一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，其结构由后到前依次包括：后端板、后端铜排、石墨板膜电极组、前端铜排、前端板、碟簧、碟簧压板，然后用U型钢带将上述几部分锁固起来，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；在前端板上做了卡槽，让碟簧压板可以插入，目的是让第一螺栓在旋入横杆过程中防止钢带的扭转，钢带不会碰到石墨板。石墨板膜电极组长度变短时，碟簧就松开一定长度，抵消石墨板膜电极组的长度变化；石墨板膜电极组长度变长时，碟簧就被压紧，抵消石墨板膜电极组的长度变化，保证电堆的性能不会影响太大。
【专利说明】
一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置
技术领域
[0001]本发明涉及质子交换燃料电池领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置。
【背景技术】
[0002]燃料电池是通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能的装置，是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电装置。其中的质子交换膜燃料电池因其具有效率高、能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点，而在地面发电站、电动车和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。燃料电池内部主要由质子交换膜、电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成。当燃料电池工作时，其内部发生下述反应过程:反应气体在扩散层内扩散，当反应气体到达催化层时，在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应;阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传递到阴极侧，电子经外电路到达阴极，同氧分子反应结合成水，同时放出热量。电极反应为:
[0003]阳极(负极):H2—2H++2e
[0004]阴极(正极):I/202+2H++2e^H20
[0005]电池反应:Η2+1/202—Η20
[0006]—个典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极放在两块导电的导流极板中间，两块导流板分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这样形成的一个燃料电池称为单电池，为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，需要将多个单电池通过直叠的方式串联成电池组，又叫燃料电池堆。在燃料电池堆中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。电堆通过前端板、后端板及螺杆紧固在一起。
[0007]传统电堆使用螺杆来紧固电堆，这种方式会造成电堆前后端板有少量弯曲现象，对膜电极和石墨板压力不均匀，拆装电堆繁琐。
[0008]对比专利“200720199028.8—种紧固带封装装置”，它的不足是:
[0009]1.采用厚0.1-0.5cm的不锈钢带，钢带在使用前，必须先折弯成那个形状，一旦折弯好，钢带中间直线部分的长度也就固定了，但是燃料电池中间的“石墨板和膜电极”的理想压紧长度无法预先准确知道，需要在活化测试过程中调节，所以在该专利中的钢带一旦安装后就无法进行微调，对电堆性能无法很好把控。
[0010]2.随着温度变化产生热胀冷缩、膜电极的弹性降低、石墨板表面密封胶的变形，造成燃料电池中间的“石墨板和膜电极”的长度变化，而此种钢带结构，无法适应这种长度变化，会对燃料电池造成一定性能影响。
[0011 ] 对比专利“201420347326.7—种燃料电池堆钢带捆绑式锁紧结构”，它的不足有:
[0012]1.电池在装配设备装配完毕，电池从装配设备上取下后，要再进一步紧固，就需要用很大的旋转力，扳手受到电池侧面的限制，旋转只能在一定角度内，
[0013 ] 2.在紧固过程中，钢带会被扭曲碰到石墨板。
【发明内容】
[0014]本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，本发明的钢带紧固装置结构简单、使用方便，可以随时人工调节电池堆的长度，并且该结构采用碟簧，可以自适应补偿石墨板和膜电极部分的长度变化，保证电堆性能的稳定性。
[0015]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
[0016]—种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，其包括:石墨板膜电极组，前端板，后端板，所述前端板和后端板分别设置在所述石墨板膜电极组的两侧，所述前端板与所述石墨板膜电极组之间设有前端铜排，所述后端板与所述石墨板膜电极组之间设有后端铜排，所述前端板、前端铜排、石墨板膜电极组、后端铜排、后端板之间依次由钢带紧固，所述钢带为U型结构，所述钢带的两自由端均内弯成挂钩，所述挂钩的端面上设有弯曲的长腰孔，所述挂钩中内设有带螺纹孔的横杆，通过第一螺栓穿过所述横杆中的螺纹孔将挂钩与所述前端板紧固；
[0017]所述后端板的外部设有与所述钢带的弯曲面相匹配的凹槽，所述钢带卡入到所述凹槽中；
[0018]所述前端板的两侧边均设有与所述挂钩相匹配的限位槽，所述横杆内置于所述挂钩后，所述挂钩穿过所述限位槽，所述挂钩由所述限位槽支撑，所述前端板的端面上设有若干圆形盲孔，所述圆形盲孔的中心为内螺纹盲孔，所述圆形盲孔中设有碟簧导套，所述碟簧导套由第二螺栓旋至所述内螺纹盲孔中锁固，所述碟簧导套上套设有碟簧，所述碟簧上设有碟簧压板，所述碟簧压板上设有与所述第一螺栓配合的螺纹孔，所述第一螺栓穿过所述碟簧压板锁固至所述横杆中的螺纹孔中；
[0019]所述碟簧压板与所述碟簧的接触面为内凸的凸台面，所述碟簧压板的两侧为高于所述凸台面的卡边，所述前端板与所述碟簧压板接触的端面上设有两条卡槽，所述卡边卡入至所述卡槽中。
[0020]进一步地，所述后端板的外部为圆弧面，所述凹槽设置于所述圆弧面上，所述后端板与所述后端铜排的接触面为平面。
[0021]进一步地，所述后端板的四周均宽于所述石墨板膜电极组的四周。
[0022]进一步地，所述前端板的四周均宽于所述石墨板膜电极组的四周。
[0023]进一步地，所述后端铜排的本体与所述石墨板膜电极组的端面齐平，所述后端铜排的端子突出于所述石墨板膜电极组的一侧。
[0024]进一步地，所述前端铜排的本体与所述石墨板膜电极组的端面齐平，所述前端铜排的端子突出于所述石墨板膜电极组的一侧。
[0025]本发明的有益效果是:
[0026]其一、本发明的质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，其结构由后到前依次包括:后端板、后端铜排、石墨板膜电极组、前端铜排、前端板、碟簧、碟簧压板，然后用U型钢带将上述几部分锁固起来，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;钢带的自由端是采用挂钩的形式，并且在前端板上设有与挂钩配合的限位槽，方便锁固，在前端板上做了卡槽，让碟簧压板可以插入，目的是让第一螺栓在旋入横杆过程中防止钢带的扭转，钢带不会碰到石墨板。
[0027]碟簧的使用，是为了让石墨板膜电极组长度变短时，碟簧就松开一定长度，抵消石墨板膜电极组的长度变化;石墨板膜电极组长度变长时，碟簧就被压紧，抵消石墨板膜电极组的长度变化，保证电堆的性能不会影响太大。并且，第二螺栓安装完毕后与碟簧压板表面平齐，美观性好。
[0028]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来将，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的附图。
[0030]图1是本发明电堆的爆炸图；
[0031]图2是本发明装配后电堆的主视图
[0032]图3是图2的后视图；
[0033]图4是装配完成后电堆后端的剖面图；
[0034]图5是装配完成后电堆前端的剖面图；
[0035]图6是本发明装配过程第一阶段的结构示意图；
[0036]图7是本发明装配过程第二阶段的结构示意图；
[0037]其中，1-后端板，11-凹槽，2-后端铜排，3-石墨板膜电极组，4-钢带，41-挂钩，42-长腰孔，5-前端铜排，6-横杆，7-前端板，71-限位槽，72-卡槽，73-圆形盲孔，74-内螺纹盲孔，8-碟簧导套，9-第二螺栓，10-碟簧，11-碟簧压板，110-卡边，111-凸台面，12-第一螺栓。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]实施例
[0040]参照图1-3所示，本实施例中公开了一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，该装置依次包括:后端板1、后端铜排2、石墨板膜电极组3、前端铜排5、前端板7、碟簧10、碟簧压板11，通过钢带4套在上述后端板I的外部，依次将后端板1、后端铜排2、石墨板膜电极组
3、前端铜排5、前端板7锁固起来，然后通过第一螺栓12将上述碟簧压板11锁固安装好。
[0041]在本实施例中，以后端板I作为装置的后端，以前端板I作为装置的前端，并且石墨板膜电极组3是电池堆的主体部分。
[0042]具体的，上述钢带4为U型结构，钢带4与后端板I接触的面为弯曲圆弧状，上述钢带4的两自由端均内弯成挂钩41，一个钢带4上的两个挂钩41的弯曲方向是相向的，并且在上述挂钩41的端面上设有弯曲的长腰孔42，上述挂钩41中内设有带螺纹孔的横杆6，通过第一螺栓12穿过上述横杆6中的螺纹孔将挂钩41与上述前端板7紧固。
[0043]如图4所示，上述后端板I的外部为圆弧面，在上述后端板I的圆弧面上设有与上述钢带4的弯曲面相匹配的凹槽11，上述钢带4卡入到上述凹槽11中，上述后端板I与上述后端铜排2的接触面为平面。
[0044]将上述后端板I的四周设计成均宽于上述石墨板膜电极组3的四周，将后端铜排2的本体与上述石墨板膜电极组3的端面齐平，上述后端铜排2的端子突出于上述石墨板膜电极组3的一侧。
[0045]如图5所示，在上述前端板7的两侧边均设有与上述挂钩41相匹配的限位槽71，上述横杆6内置于上述挂钩41后，上述挂钩41穿过上述限位槽71，上述挂钩41由上述限位槽71支撑，上述前端板7的端面上设有若干圆形盲孔73，上述圆形盲孔73的中心为内螺纹盲孔74，上述圆形盲孔73中设有碟簧导套8，上述碟簧导套8由第二螺栓9旋至上述内螺纹盲孔74中锁固，上述碟簧导套8上设有碟簧10，上述碟簧10上设有碟簧压板11，上述碟簧压板11上设有与上述第一螺栓12配合的螺纹孔，上述第一螺栓12穿过上述碟簧压板11锁固至上述横杆6中的螺纹孔中。
[0046]具体的，上述碟簧压板11与上述碟簧10的接触面为内凸的凸台面111，上述碟簧压板11的两侧为高于上述凸台面111的卡边110，上述前端板7与上述碟簧压板11接触的端面上设有两条卡槽72，上述卡边110卡入至上述卡槽72中。目的是让第一螺栓在旋入横杆过程中防止钢带的扭转，钢带不会碰到石墨板。
[0047]并且，上述前端板7的四周均宽于上述石墨板膜电极组3的四周；上述前端铜排5的本体与上述石墨板膜电极组3的端面齐平，上述前端铜排5的端子突出于上述石墨板膜电极组3的一侧。
[0048]本实施例中的装置的安装步骤如下:将后端板1、后端铜排2、石墨板膜电极组3、前端铜排5、前端板7叠放在一起，如图6所示;将碟簧导套8用第二螺栓9安装于前端板7上，将碟簧10套于碟簧导套8上，安装钢带4，横杆6安装于钢带4的挂钩41中，如图7所示。
[0049]安装碟簧压板11，碟簧压板11的部分插入前端板7的对应限位槽71内，见图6;用第一螺栓12穿过碟簧压板11上的沉孔，连接于横杆6上并旋紧，最终装配完成效果见图2。
[0050]其结构由后到前依次包括:后端板、后端铜排、石墨板膜电极组、前端铜排、前端板、碟簧、碟簧压板，然后用U型钢带将上述几部分锁固起来，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;钢带的自由端是采用挂钩的形式，并且在前端板上设有与挂钩配合的限位槽，方便锁固，在前端板上做了卡槽，让碟簧压板可以插入，目的是让第一螺栓在旋入横杆过程中防止钢带的扭转，钢带不会碰到石墨板。
[0051]碟簧的使用，是为了让石墨板膜电极组长度变短时，碟簧就松开一定长度，抵消石墨板膜电极组的长度变化;石墨板膜电极组长度变长时，碟簧就被压紧，抵消石墨板膜电极组的长度变化，保证电堆的性能不会影响太大。并且，第二螺栓安装完毕后与碟簧压板表面平齐，美观性好。
[0052]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，其包括:石墨板膜电极组，前端板，后端板，所述前端板和后端板分别设置在所述石墨板膜电极组的两侧，所述前端板与所述石墨板膜电极组之间设有前端铜排，所述后端板与所述石墨板膜电极组之间设有后端铜排，所述前端板、前端铜排、石墨板膜电极组、后端铜排、后端板之间依次由钢带紧固，所述钢带为U型结构，所述钢带的两自由端均内弯成挂钩，所述挂钩的端面上设有弯曲的长腰孔，所述挂钩中内设有带螺纹孔的横杆，通过第一螺栓穿过所述横杆中的螺纹孔将挂钩与所述前端板紧固； 其特征在于，所述后端板的外部设有与所述钢带的弯曲面相匹配的凹槽，所述钢带卡入到所述凹槽中； 所述前端板的两侧边均设有与所述挂钩相匹配的限位槽，所述横杆内置于所述挂钩后，所述挂钩穿过所述限位槽，所述挂钩由所述限位槽支撑，所述前端板的端面上设有若干圆形盲孔，所述圆形盲孔的中心为内螺纹盲孔，所述圆形盲孔中设有碟簧导套，所述碟簧导套由第二螺栓旋至所述内螺纹盲孔中锁固，所述碟簧导套上套设有碟簧，所述碟簧上设有碟簧压板，所述碟簧压板上设有与所述第一螺栓配合的螺纹孔，所述第一螺栓穿过所述碟簧压板锁固至所述横杆中的螺纹孔中； 所述碟簧压板与所述碟簧的接触面为内凸的凸台面，所述碟簧压板的两侧为高于所述凸台面的卡边，所述前端板与所述碟簧压板接触的端面上设有两条卡槽，所述卡边卡入至所述卡槽中。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，其特征在于，所述后端板的外部为圆弧面，所述凹槽设置于所述圆弧面上，所述后端板与所述后端铜排的接触面为平面。3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，其特征在于，所述后端板的四周均宽于所述石墨板膜电极组的四周。4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，其特征在于，所述前端板的四周均宽于所述石墨板膜电极组的四周。5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，其特征在于，所述后端铜排的本体与所述石墨板膜电极组的端面齐平，所述后端铜排的端子突出于所述石墨板膜电极组的一侧。6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆钢带紧固装置，其特征在于，所述前端铜排的本体与所述石墨板膜电极组的端面齐平，所述前端铜排的端子突出于所述石墨板膜电极组的一侧。
【文档编号】H01M8/247GK105870487SQ201610473184
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】顾荣鑫, 陶少龙, 张超
【申请人】苏州弗尔赛能源科技股份有限公司