一种电堆电压巡检系统的电气连接结构的制作方法

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种电堆电压巡检系统的电气连接结构。

背景技术：

目前，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、灵活的新型发电技术。燃料电池电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统的核心部分，燃料电池电堆是由多个单体电池以串联方式层叠构成的，一个电堆一般包含几节、几十节甚至上百节单体电池。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆等方式紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。燃料电池电堆在工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。

但是由于单体电池相互之间的不均匀性，会导致个别单体电池电压出现非常大的压降，因而出现接近于0v的电压，甚至出现负电压(也就是反极)现象。当出现反极或者高电压的现象时，轻则产生碳腐蚀缩短电堆寿命；重则直接烧穿膜电极、双极板，导致电堆直接报废。因此，燃料电池系统必须对电堆单片电压进行实时监测，以及时调整操作条件或降低功率需求，从而避免出现负压等恶劣工况，导致燃料电池电堆损坏。

相关技术中，一般是采用电堆电压巡检器(也就是cvm)与单体电池的双极板进行电气连接，通过电堆电压巡检器对电堆单片电压进行实时监测；参见图1所示，其中一种电堆电压巡检器与单体电池的双极板电气连接的方式为：在转接电路板1’的底面焊接固定金属弹片2’，金属弹片2’可以与转接电路板1’下方双极板3’的上表面接触实现电性导通，将转接电路板1’与电堆压板固定，并在转接电路板1’的上表面固定转接连接器4’，通过转接连接器4’连接转接线束，并通过转接线束与电堆电压巡检器对插进行电性连接，从而实现双极板3’与电堆电压巡检器的电气连接。

但是，由于双极板之间的间隙一般在1.2毫米左右，这将限制金属弹片的宽度，最终限制双极板与金属弹片上表面的接触面积，在振动环境、热胀冷缩等极端工况下可能出现瞬时断路情况。

因此，有必要设计一种新的电堆电压巡检系统的电气连接结构，以克服上述问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电堆电压巡检系统的电气连接结构，以解决相关技术中电路板上固设的金属弹片与双极板的上表面接触，金属弹片的宽度有限，在振动环境、热胀冷缩等极端工况下易出现瞬时断路的问题。

第一方面，提供了一种电堆电压巡检系统的电气连接结构，其包括：双极板，所述双极板开设有贯穿其板面的第一凹槽；安装于所述双极板一侧的电压巡检端子，其包括与所述双极板贴合的主体，以及自所述主体向一侧弯折延伸的弯折结构，所述弯折结构插设于所述第一凹槽；电路板，其与所述电压巡检端子电性连接。

一些实施例中，所述主体开设有穿孔；所述双极板设有舌片，所述舌片弯折进入所述穿孔并与所述主体接触。

一些实施例中，所述弯折结构穿过所述第一凹槽并弯折进入所述穿孔与所述舌片接触。

一些实施例中，所述双极板的一侧设有支耳，所述第一凹槽设于所述支耳；所述主体与所述支耳贴合，且所述主体与所述支耳外套设绝缘套。

一些实施例中，所述电路板开设有第二凹槽，所述第二凹槽的内壁敷设导电层，所述主体插设于所述第二凹槽与所述导电层接触。

一些实施例中，所述主体至少一侧设有弹片，所述弹片抵持于所述导电层。

一些实施例中，所述电路板设有转接连接器，所述转接连接器通过巡检线束与电堆电压巡检器电性连接。

一些实施例中，电堆电压巡检器包括所述电路板，且所述电路板的外表面固设绝缘层。

一些实施例中，所述电气连接结构还包括压设于所述电路板表面的压板，所述压板与所述电路板之间夹设绝缘垫。

一些实施例中，所述双极板的相对两侧分别固设进气端板和盲端端板，所述压板通过螺栓与所述进气端板连接，且通过螺栓与所述盲端端板连接。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种电堆电压巡检系统的电气连接结构，由于在双极板上开设了第一凹槽，电压巡检端子安装于双极板上之后，电压巡检端子的主体可以与双极板贴合，同时，自主体向其一侧弯折延伸的弯折结构可以插入第一凹槽中，使得电压巡检端子与能够与双极板接触稳固接触，因此，即使在振动环境、热胀冷缩等极端工况下，电压巡检端子与双极板也不易脱离，不易出现瞬时断路的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的附图。

图1为相关技术中一种电堆电压巡检器与单体电池的双极板电气连接的方式的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电堆电压巡检系统的电气连接结构的部分结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电堆电压巡检系统的电气连接结构的整体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电堆电压巡检系统的电气连接结构的电压巡检端子的结构示意图。

图中：

1、双极板；11、第一凹槽；12、舌片；13、支耳；

2、电压巡检端子；21、主体；211、穿孔；212、弹片；22、弯折结构；

3、电路板；31、第二凹槽；

4、绝缘套；5、转接连接器；6、压板；7、绝缘垫；8、进气端板；9、盲端端板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

本发明实施例提供了一种电堆电压巡检系统的电气连接结构，其能解决相关技术中电路板上固设的金属弹片与双极板的上表面接触，金属弹片的宽度有限，在振动环境、热胀冷缩等极端工况下易出现瞬时断路的问题。

参见图2和图4所示，为本发明实施例提供的一种电堆电压巡检系统的电气连接结构，其可以包括：双极板1，所述双极板1可以开设有贯穿其板面的第一凹槽11，本实施例中，所述双极板1为一块方形的不锈钢板，所述第一凹槽11贯穿不锈钢板，双极板1的一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，另一面又可以作为另一个相邻膜电极的阴极导流面；安装于所述双极板1一侧的电压巡检端子2，本实施例中，所述电压巡检端子2可以采用金属板材冲压成型，且所述电压巡检端子2可以包括与所述双极板1贴合的主体21，也就是说，所述主体21的板面与所述双极板1的板面贴合，使得所述电压巡检端子2与所述双极板1的接触面积较大，以及自所述主体21向一侧弯折延伸的弯折结构22，也就是说，所述弯折结构22与所述主体21连接，且所述弯折结构22是向所述主体21的一侧延伸的，本实施例中，所述弯折结构22大致朝向与所述主体21的板面垂直的方向延伸形成，所述弯折结构22可以插设于所述第一凹槽11中，使得所述第一凹槽11的内壁能够对所述弯折结构22进行限位，在振动环境、热胀冷缩等极端工况下，所述电压巡检端子2与所述双极板1不易脱离开来，保证持续的电性接触；以及电路板3，其可以与所述电压巡检端子2电性连接，也就是说，所述电压巡检端子2既与所述双极板1电性连接，又与所述电路板3电性连接，所述电压巡检端子2实现了所述双极板1与所述电路板3之间的电性导通，并且，通过所述电路板3可以进一步实现电堆电压巡检器与所述双极板1的电气连接，进而通过所述电堆电压巡检器可以对电堆单片电压进行实时监测。

参见图4所示，在一些可选的实施例中，所述主体21可以开设有穿孔211，本实施例中，所述穿孔211优选为方形，在其他实施例中，所述穿孔211也可以设计成圆孔或者其他形状，所述穿孔211贯穿所述主体21的相对两侧；所述双极板1可以设有舌片12，其中，所述舌片12可以通过冲压成型，所述舌片12可以与所述穿孔211对应设置，且所述舌片12可以弯折进入所述穿孔211并与所述主体21接触，本实施例中，所述舌片12弯折进入所述穿孔211与所述穿孔211的边缘接触，在其他实施例中，所述舌片12也可以弯折两次与所述主体21接触，也就是说，所述舌片12弯折一次可以进入所述穿孔211，弯折两次可以穿过所述穿孔211，并到达所述主体21与所述双极板1相贴合的面的相反侧，通过在所述双极板1上设置所述舌片12，在所述主体21上设置所述穿孔211，弯折进入所述穿孔211的所述舌片12可以进一步与所述电压巡检端子2接触，进一步增强了所述双极板1与所述电压巡检端子2电性连接的稳定性，本实施例中，所述双极板1对应所述穿孔211设有两个所述舌片12，且两个所述舌片12可以分别向相反的方向弯折与所述主体21接触。

参见图4所示，在一些可选的实施例中，所述弯折结构22可以穿过所述第一凹槽11并弯折进入所述穿孔211与所述舌片12接触，也就是说，所述弯折结构22的自由末端可以向靠近所述舌片12的方向弯折，进而与所述舌片12接触，进一步增强了所述电压巡检端子2与所述双极板1的接触点，同时，所述舌片12与所述主体21之间具有第一接触点，所述舌片12与所述弯折结构22之间具有第二接触点，所述第一接触点与所述第二接触点可以分别位于所述舌片12的相对两侧，即使所述舌片12在弯折后有反弹的趋势，所述舌片12在反弹后可以增强其与另一侧的所述弯折机构的接触紧密性；本实施例中，所述双极板1对应所述舌片12处可以设有开口，所述弯折结构22可以穿过所述开口与所述舌片12接触，弯折结构22也可以对应设置两个，两个所述弯折结构22分别对应与两个所述舌片12接触。

参见图4所示，在一些可选的实施例中，所述双极板1的一侧可以设有支耳13，本实施例中，所述支耳13设于所述双极板1的边缘，所述第一凹槽11可以设于所述支耳13，通过设置凸出的支耳13，便于实现所述双极板1与所述电压巡检端子2连接；所述主体21可以与所述支耳13贴合，也就是说，所述主体21的板面与所述支耳13的板面贴合，且所述主体21与所述支耳13外可以套设绝缘套4，通过设置所述绝缘套4将所述主体21与所述支耳13外侧包裹起来，对所述电压巡检端子2起到保护的同时，也可进一步对所述电压巡检端子2进行束缚，防止所述电压巡检端子2与所述支耳13分离，并且，设置的绝缘套4还主要起到实现相邻两个所述电压巡检端子2之间的电气绝缘。

参见图2和图4所示，在一些可选的实施例中，所述电路板3开设有第二凹槽31，本实施例中，所述第二凹槽31上下贯穿所述电路板3，在其他实施例中，所述第二凹槽31也可以是顶部未贯穿所述电路板3的盲孔，其中，由于电堆中有多个单体电池，同时会存在多个所述双极板1，因此，所述电路板3上可以对应多个所述双极板1开设多个所述第二凹槽31，多个所述第二凹槽31可以沿着所述电路板3的边缘排列成一排，所述第二凹槽31的内壁可以敷设导电层，也就是说，整个所述第二凹槽31的前后、左右内壁均可以涂满所述导电层，其中，所述导电层可以是铜层，且导电层可以与所述电路板3内的印制电路电性导通，所述主体21可以插设于所述第二凹槽31与所述导电层接触，通过在所述电路板3上设置所述第二凹槽31，所述主体21插设于所述第二凹槽31中，使得所述第二凹槽31的内壁可以对所述主体21进行限位，使得在振动环境、热胀冷缩等极端工况下，所述电压巡检端子2与所述电路板3之间的相对位移不会太大，避免所述电压巡检端子2与所述电路板3之间相互脱离，同时，由于所述电路板3具有一定的厚度，可以使得所述第二凹槽31具有一定的深度，即使所述电路板3与所述电压巡检端子2在互相远离的方向有一定的相对位移，也能够保证所述电压巡检端子2与所述导电层实现电性导通，有效避免了所述电路板3由于翘曲变形而导致与所述电压巡检端子2接触不良的问题，同时，由于相邻两个所述第二凹槽31是间隔设置的，所述主体21插设于所述第二凹槽31中也可避免相邻两个所述电压巡检端子2靠近触碰的风险；并且由于所述电压巡检端子2与所述电路板3通过所述第二凹槽31配合，也即采用过孔配合的方式，在将所述电路板3装配至所述电压巡检端子2上时，所述电路板3的装配定位更加简单；可以通过调整所述电路板3上相邻两个所述第二凹槽31之间的间距和数量，来适应不同电堆双极板1间隙和数量要求，降低了不同规格电堆适应性调整成本。

参见图2和图4所示，在一些可选的实施例中，所述主体21的至少一侧可以设有弹片212，所述弹片212可以抵持于所述导电层，也就是说，所述弹片212的一端可以与所述主体21连接，且所述弹片212可以自与所述主体21的连接处朝向远离所述主体21的方向倾斜延伸，使得所述弹片212可以与所述导电层弹性接触，本实施例中，所述主体21的相对两侧均设置有所述弹片212，且所述弹片212优选从所述主体21上撕裂形成，充分利用所述主体21上的板材，尽量增大所述弹片212与所述导电层的有效接触面积，提高电气连接的可靠性，且由于形成的所述弹片212具有一定的弹性，可以通过过盈配合实现弹片212与所述导电层相互间的紧密贴合，保证了所述电压巡检端子2与所述导电层的良好接触。

参见图2所示，在一些可选的实施例中，所述电路板3上可以设有转接连接器5，所述转接连接器5可以通过巡检线束与电堆电压巡检器电性连接，也就是说，所述电堆电压巡检器是不直接与所述电压巡检端子2连接的，而是通过所述电路板3与所述电压巡检端子2电性连接，所述电路板3相当于一个转接电路板3，所述电路板3内印制电路的一端可以与所述电压巡检端子2电性连接，使得所述双极板1电压信号可以通过所述电压巡检端子2引入所述电路板3，所述电路板3内印制电路的另一端可以与所述转接连接器5的对应针脚电性连接，从而使得所述双极板1电压信号可以进一步通过所述转接连接器5和所述巡检线束引入所述电堆电压巡检器，最终实现所述双极板1与所述电堆电压巡检器的电气连接。

参见图2所示，在一些可选的实施例中，电堆电压巡检器可以包括所述电路板3，也就是说，所述电路板3为所述电堆电压巡检器自带的裸露电路板3，也就是说，所述电堆电压巡检器可以不设置外壳，直接在所述电堆电压巡检器的电路板3上加工所述第二凹槽31，可以实现所述电压巡检端子2与所述电堆电压巡检器直接对插，进而实现所述电堆电压巡检器与所述双极板1的电气连接，且所述电路板3的外表面可以固设绝缘层，具体的，本实施例中，除了所述第二凹槽31的内壁面之外，可以在所述电路板3外表面喷涂三防漆，从而实现电气绝缘性能，在其他实施例中，所述绝缘层也可以是橡胶或者其他具有绝缘性能的物质，本实施例中，由于将所述电堆电压巡检器直接与所述电压巡检端子2接触，不需要在所述电堆电压巡检器与所述电压巡检端子2之间设置转接电路板3、转接连接器5、转接线束等部件，节省了成本及重量，另外，本实施例的电路板3为裸露状态，所述电堆电压巡检器可以不设置外壳，进一步降低了成本，减轻了重量，避免造成物资成本浪费，使得整个电气连接结构的重量达到最优。

参见图2和图3所示，在一些可选的实施例中，所述电气连接结构还可以包括压设于所述电路板3表面的压板6，本实施例中，所述压板6优选金属材质，所述压板6设置于所述电路板3上方，所述电压巡检端子2和所述双极板1位于所述电路板3的下方，所述压板6与所述电路板3之间夹设绝缘垫7，具体的，可以在所述压板6的下表面粘贴所述绝缘垫7，使所述绝缘垫7固定于所述压板6，且所述绝缘垫7的相对两侧分别与所述压板6下表面、所述电路板3上表面贴合，本实施例中，所述绝缘垫7优选橡胶垫，在其他实施例中，所述绝缘垫7也可以选择其他具有绝缘性能的物质，本实施例中，所述绝缘垫7可以优化所述压板6与所述电路板3之间的电气绝缘，并防止所述压板6与所述电路板3的硬接触，而导致所述电路板3的紧固力下降。

参见图3所示，进一步，所述双极板1的相对两侧可以分别固设进气端板8和盲端端板9，所述压板6可以通过螺栓与所述进气端板8连接，且所述压板6可以通过螺栓与所述盲端端板9连接，具体的，所述压板6位于所述进气端板8和所述盲端端板9的上方，所述进气端板8的上部开设第一螺栓孔，所述盲端端板9的上部开设第二螺栓孔，且所述压板6的一端对应所述第一螺栓孔开设有第三螺栓孔，所述压板6的另一端对应所述第二螺栓孔开设有第四螺栓孔，通过第一螺栓从所述压板6的上方穿过所述第三螺栓孔和所述第一螺栓孔，从而将所述压板6与所述进气端板8固定，通过第二螺栓从所述压板6的上方穿过所述第四螺栓孔和所述第二螺栓孔，从而将所述压板6与所述盲端端板9固定，最终实现对所述电路板3的紧固；同时，由于采用所述压板6对所述电路板3固定，使得一个电堆电压巡检通道可以由多个所述电路板3组合完成，有效避免了公差的叠加影响。

参见图2和图4所示，本实施例中，所述电气连接结构的组装过程一般为：先将所述电压巡检端子2的弯折结构22对应插设于所述第一凹槽11中，并使得所述主体21与所述支耳13贴合，然后可以将所述弯折结构22与所述舌片12一起压入所述穿孔211，使得所述舌片12与所述穿孔211压折配合，所述弯折结构22与所述舌片12压折配合，实现所述双极板1与所述电压巡检端子2的良好电气配合，然后可以将绝缘套4套设于压接好的所述电压巡检端子2和所述支耳13上，然后可以将所述电路板3安装至所述电压巡检端子2上，使得所述主体21的上部插设于所述第二凹槽31中与所述第二凹槽31内的导电层接触，且所述主体21上的弹片212与所述导电层过盈配合，最后可以将所述压板6压制于所述电路板3上方，并通过螺栓分别与所述进气端板8、所述盲端端板9固定，在整个电气连接结构的装配过程中，各部件定位简单，优化了装配工艺，缩短人工工时，提高了过程工艺的可控性。

本发明实施例提供的一种电堆电压巡检系统的电气连接结构的原理为：

由于在双极板1上开设了第一凹槽11，电压巡检端子2安装于双极板1上之后，电压巡检端子2的主体21可以与双极板1贴合，增大了所述电压巡检端子2与所述双极板1之间的接触面积，同时，自主体21向其一侧弯折延伸的弯折结构22可以插入第一凹槽11中，进一步增加所述电压巡检端子2与所述双极板1之间的接触点，同时，所述第二凹槽31的内壁可以对所述弯折结构22进行限制，使得电压巡检端子2与能够与双极板1接触稳固接触，因此，即使在振动环境、热胀冷缩等极端工况下，电压巡检端子2与双极板1也不易脱离，不易出现瞬时断路的现象。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。