一种燃料电池电堆结构的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆结构。


背景技术：

2.燃料电池电堆由多个燃料电池单体以串联方式层叠组合构成。双极板与膜电极mea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紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。燃料电池电堆是发生电化学反应场所，为燃料电池系统(或燃料电池发动机)核心部分。电堆工作时，氢气和氧气分别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。
3.在燃料电池电堆反应的过程中，可能会发生局部膨胀的情况，而现有的燃料电池电堆结构设计针对该问题仍然存在明显缺陷。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种燃料电池电堆结构，针对反应过程中电堆局部膨胀的问题做出了有效改进。
5.本发明的技术方案具体如下：
6.一种燃料电池电堆结构，包括电堆机构、上端板、下端板和若干个调压组件，所述上端板和下端板均水平设置，所述下端板与上端板之间阵列布设有若干个活动板，各所述活动板分别通过若干个弹簧组件与下端板连接，所述电堆机构置于活动板与上端板之间，所述电堆机构在初始状态时，各所述活动板均处于同一平面内，所述调压组件包括贯穿上端板上的螺纹孔一、贯穿下端板且与螺纹孔一同轴开设的通孔以及贯穿螺纹孔一和通孔的螺杆，所述螺杆垂直设置，所述螺杆与螺纹孔一螺纹连接并与通孔转动连接。
7.优选地，所述调压组件至少设有四个，并且是围绕电堆机构周向均匀布设的，各所述活动板至少共同构成2
×
2矩阵，各所述活动板下方至少均匀布设有两个弹簧组件。
8.优选地，各所述弹簧组件分别包括上安装件、下安装件、弹簧本体、导向轴和导向筒，所述上安装件与活动板的底面连接，下安装件与下端板的顶面连接，所述弹簧本体的上端与上安装件固定连接，下端与下安装件固定连接，所述上安装件、下安装件、导向轴和导向筒均与弹簧本体同轴设置，所述导向轴的下端与下安装件固定连接，所述导向筒和上端与上安装件固定连接，并且所述导向筒的内径大于所述导向轴的外径。
9.优选地，所述下端板的下方设置有弹簧预紧调节装置，所述弹簧预紧调节装置包括多个蜗轮蜗杆调节组件和多个调节螺栓，各所述弹簧组件的下安装件底部均固定连接有调节螺栓，所述下端板与各个下安装件对应的位置均开设有螺纹孔二，各所述螺纹孔二分别与其对应的下安装件的调节螺栓螺纹连接，各所述调节螺栓均贯穿下端板，各行或各列的调节螺栓分别通过一个蜗轮蜗杆调节组件对其进深实现同步调节。
10.优选地，各所述螺杆分别包括光滑部和螺纹部，所述螺纹部设于螺杆的上部，所述光滑部设于螺杆的螺纹部以下，所述光滑部的表面光滑，所述光滑部的外径与螺纹部的螺
纹外径一致。
11.优选地，所述调压组件还包括稳压件，各所述螺杆的下端贯穿下端板插入稳压件中并与稳压件转动连接。
12.优选地，所述调压组件的数量与位于阵列外围的活动板的数量匹配，并且位置一一对应，外围的各活动板分别与其对应的调压组件的螺杆通过连接件连接，所述连接件套设在螺杆的光滑部上并与其滑动连接。
13.优选地，所述电堆机构包括若干个叠置的单电池，各所述单电池的上开设有多个定位孔，所述下端板与各定位孔对应的位置设置有匹配的导向柱，各所述导向柱垂直设置且贯穿活动板并与活动板滑动连接，各所述导向柱贯穿与其同轴的各单电池上的定位孔，所述导向柱贯穿上端板并与其滑动连接。
14.优选地，各所述导向柱上纵向开设有环形槽，所述环形槽外套设有弹性套，所述弹性套的外径与导向柱的外径一致。
15.优选地，所述上端板设置有进气通道和出气通道，所述进气通道和出气通道错位布设并且均为折线形或者波浪线形。
16.本发明的有益效果体现在：
17.本发明提供的燃料电池电堆结构，通过增设多个可单独运动的活动板共同承接电堆机构，并增设与螺杆滑动连接的连接件，将位于阵列边缘的活动板分别与螺杆进行连接来起到导向作用，配合各活动板底部设置的弹性组件对活动板进行导向，以尽量保证各个活动板的运动都是在竖直方向上进行的；为了对各弹簧组件的预紧力实现一致调节，特别设置了弹簧预紧调节装置；针对电堆在水平方向可能发生的膨胀，特别设计了带有环形槽和弹性套的导向柱对其进行针对性的吸收；总体来说，针对燃料电池反应过程中电堆局部膨胀的问题做出了有效改进。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
19.图1为本发明一实施例提供的燃料电池电堆结构的结构示意图；
20.图2为图1所示的燃料电池电堆结构的弹簧组件的结构示意图；
21.图3为本发明一实施例提供的燃料电池电堆结构的活动板的布局示意图；
22.图4为本发明一实施例提供的燃料电池电堆结构的导向柱的结构示意图；
23.图5为本发明一实施例提供的燃料电池电堆结构的上端板的结构示意图。
24.附图中，1-电堆机构，11-单电池，2-上端板，3-下端板，41-螺杆，411-螺纹部，412-光滑部，42-螺纹孔一，43-通孔，44-稳压件，5-活动板，51-连接件，6-弹簧组件，61-上安装件，62-弹簧本体，63-下安装件，64-导向筒，65-导向轴，71-调节螺栓，72-螺纹孔二，73-蜗轮蜗杆组件，8-导向柱，81-环形槽，82-弹性套，91-进气通道，92-出气通道。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的
附图，对本技术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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
26.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。
27.在本技术中，术语“上”、“下”、“内”、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。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
28.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
29.此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
30.另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
32.本实施例提供一种燃料电池电堆结构，包括电堆机构1、上端板2、下端板3和若干个调压组件，上端板2和下端板3均水平设置，下端板3与上端板2之间阵列布设有若干个活动板5，各活动板5分别通过若干个弹簧组件6与下端板3连接，电堆机构1置于活动板5与上端板2之间，电堆机构1在初始状态时，各活动板5均处于同一平面内，调压组件包括贯穿上端板2上的螺纹孔一42、贯穿下端板3且与螺纹孔一42同轴开设的通孔43以及贯穿螺纹孔一42和通孔43的螺杆41，螺杆41垂直设置，螺杆41与螺纹孔一42螺纹连接并与通孔43转动连接。电堆机构1置于活动板5之上，通过旋转各螺杆41来调节上端板2的高度位置进而实现对电堆机构1压紧力的调节，当电堆工作时，各个活动板5具有足够的起伏空间来提供电堆在局部膨胀时所需的膨胀空间。
33.在本实施例中，调压组件至少设有四个，并且是围绕电堆机构1周向均匀布设的，各活动板5至少共同构成2
×
2矩阵，各活动板5下方至少均匀布设有两个弹簧组件6，优选为两个或者四个，这样的布局使得弹簧组件6对活动板5的支撑力更加平衡。
34.在本实施例中，各弹簧组件6分别包括上安装件61、下安装件63、弹簧本体62、导向轴65和导向筒64，上安装件61与活动板5的底面连接，下安装件63与下端板3的顶面连接，弹簧本体62的上端与上安装件61固定连接，下端与下安装件63固定连接，上安装件61、下安装件63、导向轴65和导向筒64均与弹簧本体62同轴设置，导向轴65的下端与下安装件63固定连接，导向筒64和上端与上安装件61固定连接，并且导向筒64的内径大于导向轴65的外径。自然状态下，导向轴65的一部分伸入导向筒64中，当电堆发生局部膨胀将活动板5向下挤压时，导向筒64下压进一步罩住导向轴65，对活动板5的位移方向起到限制作用，使其尽量是
在竖直方向上运动。
35.在本实施例中，下端板3的下方设置有弹簧预紧调节装置，弹簧预紧调节装置包括多个蜗轮蜗杆调节组件和多个调节螺栓71，各弹簧组件6的下安装件63底部均固定连接有调节螺栓71，下端板3与各个下安装件63对应的位置均开设有螺纹孔二72，各螺纹孔二72分别与其对应的下安装件63的调节螺栓71螺纹连接，各调节螺栓71均贯穿下端板3，各行或各列的调节螺栓71分别通过一个蜗轮蜗杆调节组件对其进深实现同步调节，进一步地，通过对各个蜗轮蜗杆调节组件进行同步调节，就可以实现对所有调节螺栓71进行同步调节，进而实现对所有弹簧组件6进行同步调节，可以通过蜗杆旋转角度计算出相应的各蜗轮的旋转角度，通过蜗轮旋转角度计算出对应的调节螺栓71进深距离即弹簧本体62的压缩长度，通过弹簧本体62的压缩长度来计算出相应的弹力变化，达到弹簧预紧调节的效果。
36.在本实施例中，各螺杆41分别包括光滑部412和螺纹部411，螺纹部411设于螺杆41的上部，光滑部412设于螺杆41的螺纹部411以下，光滑部412的表面光滑，光滑部412的外径与螺纹部411的螺纹外径一致。螺杆41的螺纹部411与上端板2的螺纹孔一42螺纹连接，光滑部412与穿过下端板3并与其转动连接，调压组件还包括稳压件44，各螺杆41的下端贯穿下端板3插入稳压件44中并与稳压件44转动连接，各稳压件44共同起到对整个装置的支撑作用。
37.在本实施例中，为了进一步对位于阵列外围的各活动板5进行导向，调压组件的数量与位于阵列外围的活动板5的数量匹配，并且位置一一对应，外围的各活动板5分别与其对应的调压组件的螺杆41通过连接件51连接，连接件51套设在螺杆41的光滑部412上并与其滑动连接，借助相对稳定的螺杆41的光滑部412来对活动板5进行导向。
38.在本实施例中，电堆机构1包括若干个叠置的单电池11，各单电池11的上开设有多个定位孔，下端板3与各定位孔对应的位置设置有匹配的导向柱8，各导向柱8垂直设置且贯穿活动板5并与活动板5滑动连接，各导向柱8贯穿与其同轴的各单电池11上的定位孔，导向柱8贯穿上端板2并与其滑动连接，各导向柱8上纵向开设有环形槽81，环形槽81外套设有弹性套82，弹性套82的外径与导向柱8的外径一致，通过设置与定位孔匹配的导向柱8，可以对各单电池11起到良好的定位作用，通过在定位柱上设置环形槽81和弹性套82，可以给电堆反应过程中产生的横向局部膨胀提供膨胀空间，与活动板5相配合，对于电堆在多个方向上可能发生的局部膨胀，都能够起到很好的包容效果，其中环形槽81可以沿导向柱8纵向间隔设置多个，每个环形槽81的厚度与单电池11的厚度对应。
39.在本实施例中，上端板2设置有进气通道91和出气通道92，进气通道91和出气通道92错位布设并且均为折线形或者波浪线形。通过设置折线形或者波浪线形的进气通道91和出气通道92，一方面可以起到阻隔外界水汽的作用，防止形成连续水造成电堆短路，另一方面相较于现有技术中竖直型的进气通道91和出气通道92，这样的设置延长了通道，增加了绝缘电阻。
40.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。