本實用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于車用燃料電池電堆捆扎的裝置。

背景技術(shù)：

越來越嚴峻的能源和環(huán)境挑戰(zhàn)使交通能源動力轉(zhuǎn)型成為全球共識，發(fā)展新能源燃料電池汽車被認為是交通能源動力轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)之一而備受重視。由于質(zhì)子交換膜燃料電池同時兼?zhèn)錈o污染、高效率、適用廣、低噪聲、可快速補充能量、具有模塊化結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，被認為是替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機的最理想的動力源之一。燃料電池汽車動力系統(tǒng)的核心部件是質(zhì)子交換膜燃料電池堆，簡稱電堆。它是由兩個或兩個以上(甚至上百個)電池單體通過前后端板，串聯(lián)在一起給電動汽車供電。燃料電池單體由外而內(nèi)主要由端板、雙極板、密封件和膜電極組成，電化學(xué)反應(yīng)主要在膜電極上發(fā)生，膜電極薄、材料脆，是電堆的核心部件，膜電極上壓力分布的評估對其性能和安全性十分重要。

為保證電堆的正常工作，需要一定的緊固裝置提供足夠大的緊固力將燃料電池的各個組件集成在一起成為電堆結(jié)構(gòu)，滿足電堆密封性的安全要求和保證電池單體內(nèi)和電池單體間的緊密接觸，使電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電子能夠在電堆內(nèi)的傳遞，形成電流。燃料電池堆集成設(shè)計與優(yōu)化是燃料電池的研究熱點之一。電堆結(jié)構(gòu)集成緊固參數(shù)對燃料電池的性能有重要影響，主要是通過緊固參數(shù)(如緊固力大小與緊固力的加載方式)與燃料電池堆性能緊密相關(guān)的膜電極壓力分布均勻性的相互關(guān)系，對電堆性能產(chǎn)生影響。

中國專利CN104064802A公開了了一種燃料電池堆鋼帶捆綁鎖緊式結(jié)構(gòu)，包括燃料電池電堆，前端端板和后端端板，前端版弧度端板和后端弧度端板的內(nèi)側(cè)面為平面，外側(cè)面為弧面。但是該專利無法調(diào)整集成力，無預(yù)緊裝置保證鋼帶不發(fā)生預(yù)緊力松弛，前后鋼帶接口處擰動螺栓會導(dǎo)致鋼帶扭曲塑性變形，從而拆卸困難。

專利CN187034A公開了一種單獨模塊式燃料電池堆，包括單電池組，前后端板，封裝帶，所述的單電池組由多個單電池貼合串聯(lián)而成，所述的前后端板設(shè)于上述單電池組的端部并將其夾持，所述的封裝帶捆綁于前后端板外圍，從而構(gòu)成單獨模塊式燃料電池堆。但是該專利只是單獨鋼帶纏繞封裝，無法解決鋼帶預(yù)緊力松弛，集成力調(diào)整，鋼帶細窄，不能提供足夠均勻的集成力，由于缺少鋼帶接口設(shè)置，需要單獨的鋼帶纏繞工具進行纏繞，成本增加。

專利CN102171881A公開了一種燃料電池的電池堆以及燃料電池的電池堆的緊固方法，燃料電池的電池堆具備：電池堆主體，具有電池層疊體。配設(shè)于電池層疊體的電池的層疊方向的端部的彈性部件以及夾持電池層疊體和彈性部件的一對端板；以及緊固帶,在兩端部上具有第1帶接合部和第2帶接合部，以覆蓋電池堆主體的一對端面整體和彼此相對的一對側(cè)面的方式在電池堆主體的周圍延伸；通過第1帶接合部和第2帶接合部直接或間接地接合，從而由緊固帶緊固電池堆主體。但是該專利同樣無法提供均勻集成力，無法調(diào)整集成力大小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種夾緊力可調(diào)節(jié)且均勻的用于車用燃料電池電堆捆扎的裝置。

本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種用于車用燃料電池電堆捆扎的裝置，該裝置包括依次設(shè)置的鋼帶、預(yù)緊端板單元、端板，所述的預(yù)緊端板單元和端板分別位于所述電堆的左右兩側(cè)，所述端板的上下兩側(cè)均設(shè)有棘輪單元，所述的鋼帶呈U字形，鋼帶包括底部和兩個側(cè)翼，兩個側(cè)翼分別與所述兩個棘輪單元焊接，所述預(yù)緊端板單元位于所述鋼帶和電堆之間。

所述的預(yù)緊端板單元包括依次設(shè)置的預(yù)緊端板、碟簧和弧形端板，所述預(yù)緊端板的一側(cè)設(shè)有與所述電堆相匹配的凹槽，預(yù)緊端板的另一側(cè)設(shè)有與所述碟簧相匹配的凹槽；

所述弧形端板一側(cè)與所述碟簧壓緊，弧形端板另一側(cè)呈弧形。采用碟簧，可以防止鋼帶長時間預(yù)緊后出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象，采用弧形端板，且鋼帶與弧形端板相互配合，使得電堆的受力更加均勻。

所述端板與電堆接觸的一側(cè)設(shè)有與電堆相匹配的凹槽，所述端板的上下兩個側(cè)面開設(shè)半圓柱形槽。

所述的半圓柱形槽的壁上設(shè)有矩形槽。

所述的棘輪單元包括棘輪軸、套設(shè)在棘輪軸兩側(cè)的棘輪、位于棘輪軸兩端并套設(shè)在棘輪外側(cè)的棘輪套筒以及用于固定棘輪套筒的棘輪蓋板，所述的棘輪蓋板通過螺釘與所述的端板連接。

所述的棘輪軸兩端的表面設(shè)有條形凸起，棘輪軸的中部為光滑圓柱體；

所述的棘輪內(nèi)部設(shè)有帶條形槽的空腔，所述條形槽與所述棘輪軸上的條形凸起相匹配，所述的棘輪外壁設(shè)有棘輪齒。

所述的棘輪套筒為中空結(jié)構(gòu)，棘輪套筒的一端封閉，棘輪套筒的外壁設(shè)有與端板上矩形槽相匹配的凸起，棘輪套筒的內(nèi)壁設(shè)有與所述棘輪軸上條形凸起相匹配的凹槽。

所述的棘輪蓋板包括一個凸起及設(shè)置在凸起兩邊的側(cè)翼，所述的凸起下部設(shè)有圓柱型槽，所述的圓柱型槽表面設(shè)有與所述棘輪套筒外壁上的凸起相匹配的條形槽；所述的側(cè)翼通過螺釘與所述的端板固定。

所述鋼帶的底面形狀與所述的弧形端板的弧形側(cè)面相匹配，所述鋼帶兩個側(cè)翼的一端纏繞在棘輪軸的中間圓柱體上，并均與所述的棘輪軸焊接。

本實用新型對電堆夾緊力施加形式為面加載式夾緊力，夾緊力大小可通過棘輪擰緊方式微量調(diào)節(jié)，由于在實際使用過程一個電堆的單電池數(shù)量因為外界功率需求發(fā)生變化，或者根據(jù)電堆密封需要其夾緊力也需要變化，這就要求電堆的夾緊力可以調(diào)整，并且具有防止鋼帶應(yīng)力松弛應(yīng)得碟簧預(yù)緊裝置，鋼帶在預(yù)緊長時間后會有應(yīng)力松弛的現(xiàn)象，這需要有可以自動調(diào)節(jié)的裝置，使得鋼帶應(yīng)力松弛之后可以保持持續(xù)的張緊力。本實用新型使用棘輪結(jié)構(gòu)可微量調(diào)節(jié)集成力大小，碟簧結(jié)構(gòu)施加電堆鋼帶的預(yù)緊力。

本實用新型主要的工作狀態(tài)主要分為兩個，調(diào)整集成力時和調(diào)整集成力完成，調(diào)整集成力時，將棘輪套筒提出棘輪蓋板和端板組成的空腔，棘輪套筒內(nèi)壁一部分和棘輪軸的矩形槽配合，棘輪套筒外壁的矩形槽因棘輪套筒被提出棘輪蓋板和端板組成的空腔，所以外壁的矩形槽并不會受約束，可以轉(zhuǎn)動，又因棘輪套筒內(nèi)壁的矩形槽和棘輪軸配合，所以轉(zhuǎn)動時侯會帶動棘輪軸轉(zhuǎn)動，棘輪軸和鋼帶纏繞在一起，棘輪軸和鋼帶接頭處焊接，轉(zhuǎn)動時會將鋼帶拉緊并進一步纏繞到棘輪軸上，達到調(diào)整集成力的目的。調(diào)整集成力完成后由于棘輪的固定，拉緊的鋼帶并不會拉動棘輪軸轉(zhuǎn)動，棘輪套筒插入棘輪蓋板和端板組成的空腔，棘輪套筒外壁的矩形齒和棘輪 蓋板和端板組成的空腔內(nèi)壁的矩形槽嚙合，起到進一步固定目的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)采用鋼帶進行電堆捆扎，電堆的受力為面加載式夾緊力，受力更加均勻；

(2)采用棘輪軸與鋼帶進行固定，可對電堆的夾緊力進行微調(diào)，調(diào)節(jié)方便，且使得電堆受的夾緊力大小較為一致；

(3)采用碟簧，可防止鋼帶長時間預(yù)緊后出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象；

(4)采用鋼帶整體包裹在弧形端板上，受力較多條鋼帶更加均勻；

(5)采用棘輪套筒調(diào)節(jié)集成力，可使電堆在不拆卸情況下對電堆進行集成力調(diào)整。

附圖說明

圖1為本實用新型的爆炸示意圖；

圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖3為鋼帶的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為棘輪及棘輪軸的配合示意圖；

圖5為棘輪及棘輪軸的配合剖面圖；

圖6為棘輪套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為鋼帶，2為弧形端板，3為碟簧，4為預(yù)緊端板，5為電堆，6為端板，7為棘輪軸，8為棘輪蓋板，9為棘輪套筒，10為棘輪。

具體實施方式

下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

一種用于車用燃料電池電堆捆扎的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，該裝置包括依次設(shè)置的鋼帶1、預(yù)緊端板單元、端板6，所述的預(yù)緊端板單元和端板6分別位于所述電堆5的左右兩側(cè)。

預(yù)緊端板單元包括弧形端板2、碟簧3和預(yù)緊端板4，鋼帶1和弧形端板2貼合，碟簧3和預(yù)緊端板4配合，碟簧3放入預(yù)緊端板4預(yù)留的槽中再和弧形端板2 被壓緊裝配，電堆5在預(yù)緊端板4和端板6之間，端板6的上下兩側(cè)開有半圓柱形狀矩形槽，棘輪軸7兩邊套設(shè)棘輪10后，放入端板6的半圓柱形齒輪槽中，棘輪蓋板8用螺釘固定在端板6側(cè)面，棘輪蓋板8是一個截面形狀為T形的板，板內(nèi)部是半圓柱形空腔，空腔表面上布滿了矩形槽，棘輪蓋板8和端板6側(cè)面的半圓形槽形成一個圓柱形空腔，棘輪套筒9沿棘輪軸7方向插入圓柱形空腔內(nèi)，棘輪套筒9外壁和圓柱形空腔內(nèi)壁的矩形槽配合，矩形槽和棘輪軸7不接觸。

其中，鋼帶1的結(jié)構(gòu)如圖3所示，鋼帶1成U字形，底板呈弧形，且與弧形端板的弧面相匹配；鋼帶1的兩個側(cè)翼的纏繞在棘輪軸的中間圓柱體上，并且在安裝時與棘輪軸焊接而成。

棘輪10內(nèi)部是一個空腔，空腔內(nèi)壁布滿四個矩形槽，棘輪10外側(cè)是棘輪齒，棘輪軸7包括兩端和中間的圓柱體，兩端是在圓柱體的基礎(chǔ)上加工出四個矩形凸起，棘輪10與棘輪軸7的聯(lián)結(jié)為四個矩形槽和四個矩形凸起相互配合，從而牢牢的組裝在一起，其結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示，隨著棘輪軸7轉(zhuǎn)動，兩端棘輪10也一同轉(zhuǎn)動。

棘輪套筒9端頭部分有螺母，螺母下是圓柱體，圓柱體內(nèi)部有空腔，空腔內(nèi)部是四個矩形槽，用來和棘輪軸上的矩形槽配合，圓柱體外部接近螺母下表面是矩形槽，用來和棘輪蓋板與端板組成的空腔內(nèi)的矩形槽配合，棘輪套筒的結(jié)構(gòu)如圖6所示。施加集成力時，轉(zhuǎn)動棘輪套筒9，再將棘輪套筒9插進棘輪蓋板與端板組成的空腔內(nèi)，保證棘輪套筒9外部的矩形槽和空腔內(nèi)部的矩形槽配合。

本裝置主要的工作狀態(tài)主要分為兩個，調(diào)整集成力時和調(diào)整集成力完成，調(diào)整集成力時，將棘輪套筒9提出棘輪蓋板8和端板6組成的空腔，因此，棘輪套筒9并不會受約束，可以轉(zhuǎn)動，又因棘輪套筒9內(nèi)壁和棘輪軸7配合，所以棘輪套筒9轉(zhuǎn)動時會帶動棘輪軸7轉(zhuǎn)動，棘輪軸7和鋼帶1纏繞在一起，棘輪軸7和鋼帶1接頭處焊接，棘輪軸7轉(zhuǎn)動時會將鋼帶1拉緊并進一步纏繞到棘輪軸7上，達到調(diào)整集成力的目的。調(diào)整集成力完成后由于棘輪10的固定，拉緊的鋼帶1并不會拉動棘輪軸7轉(zhuǎn)動，棘輪套筒9插入棘輪蓋板8和端板6組成的空腔，棘輪套筒9外壁與棘輪蓋板8和端板6組成的空腔內(nèi)壁的矩形槽嚙合，起到進一步固定目的。