆接孔，两个安装面分别与固定端板的两个相邻的翻边铆接，侧固条两个安装面的交接处设有圆倒角201。

固定条3为冲压成型件，如图4所示，固定条两端分别设有与固定端板翻边中部相对应的铆接孔，两个铆接孔之间设有四个固定条加强筋301，固定条加强筋为横截面呈长圆形的凸起，固定条加强筋中心设有减重通孔302。

侧固定条两端分别通过穿过铆接孔的铆钉与两块固定端板上的翻边相对应的角铆接，固定条位于侧固定条之间，固定条两端分别通过穿过铆接孔的铆钉与两块固定端板上的翻边中部铆接，固定端板、侧固定条和固定条形成长方体框架结构，固定端板的固定面之间还设有两个定位柱4，两个定位柱位于长方体框架结构的两个斜对角上。由单体电池6堆叠形成的电堆位于框架结构内。

燃料电池电堆组装时，先将单体电池和密封圈堆叠形成电堆后，在堆叠好的电堆两端放置绝缘板，再将两块固定端板分别放置在两端的绝缘板外，然后使用压缩机将堆叠好的电堆、绝缘板及固定端板整体压缩到电堆理论距离后，将侧固定条和固定条通过拉铆工艺与固定端板连接，即可完成组装。

对单体电池进行堆叠时，各单体电池两个相对的角上设有允许定位柱穿过的通孔，通过穿过通孔的两根定位柱实现堆叠时对单体电池的预定位，方便单体电池的堆叠操作，减少堆叠时间，提高堆叠的准确性，从而提高燃料电池电堆的整体性能。

侧固定条和固定条两端铆接孔的距离可以根据单体电池理论厚度和单体电池之间密封圈理论压缩量计算得到，简化了工艺参数设定，因侧固定条和固定条上的铆接孔在同一平面上，孔间距可以精确保证，从而保证了电堆总装配尺寸的准确。