电堆紧固装置及燃料电池的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种电堆紧固装置及燃料电池。


背景技术：

2.氢质子交换膜燃料电池电堆通常由双极板、膜电极、绝缘板、集流板、端板等部件堆叠组成，组装好的电堆需要在压力设备中进行压缩，然后通过螺杆、绑带等紧固件将电堆锁紧在压缩状态下。
3.常用的电堆紧固方式中，螺杆、螺母紧固方式需要在端板四周预留足够的紧固件空间，增加了电堆的外形尺寸，不利于空间布置；绑带焊接的紧固方式可以减少空间占用，但该紧固方式需要缠绕电堆一周，为了避让流体进出口，只能在电堆的有限区域内布置紧固件，容易影响电堆整体结构的稳定性。另外，电堆压缩组装后，电堆整体受力方向是沿堆叠方向由内至外的，在此方向上电堆容易膨胀变形，影响燃料电池的安全性和使用寿命。


技术实现要素：

4.基于以上问题，本实用新型的目的在于提供一种电堆紧固装置及燃料电池，减少了紧固件布置面积，减少了电堆整体体积，能够避免受到流体进出口的位置制约而影响整体结构稳定性，抑制电堆沿堆叠方向的膨胀变形。
5.为实现上述目的，提供以下技术方案：
6.第一方面，本实用新型提供了一种电堆紧固装置，包括：
7.电堆本体；
8.第一端板和第二端板，分别设置于所述电堆本体的两端，所述第一端板的周向侧壁上设置有第一螺纹孔，所述第二端板的周向侧壁上设置有第二螺纹孔；
9.锁固组件，包括紧固带、第一垫板、第二垫板、第一螺栓和第二螺栓，所述紧固带包括带本体以及设置于所述带本体两端的第一端头和第二端头，所述第一端头上设置有通孔，所述第二端头上设置有调节孔，所述第一螺栓穿过所述第一垫板和所述通孔，并与所述第一螺纹孔连接，所述第二螺栓穿过所述第二垫板和所述调节孔，并与所述第二螺纹孔连接，所述第二螺栓在所述调节孔内的安装位置沿所述带本体的长度方向可调；
10.所述第一垫板与所述第一端头的配合面为倾斜面；和/或，所述第二垫板与所述第二端头的配合面为倾斜面。
11.作为本实用新型提供的电堆紧固装置的可选方案，所述紧固带还包括绝缘套，所述绝缘套套设于所述带本体上，至少部分所述绝缘套夹设于所述带本体和所述电堆本体之间。
12.作为本实用新型提供的电堆紧固装置的可选方案，所述绝缘套由硅胶或树脂制备而成。
13.作为本实用新型提供的电堆紧固装置的可选方案，所述倾斜面与水平面的夹角为2
°‑
10
°
。
14.作为本实用新型提供的电堆紧固装置的可选方案，所述第一垫板和所述第二垫板的截面均为直角梯形。
15.作为本实用新型提供的电堆紧固装置的可选方案，所述紧固带沿所述第一垫板的长度方向设置有多个，多个所述紧固带的一端分别与所述第一垫板连接，另一端分别与所述第二垫板连接。
16.作为本实用新型提供的电堆紧固装置的可选方案，所述通孔在所述第一端头上至少设置有两个，每个所述通孔内均穿设有一个所述第一螺栓。
17.作为本实用新型提供的电堆紧固装置的可选方案，所述调节孔在所述第二端头上至少设置有两个，每个所述调节孔内均穿设有一个所述第二螺栓。
18.作为本实用新型提供的电堆紧固装置的可选方案，所述带本体的厚度为0.5mm-1.5mm。
19.第二方面，本实用新型还提供了一种燃料电池，包括上述的电堆紧固装置。
20.本实用新型的有益效果为：
21.本实用新型提供的电堆紧固装置及燃料电池，采用锁固组件固定连接电堆本体两端的第一端板和第二端板，锁固组件的布置区域可以遍布电堆本体的四周，避免了受到流体进出口的位置制约而影响整体结构稳定性，由于锁固组件包括紧固带、第一垫板、第二垫板、第一螺栓和第二螺栓，紧固带包括带本体以及设置于带本体两端的第一端头和第二端头，第一端头上设置有通孔，第二端头上设置有调节孔，第一螺栓穿过第一垫板和通孔，并与第一螺纹孔连接，第二螺栓穿过第二垫板和调节孔，并与第二螺纹孔连接，避免了采用螺杆等紧固方式需要在端板表面打孔的情况，减少了紧固件布置面积，减少了电堆整体体积，第二螺栓在调节孔内的安装位置沿带本体的长度方向可调，可以满足设计公差范围内的装配需求，由于第一垫板与第一端头的配合面为倾斜面；和/或，第二垫板与第二端头的配合面为倾斜面，采用斜面设计可以大幅增加沿堆叠方向的摩擦力形成自锁，确保锁固组件整体可靠稳固，从而抑制电堆本体沿堆叠方向由内至外的膨胀变形，提高了燃料电池的安全性，延长了燃料电池的使用寿命。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
23.图1是本实用新型具体实施方式提供的电堆紧固装置的轴测示意图；
24.图2是本实用新型具体实施方式提供的电堆紧固装置的前视示意图；
25.图3是本实用新型具体实施方式提供的电堆紧固装置中紧固带的结构示意图；
26.图4是本实用新型具体实施方式提供的电堆紧固装置中第一端板、第一垫板、第一端头和第一螺栓的结构示意图；
27.图5是本实用新型具体实施方式提供的电堆紧固装置中第二端板、第二垫板、第二端头和第二螺栓的结构示意图。
28.图中：
29.1、电堆本体；2、第一端板；3、第二端板；4、锁固组件；
30.41、紧固带；42、第一垫板；43、第二垫板；44、第一螺栓；45、第二螺栓；
31.411、带本体；412、第一端头；413、第二端头；414、通孔；415、调节孔；416、绝缘套。
具体实施方式
32.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，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，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。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，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；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实用新型中的具体含义。
35.如图1至图5所示，本实施例提供一种电堆紧固装置，该电堆紧固装置包括电堆本体1、第一端板2、第二端板3和锁固组件4。第一端板2和第二端板3分别设置于电堆本体1的两端，第一端板2的周向侧壁上设置有第一螺纹孔，第二端板3的周向侧壁上设置有第二螺纹孔。锁固组件4包括紧固带41、第一垫板42、第二垫板43、第一螺栓44和第二螺栓45，紧固带41包括带本体411以及设置于带本体411两端的第一端头412和第二端头413，第一端头412上设置有通孔414，第二端头413上设置有调节孔415，第一螺栓44穿过第一垫板42和通孔414，并与第一螺纹孔连接，第二螺栓45穿过第二垫板43和调节孔415，并与第二螺纹孔连接，第二螺栓45在调节孔415内的安装位置沿带本体411的长度方向可调。
36.采用锁固组件4固定连接电堆本体1两端的第一端板2和第二端板3，锁固组件4的布置区域可以遍布电堆本体1的四周，避免了受到流体进出口的位置制约而影响整体结构稳定性。由于锁固组件4包括紧固带41、第一垫板42、第二垫板43、第一螺栓44和第二螺栓45，紧固带41包括带本体411以及设置于带本体411两端的第一端头412和第二端头413，第一端头412上设置有通孔414，第二端头413上设置有调节孔415，第一螺栓44穿过第一垫板42和通孔414，并与第一螺纹孔连接，第二螺栓45穿过第二垫板43和调节孔415，并与第二螺纹孔连接，避免了采用螺杆等紧固方式需要在端板表面打孔的情况，减少了紧固件布置面积，减少了电堆整体体积，第二螺栓45在调节孔415内的安装位置沿带本体411的长度方向可调，可以满足设计公差范围内的装配需求。
37.可选地，紧固带41还包括绝缘套416，绝缘套416套设于带本体411上，至少部分绝
缘套416夹设于带本体411和电堆本体1之间。绝缘套416紧密包裹于带本体411上，避免两者相对滑动。带本体411可以是金属材质，绝缘套416的一侧抵住电堆本体1的表面，可以对电堆本体1起到支撑、保护作用，同时避免带本体411与电堆本体1直接接触而存在导电连接风险，绝缘套416还可以降低带本体411长时间使用的腐蚀风险。为保护电堆本体1，可选地，绝缘套416由硅胶或树脂制备而成。
38.由于电堆本体1压缩组装后，电堆本体1的整体受力方向是沿堆叠方向由内至外的，即锁固组件4需要在设计范围内抑制电堆本体1在此方向上膨胀的。可选地，第一垫板42与第一端头412的配合面为倾斜面；和/或，第二垫板43与第二端头413的配合面为倾斜面。采用斜面设计可以大幅增加沿堆叠方向的摩擦力形成自锁，确保锁固组件4整体可靠稳固。可选地，倾斜面与水平面的夹角为2
°‑
10
°
。倾斜面与水平面的夹角不宜过小，避免沿堆叠方向的摩擦力太小。倾斜面与水平面的夹角也不宜过大，避免装配不方便以及占用体积大。为方便加工制造，可选地，第一垫板42和第二垫板43的截面均为直角梯形。
39.为保证电堆本体1的受力均匀，可选地，紧固带41沿第一垫板42的长度方向设置有多个，多个紧固带41的一端分别与第一垫板42连接，另一端分别与第二垫板43连接。同时，如此设置还可以节省装配时间。
40.可选地，为保证第一端头412、第一垫板42和第一端板2的连接强度，通孔414在第一端头412上至少设置有两个，每个通孔414内均穿设有一个第一螺栓44，为保证第二端头413、第二垫板43和第二端板3的连接强度，调节孔415在第二端头413上至少设置有两个，每个调节孔415内均穿设有一个第二螺栓45。
41.可选地，带本体411的厚度为0.5mm-1.5mm。第一端头412和第二端头413的厚度自靠近带本体411的一端向远离带本体411的一端逐渐增大。绝缘套416的高度不超过第一端头412和第二端头413的最高点。
42.本实施例提供的电堆紧固装置，安装步骤具体如下：在电堆组装设备中完成电堆本体1的堆叠组装，并将电堆本体1压缩至设计要求状态；将第一条紧固带41的第一端头412贴近第一端板2相应位置，将第一垫板42放置于第一端头412上，确保两者斜面贴合后，第一垫板42的上表面水平，用第一螺栓44将第一条紧固带41与第一垫板42预固定；依次将其他紧固带41的第一端头412进行预固定；将第一条紧固带41的第二端头413调整好位置，与第二端板3上的第二螺纹孔对应，将第二垫板43放置于第二端头413上，确保两者斜面贴合后，第二垫板43的上表面水平，用第二螺栓45将第一条紧固带41与第二垫板43预固定；依次将其他紧固带41的第二端头413进行预固定；将第一端头412一侧的第一螺栓44依次锁紧，然后再将第二端头413一侧的第二螺栓45依次锁紧；完成电堆紧固装置的安装。
43.本实施例还提供一种燃料电池，包括上述的电堆紧固装置，采用锁固组件4固定连接电堆本体1两端的第一端板2和第二端板3，锁固组件4的布置区域可以遍布电堆本体1的四周，避免了受到流体进出口的位置制约而影响整体结构稳定性，由于锁固组件4包括紧固带41、第一垫板42、第二垫板43、第一螺栓44和第二螺栓45，紧固带41包括带本体411以及设置于带本体411两端的第一端头412和第二端头413，第一端头412上设置有通孔414，第二端头413上设置有调节孔415，第一螺栓44穿过第一垫板42和通孔414，并与第一螺纹孔连接，第二螺栓45穿过第二垫板43和调节孔415，并与第二螺纹孔连接，避免了采用螺杆等紧固方式需要在端板表面打孔的情况，减少了紧固件布置面积，减少了电堆整体体积，第二螺栓45
在调节孔415内的安装位置沿带本体411的长度方向可调，可以满足设计公差范围内的装配需求。
44.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。