專利名稱：燃料電池組夾緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池組夾緊裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一 種燃料電池組夾緊裝置，其能夠利用燃料電池組的負(fù)荷和傾斜裝置的 傾斜角度，自動補償燃料電池組中的表面壓力以使其保持恒定。
背景技術(shù)：
通常，燃料電池是通過氫(H2)和氧(O2)之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn) 生電能的裝置，其包括膜電極組件(MEA)。 MEA包括其上提供有氫 的燃料電極(陽極)和其上提供有空氣的氧電極(陰極)，上述電極形 成在其中傳遞有氫離子(H")的電解質(zhì)膜的兩側(cè)。
燃料電池組具有如下結(jié)構(gòu)其中MEA和隔板(separator)依次
堆疊，在燃料電池組的最外層上設(shè)置有具有氫氣入口和出口以及空氣 入口和出口的端板，即雙極板。
在上述燃料電池中，燃料電池組的輸出電壓是單元電池的輸出電 壓之和。由于用隔板分開的單元電池依次堆疊形成燃料電池組，各單 元電池合計的輸出電壓被定義為燃料電池組的輸出電壓。
同時，燃料電池組的性能通過輸出電壓的大小來評價，該大小受 到隔板之間壓力的影響。
在具有上述配置和操作的燃料電池組中，必須對多個堆疊的電池 進(jìn)行整體連接和固定，以防止燃料的泄露，并形成作為燃料電池的結(jié) 構(gòu)。因此，已經(jīng)采用了一種方法，其中通過端板以預(yù)定的壓力將單元 電池夾緊，并在燃料電池組的內(nèi)部添加彈性體例如彈簧，以便即使在長期使用的情況下也將燃料電池組中的表面壓力保持恒定。
圖1示出了用于保持燃料電池組中的表面壓力的常規(guī)夾緊結(jié)構(gòu)，
其中，使用板簧l和液壓腔(liquid chamber) 2，即彈性體，以便即使 在燃料電池組的負(fù)荷發(fā)生改變的情況下也提供一致的表面壓力。
但是，常規(guī)結(jié)構(gòu)具有如下缺點根據(jù)隔板內(nèi)部夾緊負(fù)荷的增加， 需要有大量的板簧和液壓腔，從而使制造成本增加。而且，由于燃料 電池組中包括有板簧和液壓腔，燃料電池組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
該背景技術(shù)部分公開的上述信息只是用于增進(jìn)對發(fā)明背景的理 解，因此其可以包含不形成該國內(nèi)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技 術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決與已有技術(shù)相關(guān)的上述問題。 一方面，本發(fā) 明提供了一種燃料電池組(fliel cell stack clamping device)夾緊裝置 (clamping device),該裝置包括端板，其具有在垂直表面中形成的 內(nèi)表面以緊緊粘附于燃料電池組模塊的兩側(cè)，并具有在第一斜面 (oblique)中形成的外表面；與第一斜面表面接觸并適應(yīng)端板的傾斜 裝置；第一和第二單向負(fù)荷控制板，其分別與端板的頂表面和底表面 連接，使得燃料電池組的負(fù)荷僅僅朝著燃料電池組的內(nèi)部施加。
在優(yōu)選的實施方式中，端板的頂表面上形成有第一掛鉤元件，第 一單向負(fù)荷控制板的外部底表面上形成有與第一掛鉤元件咬合的第一 鎖定元件，端板的底表面上形成有第二掛鉤元件，第二單向負(fù)荷控制 板的外部頂表面上形成有與第二掛鉤元件咬合的第二鎖定元件。
在另一個優(yōu)選的實施方式中，傾斜裝置的底板上形成有用于連接 第二單向負(fù)荷控制板的通孔。
在再另一個優(yōu)選的實施方式中，燃料電池組夾緊裝置進(jìn)一步包括 負(fù)荷添加罩，該負(fù)荷添加罩包括用于覆蓋燃料電池組模塊、端板和傾 斜裝置的頂表面的頂板，以及用于覆蓋燃料電池組模塊、端板和傾斜 裝置的周圍表面的側(cè)板。
在再另一個優(yōu)選的實施方式中，負(fù)荷添加罩的頂板上形成有開孔， 端板的氫氣入口和出口以及空氣入口和出口均通過該開孔暴露于外部。在再另一個優(yōu)選的實施方式中，負(fù)荷添加罩的側(cè)板與傾斜裝置的 主體部分通過罩固定裝置連接。
在再一個優(yōu)選的實施方式中，負(fù)荷添加罩頂板的底表面與燃料電 池組模塊的頂表面之間設(shè)置有減振材料。
在再另一個優(yōu)選的實施方式中，傾斜裝置主體部分的內(nèi)表面上安 裝有多個圓柱形輥。
在再另一個優(yōu)選的實施方式中，傾斜裝置包括主體部分，其中 在其內(nèi)表面上形成有與端板的第一斜面表面接觸的第二斜面；和用于 整體連接主體部分底端的底板。
本文所用的術(shù)語"車輛"、"車用"或其它類似術(shù)語理解成包括通 常的機動車輛，例如載客車輛，其包括運動型多功能車(SUV)、公共 汽車、卡車、各種商用車輛，包括多種船只和船舶的水運工具，航空 器和類似物。
所附附圖結(jié)合在本說明書中并形成其一部分，并與以下具體描述 一起，更詳細(xì)地說明了本發(fā)明的以上特征和優(yōu)勢，其用于通過實施例 的方式解釋本發(fā)明的原理，這些特征和優(yōu)勢由此將是顯而易見的。


現(xiàn)在參考附圖中圖示的某些示范性實施方式對本發(fā)明的上述和其 它特征進(jìn)行詳細(xì)說明，以下附圖僅僅作為圖示給出，因此不是對本發(fā) 明的限制，其中
圖1是說明常規(guī)燃料電池組夾緊結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖2是說明如下狀態(tài)的透視圖其中燃料電池組通過根據(jù)本發(fā)明 優(yōu)選實施方式的燃料電池組夾緊裝置裝配； 圖3是沿著圖2中的線A-A的截面圖4顯示了說明根據(jù)本發(fā)明的燃料電池組夾緊裝置的原理和操作 的曲線圖和等式；
圖5是說明燃料電池組模塊的末端處的端板的放大俯視圖，在該 狀態(tài)下，燃料電池組通過根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的燃料電池組夾緊 裝置裝配；
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的燃料電池組夾緊裝置的傾斜裝置的截面圖7是顯示燃料電池組模塊的單向負(fù)荷控制板的掛鉤元件的截面 圖，該元件是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的燃料電池組夾緊裝置的組件;
圖8是說明根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施方式的燃料電池組夾緊裝 置的透視圖9是說明根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施方式的燃料電池組夾緊裝 置的俯視圖；和
圖10是沿著圖8中的線B-B的截面圖。
附圖中列出的參考數(shù)字包括關(guān)于下文進(jìn)一步討論的下列元件
10:傾斜裝置12:燃料電池組
14:端板18:第一斜面
20:主體部分22:底板
24:第二斜面
26:第一單向負(fù)荷控制板
28:第二單向負(fù)荷控制板
30:第一掛鉤元件32:第一鎖定元件
34:第二掛鉤元件36:第二鎖定元件
38:輥40:負(fù)荷添加罩
42:頂板44:側(cè)板
39:開孔50:減振材料
應(yīng)當(dāng)理解到，所附的附圖并非必要是按比例的，其1
基本原理的各種優(yōu)選特征的一定程度上簡化的代表。本文公開的本發(fā) 明的具體設(shè)計特征，包括，例如，具體大小、方向、位置和形狀將部 分取決于具體的既定用途和使用環(huán)境。
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的具體實施方式
，下文的附圖中對其實施例 進(jìn)行說明，其中通篇以相似參考數(shù)字標(biāo)記相似元件。以下對實施方式 進(jìn)行說明，以通過參考附圖來解釋本發(fā)明。
圖2是說明如下狀態(tài)的透視圖其中燃料電池組通過根據(jù)本發(fā)明 優(yōu)選實施方式的燃料電池組夾緊裝置裝配，圖3是沿著圖2中線A-A的截面圖。
如圖3所示，本發(fā)明的目的在于提供一種包括傾斜裝置10的燃料 電池組夾緊裝置，其中利用斜面的傾角以嵌入的方式將燃料電池組12 和端板14插入并固定，以自動地補償燃料電池組12中的表面壓力使 其保持恒定，并以很小的力提供很大的夾持負(fù)荷。
如圖5所示，在燃料電池組12的兩側(cè)均設(shè)置有端板14，該端板包 括氫氣供應(yīng)入口 16a、空氣供應(yīng)入口 16b、冷卻劑供應(yīng)入口 16c、冷卻 劑出口 16d、空氣出口 16e和氫氣出口 16f，其均形成為連接到端板14 頂端部分的外部上。在上下方向上的直線上形成有端板14的內(nèi)表面， 以使其僅僅粘附于燃料電池組12的兩側(cè)，在具有預(yù)定傾角的第一斜面 18中形成有外表面。
由于第一斜面18，端板14的橫截面積從頂部到底部逐漸減小。
傾斜裝置10包括在垂直方向上形成的主體部分20，以及連接主體 部分20的底端并與主體部分20形成整體的底板22。
具體地，主體部分20的內(nèi)表面包括與端板14的第一斜面18表面 接觸的第二斜面24。
因此，當(dāng)以嵌入方式將燃料電池組12和端板14插入傾斜裝置10 的內(nèi)部時，端板14的第一斜面18與主體部分20的第二斜面24進(jìn)行 表面接觸，從而通過傾斜裝置10將燃料電池組12和端板14連接起來。
將參考圖4對本發(fā)明的燃料電池組夾緊裝置以很小的力提供很大 的夾持負(fù)荷的原理進(jìn)行如下說明。
圖4中的曲線圖說明了有關(guān)燃料電池組12的負(fù)荷的夾持負(fù)荷的增 長與第一和第二斜面18和24的傾角之間的對應(yīng)關(guān)系。在圖4的等式 中，R代表傾斜裝置的斥力，e代表傾斜裝置的傾角，P代表燃料電池 組12的負(fù)荷，cp/2代表傾斜裝置的頂角(comer angle), k代表表示燃 料電池組12的負(fù)荷的倍數(shù)，作為燃料電池組12的夾持負(fù)荷。
根據(jù)該原理，當(dāng)傾斜裝置10的斜面傾角e的值范圍為80°至85。 時，k的值范圍為3至6，因此可以用對應(yīng)于燃料電池組12的負(fù)荷的3 至6倍的夾持負(fù)荷來裝配燃料電池組12。
根據(jù)與本發(fā)明對應(yīng)的燃料電池組夾緊裝置，作為用于使燃料電池 組12的負(fù)荷朝著燃料電池組12的內(nèi)部作用的裝置，具有矩形板形狀的第一單向負(fù)荷控制板26和第二單向負(fù)荷控制板28可以分別與端板 14的頂表面和底表面連接。
更具體地，如圖7所示，當(dāng)?shù)谝粏蜗蜇?fù)荷控制板26外部底表面 上形成的第一鎖定元件32與端板14的頂表面上形成的第一掛鉤元件 30咬合，然后第一單向負(fù)荷控制板26被壓向燃料電池組12的內(nèi)部時， 燃料電池組12的負(fù)荷可以僅僅施加于其內(nèi)部。
以相同的方式，如圖6所示，當(dāng)?shù)诙蜗蜇?fù)荷控制板28外部頂表 面上形成的第二鎖定元件36與端板14的底表面上形成的第二掛鉤元 件34咬合，然后第一單向負(fù)荷控制板26被壓向燃料電池組12的內(nèi)部 時，燃料電池組12的負(fù)荷可以越來越多地僅僅施加于其內(nèi)部。
這時，為了連接第二單向負(fù)荷控制板28，傾斜裝置10的底板22 上形成有通孔46。因此，可以很容易地將第二單向負(fù)荷控制板28與通 過通孔46暴露的端板14的底表面連接。
同時，如圖6所示，傾斜裝置10的第二斜面24上安裝有多個圓 柱形輥38a、 38b、 38c、 38d和38e。當(dāng)以嵌入方式將端板14插入傾斜 裝置10時，圓柱形輥38a、 38b、 38c、 38d和38e與端板14的第一斜 面18滾動接觸，以實現(xiàn)向燃料電池組12的內(nèi)部順利地傳送夾持負(fù)荷。
如上所述，當(dāng)?shù)谝粏蜗蜇?fù)荷控制板26和第二單向負(fù)荷控制板28 被壓向燃料電池組12的內(nèi)部，以通過合意的夾持力將燃料電池組模塊 連接，然后根據(jù)端板14的第一斜面18和傾斜裝置10的第二斜面24 的傾斜角度e，使用表面接觸在重力方向上向燃料電池組12施加位移 時，可以用對應(yīng)于燃料電池組12的負(fù)荷的k倍的很大的夾持負(fù)荷來連 接燃料電池組12。
而且，可以通過將對應(yīng)于燃料電池組12的負(fù)荷的k倍的力通過圓 柱形輥38a、 38b、 38c、 38d和38e傳送給燃料電池組模塊，自動地補 償燃料電池組12中的表面壓力以使其保持恒定。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的特征在于，進(jìn)一步提 供有能夠覆蓋燃料電池組12、端板14和傾斜裝置10的負(fù)荷添加罩40。 圖8是說明根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施方式的燃料電池組夾緊裝置的 透視圖，圖9是其俯視圖，圖IO是沿著圖8中的線B-B的截面圖。
負(fù)荷添加罩40包括頂板42和側(cè)板44。頂板42覆蓋燃料電池組模塊、端板14和傾斜裝置10的頂表面，側(cè)板14覆蓋燃料電池組模塊、 端板14和傾斜裝置10的周圍表面。
負(fù)荷添加罩40的頂板42上形成有開孔39，端板14的氫氣供應(yīng)入 口 16a、空氣供應(yīng)入口 16b、冷卻劑供應(yīng)入口 16c、冷卻劑出口 16d、 空氣出口 16e和氫氣出口 16f均通過該開孔暴露于外部，用于管線鋪設(shè)。
而且，負(fù)荷添加罩40的側(cè)板44通過罩固定螺釘48a、 48b、 48c 和48d與傾斜裝置10的主體部分20連接，從而保持負(fù)荷添加罩40固 定在傾斜裝置10的主體部分20上的狀態(tài)。
因此，當(dāng)覆蓋有負(fù)荷添加罩40時，負(fù)荷添加罩40的負(fù)荷和夾持 力被加到燃料電池組模塊的負(fù)荷上，從而增加了燃料電池組12的夾持 表面壓力。
針對燃料電池系統(tǒng)的操作過程中施加于燃料電池組12和端板14 的振動可以導(dǎo)致燃料電池組12的表面壓力發(fā)生偏移的情況，在負(fù)荷添 加罩40的頂板42的底表面與燃料電池組模塊的頂表面之間插入能夠 減振的減振材料50。
因此，在以嵌入方式將燃料電池組12和端板14插入傾斜裝置10 之后，負(fù)荷添加罩40的負(fù)荷被加到燃料電池組12的負(fù)荷上，以向燃 料電池組12的內(nèi)部提供合意的夾持負(fù)荷，從而可以很容易地以自動補 充的恒定表面壓力來裝配燃料電池組12。
如上所述，本發(fā)明提供了包括以下的效果。首先，由于應(yīng)用于燃 料電池組外部的傾斜裝置以很小的力提供夾持負(fù)荷，可以在燃料電池 組模塊中不使用任何額外裝置的情況下很容易地將燃料電池組連接， 并且還可以自動地補償燃料電池組中的表面壓力以使其保持恒定。而 且，由于不在常規(guī)燃料電池組的內(nèi)部使用例如片簧的彈性體，可以簡 化燃料電池組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明已經(jīng)參考其優(yōu)選實施方式進(jìn)行了說明。但是，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將會認(rèn)識到，可以在不偏離本發(fā)明原理和精神的前提下對這些實 施方式進(jìn)行多種變化，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同方式限 定。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池組夾緊裝置，其包括端板，其具有在垂直表面中形成的內(nèi)表面以緊緊粘附于燃料電池組模塊的兩側(cè)，并具有在第一斜面中形成的外表面；與所述第一斜面表面接觸并適應(yīng)所述端板的傾斜裝置；和第一和第二單向負(fù)荷控制板，其分別與所述端板的頂表面和底表面連接，使得所述燃料電池組的負(fù)荷僅僅朝著所述燃料電池組的內(nèi)部施加。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池組夾緊裝置，其中所述端板的 頂表面上形成有第一掛鉤元件，所述第一單向負(fù)荷控制板的外部底表 面上形成有與所述第一掛鉤元件咬合的第一鎖定元件，所述端板的底 表面上形成有第二掛鉤元件，所述第二單向負(fù)荷控制板的外部頂表面 上形成有與所述第二掛鉤元件咬合的第二鎖定元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池組夾緊裝置，其中所述傾斜裝 置的底板上形成有用于連接所述第二單向負(fù)荷控制板的通孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池組夾緊裝置，其進(jìn)一步包括負(fù) 荷添加罩，所述負(fù)荷添加罩包括用于覆蓋所述燃料電池組模塊、所述 端板和所述傾斜裝置的頂表面的頂板，以及用于覆蓋所述燃料電池組 模塊、所述端板和所述傾斜裝置的周圍表面的側(cè)板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池組夾緊裝置，其中所述負(fù)荷添 加罩的所述頂板上形成有開孔，所述端板的氫氣入口和出口以及空氣 入口和出口均通過所述開孔暴露于外部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池組夾緊裝置，其中所述負(fù)荷添 加罩的所述側(cè)板與所述傾斜裝置的主體部分通過罩固定裝置連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池組夾緊裝置，其中所述負(fù)荷添加罩的所述頂板的底表面與所述燃料電池組模塊的頂表面之間設(shè)置有 減振材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池組夾緊裝置，其中所述傾斜裝置的主體部分的內(nèi)表面上安裝有多個圓柱形輥。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池組夾緊裝置，其中所述傾斜裝置包括主體部分，其中在其內(nèi)表面上形成有與所述端板的所述第一 斜面表面接觸的第二斜面；和用于整體連接主體部分底端的底板。
全文摘要
一種夾緊裝置，其包括設(shè)置在燃料電池組的外部而不是在其內(nèi)部的傾斜裝置和單向負(fù)荷控制板。該裝置可以自動地補償燃料電池組中的表面壓力以使其保持恒定，并利用燃料電池組的負(fù)荷以很小的力提供很大的夾持負(fù)荷。
文檔編號H01M8/24GK101567429SQ200810169549
公開日2009年10月28日 申請日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者任哲鎬, 全志勛, 徐正燾, 李尚珉, 李成浩, 李昌雨, 梁酉彰, 琴榮范, 趙成鎮(zhèn), 金世勛, 黃云峰 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社;浦項工科大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)