紧固夹具、包括该紧固夹具的燃料电池堆紧固夹具组件以及用于组装燃料电池堆的方法与流程

紧固夹具、包括该紧固夹具的燃料电池堆紧固夹具组件以及用于组装燃料电池堆的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2022年2月10日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2022-0017713的优先权权益，其全部内容通过引用并入到本文中。
技术领域
3.本发明涉及一种紧固夹具、包括该紧固夹具的燃料电池堆紧固夹具组件以及用于组装燃料电池堆的方法。


背景技术：

4.通常，燃料电池堆包括电池堆本体，其中多个电池沿着堆叠方向堆叠，并且端板放置在电池堆本体的相对两侧。端板可以起到支撑并固定电池堆本体的作用。
5.传统上，在制造燃料电池堆时，使用的是以特定的紧固压力压紧端板和电池堆本体，然后通过利用螺栓固定紧固夹具和端板的方案。该方案需要对紧固夹具和螺栓进行紧固过程，增加了组装堆的工作时间，降低了生产率。


技术实现要素：

6.本发明已经解决了现有技术中产生的上述问题，同时完整地保持了由现有技术所实现的优点。
7.本发明的一个方面提供了一种紧固夹具、包括该紧固夹具的燃料电池堆紧固夹具组件以及用于组装燃料电池堆的方法，通过所述紧固夹具缩短了用于组装堆的工作时间。
8.本发明将要解决的概念问题不局限于上述问题，并且本发明所属技术领域的技术人员将从以下描述中清晰地理解在本文中没有提及的任何其他技术问题。
9.根据本发明的另一个方面，紧固夹具用于紧固设置于电池堆本体的相对两侧的一对端板，在所述电池堆本体中多个单元电池沿着堆叠方向堆叠，紧固夹具包括：第一插入部分和延伸部分，所述第一插入部分插入到形成于端板的任何一个端板的第一插入凹部，使得第一插入部分在堆叠方向和与其相反的方向上的运动被限制；所述延伸部分从第一插入部分沿着堆叠方向延伸。
10.在另一个实施方案中，紧固夹具可以进一步包括第二插入部分，所述第二插入部分从延伸部分的在堆叠方向上的末端延伸、插入到形成于端板的另一个端板的第二插入凹部，并且配置为压紧端板的另一个端板。
11.在另一个实施方案中，第一插入部分可以包括：第一插入区域和第二插入区域，所述第一插入区域从延伸部分的在与堆叠方向相反的方向上的末端沿与堆叠方向交叉的方向延伸；所述第二插入区域从第一插入区域的末端在堆叠方向上延伸，并且插入到第一插入凹部。
12.在另一个实施方案中，第一插入部分可以进一步包括第三插入区域，所述第三插
入区域从第二插入区域的末端在与堆叠方向交叉的方向上延伸，并且插入到第一插入凹部。
13.在另一个实施方案中，延伸部分可以形成为弹性地可变形。
14.在另一个实施方案中，第二插入部分可以包括：第一插入区域和第二插入区域，所述第一插入区域从延伸部分的在堆叠方向上的末端沿与堆叠方向交叉的方向延伸；所述第二插入区域从第一插入区域的末端在与堆叠方向相反的方向上延伸，并且插入到第二插入凹部。
15.在另一个实施方案中，第一插入部分、延伸部分以及第二插入部分可以一体地形成。
16.根据本发明的另一个方面，燃料电池堆紧固夹具组件包括：电池堆本体、一对端板以及紧固夹具，所述电池堆本体包括沿着堆叠方向堆叠的多个电池；一对端板分别沿电池堆本体的堆叠方向和与其相反的方向布置；所述紧固夹具配置为限制一对端板在堆叠方向和相反的方向上的运动；一对端板的任何一个端板包括第一插入凹部，所述第一插入凹部配置为使得与紧固夹具的一端相对应的第一插入部分插入到第一插入凹部，并且插入到第一插入凹部的第一插入部分在堆叠方向和相反的方向上的运动受到限制。
17.根据本发明的另一个方面，用于组装燃料电池堆的方法包括：将电池堆本体布置在沿着堆叠方向排列的一对端板之间；在与堆叠方向相反的方向上压紧一对端板的位于堆叠方向上的一个端板，并且在堆叠方向上压紧一对端板的位于与堆叠方向相反的方向上的一个端板；以及将紧固夹具联接至一对端板；一对端板的任何一个端板包括第一插入凹部，所述第一插入凹部具有向内凹陷的形状，并且第一插入部分形成于紧固夹具的一端，在将紧固夹具联接至一对端板的状态中，紧固夹具的第一插入部分插入到第一插入凹部，使得紧固夹具的第一插入部分在堆叠方向和相反的方向上的运动受到限制。
18.在另一个实施方案中，将紧固夹具联接至一对端板可以包括将第一插入部分插入到第一插入凹部、以及将形成在紧固夹具的相对端处的第二插入部分插入到一对端板的另一个端板的第二插入凹部。
19.在另一个实施方案中，所述方法可以进一步包括停止压紧一对端板。
附图说明
20.本发明的以上和其他目的、特征和优点将通过结合所附附图所呈现的以下具体描述而更加显而易见，在所附附图中：
21.图1是示出了可以应用根据本发明的实施方案的紧固夹具的端板和电池堆本体的示意图；
22.图2是从概念上示出了根据本发明的实施方案的紧固夹具的示意图；
23.图3是示出了根据本发明的实施方案的紧固夹具联接至端板的状态的示意图；
24.图4是示出了在图1中已经执行了压紧操作的状态的示意图；
25.图5是从概念上示出了在执行第一插入操作的状态的示意图；以及
26.图6是从概念上示出了在已经执行了第一插入操作之后的状态的示意图。
27.附图标记说明：
28.1：电池堆本体
29.3、4：端板
30.5：第一插入凹部
31.5a：第一部分
32.5b：第二部分
33.6：第二插入凹部
34.10：第一插入部分
35.11：第一插入部分的第一插入区域
36.12：第一插入部分的第二插入区域
37.13：第一插入部分的第三插入区域
38.20：延伸部分
39.30：第二插入部分
40.31：第二插入部分的第一插入区域
41.32：第二插入部分的第二插入区域
42.d：堆叠方向。
具体实施方式
43.在下文中，将参考示例性附图对本发明的一些实施方案进行详细描述。在为附图的构成元件提供附图标记时，即使相同的元件显示在不同的附图上，这些元件也可以具有相同的附图标记。此外，在本发明的以下描述中，当可能会使得本发明的主题不清楚时，将省略在本文中包括的已知功能和配置的详细描述。
44.根据本发明的实施方案的紧固夹具可以是用于紧固一对端板3、4的紧固夹具。一对端板3、4可以设置于电池堆本体1的相对侧，在所述电池堆本体1中多个单元电池在堆叠方向“d”上堆叠。图1是示出了可以应用根据本发明的实施方案的紧固夹具的端板和电池堆本体的示意图。图1中，堆叠方向“d”可以是指向上方向。
45.作为示例，电池可以包括膜电极组件(membrane-electrode assembly，mea)。膜电极组件可以包括固体聚合物电极膜以及阴极和阳极，氢离子可以流过所述固体聚合物电极膜，所述阴极和阳极是通过在电解质膜的相对表面上施加催化剂而获得的电极层，使得氢和氧可以彼此反应。
46.在膜电极组件的外部，即在阴极和阳极所在的外部，可以堆叠气体扩散层(gas diffusion layer，gdl)，并且双极板可以位于气体扩散层的外侧，所述双极板分别具有流场，反应气体通过所述流场供应，并且冷却水穿过所述流场。
47.此外，用于密封流体等的垫片可以堆叠在双极板之间。垫片可以以这样的状态提供，其中垫片一体地注塑成型在膜电极组件或双极板中，或者形成为单独的固体垫片。
48.图2是从概念上示出了根据本发明的实施方案的紧固夹具的示意图。图3是示出了根据本发明的实施方案的紧固夹具联接至端板的状态的示意图。
49.如图2所示，紧固夹具可以包括第一插入部分10和延伸部分20。
50.第一插入部分10可以插入到形成于端板3、4的任何一个端板(这里示出的是端板3)的第一插入凹部5。第一插入部分10可以插入到第一插入凹部5，使得可以限制第一插入部分10在堆叠方向“d”和与其相反的方向上的运动。
51.延伸部分20可以从第一插入部分10沿着堆叠方向“d”延伸。延伸部分20可以形成为弹性地可变形。
52.紧固夹具可以包括第二插入部分30。第一插入部分10、延伸部分20和第二插入部分30可以一体地形成。然而，本发明不限于此，可以单独地提供第一插入部分10、延伸部分20和第二插入部分30的全部或一些。
53.第二插入部分30可以从延伸部分20的在堆叠方向“d”上的末端延伸，并且可以插入到形成于端板3、4的另一个端板(这里示出的是端板4)的第二插入凹部6。第二插入部分30可以插入到第二插入凹部6并且可以压紧端板3、4的另一个端板。
54.根据本发明，由于一对端板3、4以第一插入部分10插入到第一插入凹部5的形式在不使用螺栓的情况下紧固，因此可以省略紧固螺栓的工作流程，从而可以减少用于组装的工作时间并且可以提高生产率。在下文中，将在下面描述用于实现效果的第一插入部分10的具体形状。
55.第一插入部分10可以包括第一插入区域11和第二插入区域12。第一插入区域11可以从延伸部分20的在与堆叠方向“d”相反的方向上的末端沿与堆叠方向“d”交叉的方向延伸。作为示例，第一插入区域11可以垂直于延伸部分20延伸。
56.第二插入区域12可以从第一插入区域11的末端在堆叠方向“d”上延伸。例如，总体上观看第一插入区域11和第二插入区域12时所观看到的形状大致上可以是“l”形状。第二插入区域12可以插入到第一插入凹部5。
57.第一插入部分10可以进一步包括第三插入区域13。第三插入区域13可以从第二插入区域12的末端在与堆叠方向“d”交叉的方向上延伸。例如，总体上观看第二插入区域12和第三插入区域13时所观看到的形状大致上可以是“l”形状。第三插入区域13可以插入到第一插入凹部5。
58.同时，随着第三插入区域13插入到第一插入凹部5，可以限制第三插入区域13在堆叠方向“d”和与其相反的方向上的运动。作为示例，第一插入凹部5可以包括第一部分5a和第二部分5b。第一部分5a可以是在端板3、4的任何一个端板中沿堆叠方向“d”凹陷的部分。第一部分5a可以对应于第二插入区域12的形状。
59.第二部分5b可以是从第一部分5a的在堆叠方向“d”上的末端凹陷为与第一部分5a交叉的部分。第二部分5b可以对应于第三插入区域13的形状。第一插入凹部5大致上可以是“l”形状的。如图3所示，当第三插入区域13插入到第二部分5b时，存在阻碍第三插入区域13在堆叠方向“d”和与其相反的方向上运动的端板3、4的任何一个端板的部分，因此可以限制第三插入区域13在堆叠方向“d”和与其相反的方向上的运动。
60.第二插入部分30可以包括第一插入区域31和第二插入区域32。第一插入区域31可以从延伸部分20的在堆叠方向“d”上的末端沿与堆叠方向“d”交叉的方向延伸。作为示例，第一插入区域31可以垂直于延伸部分20。第二插入区域32可以从第一插入区域31的末端在与堆叠方向“d”相反的方向上延伸。第二插入区域32可以插入到第二插入凹部6。
61.燃料电池堆紧固夹具组件
62.在下文中，下面将基于上述关于紧固夹具的内容来描述关于燃料电池堆紧固夹具组件的内容。上面已经描述了关于紧固夹具的内容，因此将省略其详细描述。
63.包括根据本发明的实施方案的紧固夹具的燃料电池堆紧固夹具组件可以包括电
池堆本体1、端板3、4以及紧固夹具。电池堆本体1可以包括沿着堆叠方向“d”堆叠的多个电池。端板3、4可以分别沿电池堆本体1的堆叠方向“d”和与其相反的方向布置。可以设置一对端板3、4。一对端板3、4的任何一个端板可以包括第一插入凹部5。与紧固夹具的一端相对应的第一插入部分10可以插入到第一插入凹部5。
64.紧固夹具可以限制一对端板3、4在堆叠方向“d”和与其相反的方向上的运动。例如，由于插入到第一插入凹部5的第一插入部分10在堆叠方向“d”和与其相反的方向上的运动受到限制，因此可以限制一对端板3、4在堆叠方向“d”和与其相反的方向上的运动。
65.用于组装燃料电池堆的方法
66.在下文中，将基于上述内容对根据本发明的实施方案的用于组装包括紧固夹具的燃料电池堆的方法进行描述。上面已经描述了关于紧固夹具和燃料电池堆紧固夹具组件的内容，因此将省略其详细描述。
67.根据本发明的实施方案的用于组装燃料电池堆的方法可以包括布置操作、压紧操作以及紧固操作。布置操作可以是将电池堆本体1布置在沿堆叠方向“d”排列的一对端板3、4之间的操作。这可以理解为图1的状态。
68.压紧操作可以是在与堆叠方向“d”相反的方向上压紧一对端板的位于堆叠方向“d”上的一个端板，并且在堆叠方向“d”上压紧一对端板的位于与堆叠方向“d”相反的方向上的另一个端板的操作。图4是示出了在图1中已经执行了压紧操作的状态的示意图。
69.紧固操作可以是将紧固夹具联接至一对端板3、4的操作。在紧固操作中，紧固夹具的第一插入部分10可以插入到第一插入凹部5，使得可以限制紧固夹具的第一插入部分10在堆叠方向“d”和与其相反的方向上的运动。
70.作为示例，紧固操作可以包括第一插入操作和第二插入操作。第一插入操作可以是将第一插入部分10插入到第一插入凹部5的操作。图5是从概念上示出了在执行第一插入操作的状态的示意图。作为参考，为了便于说明，图5中省略了延伸部分20和第二插入部分30。图6是从概念上示出了在已经执行了第一插入操作之后的状态的示意图。
71.第二插入操作可以是将形成在紧固夹具的相对端处的第二插入部分30插入到一对端板3、4的另一个端板的第二插入凹部6的操作。
72.根据本发明的实施方案的用于组装燃料电池堆的方法可以进一步包括压紧释放操作。压紧释放操作可以是停止压紧一对端板3、4的操作。这可以理解为这样一种状态，其中图6的状态改变为图3的状态。
73.根据本发明，由于不包括紧固螺栓的工作流程，因此可以减少用于组装的工作时间，从而可以提高生产率。
74.根据本发明，由于一对端板以插入部分插入到插入凹部的形式在不使用螺栓的情况下紧固，因此可以省略紧固螺栓的工作流程，从而可以减少用于组装的工作时间并且可以提高生产率。
75.以上描述是对本发明的技术精神的简单示例，并且在不偏离本发明的本质特征的情况下，本发明所属技术领域的技术人员可以对本发明进行各种修正和改进。相应地，在本发明中公开的实施方案不提供对本发明的技术精神的限制，而是提供为说明性的，本发明的技术精神的范围不局限于实施方案。相应地，本发明的技术范围应该由所附权利要求书来解释，并且在同等范围内的所有技术精神都落入本发明的范围之内。

技术特征：
1.一种紧固夹具，其用于紧固设置于电池堆本体的相对两侧的一对端板，在所述电池堆本体中多个单元电池沿着堆叠方向堆叠，所述紧固夹具包括：第一插入部分，其插入到形成于一对端板的一个端板的第一插入凹部，使得所述第一插入部分在堆叠方向和与堆叠方向相反的方向上的运动被限制；以及延伸部分，其从第一插入部分沿着堆叠方向延伸。2.根据权利要求1所述的紧固夹具，进一步包括：第二插入部分，其从所述延伸部分的在堆叠方向上的末端延伸，所述第二插入部分配置为插入到形成于一对端板的另一个端板的第二插入凹部，并且配置为压紧一对端板的另一个端板。3.根据权利要求1所述的紧固夹具，其中，所述第一插入部分包括：第一插入区域，其从所述延伸部分的在与堆叠方向相反的方向上的末端沿与堆叠方向交叉的方向延伸；以及第二插入区域，其从所述第一插入区域的末端在堆叠方向上延伸，并且插入到所述第一插入凹部。4.根据权利要求3所述的紧固夹具，其中，所述第一插入部分进一步包括：第三插入区域，其从所述第二插入区域的末端在与堆叠方向交叉的方向上延伸，并且插入到所述第一插入凹部。5.根据权利要求1所述的紧固夹具，其中，所述延伸部分配置为能够弹性地变形。6.根据权利要求2所述的紧固夹具，其中，所述第二插入部分包括：第一插入区域，其从所述延伸部分的在堆叠方向上的末端沿与堆叠方向交叉的方向延伸；以及第二插入区域，其从第二插入部分的第一插入区域的末端在与堆叠方向相反的方向上延伸，并且插入到所述第二插入凹部。7.根据权利要求2所述的紧固夹具，其中，所述第一插入部分、所述延伸部分以及所述第二插入部分一体地形成。8.一种燃料电池堆紧固夹具组件，包括：电池堆本体，其包括沿着堆叠方向堆叠的多个电池；一对端板，其中一对端板的一个端板沿所述电池堆本体的堆叠方向放置，一对端板的另一个端板沿与堆叠方向相反的方向放置；以及紧固夹具，其配置为限制一对端板在堆叠方向和相反的方向上的运动；其中，所述一对端板的一个端板包括：第一插入凹部，其配置为使得与所述紧固夹具的一端相对应的第一插入部分插入到所述第一插入凹部；其中，插入到第一插入凹部的第一插入部分在堆叠方向和相反的方向上的运动受到限制。9.一种用于组装燃料电池堆的方法，所述方法包括：将电池堆本体放置在沿着堆叠方向排列的一对端板之间；在与堆叠方向相反的方向上压紧一对端板的位于堆叠方向上的一个端板，并且在堆叠方向上压紧一对端板的位于与堆叠方向相反的方向上的另一个端板；以及
将紧固夹具联接至一对端板；其中，一对端板的一个端板包括第一插入凹部，所述第一插入凹部具有向内凹陷的形状，第一插入部分形成于所述紧固夹具的一端；在将紧固夹具联接至一对端板的状态中，紧固夹具的第一插入部分插入到第一插入凹部，使得紧固夹具的第一插入部分在堆叠方向和相反的方向上的运动受到限制。10.根据权利要求9所述的方法，其中，将紧固夹具联接至一对端板包括：将所述第一插入部分插入到所述第一插入凹部；和将形成在紧固夹具的相对端处的第二插入部分插入到一对端板的另一个端板的第二插入凹部。11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：停止压紧一对端板。

技术总结
本发明涉及紧固夹具、包括该紧固夹具的燃料电池堆紧固夹具组件以及用于组装燃料电池堆的方法。紧固夹具用于紧固设置于电池堆本体的相对两侧的一对端板，在所述电池堆本体中多个单元电池沿着堆叠方向堆叠，所述紧固夹具包括：第一插入部分、延伸部分以及第二插入部分，所述第一插入部分插入到形成于端板的任何一个端板的第一插入凹部，使得第一插入部分在堆叠方向和与其相反的方向上的运动被限制；所述延伸部分从第一插入部分沿着堆叠方向延伸；所述第二插入部分从延伸部分的在堆叠方向上的末端延伸、插入到形成于端板的另一个端板的第二插入凹部，并且配置为压紧端板的另一个端板。板。板。


技术研发人员：董贤培 金涌珉 郑燽海 赵仙熙
受保护的技术使用者：起亚株式会社
技术研发日：2022.08.15
技术公布日：2023/8/24