本發(fā)明涉及一種燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)，更特別涉及以下這種燃料電池的堆緊固結(jié)構(gòu)，在燃料電池堆被緊固時(shí)測(cè)量緊固力，并更精確地調(diào)節(jié)施加到燃料電池堆的緊固力。

背景技術(shù)：

燃料電池堆被配置成包括多個(gè)堆疊的燃料電池和緊固機(jī)構(gòu)，該緊固機(jī)構(gòu)用于在燃料電池之間電連接并保持其中的氣密性(例如，密封件)。特別地，當(dāng)所施加的緊固力過(guò)強(qiáng)時(shí)會(huì)使燃料電池內(nèi)部損壞，而當(dāng)所施加的緊固力過(guò)弱時(shí)，可能難以獲得所需的氣密性和電氣連接。因此，需要施加適當(dāng)?shù)木o固力。

圖1示出現(xiàn)有的電池堆緊固結(jié)構(gòu)，其中端板2a布置在燃料電池堆1a中，以將緊固力施加到燃料電池堆1a，固定的緊固帶3a通過(guò)螺栓4a與端板2a緊固在一起。如圖1所示，根據(jù)燃料電池中的組件，例如氣體擴(kuò)散層或墊圈的尺寸偏差，現(xiàn)有的電池堆緊固結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)度上是不可調(diào)節(jié)的，并且當(dāng)緊固力因長(zhǎng)期使用而減小時(shí)，除非拆開(kāi)燃料電池堆1a，然后插入插入體或者更換以不同尺寸制造的緊固帶3a，否則難以補(bǔ)償緊固力。

代替緊固帶3a，穿過(guò)燃料電池堆1a的螺栓以及被結(jié)合到螺栓的螺帽的組合，可調(diào)節(jié)施加到燃料電池堆的緊固力。然而，當(dāng)在所使用的螺栓4a中形成的螺紋的螺距過(guò)大時(shí)，難以細(xì)微地調(diào)節(jié)緊固力，并且在緊固燃料電池堆1時(shí)難以定量地確定緊固力。

圖2示出根據(jù)相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)，插入在緊固機(jī)構(gòu)1b與電池堆2b之間的、用于測(cè)量緊固力的彈性體3b。如圖2所示，彈性體3b被插入在緊固機(jī)構(gòu)1b與電池堆2b之間，以測(cè)量彈性體3b的壓縮長(zhǎng)度，從而測(cè)量緊固力。然而，考慮到每一個(gè)緊固帶所施加的緊固力通常為500kgf至600kgf，因此基于緊固力的變化而導(dǎo)致彈性體3b的長(zhǎng)度的變化是 極小的，因此難以測(cè)量彈性體3b的長(zhǎng)度變化。

例如，當(dāng)使用具有10kgf/mm彈性模量的彈性體時(shí)，由于彈性體3b的原始長(zhǎng)度等于或大于50mm，因此緊固機(jī)構(gòu)1b的長(zhǎng)度過(guò)大，因此難以安裝。另一方面，當(dāng)彈性模量變化成10kgf時(shí)，具有500kgf/mm彈性模量的彈性體3b，具有多達(dá)0.02mm的變化長(zhǎng)度，因此難以安裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)，當(dāng)燃料電池堆被緊固時(shí)測(cè)量緊固力，并更精確地調(diào)節(jié)施加到燃料電池堆的緊固力。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)可包括：緊固機(jī)構(gòu)，其安裝在多個(gè)堆疊的燃料電池的外部，以生成擠壓多個(gè)堆疊的燃料電池的力；以及插入體，其安裝在緊固機(jī)構(gòu)中以調(diào)節(jié)力。

附圖說(shuō)明

通過(guò)下述的詳細(xì)描述，并結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加顯而易見(jiàn)，其中：

圖1是根據(jù)相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)的主要部件的示例性截面圖；

圖2是根據(jù)相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)，包含用來(lái)測(cè)量緊固力的彈性體的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)的主要部件的示例性截面圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)的主要部件的示例性截面圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)的主要部件的另一個(gè)示例性截面圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)中包含的插入體的示例性立體圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)中包含的插入體的示例性俯視圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖3所示的燃料電池的電 池堆緊固結(jié)構(gòu)中包含的插入體的示例性主視圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)中包含的插入體的示例性側(cè)視圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)中包含的插入體的另一個(gè)示例性俯視圖；以及

圖10是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖3所示的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)中包含的插入體的又一個(gè)示例性俯視圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

100：緊固機(jī)構(gòu) 110：端板

111：傾斜面 112、113：突起

114：傳遞裝置 115：彈性體

120：緊固帶 200：插入體

210：傾斜底面 220：水平上表面

230：減摩構(gòu)件 240：孔

300：燃料電池 400：固定螺栓

具體實(shí)施方式

可以理解的是，本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或其它類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)包括一般而言的機(jī)動(dòng)車(chē)輛，比如包含運(yùn)動(dòng)型多用途車(chē)輛(SUV)、公共汽車(chē)、貨車(chē)，各種商用車(chē)輛的客車(chē)、包含各種輪船和艦船的船只、飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、氫動(dòng)力汽車(chē)和其它替代燃料汽車(chē)(例如，從除了石油以外的資源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合動(dòng)力車(chē)輛是具有兩種或多種動(dòng)力來(lái)源的車(chē)輛，例如汽油動(dòng)力車(chē)輛和電動(dòng)動(dòng)力車(chē)輛二者。。

本文所用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而并非旨在限制本發(fā)明。除非上下文明確指出，否則如本文中所使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”等意圖也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解的是，在本說(shuō)明書(shū)中使用“包括”和/或“包含”等術(shù)語(yǔ)時(shí)，是意圖說(shuō)明存在該特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組件，而不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、組件、和/或其組合的存在或增加。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出項(xiàng)目的任何和所 有組合。

除非明確指出或可從上下文明顯看出，否則如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“約”被理解為在本領(lǐng)域中的正常公差范圍內(nèi)，例如，在平均數(shù)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)?！凹s”可以被理解為在規(guī)定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內(nèi)。除非從上下文可以明確知道，否則本文所提供的所有數(shù)值都可由術(shù)語(yǔ)“約”修正。

將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。

如圖3至圖10所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的燃料電池300的電池堆緊固結(jié)構(gòu)，可包括端板110和緊固帶120，端板110附接到多個(gè)堆疊的燃料電池300，緊固帶120與端板110緊固在一起以擠壓多個(gè)燃料電池300，其中端板110可具有傾斜面111，沿著傾斜面111移動(dòng)的插入體200可插入在端板110與緊固帶120之間。

插入體200可包括傾斜底面210，該傾斜底面210被形成為具有與傾斜面111的傾斜角大致相同的角度，且可接觸(例如，鄰接)傾斜面111。端板110可包括傳遞裝置114，其被配置成將外力沿著與端板110水平的方向施加到插入體200。因此，利用通過(guò)傳遞裝置114傳遞的外力，將插入體200沿著傾斜面111移動(dòng)。傳遞裝置114可包括彈性體115，其被設(shè)置成彈性地支撐插入體200?？筛鶕?jù)彈性體115的長(zhǎng)度變化和傾斜面111的斜度，計(jì)算在端板110與緊固帶120之間生成的緊固力的變化。

下面將更詳細(xì)描述燃料電池300的電池堆緊固結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的燃料電池300的電池堆緊固結(jié)構(gòu)，可包括緊固機(jī)構(gòu)100和插入體200，該緊固機(jī)構(gòu)100安裝在多個(gè)燃料電池300的外側(cè)(例如，外部)，以生成擠壓多個(gè)堆疊的燃料電池300的力，插入體200安裝在緊固機(jī)構(gòu)100中以調(diào)節(jié)擠壓多個(gè)燃料電池300的力。

緊固機(jī)構(gòu)100可包括端板110和緊固帶120，端板110與燃料電池300水平地安裝在多個(gè)燃料電池300中，緊固帶120包圍多個(gè)燃料電池300，并與端板110緊固在一起，其中插入體200可插入到端板110與緊固帶120之間的緊固部中。此外，端板110可包括傾斜面111和傳遞裝置114，傾斜面111傾斜以相對(duì)于燃料電池300形成預(yù)定角度，且 可接觸(例如，鄰接)插入體200，傳遞裝置114設(shè)置在傾斜面111的一側(cè)(例如，第一側(cè))，以沿著與燃料電池300水平的方向擠壓插入體200。傾斜面111可包括多個(gè)突起112和113，用以限制插入體200的移動(dòng)距離。另外，傳遞裝置114可包括彈性支撐插入體200的彈性體115。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，傳遞裝置114還可包括朝向端板110垂直突出的突出體117；以及控制螺桿部件116，其被配置成與突出體117螺紋連接，其中控制螺桿部件116可與作為彈性體115的彈簧連接在一起。特別地，彈簧可被附接到插入體200的一側(cè)。換言之，插入體200和控制螺桿部件可通過(guò)彈簧連接。

插入體200可以是實(shí)心物體，其中可形成具有與傾斜面111大致相同角度的傾斜底面210，和與緊固帶120相接觸的水平上表面220。傾斜底面210與水平上表面220可包括減摩構(gòu)件230，以使端板110與緊固帶120之間的接觸摩擦最小。減摩構(gòu)件230可以是安裝在傾斜底面210或水平上表面220上的多個(gè)滾珠。

特別地，對(duì)于減摩構(gòu)件230，可將圓柱輥安裝在傾斜底面210或水平上表面220上，來(lái)代替滾珠，也可將潤(rùn)滑油涂布到傾斜底面210或水平上表面220上。此外，在插入體200、端板110和緊固帶120上還可涂布無(wú)摩擦涂層(frictionless coating)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，對(duì)于減摩構(gòu)件230，可以在傾斜底面210和水平表面上安裝多個(gè)滾珠。

在電池堆緊固過(guò)程中，通過(guò)左右移動(dòng)插入體200的初始位置，可以補(bǔ)償插入體200的尺寸偏差，因此在緊固之后不會(huì)影響調(diào)節(jié)緊固力，該尺寸偏差可能在插入體200的制造過(guò)程中由于滾珠之間的間隙、滾珠的加工誤差等原因產(chǎn)生。

換言之，在完成緊固之后，通過(guò)彈性體115的長(zhǎng)度，可確定施加到插入體200、彈性體115和緊固帶120的緊固力，且緊固力可不受其它部件的加工誤差或部件之間間隙的影響。因此，當(dāng)基于彈性體115長(zhǎng)度的斥力的大小被更精確地確定時(shí)，在緊固該電池堆之后，可通過(guò)測(cè)量彈性體115的長(zhǎng)度來(lái)測(cè)量緊固力的變化。換言之，通過(guò)更精確地測(cè)量施加到電池堆的緊固力的大小并操作傳遞裝置114，可以更精確地 調(diào)節(jié)緊固力。

此外，端板110和緊固帶120可通過(guò)固定螺栓400而螺紋連接。同時(shí)，插入體200可包括孔240，固定螺栓400可穿過(guò)(例如，被插入)孔240。如圖6所示，可以從插入體200的一側(cè)向內(nèi)切割孔240。可選地，如圖9或圖10所示，孔240可被形成為從插入體200的水平上表面220穿過(guò)傾斜底面210。

當(dāng)由于孔240而通過(guò)施加來(lái)自彈性體115的側(cè)向力來(lái)移動(dòng)插入體200時(shí)，插入體200可自由移動(dòng)，不受限于用來(lái)固定緊固帶120和端板110的螺栓?？梢酝ㄟ^(guò)考慮插入體200的移動(dòng)距離來(lái)確定孔240的形狀，這在調(diào)節(jié)螺栓數(shù)目、螺栓之間的間隔以及緊固力的過(guò)程中是必需的。

如上配置的本發(fā)明，在插入體200利用斜面效應(yīng)沿著傾斜面111移動(dòng)時(shí)，可增大或減小緊固力。傳遞裝置114可改變沿著傾斜面111的插入體200的高度，從而準(zhǔn)確地控制緊固力。

下面將提供更詳細(xì)的描述。因?yàn)椴迦塍w200的高度根據(jù)傾斜底面210而有所不同，因此當(dāng)插入體200從初始位置沿著傾斜面111上升時(shí)，在由螺栓緊固的端板110與緊固帶之間可生成張力，因此緊固力可增大。此外，當(dāng)插入體200從初始位置沿著傾斜面111下降時(shí)，在由螺栓緊固的端板110和緊固帶之間會(huì)產(chǎn)生間隔，從而減小緊固力。

同時(shí)，如上所述，傳遞裝置114可包括彈性支撐插入體200的彈性體115，因此可根據(jù)彈性體115的長(zhǎng)度變化，來(lái)計(jì)算基于插入體200的高度變化的緊固力的變化。例如，傾斜面111的斜率約為10°且端板110與緊固帶120可通過(guò)螺栓緊固，因此當(dāng)施加到燃料電池300的電池堆的緊固力約為500kgf時(shí)，被傳遞到傳遞裝置114的側(cè)向力約為88kgf。當(dāng)緊固力變成約10kgf那么多時(shí)，側(cè)向力變成約1.8kgf那么多。基于下面的等式1獲得側(cè)向力：

等式1

f1(側(cè)向力)＝F(緊固力)×tan(t)，其中t＝傾斜面的角度

因此，當(dāng)在傳遞裝置114中設(shè)置具有約5kgf/mm彈性模量的彈性體115時(shí)，在初始狀態(tài)中，彈性體115的長(zhǎng)度會(huì)變化約0.36mm，因此可通過(guò)測(cè)量彈性體115的長(zhǎng)度變化來(lái)感測(cè)緊固力的變化。

如上所述，根據(jù)依照本發(fā)明示例性實(shí)施例的燃料電池的電池堆緊固結(jié)構(gòu)，可以利用插入體更精確地調(diào)節(jié)緊固力，并測(cè)量施加到插入體的外力，從而計(jì)算緊固力。

在上文中，盡管已經(jīng)參考示例性實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，然而，本發(fā)明并非局限于此，在不脫離所附權(quán)利要求書(shū)中所要求的精神和范圍的情況下，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以進(jìn)行各種修改和替換。