一种氢燃料电池装堆夹具及其使用方法和用途与流程

1.本发明属于燃料电池技术领域，涉及氢燃料电池装堆，尤其涉及一种氢燃料电池装堆夹具及其使用方法和用途。


背景技术：

2.氢燃料电池堆是将氢气的化学能转化为电能的装置，因发电过程具有高效、无污染等优点，而备受关注。常见的氢燃料电池堆由端板、集电板、双极板、密封垫、膜电极、紧固件、密封件组成，其中双极板和膜电极数量可达数百片。
3.在电池堆组装过程中，部件之间的距离逐渐变小，压力变大，容易造成部件错位，有导致燃料或冷却剂泄漏的可能，易引起安全事故，也有可能造成部件局部受力不均，应力集中，最终导致发电效率和运行寿命受影响。
4.cn109420899a公开了一种具有可移动工装的燃料电池压机，在工装升降台上设置有定位组件，包括支撑板、电池单元靠板、端板靠板、定位销；支撑板包括立板、底板、底板横调孔，支撑呈l形或倒t形结构；将定位销安装在底板横调孔上并可进行横向位置调整，将电池单元靠板安装在立板上并可进行纵向位置调整，将端板靠板安装在电池单元靠板上并可进行横向位置调整。在电池压装的整个过程中，由于电池单元靠板长度为固定值，为密封件和膜电极压缩到一定比例时的总体厚度，所以该定位结构不能全程对电池单元进行定位。
5.cn210429986u公开了一种叠放电池夹具，包括底板，在所述底板上设有用于堆放电池的固定组件，所述固定组件包括电池固定座和电池固定柱，所述电池固定柱设有两个，两个所述电池固定柱设置在所述电池固定座前端的两边，在所述电池固定座上设有用于固定所述电池固定柱的固定柱固定座，所述固定柱固定座与所述底板和所述电池固定座固定连接。
6.cn109599581a公开了一种燃料电池用滑轨串并接式通用组堆定位装置，包括定位底盘、定位底柱和调平固定装置，定位底盘通过调平固定装置固定在平面上，所述定位底盘上设置有横向和纵向的滑轨槽，定位底柱通过底部滑动定位装置固定在滑轨槽中。定位装置中的定位杆可以滑动，可满足不同尺寸端板的电池组装，若电池的端板和其他部件横向位置不一致时，在电池压装过程中则容易出现双极板和膜电极错位。
7.现有技术中的夹具结构复杂，制造成本高，只能对燃料电池端板和双极板外轮廓一致时进行定位，或只能满足特定尺寸的端板和双极板装堆需求，不能在装堆全过程对端板和双极板都定位。
8.如何解决端板与双极板装堆过程中的全过程精确定位，防止发生双极板和膜电极错位依旧是研究重点，因此，提供一个结构简单，操作方便的夹具是非常必要的。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种氢燃料电池装堆夹具及其使用方法和用途，结构简单，易于加工，可适用于不同规格尺寸的电池堆端板和双极板的全
过程定位，保证装堆精度。
10.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
11.第一方面，本发明提供了一种氢燃料电池装堆夹具，所述的夹具包括基板以及可拆卸固定于所述基板表面的至少两个定位组件，所述的定位组件包括定位柱和双极板定位构件，所述的双极板定位构件与定位柱滑动连接，将电池堆置于基板表面，所述的定位柱与电池堆端板相抵固定，滑动调节双极板定位构件，实现电池堆双极板的定位。
12.本发明提供的氢燃料电池装堆夹具结构简单，易于加工，可适用于不同规格尺寸的电池堆端板和双极板的定位，能够从电池堆开始压装到压装结束的全过程均对端板和双极板进行定位，保证装堆精度。
13.需要说明的是，本发明中的电池堆包括上端板和下端板，且所述的上端板和下端板之间设有不同的组件，本发明中将上端板和下端板之间的所有组件统称为双极板，示例性地，双极板中包括但不限于双极板块、集电板、密封垫、膜电极、紧固件和密封件等组件。不同规格电池的双极板和端板的尺寸各不相同，主要有两种：双极板外缘与端板外缘平齐，即双极板和端板外轮廓完全相同，或端板外缘超出双极板外缘，即，端板的长度与宽度均大于双极板长度与宽度。本发明中将电池堆一侧的端板置于基板表面，再采用定位组件对另一侧的端板和中间的双极板进行定位。本发明中所述的定位柱与电池堆端板相抵固定指的是，定位柱分别与电池堆的上端板和下端板相抵固定。
14.作为本发明一个优选技术方案，所述的基板表面开设至少两个通孔区，所述的通孔区与定位组件一一对应。
15.优选地，所述的通孔区内开设规则的至少两排螺纹孔，通过将所述定位组件固定于不同的螺纹孔，实现定位组件方向的调整。
16.需要说明的是，本发明中基板表面设置与定位组件一一对应的通孔区，能够避免在基板上打孔过多而导致的结构强度下降或变形，同时起到调节定位组件位置与方向的作用，以便适用于不同形状和位置的电池堆。
17.作为本发明一个优选技术方案，所述的定位组件包括底座，所述底座可拆卸固定于基板表面。
18.优选地，所述底座远离基板一侧的表面垂直固定有定位柱。
19.优选地，所述底座分为限位段与紧固段。
20.优选地，所述限位段开设有u型通槽，将螺栓依次插入u型通槽和基板的螺纹孔内实现底座与基板的可拆卸固定。
21.优选地，所述紧固段表面开设固定孔，所述的固定孔用于连接定位柱。
22.作为本发明一个优选技术方案，所述定位柱靠近底座一端的表面开设至少两组定位孔，所述的定位孔用于固定双极板定位构件。
23.优选地，所述定位柱与电池堆端板的接触面为圆弧面。
24.作为本发明一个优选技术方案，所述的双极板定位构件包括第一定位板和第二定位板，所述第一定位板的一端固定于定位柱，另一端滑动连接第二定位板。
25.优选地，所述第一定位板表面横向开设台阶通槽，将螺栓穿过台阶通槽插入所述定位柱的定位孔内，实现第一定位板与定位柱的可拆卸固定。
26.优选地，所述台阶通槽的长度大于定位孔的直径，实现所述第一定位板的横向位
置调整。
27.优选地，所述的定位孔纵向并排设置，所述的台阶通槽与不同高度的定位孔对应，实现双极板定位构件与基板表面之间的距离的调整。
28.需要说明的是，本发明中根据定位孔纵向位置，调节极板定位构件与不同高度定位孔相对应，以适应不同厚度的电池堆端板。本发明中将螺栓插入台阶通槽中，可使螺栓不突出第一定位板平面，防止螺栓对第二定位板的向下滑动造成阻碍，延长了第二定位板纵向滑动的距离。
29.优选地，所述第一定位板与电池堆双极板的接触面为圆弧面。
30.优选地，所述的第一定位板为“l”型结构。
31.优选地，所述第一定位板远离台阶通槽的一端开设至少一个调节孔。
32.优选地，所述的调节孔纵向设置。
33.优选地，所述第二定位板表面纵向开设有滑动槽，所述的滑动槽与调节孔位置对应，将螺栓穿过滑动槽插入所述调节孔内，实现第一定位板与第二定位板的活动连接。
34.优选地，所述滑动槽的长度大于调节孔的直径，实现所述第二定位板的纵向位置调整。
35.需要说明的是，本发明中通过螺栓活动连接第一定位板与第二定位板，使第二定位板纵向相对滑动，以满足电池堆压装过程中双极板的定位需求，在电池堆压装过程中，随着双极板的压缩，第二定位板缓慢下降，实现双极板的全程定位。同时，本发明中可通过控制螺栓的松紧程度，使第二定位板在受到自上而下的压力时向下滑落，而在未受到压力时则不发生滑落。
36.优选地，所述第二定位板与电池堆双极板的接触面为圆弧面。
37.优选地，所述第一定位板和第二定位板靠近电池堆双极板的一侧的表面平齐设置。
38.需要说明的是，本发明中定位柱、第一定位板和第二定位板靠近电池堆一侧的表面均为圆弧面，即与电池端板和/或双极板的接触形成线接触，避免了面接触，提高了定位精度。
39.还需要说明的是，在调节双极板定位构件时，首先根据电池堆端板的厚度，将螺钉依次插入台阶通槽与相应高度的定位孔内，实现第一定位板与定位柱的固定，第一定位板底部与基板之间的空隙大于或等于电池堆端板的厚度；再将插入第一定位板的台阶通槽内的螺钉放松，横向左右移动第一定位板，将其向靠近电池堆的方向移动，并与电池堆双极板接触，此时的第二定位板随着第一定位板移动，同样与电池堆双极板接触；最后根据上端板与下端板之间的距离，上下移动第二定位板，此时第一定位板不进行活动，使得第二定位板远离第一定位板的一端移动至电池堆上端板的底部，实现电池堆双极板的固定。
40.第二方面，本发明提供给了第一方面所述氢燃料电池装堆夹具的使用方法，所述的使用方法包括：
41.将电池堆置于基板表面，随后将定位组件沿电池堆外周固定于基板，定位柱与电池堆端板相抵固定，调节双极板定位构件，实现电池堆双极板的定位。
42.作为本发明一个优选技术方案，所述的使用方法包括：
43.当电池堆端板外缘与双极板外缘平齐时，双极板定位构件向远离电池堆的一侧移
动，端板与双极板均与定位柱相抵固定。
44.优选地，所述定位柱的圆弧面与电池堆的端板以及双极板分别形成线接触。
45.作为本发明一个优选技术方案，所述的使用方法包括：
46.当电池堆端板外缘超出双极板外缘时，定位柱与端板相抵，双极板定位构件向靠近电池堆的一侧移动，并抵住双极板进行固定。
47.需要说明的是，本发明提供的氢燃料电池装堆夹具适用于不同规格的电池堆，当电池堆端板外缘与双极板外缘平齐时，将双极板定位构件向远离电池堆的一侧移动，电池的端板与双极板均与定位柱相抵定位，即，定位柱独自完成电池端板与双极板的定位。
48.但当电池外缘超出双极板外缘时，定位柱仅与端板相抵，双极板定位构件向靠近电池堆的一侧横向移动，并抵住双极板，即定位柱与双极板定位构件定位电池不同部分。
49.作为本发明一个优选技术方案，所述双极板定位构件的第一定位板向靠近电池堆双极板的一侧平移，并带动第二定位板移动。
50.优选地，所述第一定位板和第二定位板靠近电池堆双极板的一侧的圆弧面端线平齐，实现双极板定位构件与电池堆双极板的线接触。
51.第三方面，本发明提供了一种第一方面所述氢燃料电池装堆夹具的用途，所述的氢燃料电池装堆夹具用于电池压装工艺。
52.需要说明的是，电池压装过程中，部件之间的距离会逐渐变小，要确保端板和堆叠的双极板之间的严格定位，定位偏差容易导致部件错位，造成燃料或冷却剂泄漏，因此需要夹具实现有效定位。本发明中提供的氢燃料电池装堆夹具在满足电池堆的双极板的定位需求的同时，随着部件的压缩，定位组件作出相应的调整，实现双极板的全程定位。
53.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
54.本发明提供的氢燃料电池装堆夹具结构简单，易于加工，可实现电池堆的分部定位，适用于不同规格尺寸的电池堆端板和双极板的定位；能够从电池堆开始压装到压装结束的全过程均对端板和双极板进行定位，保证装堆精度。
附图说明
55.图1为本发明一个具体实施方式提供的氢燃料电池装堆夹具结构示意图；
56.图2为本发明一个具体实施方式提供的基板的结构示意图；
57.图3为本发明一个具体实施方式提供的定位组件的结构示意图；
58.图4为本发明一个具体实施方式提供的定位柱的结构示意图；
59.图5为本发明一个具体实施方式提供的双极板定位构件的结构示意图；
60.图6为本发明一个具体实施方式提供的底座的结构示意图；
61.图7为本发明一个具体实施方式提供的第一定位板的结构示意图；
62.图8为本发明一个具体实施方式提供的第二定位板的结构示意图。
63.其中，1
‑
基板；2
‑
定位组件；3
‑
通孔区；4
‑
定位柱；5
‑
第一定位板；6
‑
第二定位板；7
‑
底座；8
‑
台阶通槽；9
‑
滑动槽；10
‑
调节孔；11
‑
定位孔。
具体实施方式
64.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、
“
前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
65.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
66.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
67.在一个具体实施方式中，本发明提供了一种氢燃料电池装堆夹具，如图1所示，包括基板1以及可拆卸固定于所述基板1表面的至少两个定位组件2。定位组件2包括滑动连接的定位柱4和双极板定位构件，将电池堆置于基板1表面，定位柱4与电池堆端板相抵固定，滑动调节双极板定位构件，实现电池堆双极板的定位。
68.如图2所示，基板1表面开设至少两个通孔区3，并与定位组件2一一对应，通孔区3内开设规则的至少两排螺纹孔，通过将定位组件2固定于不同的螺纹孔，起到调节定位组件2位置与方向的作用，以便适用于不同形状和位置的电池堆。
69.如图3所示，定位组件2包括底座7，底座7可拆卸固定于基板1表面，底座7远离基板1一侧的表面垂直固定有定位柱4，如图6所示，底座7分为限位段与紧固段，限位段开设有u型通槽，将螺栓依次插入u型通槽和基板1的螺纹孔内实现底座7与基板1的可拆卸固定；紧固段表面开设固定孔，用于连接定位柱4。如图4所示，定位柱4靠近底座7一端的表面开设至少两组定位孔11，用于固定双极板定位构件，且定位孔11纵向并排设置，根据定位孔11的纵向位置，调节极板定位构件与基板1的距离，以适应不同厚度的电池端板。定位柱4与电池堆端板的接触面为圆弧面。
70.如图5所示，双极板定位构件包括第一定位板5和第二定位板6，第一定位板5的一端固定于定位柱4，另一端滑动连接第二定位板6。如图7所示，第一定位板5表面横向开设台阶通槽8，将螺栓穿过台阶通槽8插入定位柱4的定位孔11内，实现第一定位板5的横向位置调整。第一定位板5与电池堆双极板的接触面为圆弧面。
71.如图8所示，第一定位板5远离台阶通槽8的一端开设至少一个调节孔10，第二定位板6表面纵向开设有滑动槽9，将螺栓穿过滑动槽9插入调节孔10内，实现第二定位板6与第一定位板5的活动连接，第一定位板5和第二定位板6靠近电池堆双极板的一侧的表面平齐设置，第二定位板6靠近电池堆双极板一侧的表面为圆弧面。
72.在一个具体实施方式中，本发明提供了一个具体实施方式所述氢燃料电池装堆夹具的使用方法，包括：
73.当电池堆端板外缘与双极板外缘平齐时，将电池堆置于基板1表面，随后将定位组件2沿电池堆外周固定于基板1，双极板定位构件向远离电池堆的一侧移动，端板与双极板
均与定位柱4相抵固定，定位柱4的圆弧面与电池堆的端板以及双极板分别形成线接触，即定位柱4独自完成电池端板与双极板的定位。
74.在另一个具体实施方式中，本发明提供了一个具体实施方式所述氢燃料电池装堆夹具的使用方法，包括：
75.当电池堆端板外缘超出双极板外缘时，电池堆置于基板1表面，随后将定位组件2沿电池堆外周固定于基板1，定位柱4与端板相抵，双极板定位构件向靠近电池堆的一侧移动，并抵住双极板进行固定。即定位柱4与双极板定位构件定位电池不同部分。
76.本发明提供的氢燃料电池装堆夹具基板1上的设置多组螺纹孔，可以通过改变螺纹孔的距离和大小，调整定位组件2的方向，能够避免在基板1上打孔过多而导致的结构强度下降或变形；定位柱4、第一定位板5和第二定位板6均具有对电池堆部件定位的功能；通过调整第一定位板5的横向位置，满足不同规格端板和双极板的定位；第二定位板6的滑动槽9可以使本发明在电池装堆全过程定位的功能；定位柱4上设置多排第一定位板5的定位孔11，通过改变定位孔11的直径和间距，可以实现对不同厚度的端板定位的功能；第一定位板5开设的台阶通槽8能够使螺栓不突出表面，延长了第二定位板6的滑动距离。
77.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。