电堆结构、电堆壳体封装装置及电堆壳体的封装方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种电堆结构、电堆壳体封装装置及该电堆壳体的封装方法。


背景技术：

2.燃料电池汽车在实际运行过程中会面对复杂的路况，电堆是燃料电池中的发电装置，燃料与氧化物在电堆处发生化学反应。因此对于电堆的抗振性和抗冲击性有着较高的要求，在一般情况下会在电堆的外面套一层壳体进行保护。此外，由于电堆产品及型号的多样性，对于电堆壳体封装装置的研究也各有不同，例如，一些电堆壳体封装装置采用碟簧置于壳体与堆芯之间，用于减少电堆在运行一段时间后产生的应力松弛。但是，碟簧的数量和布置对于电堆内部的压力分布均匀性有着很大的影响，现有的含有碟簧的壳体封装方式基本都需要在盲端盖板上与碟簧对应的位置开孔，主要原因在于：为保证定力压堆，碟簧的上端须有调节螺母，压机压杆须经过盲端盖板的开孔进入壳体内部而压在碟簧压片上，然后调节螺母穿过压机压杆调节堆芯与上盖板之间的距离；简单来说，即压机压杆必须与碟簧压片直接接触。但是，在上盖板上开孔会降低上盖板的强度，特别是对于特别多组的碟簧电堆来说，而且对于上盖板开孔处的密封也是一种考验。


技术实现要素：

3.鉴于上述的分析，本发明提供一种电堆结构，包括：电堆和壳体，所述电堆置于壳体内，并通过所述壳体支撑，所述壳体包括上盖板、下盖板和侧盖板，其中，在所述电堆和上盖板之间依次设置有碟簧、碟簧压片和调节螺栓；所述上盖板为完整的板状件，所述碟簧压片一端抵压所述碟簧，所述碟簧压片的另一端包括压片导柱，所述调节螺栓能够与所述压片导柱螺纹结合，所述调节螺栓另一端与所述上盖板的内壁抵靠。
4.进一步地，所述电堆包括盲端端板，其中，所述盲端端板包括端板导柱，所述碟簧套设在端板导柱上。
5.进一步地，端板导柱固定设置在盲端端板上。
6.进一步地，所述压片导柱设置内螺纹，所述调节螺栓设置外螺纹。
7.进一步地，所述碟簧设置有十组。
8.本发明地其他实施例还提供了一种电堆壳体封装装置，包括上述电堆结构和压装结构，所述压装结构包括压板、第一压柱、第二压柱、第三压柱、第四压柱、前连杆组和后连杆组，其中，所述压板设置在上盖板的外侧，所述第一压柱、第二压柱、第三压柱和第四压柱与所述压板连接并设置在所述侧盖板的外侧，前连杆组可拆卸地设置在第一压柱和第二压柱上，并且前连杆组形成供所述压片导柱穿过的孔，所述后连杆组可拆卸地设置在第三压柱和第四压柱上，并且所述后连杆组形成供所述压片导柱穿过的孔。
9.进一步地，第一压柱、第二压柱、第三压柱和第四压柱地靠近自由端的部分别包括台阶结构，所述台阶结构用于抵住前连杆组和后连杆组。
10.进一步地，所述前连杆组包括第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆结构相同并且分别从前后方向抵住第一压柱和第二压柱，并在壳体的外侧分别通过螺栓可拆卸连接，
11.进一步地，所述后连杆组包括第三连杆和第四连杆，第三连杆和第四连杆结构相同并且分别从前后方向抵住第三压柱和第四压柱，并在壳体的外侧分别通过螺栓可拆卸连接。
12.本发明地实施例还提供了一种电堆壳体的封装方法，所述方法包括如下步骤：施加压力后，将电堆的堆芯压至目标压力；将上盖板下放并与电堆堆芯的下端板锁紧；向上拧调节螺栓直至顶到所述上盖板；将第一连杆和第二连杆拆下，并从壳体中抽出，将第三连杆和第四连杆拆下，并从壳体中抽出。将压机压头抬起后，封上侧盖板。
13.本发明提供地电堆结构、电堆壳体封装装置及电堆壳体的封装方法，至少具有以下优点之一：
14.电堆结构采用多组碟簧的方案，使盲端端板受力更均匀，改善压力分布。
15.电堆结构的上盖板不在碟簧处开孔，保证壳体的强度及密封性；
16.电堆结构包括调节螺栓，可以保证该结构电堆的定压力装堆。
17.电堆壳体的封装装置包括开拆卸地第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，方便封装，便于取出，保证了合理的壳体封装。
附图说明
18.通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
19.图1示出了电堆结构的示意图；
20.图2示出了电堆结构的一部分的示意图；
21.图3示出了电堆壳体的封装装置和电堆壳体的压装结构结合的示意图；
22.图4示出了电堆壳体的封装装置的压装结构的一部分的示意图。
23.参考标号
24.10电堆结构、110电堆、120壳体、121上盖板、122下盖板、130碟簧、140碟簧压片、141压片导柱、150调节螺栓、160盲端端板、161端板导柱；
25.20压装结构、201压板、210第一压柱、220第二压柱、230第三压柱、240第四压柱、21前连杆组、21a第一连杆、21b第二连杆、22后连杆组、22a第三连杆、22b第四连杆、250台阶结构
具体实施方式
26.下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
27.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非
特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
28.图1为电堆结构10的示意图，如图1所示，电堆结构10包括电堆110和壳体120，所述壳体120用于支撑电堆10，在电堆110和壳体120之间依次设置有碟簧130、碟簧压片140和调节螺栓150；所述壳体120包括上盖板121、下盖板122和侧盖板(未示出)，其中，所述碟簧130和所述碟簧压片140置于所述上盖板121和所述电堆110之间；所述上盖板121为完整的板状件，上盖板121上未设置有孔或槽等结构，以保证上盖板的强度并保证良好的密封。优选地，所述壳体120上未设置孔或槽等结构，即，上盖板121、下盖板122和侧盖板均为完整的板状结构，以保证壳体的强度和密封性能。所述碟簧压片140包括压片导柱141，所述压片导柱141设有内螺纹，所述调节螺栓150的外螺纹能够与所述压片导柱141的内螺纹结合，所述调节螺栓150的另一端与所述上盖板121的内壁抵靠。当电堆结构10完成压装之后，上盖板121和下盖板122结合，通过调节螺栓150的调节，调节电堆与上盖板之间的距离，通过设置碟簧能够减少电堆在运行一段时间后产生的应力松弛，壳体120未开设孔和槽，从而能够保证强度和密封。
29.在一个实施例中，如图2，所述电堆110包括盲端端板160，所述碟簧130和所述碟簧压片140置于所述上盖板121和所述盲端端板160之间。优选地，盲端端板160包括端板导柱161，端板导柱161固定设置在盲端端板160上，例如，端板导柱161可与盲端端板160一体成型，或者端板导柱161可通过焊接等方式与盲端端板160固定连接。端板导柱161与碟簧130一一对应设置，在本实施例中，碟簧130设置有十组，则端板导柱161相应设置有十组。碟簧130成组设置，即两个相同的碟簧130叠放在一起，并套设在端板导柱161上，端板导柱161的高度小于一个碟簧组的高度。端板导柱161能够定位碟簧组，并能够为碟簧组引导方向。
30.如图1所示，十组碟簧30均匀布置在堆芯盲端端板160上，设置十组碟簧的目的主要有：弥补由于加工工艺造成的累计公差；减少由于应力松弛造成的封装力衰减；使施加在盲端端板上的受力更加均匀，保证更好的密封性。在其他实施例中，也可设置八组碟簧、六组碟簧、十二组碟簧等，只要使得施加在盲端端板上的受力均匀，密封良好即可。
31.在另一个实施例中，本发明还提供一种电堆壳体封装装置，如图3所示，电堆壳体封装装置包括电堆结构10和压装结构20，所述压装结构20包括压板201、第一压柱210、第二压柱220、第三压柱230、第四压柱240、前连杆组21和后连杆组22，其中，所述压板201设置在上盖板121的外侧，第一压柱210、第二压柱220、第三压柱230、第四压柱240的一端与所述压板201固定连接并设置在所述侧盖板的外侧，前连杆组21可拆卸地套设在第一压柱210和第二压柱220，并且前连杆组21形成供所述压片导柱141穿过的孔，所述后连杆组22可拆卸地套设在第三压柱230和第四压柱240上，并且所述后连杆组22形成供所述压片导柱141穿过的孔。
32.具体地，第一压柱210、第二压柱220、第三压柱230、第四压柱240的靠近自由端的部分别包括台阶结构250，所述台阶结构250用于抵住前连杆组21和后连杆组22。所述前连杆组21包括第一连杆21a和第二连杆21b，如图4所示，第一连杆21a和第二连杆21b结构相同共同抵住第一压柱210和第二压柱220的台阶结构，并在壳体的外侧分别通过螺栓可拆卸连
接。所述后连杆组22包括第三连杆22a和第四连杆22b，第三连杆22a和第四连杆22b结构相同并且分别抵住第三压柱230和第四压柱240的台阶结构250，并在壳体的外侧分别通过螺栓可拆卸连接。
33.可以理解的是，第一连杆21a和第二连杆21b在相对应的位置上分别具有相同的半个孔，当第一连杆21a和第二连杆21b组合安装时，第一连杆21a和第二连杆21b的半个孔分别与靠近第一压柱210和第二压柱220的自由端处对准后形成完整的孔，使得第一连杆21a和第二连杆21b共同抵靠在台阶结构处。在壳体的外侧，即，第一压柱210和第二压柱220的外侧，第一连杆21a和第二连杆21b分别通过螺栓紧固连接，在壳体地内侧，第一连杆21a和第二连杆21b共同形成围绕压片导柱141地孔。当压装完成后，可拆卸螺栓，分别取出第一连杆21a和第二连杆21b，前连杆组21设置为分体结构，便于拆卸压装结构20，使得压片导柱141不会阻碍前连杆组21的取出。
34.同理地，第三连杆22a和第四连杆22b在相对应的位置上分别具有相同的半个孔，当第三连杆22a和第四连杆22b组合安装时，第一连杆21a和第二连杆21b的半个孔分别与靠近第三压柱230和第四压柱240的自由端处对准后形成完整的孔，使得第一连杆21a和第二连杆21b共同抵靠在台阶结构处。在壳体的外侧，即，第一压柱210和第二压柱220的外侧，第三连杆22a和第四连杆22b分别通过螺栓紧固连接，在壳体地内侧，第三连杆22a和第四连杆22b共同形成围绕压片导柱141地孔，当压装完成后，可拆卸螺栓，分别取出第三连杆22a和第四连杆22b，后连杆组22设置为分体结构，便于拆卸压装结构20，使得压片导柱141不会阻碍后连杆组22的取出。
35.第一连杆21a和第二连杆21b的两端留有沉孔，用于加螺栓锁紧在压柱上。在本实施例中，碟簧30共设置有十组，即，碟簧压片140共设置有十个，因此，第一连杆组21在第一压柱210和第二压柱220之间共同形成五个孔，第二连杆组22在第三压柱230和第四压柱240之间共同形成五个孔，使碟簧压片的压片导柱141穿过中间的10个孔且不与孔接触，便于取出第一连杆组21和第二连杆组22。
36.本发明地另一个实施例还包括电堆壳体地封装方法，所述封装方法具体实施步骤包括：施加压力后，将堆芯压至目标压力，将壳体下放并与堆芯下端板锁紧，向上拧调节螺栓直至顶到上盖板，将第一连杆21a、第二连杆21b、第三连杆22a和第四连杆22b拆下，并从壳体中抽出，将压机压头抬起后，封上侧盖板(未示出)，即完成压装。
37.电堆壳体的封装装置包括开拆卸地第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，方便封装，便于取出，保证了合理的壳体封装。
38.本技术采用多组碟簧的方案，使盲端端板受力更均匀，更好的保证密封性；上盖板不在碟簧处开孔，保证壳体的强度及密封性；特殊的工装设计，包括调节螺栓的使用，可以保证该结构电堆的定压力装堆。
39.本发明采用一种改进的压装结构，无须在上盖板上开孔就能保证正常的压装堆，而且可以通过调节结构保证可以定压力装堆。采用十组碟簧的布置方案，用于改善压力分布的均匀性，并使用改进设计的工装保证了合理的壳体封装。
40.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨
在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

技术特征：
1.一种电堆结构，其特征在于，包括：电堆和壳体，所述电堆置于壳体内，并通过所述壳体支撑，所述壳体包括上盖板、下盖板和侧盖板，其中，在所述电堆和上盖板之间依次设置有碟簧、碟簧压片和调节螺栓；所述上盖板为完整的板状件，所述碟簧压片一端抵压所述碟簧，所述碟簧压片的另一端包括压片导柱，所述调节螺栓能够与所述压片导柱螺纹结合，所述调节螺栓另一端与所述上盖板的内壁抵靠。2.根据权利要求1所述的电堆结构，其特征在于，所述电堆包括盲端端板，其中，所述盲端端板包括端板导柱，所述碟簧套设在端板导柱上。3.根据权利要求2所述的电堆结构，其特征在于，端板导柱固定设置在盲端端板上。4.根据权利要求1所述的电堆结构，其特征在于，所述压片导柱设置内螺纹，所述调节螺栓设置外螺纹。5.根据权利要求1所述的电堆结构，其特征在于，所述碟簧设置有十组。6.一种电堆壳体封装装置，其特征在于，包括根据权利要求1至5任意一项所述的电堆结构和压装结构，所述压装结构包括压板、第一压柱、第二压柱、第三压柱、第四压柱、前连杆组和后连杆组，其中，所述压板设置在上盖板的外侧，所述第一压柱、第二压柱、第三压柱和第四压柱与所述压板连接并设置在所述侧盖板的外侧，前连杆组可拆卸地设置在第一压柱和第二压柱上，并且前连杆组形成供所述压片导柱穿过的孔，所述后连杆组可拆卸地设置在第三压柱和第四压柱上，并且所述后连杆组形成供所述压片导柱穿过的孔。7.根据权利要求6所述的电堆壳体封装装置，其特征在于，第一压柱、第二压柱、第三压柱和第四压柱地靠近自由端的部分别包括台阶结构，所述台阶结构用于抵住前连杆组和后连杆组。8.根据权利要求7所述的电堆壳体封装装置，其特征在于，所述前连杆组包括第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆结构相同并且分别从前后方向抵住第一压柱和第二压柱，并在壳体的外侧分别通过螺栓可拆卸连接。9.根据权利要求8所述的电堆壳体封装装置，其特征在于，所述后连杆组包括第三连杆和第四连杆，第三连杆和第四连杆结构相同并且分别从前后方向抵住第三压柱和第四压柱，并在壳体的外侧分别通过螺栓可拆卸连接。10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的电堆壳体的封装方法，其特征在于：施加压力后，将电堆的堆芯压至目标压力；将上盖板下放并与电堆堆芯的下端板锁紧；向上拧调节螺栓直至顶到所述上盖板；将第一连杆和第二连杆拆下，并从壳体中抽出，将第三连杆和第四连杆拆下，并从壳体中抽出。将压机压头抬起后，封上侧盖板。

技术总结
本发明提供一种电堆结构，包括：电堆和壳体，所述壳体用于支撑电堆，在电堆和壳体之间依次设置有碟簧、碟簧压片和调节螺栓；所述壳体包括上盖板、下盖板和侧盖板，其中，所述碟簧和所述碟簧压片置于所述上盖板和所述电堆之间；所述上盖板为完整的板状件，所述碟簧压片包括导柱，所述碟簧套设在所述导柱上；所述导柱设有内螺纹，所述调节螺栓能够与所述导柱结合，所述调节螺栓与所述上盖板的内壁抵靠。本发明提供一种电堆壳体封装装置和电堆壳体的封装方法，无须在上盖板上开孔就能保证正常的压装堆，可以通过调节结构保证可以定压力装堆。堆。堆。


技术研发人员：请求不公布姓名 王泽昊 李宪才 徐云飞 周宝
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/10/7