具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

为了解决现有技术中电堆紧固件体积大，因需要安全间隙导致的整堆体积功率密度小且不利于体积功率密度的提高和电堆在车辆上的搭载应用的技术问题，本发明提供了一种燃料电池电堆、燃料电池以及车辆，明显提高了燃料电池电堆的功率密度。下面通过3个实施例对本发明的内容进行详细介绍：

实施例1

如图1-图6所示，本发明提供的一种燃料电池电堆，包括至少2个缠绕带1，绝缘杆3以及与缠绕带1数量相同的绑扎头2。其中：至少2个缠绕带1间隔设置，以在布置方向上，保证紧固力，缠绕带1的两端通过1个绑扎头2连接，以形成紧固环，紧固环套设在燃料电池电堆上，实现进气端板4和盲端封板5在封装方向上的固定限位。绝缘杆3夹设在燃料电池电堆的堆芯6与缠绕带1之间，且绝缘杆3的两端分别与燃料电池电堆的进气端绝缘板7和盲端绝缘板10接触，绝缘杆3隔绝缠绕带1与电堆之间的间隙，绝缘杆3隔绝堆芯6与缠绕带1之间的电传递，通过绝缘杆3实现钢带和电堆之间的绝缘，不需要增加端板面积，避免端板面积大于堆芯6的端面面积，进而提高体积功率密度。且燃料电池电堆的进气端板4或盲端封板5上设置有用于容纳绑扎头2的沉槽41，用于绑扎缠绕带1的绑扎头2落在沉槽41内，减小电堆绑扎头2突出进气端板4的高度，提高功率体积密度。

现有技术中的燃料电池电堆，一般情况下，燃料电池电堆的长度与宽度会相差较大，为了最优化紧固效果，本实施例中，缠绕带1绕设在平行于燃料电池电堆的双极板的长度方向的两个相对侧面以及两个相对侧面的进气端板4或盲端封板5上，即绝缘杆3分别设置在燃料电池电堆长度方向的两个相对侧面上，本发明对绝缘杆3的数量不做具体限定，可以一个绝缘杆3对应多个缠绕带1，为了降低燃料电池电堆的质量、减少材料耗量，本实施例中，缠绕带1位于两个相对侧面的部分和堆芯6之间均设置有1个绝缘杆3。

现有技术中，一般而言，进气端板4的厚度会大于盲端封板5的厚度为了不影响端板的工作，保证强度，本实施例中，容纳绑扎头2的沉槽41设置在进气端板4上。

现有技术中一般看来，由于堆芯6(膜电极+双极板)只在封装方向压紧固定，四周是放开无固定的。这使得电堆的摆放有特定的要求，只能按照特定的方向安装，否则重复件会受到外界使用环境(重力、振动、冲击等等)影响导致位置发生变化，影响电堆性能和安全性，这导致电堆在车辆应用时受到较大的限制。

由于燃料电池电堆会受到外界使用环境(重力、振动、冲击等等)影响导致位置发生变化，影响电堆性能和安全性，所以需要对绝缘杆3进行定位限制，由于绝缘杆3设置在缠绕带1和堆芯6之间，自然缠绕带1对绝缘杆3起到Y向限位的作用，为了通过缠绕带1对绝缘杆3进行X向限位，本实施例中，绝缘杆3呈槽型，绝缘杆3套装在缠绕带1上，绝缘杆3分别与堆芯6和缠绕带1接触。同时绝缘杆3与电堆重复件的接触，能够固定双极板和膜电极的四周，再加上封装方向即缠绕带1轴向的固定，使得电堆重复件在六个方向受到约束，重复件受到有效固定，外界使用环境(重力、振动、冲击等等)不会影响重复件位置。

本发明对绝缘杆3的结构不做具体限定，为了节约材料、有效控制组装后的燃料电池电堆的质量，本实施例中，绝缘杆3远离堆芯6的一侧设置有凹槽31，缠绕带1设置在凹槽31内，通过凹槽31限制绝缘杆3相对缠绕带1移动，相比套杆结构的绝缘杆3，仅在绝缘杆3一侧设置凹槽31，可以减少绝缘杆3在堆芯6侧面的突出厚度。

由于为了安装容纳缠绕带1的绑扎头2，需要在进气端板4上间隔对应设置沉槽41，为了保证电堆性能，本实施例中进气端板4采用两侧进气的方案，因此燃料电池电堆的两个端面无法通过设置缠绕带1进行限位。为了实现对堆芯6的X向限位，沿至少2个缠绕带1的间隔设置方向，靠近堆芯6的端面的缠绕带1所对应的两个绝缘杆3中，即位于外侧的两个绝缘杆3中，至少一个绝缘杆3具有包覆堆芯6的端面的折弯部32，外侧的绝缘杆3通过折弯部32从侧面X向包裹且贴合堆芯6，通过缠绕带1和绝缘杆3对电堆各向位移进行限制。

为了便于更换，降低装配难度，缠绕带1的两端均设置有挂钩部11，缠绕带1通过挂钩部11

为了便于调节紧固环的长度，以调节紧固力，同时为了增加紧固环的通用性和实用性，本实施例中，绑扎头2为分体式结构，绑扎头2包括螺纹紧固件24和两个接头21，缠绕带1的两端分别连接一个接头21，两个接头21通过螺纹紧固件24连接。提高同时可通过调节两个绑扎头2的连接距离调节紧固力，适用性强。

本发明对绑扎头2的具体结构不做限定，只要满足使用需求即可，本实施例中，各绑扎头2均包括连接部22和位于连接部22两端的限位部23，缠绕带1的两个挂钩部11分别钩挂在两个接头21的连接部22上，并通过限位部23限位，限位部23内均开设有用于安装螺纹紧固件24的对接孔，通过设置在对接孔内的螺纹紧固件24调节两个接头21的距离。

本发明对绝缘杆3的长度不做限定，当绝缘杆3的长度足以满足任何情况下均分别与进气端绝缘板7和盲端绝缘板10时，不需要额外设计用于对绝缘杆3Z向限位的结构。当无法保证始终绝缘时，需要设计定位结构。本实施例中，进气端绝缘板7和/或盲端绝缘板10的侧面上设置有用于限制绝缘杆3轴向移动的凸台，凸台对应绝缘杆3的位置设置，将绝缘杆3的Z向运动距离限制在一定范围内，绝缘杆3紧贴电堆重复单元(堆芯6)，绝缘杆3隔绝电堆重复单元与缠绕带1之间的电传递。

本发明提供的缠绕带1可以为非金属材料，比如高分子聚合材料、纤维复合材料或皮带等，但为了保证缠绕带1与绑扎头2的连接强度，保证绑扎头2固定之后紧固力的稳定，本实施例中，缠绕带1优选为金属材料，例如钢带等。

本发明对缠绕带1和绝缘杆3的截面形状不做具体限定，为了减小体积以降低占用空间，以及连接限位强度，并提高绝缘杆3的绝缘效果，本发明中，绝缘杆3的截面均优选为多边形。本实施例中，绝缘杆3为截面呈矩形的杆件，以使绝缘杆3与缠绕带1以及堆芯6之间为面接触，保证绝缘和限位效果。

为了降低缠绕带1的磨损、避免应力集中，并保证紧固效果，本实施例中，进气端板4的沉槽41用于与缠绕带1接触的部位以及盲端封板5用于与缠绕带1接触的部位均设置有缺角。

本发明对燃料电池电堆进气端板4侧的具体构件和结构不做限定，可参考现有技术，本实施例中，燃料电池电堆的进气端板4侧，由外侧至内部依次设置有进气端板4、进气端绝缘板7、进气端集流板8和碳纸。

同样的，本发明对燃料电池电堆的盲端侧的具体构件和结构不做限定，可参考现有技术，即至少包括沿燃料电池电堆的内部至外侧依次设置的盲端集流板9、盲端绝缘板10和盲端端板51，此时此时盲端端板51即作为盲端封板5，进气端板4的侧面和盲端端板51的侧面上对应设置避免缠绕带1应力集中的缺角。

由于燃料电池电堆的工作温度跨度大，比如-20℃～90℃，在不同时刻下，温度的变化均会导致各零件组成的热胀冷缩，为了保证膜电极和双极板之间的压缩率，降低热胀冷缩对燃料电池电堆性能的影响，本实施例中，盲端端板51的外侧还设置有碟簧支撑板52，碟簧支撑板52上间隔开设碟簧安装孔，碟簧对应设置在盲端端板51和碟簧支撑板52之间，可在一定范围内实现自适应调节，本发明通过碟簧预留压缩余量和膨胀余量，保证燃料电池电堆性能的稳定。此时碟簧支撑板52作为盲端封板5，进气端板3和碟簧支撑板52分布在燃料电池电堆的封装方向的两端，所以本实施例中，碟簧支撑板52开设避免缠绕带1应力集中的缺角，缠绕带1套设在进气端板3和碟簧支撑板52上施加紧固力，并通过碟簧保证了热胀冷缩不同状态下膜电极和双极板之间的压缩率。

本发明提供的燃料电池电堆，采用缠绕带1作为紧固件，进气端板4设置沉槽41以容纳缠绕带1的绑扎头2，绑扎头2落在凹槽31内，减小绑扎头2突出于进气端板4的高度，缩小整堆体积，且不需要占用额外的空间，利于体积功率密度的提高和电堆在车辆上的搭载应用。缠绕带1与堆芯6之间增设绝缘杆3，提高绝缘效果，以使端板面积减小，进一步提高体积功率密度。

实施例2

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种燃料电池，包括壳体和实施例1提供的的燃料电池电堆，燃料电池电堆设置在壳体内。本发明对燃料电池的种类及类型不做具体限定，可以为现有技术中任一种燃料电池，比如质子交换膜燃料电池等，该燃料电池的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，此处不做展开说明。

实施例3

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种车辆，包括实施例2提供的燃料电池，即该车辆的燃料电池电堆采用实施例1提供的燃料电池电堆的结构，并通过缠绕带1和绝缘杆3连接固定。本发明对车辆的种类及类型不做具体限定，可以为现有技术中任一种车辆，比如家用小车、客车、货车等，该车辆的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，此处不做展开说明。

通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

1)本发明提供的燃料电池电堆，采用缠绕带作为紧固件，进气端板设置沉槽以容纳缠绕带的绑扎头，绑扎头落在凹槽内，减小绑扎头突出于进气端板的高度，缩小整堆体积，且不需要占用额外的空间，利于体积功率密度的提高和电堆在车辆上的搭载应用。

2)缠绕带与堆芯之间增设绝缘杆，绝缘杆隔绝缠绕带与电堆之间的间隙，绝缘杆隔绝堆芯与缠绕带之间的电传递，通过绝缘杆实现钢带和电堆之间的绝缘，不需要增加端板面积，进而提高体积功率密度。

尽管已描述了本申请的优选实施例，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申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。