一种用于燃料电池堆的滑移式固定装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种用于燃料电池堆的滑移式固定装置。


背景技术：

2.燃料电池是利用燃料(氢气)与氧气反应，将化学能转化为电能的一种化学装置，氢燃料电池一般由一个或多个电堆模块组合形成，而电堆模块主要通过多个双极板及膜电极紧密堆叠而成。目前氢燃料电池系统常应用于客货车、轻卡、中重卡，由于需要的氢燃料电池系统功率越来越大，因此需要多个电堆模块组合形成的燃料电池系统才能够满足以上车型动力需求。但是，多个电堆模块组成燃料电池，会出现以下问题：
3.1、多个电堆模块叠层，孔位会存在误差，误差形成的原因一方面是电堆模块产品原因，另一方面是配合电堆模块的固定装置的加工误差。
4.2、电堆模块中的双极板在高低温变化时会出现热胀冷缩现象，影响电堆模块的整体尺寸，电堆模块与固定装置固定后会产生应力，使得电堆模块整体结构受力不均匀，可能会导致电堆密封性差，缩短电堆寿命。
5.中国专利cn108365250a公开了一种燃料电池电堆的固定装置，通过z形的弹性结构设计固定多个电堆模块，避免石墨极板在振动环境中受力过大而损坏，延长电堆寿命。但是该实用新型固定装置未考虑电堆在高低温环境下，自身热胀冷缩产生的应力也会影响电堆寿命。


技术实现要素：

6.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用于燃料电池堆的滑移式固定装置，滑移部与固定部的相对滑移范围依据电堆热胀冷缩极限尺寸差确定，通过滑移部与固定部的相对滑动来抵消电堆双极板在高低温热胀冷缩带来的尺寸偏差，也有效的避免电堆模块整体结构受力不均匀等问题，结构简单、成本低。
7.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.一种用于燃料电池堆的滑移式固定装置，包括底座和多个电堆支架，电堆支架分别固定连接在底座上，所述电堆支架与燃料电池堆的固定板固定连接，底座包括固定部和滑移部，所述固定部与燃料电池堆的pack底板固定连接，所述滑移部与固定部滑动连接。
9.优选的，所述固定部由多根矩形管组成，包括第一横杆和两根第一竖杆，所述第一竖杆的固定端连接至第一横杆的端部；
10.所述滑移部由多根矩形管组成，包括第二横杆和两根第二竖杆，所述第二竖杆的固定端连接至第二横杆的端部；
11.所述第二竖杆的自由端插入第一竖杆的自由端，所述第一竖杆上设有滑移螺栓孔，所述第二竖杆上设有滑移腰型孔，滑移螺栓固定安装至滑移螺栓孔并贯穿滑移腰型孔，随着第二竖杆沿第一竖杆的滑动，所述滑移螺栓在滑移腰型孔内滑动，滑移腰型孔的长度
就是滑移部沿固定部的滑移范围，滑移范围可以根据燃料电池堆双极板热胀冷缩极限尺寸差确定。
12.优选的，所述第一竖杆的矩形管的管壁上设有两个对齐的滑移螺栓孔，其中一个滑移螺栓孔外设有滑移螺母，所述第二竖杆的矩形管的管壁上设有两个对齐的滑移腰型孔，在装配时，先将第二竖杆插入第一竖杆，令滑移螺栓孔落在滑移腰型孔的范围内，插入滑移螺栓，滑移螺栓依次穿过滑移螺栓孔-滑移腰型孔-滑移腰型孔-滑移螺栓孔，与滑移螺母螺接，从而将滑移螺栓固定在滑移螺栓孔内。
13.优选的，所述第一横杆与第一竖杆垂直连接，所述第二横杆与第二竖杆垂直连接。
14.优选的，所述第二竖杆的管径小于第一竖杆的管径，恰好插入第一竖杆。
15.优选的，所述第二竖杆的自由端设有倒角，第二竖杆更易进入第一竖杆，且不会划伤第一竖杆的矩形管内壁。
16.优选的，所述固定部还包括两根固定连杆，所述固定连杆的两端分别与两根第一竖杆连接，所述固定连杆和第一竖杆上均设有安装孔，固定部通过安装孔与燃料电池堆的pack底板固定连接。
17.优选的，固定部通过安装孔与燃料电池堆的pack底板螺接，所述安装孔包括螺栓孔和腰型孔，以燃料电池堆的pack底板所在位置为下方，所述螺栓孔设于固定连杆和第一竖杆的上侧，所述腰型孔设于固定连杆和第一竖杆的下侧，所述螺栓孔与腰型孔一一对应且上下对齐；
18.在装配时，使用固定螺栓将固定部固定在燃料电池堆的pack底板上，螺栓孔与固定螺栓相配合，固定螺栓穿过螺栓孔和腰型孔，腰型孔便于安装，能够消除装配和加工误差。
19.优选的，所述第一横杆和第二横杆上设有支架固定孔，所述电堆支架通过支架固定孔与底座固定连接。
20.优选的，所述电堆支架的数量为4个，第一横杆的两端分别设有一个支架固定孔，第二横杆的两端分别设有一个支架固定孔。
21.优选的，所述电堆支架包括上支架和下支架，下支架的底部固定连接至底座，上支架的底部与下支架的顶部固定连接，上支架和下支架的侧板与燃料电池堆的固定板固定连接。
22.优选的，以滑移部沿固定部的滑移方向为y轴，以垂直于y轴且平行于燃料电池堆的pack底板所在平面的方向为x轴，上支架的底部设有上连接腰型孔，所述上连接腰型孔的长度方向平行于y轴，上支架的底部通过所述上连接腰型孔与下支架的顶部固定连接；下支架的底部设有下连接腰型孔，所述下连接腰型孔的长度方向平行于x轴，下支架的底部通过所述下连接腰型孔与底座固定连接。
23.优选的，上支架和下支架的外形不同，可以很好地区分两种部件，避免装配过程中的安装错误；上支架的上连接腰型孔和下支架的下连接腰型孔能够抵消叠加误差，不需要在装配时对电堆支架进行返修或扩孔等，提升装配速度。
24.优选的，支架固定孔的正面与下支架的下连接腰型孔接触，支架固定孔的背面设有底座连接螺母，底座连接螺栓穿过下连接腰型孔和支架固定孔，与底座连接螺母螺接，从而将下支架固定在底座上。
25.优选的，下支架顶部设有支架连接孔，支架连接孔的正面与上支架底部的上连接腰型孔接触，支架连接孔的背面设有支架连接螺母，支架连接螺栓穿过上连接腰型孔和支架连接孔，与支架连接螺母螺接，从而将上支架与下支架固定连接。
26.优选的，燃料电池堆的固定板上设有通孔，侧板通过固定片与燃料电池堆的固定板固定连接，固定片的长度大于所述通孔的长度，所述侧板与固定片通过紧固螺栓固定连接，燃料电池堆的固定板夹持在侧板与固定片之间。
27.优选的，固定片为金属片，其上设有紧固螺母，一个上支架对应一个固定片，一个下支架对应一个固定片，上支架和下支架的侧板上设有电堆连接孔，紧固螺栓穿过侧板上的电堆连接孔和燃料电池堆的固定板上的通孔，与紧固螺母连接，从而将上支架和下支架与燃料电池堆的固定板固定连接。
28.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
29.(1)滑移部与固定部的滑移范围依据电堆热胀冷缩极限尺寸差确定，通过滑移部与固定部的相对滑动来抵消电堆双极板在高低温热胀冷缩带来的尺寸偏差，也有效的避免电堆模块整体结构受力不均匀等问题，结构简单、成本低。
30.(2)滑移部和固定部由矩形管组成，滑移部的第二竖杆插入固定部的第一竖杆，结构简单、原材料易获得，降低了制造成本，第二竖板上进行了倒角处理，滑移部更易进入固定部，且不会划伤固定部的矩形管的内壁，以免增大摩擦力阻碍固定部与滑移部之间的相对滑动。
31.(3)电堆支架包括上支架和下支架，两种支架进行腰型孔设计，从而抵消叠加误差，不需要在装配时对电堆支架进行返修或扩孔等，提升装配速度，而且底座、电堆支架等零部件之间的装配没有顺序限制，提高了装配效率。
32.(4)零部件的外形不同，能够避免装配时出现差错，整体连接通过焊接、螺栓方式连接，更加可靠，没有使用寿命有限的弹簧片等部件，使用寿命更长，更加安全可靠。
附图说明
33.图1为滑移式固定装置与燃料电池堆的装配示意图；
34.图2为滑移式固定装置的底座结构示意图；
35.图3为滑移式固定装置的底座结构示意图；
36.图4为滑移式固定装置的固定部与滑移部装配示意图；
37.图5为安装孔的结构示意图；
38.图6为电堆支架与燃料电池堆的结构示意图；
39.图7为电堆支架与燃料电池堆的装配示意图；
40.附图标记：1、底座，2、电堆支架，21、上支架，211、上连接腰型孔，22、下支架，221、下连接腰型孔，3、燃料电池堆，4、固定部，41、第一横杆，42、第一竖杆，43、固定连杆，5、滑移部，51、第二横杆，52、第二竖杆，521、倒角，61、滑移螺栓孔，62、滑移腰型孔，63、滑移螺栓，64、滑移螺母，7、安装孔，71、螺栓孔，72、腰型孔，8、支架连接孔，9、固定片。
具体实施方式
41.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型
技术方案为前提进行实施，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。
42.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
43.在本技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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技术的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也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，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
46.实施例1：
47.一种用于燃料电池堆的滑移式固定装置，如图1所示，包括底座1和多个电堆支架2，各个电堆支架2分别固定连接在底座1上，电堆支架2与燃料电池堆3的固定板固定连接，如图2至图4所示，底座1包括固定部4和滑移部5，固定部4与燃料电池堆3的pack底板固定连接，滑移部5与固定部4滑动连接。
48.如图2所示，固定部4由多根矩形管组成，包括第一横杆41和两根第一竖杆42，第一竖杆42的固定端连接至第一横杆41的端部；滑移部5由多根矩形管组成，包括第二横杆51和两根第二竖杆52，第二竖杆52的固定端连接至第二横杆51的端部；
49.如图3所示，第二竖杆52的自由端插入第一竖杆42的自由端，第一竖杆42上设有滑移螺栓孔61，第二竖杆52上设有滑移腰型孔62，滑移螺栓63固定安装至滑移螺栓孔61并贯穿滑移腰型孔62，随着第二竖杆52沿第一竖杆42的滑动，滑移螺栓63在滑移腰型孔62内滑动，滑移腰型孔62的长度就是滑移部5沿固定部4的滑移范围，滑移范围可以根据燃料电池堆3双极板热胀冷缩极限尺寸差确定。这样，当电堆因热障冷缩而发生尺寸改变时，会使得滑移部5相对于固定部4发生滑动，来抵消电堆双极板在高低温热胀冷缩带来的尺寸偏差，也有效的避免电堆模块整体结构受力不均匀等问题。
50.本实施例中固定部4和滑移部5是由矩形管组成的，电堆支架2是钣金件，因此零部件之间的连接方式采用螺栓-螺母方式连接，在其他实施方式中，如果不考虑后期更换、拆卸等，也可以将零部件之间直接进行焊接，如将滑移螺栓63直接焊接在滑移螺栓孔61内等。
51.如图4所示，第一竖杆42的矩形管的管壁上设有两个对齐的滑移螺栓孔61，其中一个滑移螺栓孔61上设有滑移螺母64，滑移螺母64焊接在矩形管的管壁外，第二竖杆52的矩形管的管壁上设有两个对齐的滑移腰型孔62，在装配时，先将第二竖杆52插入第一竖杆42，令滑移螺栓孔61落在滑移腰型孔62的范围内，再插入滑移螺栓63，滑移螺栓63依次穿过滑
移螺栓孔61-滑移腰型孔62-滑移腰型孔62-滑移螺栓孔61，与滑移螺母64螺接，从而将滑移螺栓63固定在滑移螺栓孔61内。本实施例中，直接将滑移螺母64焊接在一个滑移螺栓孔61外。
52.本实施例中，第一横杆41与第一竖杆42垂直连接，第二横杆51与第二竖杆52垂直连接。第二竖杆52的管径小于第一竖杆42的管径，恰好插入第一竖杆42。第二竖杆52的自由端设有倒角521，使得第二竖杆52更易进入第一竖杆42，且不会划伤第一竖杆42的矩形管内壁。
53.为了方便将底座1固定在燃料电池堆3的pack底板上，如图2、图3所示，固定部4还包括两根固定连杆43，固定连杆43的两端分别与两根第一竖杆42连接，固定连杆43和第一竖杆42上均设有安装孔7，第一竖杆42上的安装孔7应不影响第二竖杆52在第一竖杆42内的滑动，固定部4通过安装孔7与燃料电池堆3的pack底板固定连接。在其他实施方式中，也可以仅在固定连杆43上设置安装孔7。
54.如图5所示，固定部4通过安装孔7与燃料电池堆3的pack底板螺接，安装孔7包括螺栓孔71和腰型孔72，以燃料电池堆3的pack底板所在位置为下方，螺栓孔71设于固定连杆43和第一竖杆42的上侧，腰型孔72设于固定连杆43和第一竖杆42的下侧，螺栓孔71与腰型孔72一一对应且上下对齐；在装配时，使用固定螺栓将固定部4固定在燃料电池堆3的pack底板上，螺栓孔71与固定螺栓相配合，固定螺栓穿过螺栓孔71和腰型孔72，腰型孔72便于安装，能够消除装配和加工误差。
55.第一横杆41和第二横杆51上设有支架固定孔8，电堆支架2通过支架固定孔8与底座1固定连接。本实施例中，电堆支架2的数量为4个，第一横杆41的两端分别设有一个支架固定孔8，第二横杆51的两端分别设有一个支架固定孔8。在其他实施方式中，可以根据实际需要，改变电堆支架2的数量，还可以在第一横杆41和第二横杆51上设置更多个支架固定孔8，这样可以灵活改变电堆支架2与底座1的连接位置。
56.如图6至图7所示，电堆支架2包括上支架21和下支架22，下支架22的底部固定连接至底座1，上支架21的底部与下支架22的顶部固定连接，上支架21和下支架22的侧板与燃料电池堆3的固定板固定连接。
57.如图6所示，以滑移部5沿固定部4的滑移方向为y轴，以垂直于y轴且平行于燃料电池堆3的pack底板所在平面的方向为x轴，上支架21的底部设有上连接腰型孔211，上连接腰型孔211的长度方向平行于y轴，上支架21的底部通过上连接腰型孔211与下支架22的顶部固定连接；下支架22的底部设有下连接腰型孔221，下连接腰型孔221的长度方向平行于x轴，下支架22的底部通过下连接腰型孔221与底座1固定连接。
58.支架固定孔8的正面与下支架22的下连接腰型孔221接触，支架固定孔8的背面设有底座连接螺母，底座连接螺栓穿过下连接腰型孔221和支架固定孔8，与底座连接螺母螺接，从而将下支架22固定在底座1上。本实施例中，底座连接螺母直接焊接在支架固定孔8的背面。
59.下支架22顶部设有支架连接孔，支架连接孔的正面与上支架21底部的上连接腰型孔211接触，支架连接孔的背面设有支架连接螺母，支架连接螺栓穿过上连接腰型孔211和支架连接孔，与支架连接螺母螺接，从而将上支架21与下支架22固定连接。本实施例中，支架连接螺母直接焊接在支架连接孔的背面。
60.如图7所示，燃料电池堆3的固定板上设有通孔，侧板通过固定片9与燃料电池堆3的固定板固定连接，固定片9的长度大于通孔的长度，侧板与固定片9通过紧固螺栓固定连接，燃料电池堆3的固定板夹持在侧板与固定片9之间。
61.固定片9为金属片，其上设有紧固螺母，一个上支架21对应一个固定片9，一个下支架22对应一个固定片9，上支架21和下支架22的侧板上设有电堆连接孔，紧固螺栓穿过侧板上的电堆连接孔和燃料电池堆3的固定板上的通孔，与紧固螺母连接，从而将上支架21和下支架22与燃料电池堆3的固定板固定连接。本实施例中，以固定片9靠向电堆支架2的方向为正面，可以直接在正面上焊接两个紧固螺母，紧固螺栓依次穿过电堆连接孔和通孔后螺接在固定片9上，紧固螺母不会打滑，结构简单方便，由于固定片9的长度大于通孔的长度，从而将燃料电池堆3的固定板夹持在侧板与固定片9之间，实现电堆支架2与燃料电池堆3的固定板之间的固定连接。
62.具体的，上支架21和下支架22的结构不同，上支架21的底部开设有上连接腰型孔211(与下支架22顶部的支架连接孔相配合，通过支架连接螺栓和支架连接螺母将上支架21和下支架22连接在一起)，上支架21的侧板有电堆连接孔，下支架22的顶部开设有支架连接孔，下支架22的底部开设有下连接腰型孔221(与底座1的支架固定孔8相配合，通过底座连接螺栓和底座连接螺母将下支架22与底座1连接在一起)，下支架22的侧板有电堆连接孔。
63.除了上连接腰型孔211和下连接腰型孔221之外，还可以进一步改变上支架21和下支架22的外形，参见附图6，使上支架21和下支架22的外形不同，从而可以很好地区分两种部件，尽可能避免装配过程中的安装错误；上支架21的上连接腰型孔211和下支架22的下连接腰型孔221能够抵消叠加误差，不需要在装配时对电堆支架2进行返修或扩孔等，提升装配速度。
64.本技术的优点在于：
65.底座1由矩形钢管焊接而成，电堆支架2为钣金件焊接而成，原材料易获得，且加工工艺少，价格便宜。
66.零件种类少，底座1包括固定部4和滑移部5，电堆支架2包括上支架21和下支架22，而且零件样式不同，易于加工和装配，且装配过程不易出错。
67.本技术使用焊接件、钣金件等通过焊接、螺栓结构进行固定，便于装配、拆卸、后期更换和维修，没有使用寿命有限的零部件(如弹簧片等具有极限寿命的部件)，不需要定期更换零部件，使用寿命长，装置更加安全可靠，极大可能的降低了因零部件损伤导致装置失效，进而损伤电堆的可能性。
68.上支架21和下支架22的腰型孔设计能够抵消叠加误差，不需要在装配时进一步对电堆支架2进行返修或扩孔等，提升装配速度，而且电堆支架2、底座1等零部件的安装没有强制的安装顺序，安装效率更高。
69.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。