燃料電池的電池堆緊固結構的製作方法

2023-05-08 15:06:46 1

本發明涉及一種燃料電池的電池堆緊固結構，更特別涉及以下這種燃料電池的堆緊固結構，在燃料電池堆被緊固時測量緊固力，並更精確地調節施加到燃料電池堆的緊固力。

背景技術：

燃料電池堆被配置成包括多個堆疊的燃料電池和緊固機構，該緊固機構用於在燃料電池之間電連接並保持其中的氣密性(例如，密封件)。特別地，當所施加的緊固力過強時會使燃料電池內部損壞，而當所施加的緊固力過弱時，可能難以獲得所需的氣密性和電氣連接。因此，需要施加適當的緊固力。

圖1示出現有的電池堆緊固結構，其中端板2a布置在燃料電池堆1a中，以將緊固力施加到燃料電池堆1a，固定的緊固帶3a通過螺栓4a與端板2a緊固在一起。如圖1所示，根據燃料電池中的組件，例如氣體擴散層或墊圈的尺寸偏差，現有的電池堆緊固結構在長度上是不可調節的，並且當緊固力因長期使用而減小時，除非拆開燃料電池堆1a，然後插入插入體或者更換以不同尺寸製造的緊固帶3a，否則難以補償緊固力。

代替緊固帶3a，穿過燃料電池堆1a的螺栓以及被結合到螺栓的螺帽的組合，可調節施加到燃料電池堆的緊固力。然而，當在所使用的螺栓4a中形成的螺紋的螺距過大時，難以細微地調節緊固力，並且在緊固燃料電池堆1時難以定量地確定緊固力。

圖2示出根據相關現有技術，插入在緊固機構1b與電池堆2b之間的、用於測量緊固力的彈性體3b。如圖2所示，彈性體3b被插入在緊固機構1b與電池堆2b之間，以測量彈性體3b的壓縮長度，從而測量緊固力。然而，考慮到每一個緊固帶所施加的緊固力通常為500kgf至600kgf，因此基於緊固力的變化而導致彈性體3b的長度的變化是 極小的，因此難以測量彈性體3b的長度變化。

例如，當使用具有10kgf/mm彈性模量的彈性體時，由於彈性體3b的原始長度等於或大於50mm，因此緊固機構1b的長度過大，因此難以安裝。另一方面，當彈性模量變化成10kgf時，具有500kgf/mm彈性模量的彈性體3b，具有多達0.02mm的變化長度，因此難以安裝。

技術實現要素：

本發明提供一種燃料電池的電池堆緊固結構，當燃料電池堆被緊固時測量緊固力，並更精確地調節施加到燃料電池堆的緊固力。

根據本發明的示例性實施例，燃料電池的電池堆緊固結構可包括：緊固機構，其安裝在多個堆疊的燃料電池的外部，以生成擠壓多個堆疊的燃料電池的力；以及插入體，其安裝在緊固機構中以調節力。

附圖說明

通過下述的詳細描述，並結合附圖，本發明的上述和其它目標、特徵和優點將會更加顯而易見，其中：

圖1是根據相關現有技術的燃料電池的電池堆緊固結構的主要部件的示例性截面圖；

圖2是根據相關現有技術，包含用來測量緊固力的彈性體的燃料電池的電池堆緊固結構的主要部件的示例性截面圖；

圖3是根據本發明示例性實施例的燃料電池的電池堆緊固結構的主要部件的示例性截面圖；

圖4是根據本發明的示例性實施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結構的主要部件的另一個示例性截面圖；

圖5是根據本發明的示例性實施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結構中包含的插入體的示例性立體圖；

圖6是根據本發明的示例性實施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結構中包含的插入體的示例性俯視圖；

圖7是根據本發明的示例性實施例，如圖3所示的燃料電池的電 池堆緊固結構中包含的插入體的示例性主視圖；

圖8是根據本發明的示例性實施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結構中包含的插入體的示例性側視圖；

圖9是根據本發明的示例性實施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結構中包含的插入體的另一個示例性俯視圖；以及

圖10是根據本發明的示例性實施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結構中包含的插入體的又一個示例性俯視圖。

附圖標記說明：

100：緊固機構 110：端板

111：傾斜面 112、113：突起

114：傳遞裝置 115：彈性體

120：緊固帶 200：插入體

210：傾斜底面 220：水平上表面

230：減摩構件 240：孔

300：燃料電池 400：固定螺栓

具體實施方式

可以理解的是，本文中所使用的術語「車輛」或「車輛的」或其它類似的術語包括一般而言的機動車輛，比如包含運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、貨車，各種商用車輛的客車、包含各種輪船和艦船的船隻、飛行器等等，並且包括混合動力車輛、電動汽車、混合動力電動汽車、氫動力汽車和其它替代燃料汽車(例如，從除了石油以外的資源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合動力車輛是具有兩種或多種動力來源的車輛，例如汽油動力車輛和電動動力車輛二者。。

本文所用的術語僅用於描述特定實施例的目的，而並非旨在限制本發明。除非上下文明確指出，否則如本文中所使用的單數形式「一」、「一個」和「該」等意圖也包括複數形式。還應該理解的是，在本說明書中使用「包括」和/或「包含」等術語時，是意圖說明存在該特徵、整數、步驟、操作、元素和/或組件，而不排除一個或多個其它特徵、整數、步驟、操作、元素、組件、和/或其組合的存在或增加。如本文中所使用的，術語「和/或」包括一個或多個相關列出項目的任何和所 有組合。

除非明確指出或可從上下文明顯看出，否則如本文中使用的術語「約」被理解為在本領域中的正常公差範圍內，例如，在平均數的兩個標準偏差內。「約」可以被理解為在規定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內。除非從上下文可以明確知道，否則本文所提供的所有數值都可由術語「約」修正。

將參考附圖詳細描述本發明的示例性實施例。

如圖3至圖10所示，根據本發明的示例性實施例的燃料電池300的電池堆緊固結構，可包括端板110和緊固帶120，端板110附接到多個堆疊的燃料電池300，緊固帶120與端板110緊固在一起以擠壓多個燃料電池300，其中端板110可具有傾斜面111，沿著傾斜面111移動的插入體200可插入在端板110與緊固帶120之間。

插入體200可包括傾斜底面210，該傾斜底面210被形成為具有與傾斜面111的傾斜角大致相同的角度，且可接觸(例如，鄰接)傾斜面111。端板110可包括傳遞裝置114，其被配置成將外力沿著與端板110水平的方向施加到插入體200。因此，利用通過傳遞裝置114傳遞的外力，將插入體200沿著傾斜面111移動。傳遞裝置114可包括彈性體115，其被設置成彈性地支撐插入體200。可根據彈性體115的長度變化和傾斜面111的斜度，計算在端板110與緊固帶120之間生成的緊固力的變化。

下面將更詳細描述燃料電池300的電池堆緊固結構。根據本發明的示例性實施例的燃料電池300的電池堆緊固結構，可包括緊固機構100和插入體200，該緊固機構100安裝在多個燃料電池300的外側(例如，外部)，以生成擠壓多個堆疊的燃料電池300的力，插入體200安裝在緊固機構100中以調節擠壓多個燃料電池300的力。

緊固機構100可包括端板110和緊固帶120，端板110與燃料電池300水平地安裝在多個燃料電池300中，緊固帶120包圍多個燃料電池300，並與端板110緊固在一起，其中插入體200可插入到端板110與緊固帶120之間的緊固部中。此外，端板110可包括傾斜面111和傳遞裝置114，傾斜面111傾斜以相對於燃料電池300形成預定角度，且 可接觸(例如，鄰接)插入體200，傳遞裝置114設置在傾斜面111的一側(例如，第一側)，以沿著與燃料電池300水平的方向擠壓插入體200。傾斜面111可包括多個突起112和113，用以限制插入體200的移動距離。另外，傳遞裝置114可包括彈性支撐插入體200的彈性體115。

根據本發明的示例性實施例，傳遞裝置114還可包括朝向端板110垂直突出的突出體117；以及控制螺杆部件116，其被配置成與突出體117螺紋連接，其中控制螺杆部件116可與作為彈性體115的彈簧連接在一起。特別地，彈簧可被附接到插入體200的一側。換言之，插入體200和控制螺杆部件可通過彈簧連接。

插入體200可以是實心物體，其中可形成具有與傾斜面111大致相同角度的傾斜底面210，和與緊固帶120相接觸的水平上表面220。傾斜底面210與水平上表面220可包括減摩構件230，以使端板110與緊固帶120之間的接觸摩擦最小。減摩構件230可以是安裝在傾斜底面210或水平上表面220上的多個滾珠。

特別地，對於減摩構件230，可將圓柱輥安裝在傾斜底面210或水平上表面220上，來代替滾珠，也可將潤滑油塗布到傾斜底面210或水平上表面220上。此外，在插入體200、端板110和緊固帶120上還可塗布無摩擦塗層(frictionless coating)。根據本發明的示例性實施例，對於減摩構件230，可以在傾斜底面210和水平表面上安裝多個滾珠。

在電池堆緊固過程中，通過左右移動插入體200的初始位置，可以補償插入體200的尺寸偏差，因此在緊固之後不會影響調節緊固力，該尺寸偏差可能在插入體200的製造過程中由於滾珠之間的間隙、滾珠的加工誤差等原因產生。

換言之，在完成緊固之後，通過彈性體115的長度，可確定施加到插入體200、彈性體115和緊固帶120的緊固力，且緊固力可不受其它部件的加工誤差或部件之間間隙的影響。因此，當基於彈性體115長度的斥力的大小被更精確地確定時，在緊固該電池堆之後，可通過測量彈性體115的長度來測量緊固力的變化。換言之，通過更精確地測量施加到電池堆的緊固力的大小並操作傳遞裝置114，可以更精確地 調節緊固力。

此外，端板110和緊固帶120可通過固定螺栓400而螺紋連接。同時，插入體200可包括孔240，固定螺栓400可穿過(例如，被插入)孔240。如圖6所示，可以從插入體200的一側向內切割孔240。可選地，如圖9或圖10所示，孔240可被形成為從插入體200的水平上表面220穿過傾斜底面210。

當由於孔240而通過施加來自彈性體115的側向力來移動插入體200時，插入體200可自由移動，不受限於用來固定緊固帶120和端板110的螺栓。可以通過考慮插入體200的移動距離來確定孔240的形狀，這在調節螺栓數目、螺栓之間的間隔以及緊固力的過程中是必需的。

如上配置的本發明，在插入體200利用斜面效應沿著傾斜面111移動時，可增大或減小緊固力。傳遞裝置114可改變沿著傾斜面111的插入體200的高度，從而準確地控制緊固力。

下面將提供更詳細的描述。因為插入體200的高度根據傾斜底面210而有所不同，因此當插入體200從初始位置沿著傾斜面111上升時，在由螺栓緊固的端板110與緊固帶之間可生成張力，因此緊固力可增大。此外，當插入體200從初始位置沿著傾斜面111下降時，在由螺栓緊固的端板110和緊固帶之間會產生間隔，從而減小緊固力。

同時，如上所述，傳遞裝置114可包括彈性支撐插入體200的彈性體115，因此可根據彈性體115的長度變化，來計算基於插入體200的高度變化的緊固力的變化。例如，傾斜面111的斜率約為10°且端板110與緊固帶120可通過螺栓緊固，因此當施加到燃料電池300的電池堆的緊固力約為500kgf時，被傳遞到傳遞裝置114的側向力約為88kgf。當緊固力變成約10kgf那麼多時，側向力變成約1.8kgf那麼多。基於下面的等式1獲得側向力：

等式1

f1(側向力)＝F(緊固力)×tan(t)，其中t＝傾斜面的角度

因此，當在傳遞裝置114中設置具有約5kgf/mm彈性模量的彈性體115時，在初始狀態中，彈性體115的長度會變化約0.36mm，因此可通過測量彈性體115的長度變化來感測緊固力的變化。

如上所述，根據依照本發明示例性實施例的燃料電池的電池堆緊固結構，可以利用插入體更精確地調節緊固力，並測量施加到插入體的外力，從而計算緊固力。

在上文中，儘管已經參考示例性實施例和附圖對本發明進行描述，然而，本發明並非局限於此，在不脫離所附權利要求書中所要求的精神和範圍的情況下，本發明所屬領域的技術人員還可以進行各種修改和替換。