高度调节组件、燃料电池电堆及车辆的制作方法

1.本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种高度调节组件、燃料电池电堆及车辆。


背景技术：

2.燃料电池电堆目前主要有两种锁紧方式，钢带锁紧和拉杆锁紧，为了适应自动化生产，燃料电池电堆的固定方式一般选择尺寸固定的拉杆或者螺杆固定方式，即定尺寸电堆。
3.由于电堆在给定的压力下，堆芯的尺寸必然与固定拉杆的尺寸有差异，一般是堆芯的尺寸小于固定拉杆的设计尺寸，现有技术中通过增加非重复件如碳纸、绝缘片等来保证堆芯的高度达到设计尺寸，且非重复件非常容易滑移，操作繁琐，且非重复件在使用中还容易变形，严重影响电堆的密封性能。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种高度调节组件、燃料电池电堆及车辆，可以保证电堆在目标尺寸下具有更高的紧固力，且高度调节简单，操作便捷，电堆使用过程中密封性能好。
5.本发明的技术方案为：
6.第一方面，本发明提供了一种高度调节组件，用于设于电堆的第一板件和第二板件之间，所述高度调节组件包括：
7.支撑框架，用于设于所述第一板件和所述第二板件之间；
8.调节杆，可转动地连接于所述支撑框架，所述调节杆上设有凸轮；所述凸轮在所述调节杆的驱动下转动，以调节所述支撑框架与所述第一板件和/或所述第二板件之间的间距。
9.在一些实施例中，所述凸轮设有多个，多个所述凸轮沿所述调节杆的轴向间隔设置。
10.在一些实施例中，所述凸轮设有两个以上凸部；和/或，沿所述调节杆的轴向间隔设置的至少两个所述凸轮的安装姿态不同。
11.在一些实施例中，所述调节杆设有多个，多个所述调节杆沿所述电堆的长度方向或宽度方向间隔设置。
12.在一些实施例中，所述高度调节组件还包括调节手柄以及齿轮组，所述调节手柄设于其中一个所述调节杆，所述齿轮组安装于多个所述调节杆上以传递所述调节手柄施加的扭矩。
13.在一些实施例中，所述高度调节组件还包括：
14.锁止件，用于锁止齿轮，所述锁止件连接于所述支撑框架；
15.止逆棘爪，连接于所述支撑框架、且可活动地伸入于所述齿轮的齿槽；
16.限位件，位于所述止逆棘爪沿所述齿轮转动方向的后方。
17.基于与第一方面相同的技术构思，第二方面，本发明还提供了一种燃料电池电堆，包括依次堆叠设置的进气端端板组件、电池组件、第一板件、前述的高度调节组件以及第二板件。
18.在一些实施例中，所述高度调节组件的支撑框架与所述第一板件或所述第二板件为一体式结构。
19.在一些实施例中，所述燃料电池电堆还包括位于所述第二板件外侧的第三板件，所述第二板件与所述第三板件的其中一个为叠簧支撑板、另一个为盲端端板；
20.所述第一板件为绝缘板或集成有绝缘层的集流板。
21.基于与第二方面相同的技术构思，第三方面，本发明还提供了一种车辆，包括前述的燃料电池电堆。
22.本发明的有益效果至少包括：
23.本发明提供了一种高度调节组件，支撑框架位于第一板件以及第二板件之间，起到支撑作用；调节杆连接于支撑框架，在调节前，凸轮位于支撑框架内，在需要调节第一板件和第二板件之间的间距时，转动调节杆，从而凸轮也随着调节杆转动，从而使得凸轮至少部分可以伸出于支撑框架，从而抵紧第一板件和/或第二板件，使得支撑框架与第一板件和/或第二板件之间的间距增大。
24.在装堆过程中，由于支撑框架的强度比非重复件高，因此很容易与第一板件以及第二板件对齐，紧固时支撑框架为刚性与第一板件以及第二板件的摩擦力大，不易出现滑移问题也不会出现变形；同时可通过转动调节杆使得支撑框架与第一板件和/或第二板件之间的距离增大，从而使得堆芯在给定的尺寸下达到更大的紧固力，而无需增加碳纸、绝缘片等非重复件，从而简化了装堆操作；更不会出现由于使用重复件导致的变形问题，保证了电堆的密封性能。
25.在电堆压装使用一段时间后也可以通过转动调节杆，使得支撑框架与第一板件和/或第二板件之间的距离增大，以补偿堆芯的密封圈、塑料件等变形塑性变形降低的高度，保证电堆的密封以及使用性能。
26.本发明提供的高度调节组件至少具有如下优点：
27.(1)在装堆过程中不会出现滑移问题，且可以保证电堆的堆芯高度和设计高度一致。
28.(2)在电堆的整个生命周期中，一旦发生了弹性件的塑性变形，可以通过高度调节组件补偿弹性件塑性变形降低的高度和压紧力，从而保证电堆的使用性能。
29.(2)在电堆使用一段时间后，由于凸轮对第一板件和/或第二板件的抵紧作用，保证电堆在使用过程中堆芯压力和高度尺寸。
30.(3)仅是在电堆的第一板件和第二板件添加高度调节组件，操作简单，适用范围广。
附图说明
31.图1示出了本发明实施例的高度调节组件的结构示意图。
32.图2示出了图1的高度调节组件的俯视图。
33.图3示出了图1的高度调节组件的侧视图。
34.图4示出了图1的高度调节组件中的支撑框架的结构示意图。
35.图5示出了本发明实施例的燃料电池电堆的结构示意图。
36.图6为图5的燃料电池电堆的另一个角度的结构示意图。
37.附图标记说明：
38.100-高度调节组件，110-支撑框架，111-容纳腔，120-调节杆，130-凸轮，131-凸部，140-齿轮组，150-锁止件，160-止逆棘爪，170-限位件，180-锁止销；
39.200-进气端端板组件，300-电池组件，400-第一板件，500-第二板件，600-第三板件，700-拉杆。
具体实施方式
40.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通具体实施例对本技术技术方案作详细描述。
41.相关技术中，采用非重复件来保证定尺寸装堆条件下的裸堆高度尺寸，这种方式导致非重复件非常容易变形，且非重复件由于质量轻，既难以与集流板以及叠簧支撑板等对齐，在装堆过程中，非重复件与电堆本体之间还易出现滑移，影响装堆操作；在电堆使用过程中，非重复件还易出现变形，降低紧固力，从而影响电堆的密封性能。
42.本技术实施例提供了一种高度调节组件、燃料电池电堆及车辆，至少一定程度上保证了定尺寸装堆情况下，在给定的压力下电堆的高度尺寸与设计尺寸相同，且不影响电堆的密封性能。
43.第一方面，本发明实施例提供了一种高度调节组件，用于设于电堆的第一板件和第二板件之间，调节第一板件与第二板件之间的间距。
44.请结合图1，本发明实施例提供的高度调节组件100包括支撑框架110和调节杆120，其中，支撑框架110用于设于第一板件400和第二板件500之间；调节杆120可转动地连接于支撑框架110，调节杆120上设有凸轮130；凸轮130在调节杆120的驱动下转动，以调节支撑框架110与第一板件400和/或第二板件500之间的间距。
45.请结合图1、图5和图6，支撑框架110位于第一板件400以及第二板件500之间，起到支撑作用；调节杆120连接于支撑框架110，在调节前，凸轮130位于支撑框架110内，在需要调节第一板件400和第二板件500之间的间距时，转动调节杆120，从而凸轮130也随着调节杆120转动，从而使得凸轮130至少部分可以伸出于支撑框架110，从而抵紧第一板件400和/或第二板件500，使得支撑框架110与第一板件400和/或第二板件500之间的间距增大。
46.在一些实施例中，请结合图1以及图2，凸轮130设有多个，多个凸轮130沿调节杆120的轴向间隔设置，以保证调节结束后第一板件400和第二板件500之间间距在电堆沿调节杆120长度方向的厚度均匀性，凸轮130的数量可以为两个、三个、四个或者其他数量，本技术不作具体限制。多个凸轮130可以沿调节杆120的长度方向均匀设置，也可以调节杆120的中部密集，两端稀疏，亦或者调节杆120的两端密集，中部稀疏，本技术亦不作限制。
47.在一些实施例中，请结合图1以及图2，凸轮130设有两个以上凸部131；和/或，沿调节杆120的轴向间隔设置的至少两个凸轮130的安装姿态不同。凸轮130包括相连接的基圆和凸部131，在凸部131设有两个以上时，两个以上的凸部131的曲率中心线呈角度设置，凸
轮130的两个以上凸部131可以沿基圆的圆周方向均匀布置，也可以非均匀布置，本技术不作限制。例如，凸轮130的凸部131设有三个时，相邻的两个凸部131的夹角为120
°
，即三个凸部131均匀布置，在其他实施例中，凸轮130的凸部131也可以非均匀布置。在凸轮130设有两个凸部131时，两个凸部131的曲率中心线的夹角可以为180
°
，也就是两个凸部131位于基圆直径的两端，当然两个凸部131也可以是其他角度。凸轮130的安装姿态是指基圆中心至凸部131的最高点的连线即曲率中心线与设定平面的夹角，设定平面可以是水平面或者铅垂面。沿调节杆120的轴向间隔设置的至少两个凸轮130的安装姿态不同即至少两个凸轮130的曲率中心线与设定平面的夹角不同。
48.在一些实施例中，请结合图3，调节杆120设有多个，多个调节杆120沿电堆的长度方向或宽度方向依次间隔设置，进一步提高电堆高度尺寸在端面上的均匀性，提高电堆的高度精度。在某些实施例中，请继续结合图3，调节杆120沿电堆的宽度方向依次间隔设置，可以减少安装数量，操作更便捷。每个调节杆120上可以设有一个以上的凸轮130，每个凸轮130可以设有两个以上凸部131，沿调节杆120的轴向间隔设置的至少两个凸部131的安装姿态不同，进一步地提高电堆在端面上各个位置的高度精度。
49.为了便于驱动调节杆120转动，在一些实施例中，高度调节组件100还包括调节手柄以及齿轮组140，调节手柄设于其中一个调节杆120，齿轮组140安装于多个调节杆120上以传递调节手柄施加的扭矩。调节杆120的端部和调节手柄的其中一个设有连接孔，另一个设有与连接孔匹配的连接段，连接段连接于连接孔内。请结合图3，调节杆120的端部设有螺纹连接孔，调节手柄(未示出)设有与螺纹连接孔匹配的连接段。在一些实施例中，连接孔为棱柱孔，例如长方形孔或者三棱柱孔，连接段的外形与棱柱孔匹配。调节手柄可在需要对调节杆120驱动转动时连接于调节杆120，在调节结束后将调节手柄取下，从而不占用燃料电池模块的内部空间。在其他实施例中，高度调节结束后调节手柄也可以不取下。采用齿轮组140传递扭矩可以保证高度调节组件100的精度，例如齿轮的齿转动90
°
，高度调节5mm。齿轮组140的齿轮每个齿对应的中心角越小，高度调节精度，但是每个齿对应的中心角过小，会影响齿轮的强度，因此，在实际选择中可根据电堆内部的压力以及调节精度来确定，本技术不作限制。在一些实施例中，齿轮组140可位于支撑框架110外，还可以位于支撑框架110内。
50.在一些实施例中，请结合图1以及图3，高度调节组件100还包括锁止件150，锁止件150用于锁止齿轮，锁止件150连接于支撑框架110，以在高度调节结束时刻将齿轮锁止使其停止转动并保持，以保证电堆保持内部的压力和高度尺寸，避免齿轮回转。锁止件150可在齿轮转动开始时刻去除，在齿轮转动结束时刻安装。锁止件150设有可活动伸入至齿轮的齿槽的作用臂和连接于支撑框架110的连接部，连接部可以为棱柱连接杆，支撑框架110设有与棱柱连接杆匹配的棱柱孔，棱柱连接杆可插设至棱柱孔内。在其他实施例中，支撑框架110设于棱柱连接杆，连接部设有棱柱孔，棱柱连接管匹配插设至棱柱孔内。
51.在一些实施例中，请结合图3，高度调节组件100还包括止逆棘爪160和限位件170，止逆棘爪160连接于支撑框架110、且可活动地伸入于齿轮的齿槽，限位件170位于止逆棘爪160沿齿轮转动方向的后方，以保证齿轮仅可朝一个方向转动。止逆棘爪160伸入至齿轮的一个齿槽内，在齿轮转动时，止逆棘爪160逐渐离开当前齿槽，齿轮继续转动，止逆棘爪160伸入至下一个齿槽。若齿轮有回转趋势时，止逆棘爪160位于齿槽内，且受到限位件170的限制而使齿轮不能回转。
52.请继续结合图3，止逆棘爪160位于限位件170的上方，在齿轮转动过程中，止逆棘爪160离开当前齿槽后依靠重力作用下落而伸入至下一个齿槽中。限位件170为限位块，限位件170连接于支撑框架110，或者限位件170为燃料电池壳体内壁的凸起。
53.在一些实施例中，请结合图2，高度调节组件100还包括用于限制齿轮组140沿调节杆120轴向窜动的锁止销180，调节杆120的两端设有贯通的锁止孔，锁止销180的一端设有沿锁止销180径向的限位凸，锁止销180插设至锁止孔内，限位凸位于锁止孔外。
54.在齿轮组140位于支撑框架110外时，调节杆120的两端伸出于齿轮以及支撑框架110，调节杆120的两端均连接有锁止销180，调节杆120一端的锁止销180位于齿轮远离支撑框架110的一侧，调节杆120另一端的锁止销180位于支撑框架110外；止逆棘爪160、限位件170以及锁止件150均位于支撑框架110外，为了便于布置，止逆棘爪160和锁止件150分别作用于齿轮组140中位于最外侧的两个齿轮。
55.基于与第一方面相同的技术构思，第二方面，本发明还提供了一种燃料电池电堆，燃料电池电堆的固定方式可以为钢带固定，也可以是拉杆700或者螺杆固定，该燃料电池电堆具有高度补偿结构，在电堆紧固以及使用过程中，保证压装高度和紧固力。
56.请结合图5以及图6，本发明实施例提供的燃料电池电堆包括依次堆叠设置的进气端端板组件200、电池组件300、第一板件400、前述的高度调节组件100以及第二板件500。
57.电池组件300可以是多个单电池，也可以是多个半电池。
58.在一些实施例中，高度调节组件100的支撑框架110与第一板件400或第二板件500为一体式结构，即支撑框架110与第一板件400为一体式结构，或者，支撑框架110与第二板件500为一体式结构，零部件少，在装堆时装堆速率更快。在支撑框架110与第一板件400为一体式结构时，第一板件400设有朝向第二板件500的凹槽，调节杆120的中部位于凹槽内。请结合图4，在支撑框架110与第一板件400及第二板件500均为分体式结构时，支撑框架110中部具有贯通设置的容纳调节杆120的容纳腔111，支撑框架110沿电堆高度方向的两个端面与第一板件400以及第二板件500之间具有摩擦力，在装堆时可避免出现非重复件与第一板件400以及第二板件500滑移问题。
59.在一些实施例中，请结合图5以及图6，燃料电池电堆还包括位于第二板件500外侧的第三板件600，第二板件500与第三板件600的其中一个为叠簧支撑板、另一个为盲端端板，即第二板件500为碟簧支撑板，第三板件600为盲端端板，或者，第二板件500为盲端端板，第三板件600为碟簧支撑板。
60.在一些实施例中，第一板件400为绝缘板或集成有绝缘层的集流板。
61.以高度调节组件100与第一板件400以及第二板件500均为分体式结构，第一板件400为集成有绝缘层的集流板，第二板件500为碟簧支撑板，第三板件600为盲端端板为例，调节杆120的每个凸轮130设有两个沿基圆径向布置的凸部131为例，本发明实施例提供的燃料电池装堆过程如下：
62.依次堆叠进气端板组件、电池组件300、集成有绝缘层的集流板、高度调节组件100、碟簧支撑板和盲端端板，然后采用拉杆700固定，此时电堆的尺寸为设定尺寸，但是电堆内部的紧固力小，将调节手柄连接于调节杆120，并转动调节手柄以驱动齿轮转动，在齿轮组140的作用下，所以的调节杆120均转动，凸轮130的凸部131随着调节杆120的转动伸出于支撑框架110，两个凸部131分别抵紧集成有绝缘层的集流板以及叠簧支撑板，使得集成
有绝缘层的集流板和叠簧支撑板的间距增大，而电堆在拉杆700的作用下整体高度尺寸不变，因此电堆内部的紧固力增大，提高了密封性能。在集成有绝缘层的集流板和叠簧支撑板的间距调节至目标尺寸后，将锁止件150伸入至齿轮中，锁紧齿轮，调节手柄取下，电堆装堆的高度尺寸为设定尺寸，同时提高了电堆的紧固力。
63.本发明实施例在燃料电池使用过程中，弹性件发生塑性变形，紧固力变小情况下高度调节组件100的调节过程需先将燃料电池的壳体拆下，将调节手柄连接于调节杆120调节，调节过程可参见装堆过程。在调节结束后再将电堆安装于壳体内。
64.基于与第二方面相同的技术构思，第三方面，本发明还提供了一种车辆，包括前述的燃料电池电堆。
65.本发明的有益效果至少包括：
66.(1)采用高度调节组件100，在拉杆700或者螺杆紧固方式的燃料电池装堆过程中，可通过转动调节杆120使得支撑框架110与第一板件400和/或第二板件500之间的距离增大，从而使得堆芯的尺寸在给定尺寸下达到极大的紧固力，而无需增加碳纸、绝缘片等非重复件，从而简化了装堆操作；由于支撑框架110质量大，强度高，在装堆过程中不会出现与第一板件400以及第二板件500的滑移问题，进一步地简化了装堆操作；在使用过程中更不会出现变形问题，保证了电堆的密封性能。
67.(2)在电堆压装使用一段时间后也可以通过转动调节杆120，使得支撑框架110与第一板件400和/或第二板件500之间的距离增大，以补偿堆芯的密封圈、塑料件等变形塑性变形降低的高度以及堆芯的压力，从而保证电堆的密封以及使用性能。
68.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
69.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种高度调节组件，用于设于电堆的第一板件和第二板件之间，其特征在于，所述高度调节组件包括：支撑框架，用于设于所述第一板件和所述第二板件之间；调节杆，可转动地连接于所述支撑框架，所述调节杆上设有凸轮；所述凸轮在所述调节杆的驱动下转动，以调节所述支撑框架与所述第一板件和/或所述第二板件之间的间距。2.根据权利要求1所述的高度调节组件，其特征在于，所述凸轮设有多个，多个所述凸轮沿所述调节杆的轴向间隔设置。3.根据权利要求1所述的高度调节组件，其特征在于，所述凸轮设有两个以上凸部；和/或，沿所述调节杆的轴向间隔设置的至少两个所述凸轮的安装姿态不同。4.根据权利要求1-3中任一项所述的高度调节组件，其特征在于，所述调节杆设有多个，多个所述调节杆沿所述电堆的长度方向或宽度方向间隔设置。5.根据权利要求4所述的高度调节组件，其特征在于，所述高度调节组件还包括调节手柄以及齿轮组，所述调节手柄设于其中一个所述调节杆，所述齿轮组安装于多个所述调节杆上以传递所述调节手柄施加的扭矩。6.根据权利要求5所述的高度调节组件，其特征在于，所述高度调节组件还包括：锁止件，用于锁止齿轮，所述锁止件连接于所述支撑框架；止逆棘爪，连接于所述支撑框架、且可活动地伸入于所述齿轮的齿槽；限位件，位于所述止逆棘爪沿所述齿轮转动方向的后方。7.一种燃料电池电堆，其特征在于，包括依次堆叠设置的进气端端板组件、电池组件、第一板件、权利要求1-6中任一项所述的高度调节组件以及第二板件。8.根据权利要求7所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述高度调节组件的支撑框架与所述第一板件或所述第二板件为一体式结构。9.根据权利要求7所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述燃料电池电堆还包括位于所述第二板件外侧的第三板件，所述第二板件与所述第三板件的其中一个为叠簧支撑板、另一个为盲端端板；所述第一板件为绝缘板或集成有绝缘层的集流板。10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求7-9中任一项所述的燃料电池电堆。

技术总结
本发明公开了一种高度调节组件、燃料电池电堆及车辆，属于燃料电池技术领域，以解决采用非重复件方式保证电堆高度尺寸导致的操作繁琐、紧固力小，密封性能差的技术问题。高度调节组件设于电堆的第一板件和第二板件之间，包括支撑框架和调节杆，调节杆可转动地连接于所述支撑框架，调节杆上设有凸轮；凸轮在调节杆的驱动下转动，以调节所述支撑框架与所述第一板件和/或所述第二板件之间的间距。在装堆过程中，可通过转动调节杆使得支撑框架与第一板件和/或第二板件之间的距离增大，从而使得堆芯在给定的尺寸下达到较大的紧固力，而无需增加碳纸、绝缘片等非重复件，从而简化了装堆操作；更不会出现由于使用重复件导致的变形以及滑移泄露问题，保证了电堆的密封性能。保证了电堆的密封性能。保证了电堆的密封性能。


技术研发人员：王鲁阳 夏沙 张迪 柯雪峰
受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/13