CN102169970A - 燃料电池堆外壳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池堆外壳，具体提供一种燃料电池装置，所述燃料电池装置包括具有柔性外壳的燃料电池堆。更具体地，该燃料电池装置包括：下端板；上端板；设置在所述端板之间的燃料电池堆；以及至少一个柔性外壳，其与所述端板密封接触并封闭所述燃料电池堆。该柔性外壳能够补偿燃料电池堆的膨胀和收缩或电池堆的制造公差，并且能够限制环境元素进入所述燃料电池堆，从而保持燃料电池堆的内部清洁。

Description

燃料电池堆外壳

技术领域

本发明总体上涉及的领域包括电化学燃料电池堆及有关外壳。

背景技术

电化学燃料电池系统通常包括一堆单个燃料电池，这些燃料电池将燃料和氧化剂反应物转化成有用的电流以及副产品水。燃料电池堆通常包括将这些燃料电池压缩在一起的装置，尽管内部的反应物压力倾向于迫使这些电池分开，但是该装置可以使这些电池之间保持良好的接触。燃料电池堆一般被环绕电池堆的钢套管密封地封闭在上下端板之间。该套管通过设置在套管与端板之间的多个紧固件以及多个密封件和垫圈联接至端板。

但是，一些燃料电池堆的外壳可能不能够提供抵抗电磁干扰（EMI）所需的绝缘性能和/或抵抗环境条件所需的密封性能。而且，一些燃料电池堆的外壳可能需要昂贵和/或笨重的部件、许多紧固件以及若干环境密封件和EMI垫圈。此外，一些燃料电池堆的外壳可能不能够补偿燃料电池堆膨胀和收缩或电池堆至电池堆的制造公差。

发明内容

一个示例性实施方式包括燃料电池装置，所述燃料电池装置包括下端板、上端板、设置在所述端板之间的燃料电池堆以及至少一个与所述端板密封接触并封闭所述燃料电池堆的柔性外壳。

另一个示例性实施方式包括燃料电池系统，所述燃料电池系统包括上端单元，所述上端单元包括下端板、上端板以及设置在所述端板之间的燃料电池堆。所述上端单元还包括设置在所述端板之间的电池电压监测装置以及与所述端板密封接触并封闭所述燃料电池堆和所述电池电压监测装置的整体式柔性外罩（wrap）。所述系统进一步包括设置在所述下端板下方的下端单元以及封闭所述上端单元和下端单元的多件式刚性壳体。

方案1. 一种燃料电池装置，包括：

下端板；

上端板；

设置在所述端板之间的燃料电池堆；以及

至少一个柔性外壳，其与所述端板密封接触并封闭所述燃料电池堆。

方案2. 如方案1所述的燃料电池装置，其中，所述柔性外壳能够适应所述燃料电池堆的膨胀和收缩。

方案3. 如方案1所述的燃料电池装置，其中，所述柔性外壳水平地包围所述端板和所述燃料电池。

方案4. 如方案1所述的燃料电池装置，其中，所述柔性外壳是沿所述端板和所述燃料电池的横向侧边缘或纵向侧边缘中的一个垂直地包围所述端板和所述燃料电池的外壳。

方案5. 如方案4所述的燃料电池装置，进一步包括沿所述端板和所述燃料电池的横向侧边缘或纵向侧边缘中的另一个垂直地包围所述端板和所述燃料电池的另一个外壳，以及在所述第一和第二外壳上水平地包围所述端板和所述燃料电池的又一个外壳。

方案6. 如方案1所述的燃料电池装置，其中，所述柔性外壳包括聚合箔。

方案7. 如方案6所述的燃料电池装置，其中，所述聚合箔在其一个侧面上包含压敏粘合剂以密封地接触所述端板。

方案8. 如方案1所述的燃料电池装置，进一步包括电池电压监测器，所述电池电压监测器紧邻所述燃料电池堆设置在所述端板之间并且被所述柔性外壳封闭。

方案9. 如方案1所述的燃料电池装置，进一步包括接口，所述接口延伸穿过所述上下端板中的至少一个，并且不延伸穿过所述柔性外壳。

方案10. 一种燃料电池系统，其包括如方案1所述的燃料电池装置，并且进一步包括封闭所述燃料电池堆以限制热量或电磁干扰中的至少一种穿过其中传导的刚性外壳，而所述柔性外壳限制环境元素进入所述燃料电池堆。

方案11. 如方案10所述的燃料电池系统，其中，所述刚性外壳包括包含金属的外层和包含绝缘材料的内层。

方案12. 如方案11所述的燃料电池系统，其中，所述外层由铝箔构成，而所述内层由绝缘纤维材料构成。

方案13. 如方案10所述的燃料电池系统，其中，所述刚性外壳包括多个构件。

方案14. 如方案13所述的燃料电池系统，其中，所述多个构件卷边连接在一起。

方案15. 如方案10所述的燃料电池系统，进一步包括设置在所述下端板下方并被所述刚性外壳封闭的下端单元。

方案16. 一种燃料电池系统，包括：

上端单元，所述上端单元包括：

下端板；

上端板；

设置在所述端板之间的燃料电池堆；

设置在所述端板之间的电池电压监测装置；以及

整体式柔性外罩，所述整体式柔性外罩与所述端板密封接触并封闭所述燃料电池堆和所述电池电压监测装置，从而阻止环境元素进入所述燃料电池堆和所述电池电压监测装置；

下端单元，所述下端单元设置在所述下端板下方；以及

多件式刚性壳体，所述多件式刚性壳体与所述燃料电池堆分隔开并且被压接在一起以封闭所述上端单元和所述下端单元，从而限制热量或电磁干扰中的至少一种穿过其中传导。

方案17. 如方案16所述的燃料电池系统，其中，所述柔性外罩包括聚合箔，所述聚合箔在其一个侧面上包含压敏粘合剂。

方案18. 如方案16所述的燃料电池系统，其中，所述刚性壳体包括包含金属的外层和包含绝缘材料的内层。

方案19. 如方案18所述的燃料电池系统，其中，所述外层由铝箔构成，而所述内层由绝缘纤维材料构成。

方案20. 如方案16所述的燃料电池系统，其中，所述刚性壳体包括多个构件。

方案21. 如方案20所述的燃料电池系统，其中，所述多个构件卷边连接在一起。

方案22. 如方案16所述的燃料电池系统，进一步包括延伸穿过所述上端板或下端板中的至少一个但是不延伸穿过所述柔性外罩的接口。

本发明的其他示例性实施方式将通过下文提供的详细描述而变得清楚。应当理解的是，尽管公开了本发明的示例性实施方式，但是该详细描述和具体示例仅用于示例目的，而不意味着限制本发明的范围。

附图说明

本发明的示例性实施方式将通过下面的详细描述和附图而被更充分地理解，附图中：

图1是燃料电池装置的一个示例性实施方式的示意性立体图，该燃料电池装置包括一个用于水平地封闭所述装置的柔性外壳；

图2是燃料电池装置的另一个示例性实施方式的示意性立体图，该燃料电池装置包括两个用于垂直地封闭所述装置的柔性外壳；

图3是燃料电池系统的一个示例性实施方式的局部截面侧视图，该燃料电池系统包括由刚性外壳封闭的图1中的燃料电池装置；

图4是图3中的燃料电池系统的局部端视图，其中示出了刚性外壳的各构件之间的卷边连接；以及

图5是图3中的圆形区域5的局部放大图。

具体实施方式

下面对实施方式的描述本质上仅是示例性的（说明性的），并不意在以任何方式限制本发明、其应用或使用。

在一个示例性实施方式中，燃料电池装置可包括设置在上端板与下端板之间的燃料电池的堆和至少一个与上下端板密封接触并封闭燃料电池堆的柔性外壳。在另一个示例性实施方式中，燃料电池系统可包括上述燃料电池装置以及封闭该燃料电池装置的刚性外壳。通常，柔性外壳可阻止环境元素的进入，而刚性外壳可限制热量的传导以及/或者电磁干扰穿过其中。

根据一个实施方式并参考图1，燃料电池装置10可包括上端板12和下端板14以及设置在端板12、14之间的燃料电池堆16。燃料电池堆16可包括上绝缘板18和下绝缘板20以及上集电器板22和下集电器板24，上绝缘板18和下绝缘板20可在垂直方向上紧邻端板12、14设置，上集电器板22和下集电器板24可在垂直方向上紧邻绝缘板18、20设置。此外，燃料电池堆16可包括多个单个燃料电池26a-26n，这些单个燃料电池26a-26n可设置在集电器板22、24之间。燃料电池26a-26n可以是任何适当类型的燃料电池。例如，燃料电池26a-26n可以是质子交换膜型燃料电池，并且可包括被一个或多个双极板（未单独示出）分隔开的膜电极组件。此外，燃料电池装置10可包括电池电压监测器（CVM）28，CVM28可紧邻燃料电池堆16水平设置。板12-24、燃料电池26a-26n以及CVM28可包括外围侧面，例如沿着装置10的横向侧面30（仅一个图示）和纵向侧面32（仅一个图示）。

再者，燃料电池装置10可包括柔性外壳34以封闭端板12、14和燃料电池堆16。柔性外壳34还可封闭CVM28。如图1所示，如果需要，外壳34可以是由一个卷轴展开的片料。柔性外壳34可以是任何适当形状的无孔辐片（web）或薄板，并且可以适应燃料电池堆16的膨胀和收缩。如果需要，外壳34可以与燃料电池16的侧面接触，或者可以在其与燃料电池16的侧面之间留出间隔。如本文中所使用的，术语“柔性”可包括松弛的或通常不能自我支撑的部件。此外，如本文中所使用的，术语“封闭”并不必然意指完全封装或环绕。更确切地，封闭使用了其最宽广的含义，因而，封闭可包括覆盖燃料电池堆16的侧面。但是，外壳34还可以环绕装置10、覆盖全部的横向侧面和纵向侧面30、32。外壳34在燃料电池堆16工作期间始终保持位于燃料电池堆16上。

柔性外壳34通常可以阻止环境元素进入燃料电池堆16和/或CVM28。例如，环境元素可包括灰尘、泥土、水和/或诸如此类物质。然而，可以在外壳34中设置密封的或未密封的开口以适应例如电线、突片、导管和/或诸如此类构件的进入和伸出。

在第一个示例中，并参考图1，外壳34可包括可以在燃料电池堆16和CVM28周围水平缠绕的外罩。卷轴型外壳34可包括上部分34a和下部分34b以密封地附连至端板12、14的对应侧面。通常，外罩可以任何适当的方式粘附至端板12、14。例如，外罩可以被胶合至端板12、14。在另一个示例中，外罩可在其一个侧面包含压敏粘合剂，该侧面粘附至端板12、14，并且如果需要，该侧面还可以粘附至燃料电池26a-26n的边缘及CVM28的侧面。

图2示出了燃料电池装置110的另一个示例性实施方式。该实施方式在许多方面与图1的实施方式相似，并且在附图中的所有几幅视图中，几个实施方式之间的相同的附图标记指示相同的或相应的元件。另外，对各实施方式的描述通过相互引用来进行，并且相同的主题一般不会在此复述。

参考图2，一个或多个柔性外壳134a、134b可垂直地缠绕在端板12、14及燃料电池堆16周围。例如，柔性外壳134a可包括可以在一个垂直方向上绕装置110缠绕的外罩，并且可被密封地附连至端板12、14的端面和横向侧面。在另一个示例中，柔性外壳134b可包括可以在另一个垂直方向上绕装置110缠绕的外罩，并且可被密封地附连至端板12、14的端面和纵向侧面。在一个附加的示例中，两个柔性外壳134a、134b都可以应用于装置110，一个在另一个上面。

根据另一个实施方式，取代外罩，柔性外壳34、134a、134b可包括一个或多个设置在端板12、14及燃料电池堆16和CVM28上的周向连续的套管（未图示）。例如，套管可以在端板12、14及燃料电池堆16和CVM28上被垂直地滑动或展开，其中套管在与图1一致的水平方向上沿周向延伸。套管的上下部分可附连至端板12、14的对应的横向侧面和纵向侧面。在另一个示例中，套管可以在端板12、14及燃料电池堆16和CVM28上沿纵向被水平地滑动或展开，其中套管在与图2一致的垂直方向上沿周向延伸。在更进一步的示例中，套管可以在端板12、14及燃料电池堆16和CVM28上沿横向被水平地滑动或展开，其中套管在与图2一致的垂直方向上沿周向延伸。

套管可以其他任何适当的方式挤压成形或构造。通常，套管可被以任何适当的方式粘附至端板12、14。例如，套管可被胶合至端板12、14。在另一个示例中，套管可在其中一面包含压敏粘合剂，该面粘附至端板12、14，并且如果需要，该面还可以粘附至燃料电池的边缘及CVM28的侧面。

在又一个实施方式中，装置10可包括图2的垂直缠绕柔性外壳134a、134b和图1的水平缠绕柔性外壳34中的至少一个。例如，图2的薄板或套管外壳134a、134b可用于垂直封闭端板12、14、燃料电池堆16和CVM28,然后图1的薄板或套管外壳34可水平地施加于垂直延伸的外壳134a、134b上。在另一个示例中，图1的薄板或套管外壳34可水平地施加至端板12、14、燃料电池堆16和CVM28,然后图2的薄板或套管外壳134a、134b可垂直地施加于水平延伸的外壳34上。

外壳34、134a、134b可以任何适当的方式装配到装置10、110的其余部分。例如，外壳34、134a、134b可以在燃料电池堆16被压缩之前装配以便在燃料电池堆16被压缩后在外壳中会有一定松弛。从而，当燃料电池堆16被加压时，外壳34、134a、134b可以变得收紧，而当燃料电池堆16被减压时，外壳34、134a、134b可以松弛。在另一个示例中，外壳34、134a、134b可以在燃料电池堆16被压缩之后装配以便外壳34、134a、134b处于静止的状态，而不会特别地收紧或松弛。在前述两个示例中，外壳34、134a、134b都可以适应膨胀和收缩。而且，外壳34、134a、134b的材料可以经过挑选，以便当燃料电池堆16被加压时外壳34、134a、134b可以伸展，并且以便在燃料电池堆减压后外壳34、134a、134b可以返回至其静止状态。

根据另一个示例性实施方式，并且参考图3，燃料电池系统200可包括以如图1所示的装置10的形式存在的上端单元。尽管未图示，系统200也可以改为包括以图2的装置110的形式存在的上端单元，或者可包括两个装置10、110的组合。系统200还可以包括设置在装置10、110下方的下端单元40。下端单元40可包括用于燃料电池系统中的任何部件、装置、或类似物。例如，下端单元40可包括一个或多个泵、阀、通风机、压缩机、增湿器、重整器、水蒸气传递单元、热交换器、仪器等等。系统200进一步可以包括刚性外壳50，刚性外壳50封闭装置10并且还可以封闭下端单元40。根据一个实施方式，刚性外壳50可以完全地环绕或包住装置10。如本文中所使用的，术语“刚性”可包括通常自我支撑的结构。

刚性外壳50可与燃料电池堆分隔开，并且可以阻止或限制热传导和/或EMI传导穿过外壳50，而柔性外壳34阻止环境元素进入燃料电池堆。刚性外壳50可以由卷边连接在一起的多个部分制成。例如，如图5中所示，刚性外壳50可包括第一和第二部分52、54，第一和第二部分52、54可通过卷边（crimp）56接合在一起，卷边56可绕外壳50延伸。卷边56可以在如图3和4中所示的方向上绕外壳50垂直地延伸，或者卷边56可以在另一个方向上绕外壳50垂直地延伸，或者卷边56可以绕外壳50水平地延伸。

参考图5，刚性外壳50可包括任何适当数量和类型的层和材料。例如，外壳50可包括第一层58和第二层60，第一层58可包括金属箔，第二层60可包括绝缘材料。更具体地，金属箔可以是铝箔，而绝缘材料可以是箔的衬里，其可以是原始的或循环利用的玻璃纤维、塑料、纤维材料等等。例如，示例性的纤维材料可包括棉纤维材料，示例性的纤维材料因其良好的热绝缘和噪声消减及减振性能而被挑选。

参考图3，燃料电池系统200可被维修保养。例如，任何适当的工具都可用于松开卷边56，并且刚性外壳部分52、54可被分离开以便可以接近系统200的其余部分。一旦刚性外壳50被移除，像灰尘、泥土、水或其他碎屑这样的污染物可以被从密封封闭的装置10洗刷掉。从而，装置10可以被清除污染物以便密封的装置10适于在清洁的室内环境中被进一步拆卸。柔性外壳可被从装置10的其余部分切除或剥离。刚性的和柔性的外壳34、50不必设计为可重复使用的，因而，其可以是一次性部件。

各种接口可被贯通穿过端板12、14中的一个或两个。例如，高电压电源连接器或接口62和CVM连接器或接口64可被定位穿过下端板14。传统上，这些连接在燃料电池堆的端板之间离开燃料电池堆，并且延伸穿过环绕燃料电池堆的薄片金属外壳。但是根据本发明，这些穿孔不需要设置在外壳34中，从而简化和改进燃料电池堆10和端板12、14的通过外壳34进行的密封。

上文关于本发明的实施方式的描述本质上仅是示例性的，因此，对它的各种改变不被认为是偏离了本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池装置，包括：

下端板；

上端板；

设置在所述端板之间的燃料电池堆；以及

至少一个柔性外壳，其与所述端板密封接触并封闭所述燃料电池堆。

2.如权利要求1所述的燃料电池装置，其中，所述柔性外壳能够适应所述燃料电池堆的膨胀和收缩。

3.如权利要求1所述的燃料电池装置，其中，所述柔性外壳水平地包围所述端板和所述燃料电池。

4.如权利要求1所述的燃料电池装置，其中，所述柔性外壳是沿所述端板和所述燃料电池的横向侧边缘或纵向侧边缘中的一个垂直地包围所述端板和所述燃料电池的外壳。

5.如权利要求4所述的燃料电池装置，进一步包括沿所述端板和所述燃料电池的横向侧边缘或纵向侧边缘中的另一个垂直地包围所述端板和所述燃料电池的另一个外壳，以及在所述第一和第二外壳上水平地包围所述端板和所述燃料电池的又一个外壳。

6.如权利要求1所述的燃料电池装置，其中，所述柔性外壳包括聚合箔。

7.如权利要求6所述的燃料电池装置，其中，所述聚合箔在其一个侧面上包含压敏粘合剂以密封地接触所述端板。

8.如权利要求1所述的燃料电池装置，进一步包括电池电压监测器，所述电池电压监测器紧邻所述燃料电池堆设置在所述端板之间并且被所述柔性外壳封闭。

9.一种燃料电池系统，其包括如权利要求1所述的燃料电池装置，并且进一步包括封闭所述燃料电池堆以限制热量或电磁干扰中的至少一种穿过其中传导的刚性外壳，而所述柔性外壳限制环境元素进入所述燃料电池堆。

10.一种燃料电池系统，包括：

上端单元，所述上端单元包括：

下端板；

上端板；

设置在所述端板之间的燃料电池堆；

设置在所述端板之间的电池电压监测装置；以及

整体式柔性外罩，所述整体式柔性外罩与所述端板密封接触并封闭所述燃料电池堆和所述电池电压监测装置，从而阻止环境元素进入所述燃料电池堆和所述电池电压监测装置；

下端单元，所述下端单元设置在所述下端板下方；以及

多件式刚性壳体，所述多件式刚性壳体与所述燃料电池堆分隔开并且被压接在一起以封闭所述上端单元和所述下端单元，从而限制热量或电磁干扰中的至少一种穿过其中传导。

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