CN110137537A - 一种燃料电池电堆封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池电堆封装结构，电堆固定于所述封装结构内部，所述封装结构底面的内表面设置倾斜的排水坡I，沿所述排水坡I边缘设置有排水槽；所述封装结构还包括与所述排水槽相连通的排水口；与所述封装结构底面相对的面为顶面，所述封装结构还包括设置于顶面内表面的排水坡II，所述排水坡II的最低区域位于所述排水槽的正上方；所述封装结构还包括用于吹扫所述封装结构内的氢气和水蒸汽的吹扫口。本发明的技术方案解决了现有的燃料电池模块的封装结构设置的用于排出水蒸汽的结构复杂，通过吹扫排出水蒸汽效率低的技术问题。

Description

一种燃料电池电堆封装结构
技术领域
本发明涉及燃料电池电堆封装技术领域，具体而言，尤其涉及一种燃料电池电堆封装结构。
背景技术
燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的清洁能源技术，具有高能量转换效率、结构简单、低排放、低噪音等优点，常用于车、船等运载工具的动力系统，又可以用作移动式或固定式的发电站。近些年，燃料电池在车用领域的应用得到广泛的关注。
燃料电池模块是车用燃料电池系统的核心部分，燃料电池模块通常由封装结构和电堆构成，封装结构将电堆包覆，为电堆提供支撑和保护，防止外界的灰层杂质和水污染电堆，以达到燃料电池模块的防水防尘标准要求，同时，为了避免从电堆内极少量泄漏出来的氢气在封装内部长时间积累，封装结构上设置有空气吹扫进出口，以将封装内部的氢气排出，保证氢安全。但是，随着吹扫的进行，外界空气中的水蒸气也会进入封装内，特别是在空气湿度大的夏季，吹扫带入的水蒸气在封装内部聚集，使得模块的绝缘性能大大降低，当系统停机时，电堆模块温度降低，模块内的水蒸气在封装内壁冷凝形成液态水，若模块内的液态水聚集过多，浸湿电堆堆芯，则会导致电堆短路，严重影响电堆模块使用时的电安全，所以，必须采取相应的措施，在排出氢气的同时，也能排出封装内部的水，保证电堆模块的绝缘性能，本发明正是为了解决上述问题而产生的，旨在提供一种电堆封装，具有排水结构和排氢口，从而保证电堆模块的氢安全和绝缘性能要求。
例如专利一种具有水热管理能力的燃料电池模块(公开号为 CN102035002B，公开日为20110427)，通过在模块封装上设置循环水系统和电加热单元，使燃料电池模块的温度升高，将模块内的水蒸气排出。但是在封装模块上设置循环水系统或电加热单元极大的增大了模块封装的复杂程度和制造难度，同时也会带来电安全隐患；另一方面，相对于封装的尺寸，吹扫入口和出口的尺寸都是很小的，而且由于吹扫过程中，电堆封装内部，流体的流动不规律，所以通过向封装内吹扫气体，将模块内的氢气水蒸气带出，其效率是很低的。
发明内容
根据上述提出现有的燃料电池模块的封装结构设置的用于排出水蒸汽的结构复杂，通过吹扫排出水蒸汽效率低的技术问题，而提供一种燃料电池电堆封装结构。本发明主要利用设置于电堆封装箱内的排水结构，兼顾排氢气和水蒸汽，从而保证电堆模块的绝缘性能和氢安全要求。
本发明采用的技术手段如下：
一种燃料电池电堆封装结构，电堆固定于所述封装结构内部，所述封装结构底面的内表面设置倾斜的排水坡I，沿所述排水坡I边缘设置有排水槽；所述封装结构还包括与所述排水槽相连通的排水口；与所述封装结构底面相对的面为顶面，所述封装结构还包括设置于顶面内表面的排水坡II，所述排水坡II的最低区域位于所述排水槽的正上方；所述封装结构还包括用于吹扫所述封装结构内的氢气和水蒸汽的吹扫口。
进一步地，所述排水口位于所述封装结构上与所述排水槽上最低点相对的位置。
进一步地，所述排水坡I和所述排水坡II的坡度均为0.1％-20％，所述排水槽的坡度为0.1％-20％。
进一步地，相邻的两条所述排水槽在最低点相连通。
进一步地，所述排水口处设置用于周期性排出所述排水槽内聚集的水的阀门I。
进一步地，所述阀门I的开启时间小于闭合时间。
进一步地，所述封装结构的顶面设置排气口。
进一步地，所述排气口处设置用于周期性排出聚集的氢气和水蒸汽的阀门II。
进一步地，所述阀门II的开启时间大于闭合时间。
进一步地，所述封装结构的内表面有疏水性绝缘涂层。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的燃料电池电堆封装结构，在电堆封装内部设置排水坡和导水槽，形成最高点和最低点，在最高点设置排气口，使得密度较小的氢气聚集在封装内部的最高点区域，通过吹扫的方式排出；在电堆封装的最低点设置排水口，使的冷凝水在自身重力的引导下到达最低位的排水口，排出封装，该电堆封装排水和排氢效率高，且结构简单，成本低，易于实现。
综上，应用本发明的技术方案利用设置于电堆封装箱内的排水结构，兼顾排氢气和水蒸汽，从而保证电堆模块的绝缘性能和氢安全要求。因此，本发明的技术方案解决了现有的燃料电池模块的封装结构设置的用于排出水蒸汽的结构复杂，通过吹扫排出水蒸汽效率低的问题。
基于上述理由本发明可在燃料电池电堆封装等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所述底面结构示意图。
图2为本发明实施例1所述顶面结构示意图。
图3为图2中B-B方向剖视图。
图4为本发明实施例2所述底面结构示意图。
图5为本发明实施例3所述顶面结构示意图。
图6为图5中A-A方向剖视图。
图中：1、底面；2、排水坡I；3、排水槽；4、排水口；5、顶面；6、排水坡II；7、阀门I；8、排气口；9、阀门II；10、吹扫口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1-3所示，本发明提供了一种燃料电池电堆封装结构，电堆固定于所述封装结构内部，所述封装结构底面1的内表面设置倾斜的排水坡I 2，沿所述排水坡I 2边缘设置有排水槽3；所述封装结构还包括与所述排水槽3相连通的排水口4，用于排出所述排水槽内部聚集的水；与所述封装结构底面1 相对的面为顶面5，所述封装结构还包括设置于顶面5内表面的排水坡II6，所述排水坡II6的最低区域位于所述排水槽3的正上方，所述排水坡II6坡底上的水可以下落至所述排水槽3，而不浸湿电堆模块内的其他零部件(在本申请中，将排水坡I 2、排水坡II6和排水槽3的最低区域称作坡底)；
所述封装结构还包括用于吹扫所述封装结构内的氢气和水蒸汽的吹扫口 10。
优选地，所述吹扫口的位置设置在远离排气口的区域，防止吹扫的气体直接从排气口排出。
进一步地，所述排水口4位于所述封装结构上与所述排水槽3上最低点相对的位置。
进一步地，相邻的两条所述排水槽3在最低点相连通。
进一步地，所述排水坡I 2和所述排水坡II6均为整体倾斜方向一致的斜坡。
进一步地，在本实施例中，所述排水坡I 2为由所述底面1的一条长边向另一条长边倾斜的斜坡，如图1所示，设置于所述排水坡I 2坡底的所述排水槽3为横向排水槽，设置于所述排水坡I 2左、右两侧的所述排水槽3为纵向排水槽；所述横向排水槽由中部分别向两侧倾斜，所述纵向排水槽的倾斜方向与所述排水坡I 2的倾斜方向相同，所述横向排水槽两侧的坡底分别与一条所述纵向排水槽的坡底连通至同一个所述排水口4；如图2-3所示，所述排水坡II6为由所述顶面5的左侧向右侧倾斜的斜坡，所述顶面5的厚度由左侧至右侧逐渐增加，位于所述排水坡II6右侧的坡底对应至位于所述底面1的所述纵向排水槽的正上方，当水蒸汽在所述顶面5凝结成水后，会由于重力作用沿所述排水坡II6流至坡底，然后掉落至所述纵向排水槽内。
进一步地，所述排水坡I 2和所述排水坡II6的坡度i均为0.1％-20％，所述排水槽3的坡度i为0.1％-20％。
进一步地，所述排水口4处设置用于周期性排出所述排水槽内聚集的水的阀门I7。
进一步地，所述阀门I7的开启时间小于闭合时间。
进一步地，所述封装结构的顶面5设置排气口8，使得密度较小的氢气聚集在封装内部的最高点区域，通过吹扫的方式排出。
进一步地，所述排气口8处设置用于周期性排出聚集的氢气和水蒸汽的阀门II9。
进一步地，所述所述阀门II9的开启时间大于闭合时间。
进一步地，所述封装结构的内表面有疏水性绝缘涂层。
采用本实施例所述的封装结构，内壁产生的水滴能够沿所述排水坡I 2 的倾斜方向流至所述排水槽3内，同时，顶面的冷凝水能够沿所述排水坡II6 流至坡底，然后掉落至位于所述排水坡II6坡底正下方的所述排水槽3内，倾斜的所述排水槽3内的水聚集后沿所述排水槽流向所述排水口4所在的位置，通过控制所述阀门I7的开启，能够使水排出，防止内部积水。
实施例2
如图4所示，在实施例1的基础上，本实施例与实施例1的区别仅在于，所述排水坡I2由所述封装结构底面1的中部分别向所述封装结构底面1的左、右两侧边缘倾斜，即形成左、右两个斜坡。
进一步地，设置于所述排水坡I 2左、右两侧的坡底的所述排水槽3为纵向排水槽，设置于所述排水坡I 2侧面的所述排水槽3为横向排水槽；所述横向排水槽由中部分别向两侧倾斜，所述纵向排水槽由所述底面1的一条长边向另一条长边倾斜，且所述横向排水槽两侧的坡底分别与一条所述纵向排水槽的坡底连通至同一个所述排水口4。
进一步地，所述排水坡I 2由所述封装结构底面1的中部向所述封装结构底面1的左、右两侧边缘倾斜的两部分的坡度i均为0.1％-20％。
实施例3
如图5-6所示，在上述实施例的基础上，本实施例与实施例1的区别仅在于，所述排水坡II6由所述封装结构顶面5的中部向所述封装结构顶面5 的左、右两侧边缘倾斜，所述顶面5的厚度由中部向左右两侧边缘逐渐增加，位于所述排水坡II6左、右两侧的坡底分别对应至位于所述底面1的两条所述纵向排水槽的正上方。
进一步地，所述排水坡II6由所述封装结构顶面5的中部向所述封装结构顶面5的左、右两侧边缘倾斜的两部分的坡度i均为0.1％-20％。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆封装结构，电堆固定于所述封装结构内部，其特征在于，所述封装结构底面的内表面设置倾斜的排水坡I，沿所述排水坡I边缘设置有排水槽；所述封装结构还包括与所述排水槽相连通的排水口；
与所述封装结构底面相对的面为顶面，所述封装结构还包括设置于顶面内表面的排水坡II，所述排水坡II的最低区域位于所述排水槽的正上方；
所述封装结构还包括用于吹扫所述封装结构内的氢气和水蒸汽的吹扫口。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆封装结构，其特征在于，所述排水口位于所述封装结构上与所述排水槽上最低点相对的位置。
3.根据权利要求1所述的燃料电池电堆封装结构，其特征在于，所述排水坡I和所述排水坡II的坡度均为0.1％-20％，所述排水槽的坡度为0.1％-20％。
4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆封装结构，其特征在于，相邻的两条所述排水槽在最低点相连通。
5.根据权利要求1所述的燃料电池电堆封装结构，其特征在于，所述排水口处设置用于周期性排出所述排水槽内聚集的水的阀门I。
6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆封装结构，其特征在于，所述阀门I的开启时间小于闭合时间。
7.根据权利要求1所述的燃料电池电堆封装结构，其特征在于，所述封装结构的顶面设置排气口。
8.根据权利要求7所述的燃料电池电堆封装结构，其特征在于，所述排气口处设置用于周期性排出聚集的氢气和水蒸汽的阀门II。
9.根据权利要求8所述的燃料电池电堆封装结构，其特征在于，所述阀门II的开启时间大于闭合时间。
10.根据权利要求1所述的燃料电池电堆封装结构，其特征在于，所述封装结构的内表面有疏水性绝缘涂层。
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