[发明专利]一种可实时监测并分区智能调节堆芯压紧力的端板结构

说明书

本发明涉及一种可调节堆芯压紧力的端板结构，具体涉及一种可实时监测并分区智能调节堆芯压紧力的端板结构，该端板结构包括与堆芯和下固定端板固定连接的上固定端板，以及设置于堆芯顶端的活动端板，还包括设置于上固定端板和活动端板之间的监测调节机构，所述的监测调节机构包括固定安装于上固定端板内部的压力传感器、固定安装于活动端板内部的电动顶杆以及设置于压力传感器与电动顶杆之间的碟簧。与现有技术相比，本发明既能够监测电堆装堆压紧时堆芯的受力均一性，又可以监测电堆在高低温、长时间运行等不同工况下堆芯的压紧力变化情况，并根据电堆性能变化编辑策略分区智能调节压紧力，保证电堆稳定运行、延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种可调节堆芯压紧力的端板结构，具体涉及一种可实时监测并分区智能调节堆芯压紧力的端板结构。

背景技术

燃料电池是一种清洁、高效的能源利用方式，通常以氢为最佳燃料不经过燃烧过程而直接以电化学反应的方式，将氢燃料和氧化剂中的化学能转化为电能，发展燃料电池对于改善环境，实施能源可持续发展具有重要意义。为了保证发电功率，氢燃料电池一般设计成电堆的结构形式。电堆通常由双极板和膜电极的重复单元以及两侧的集流板、绝缘板、端板、碟簧组成，上述零部件经过堆叠组装使用压力机施加预紧力后由若干螺杆、螺栓锁紧组成电堆。传统的燃料电池电堆端板结构简单，仅提供结构支撑以及螺栓受力等机械力载体作用，在初次使用压力机提供预紧力后在整个电堆使用生命周期内无法监测堆芯的压紧力变化，而堆芯压紧力往往影响电堆密封、质子交换膜与双极板的接触均一性等重要性能。堆芯压紧力在后续电堆运行过程中受高低温老化及材料应力松弛等作用会不断变化，电堆内部无监测堆芯压紧力的装置，对于电堆在常温、高温、低温等条件下堆芯压紧力和电堆性能、密封等参数的关系无从得知，且无法在线进行堆芯压紧力的调节，必须停机检查问题和调节压紧力。

公开号CN211295282U公开了一种用于单电池堆叠的夹具。该夹具包括：被构造成布置在第二端板和第三端板之间的弹性装置，其作用于第二端板和第三端板，以使弹性装置对第二端板施加压力；以及被布置成用于感测弹性装置对第二端板施加的压力的至少一个压力感测元件。该夹具还包括电致动器，其被构造成用于致动第三端板，以调节第三端板在堆叠方向上相对于第一端板的距离。

公开号CN111816903B公开了一种端板受力可调节的燃料电池电堆，涉及燃料电池技术领域，包括电堆机构，电堆机构的两端分别设有固定端板和调节端板机构，调节端板机构包括调节端板和与调节端板配合的调节组件，调节组件位于调节端板和电堆机构之间，调节组件包括弹簧端板，弹簧端板的一侧与电堆机构固定连接，调节端板机构向电堆机构提供由弹簧端板的中心向四周逐渐减小的压力。

但是上述两篇相关专利为在固定端板与调节端板间的弹簧结构增加压力传感器检测堆芯压紧力及均匀性的作用，但只能手动机械调节弹簧处的对应的调节组件或者自动电动调节整个固定端板的位置从而调节堆芯压紧力，调节组件及压力传感器数量很多且操作麻烦，集成度低造成空间浪费。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种可实时监测并分区智能调节堆芯压紧力的端板结构，既能够监测电堆装堆压紧时堆芯的受力均一性，又可以监测电堆在高低温、长时间运行等不同工况下堆芯的压紧力变化情况，并根据电堆性能变化编辑策略分区智能调节压紧力，保证电堆稳定运行、延长使用寿命。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种可实时监测并分区智能调节堆芯压紧力的端板结构，该端板结构包括与堆芯和下固定端板固定连接的上固定端板，以及设置于堆芯顶端的活动端板，还包括设置于上固定端板和活动端板之间的监测调节机构，所述的监测调节机构包括固定安装于上固定端板内部的压力传感器、固定安装于活动端板内部的电动顶杆以及设置于压力传感器与电动顶杆之间的碟簧。

由于碟簧能够在较小的空间内承受极大的载荷，因而十分适用于对空间限制要求高的燃料电池电堆中。