CN112038661A - 一种一体化快速装配燃料电池密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体化快速装配燃料电池密封结构，其包括阳极板、阴极板、一体化密封件；所述阳极板上设有第一密封槽；所述阴极板上设有第二密封槽和定位孔；所述一体化密封件包括带边框的膜电极和密封件；密封件包裹膜电极的边缘并使其能够固定于密封件中不出现脱落；所述密封件的上表面设有与第一密封槽相对应的第一密封凸台；所述密封件的下表面设有与第二密封槽相对应的第二密封凸台，以及与定位孔相适配的定位销。本发明不仅结构简单、安装方便；而且能快速定位，缩短作业时间。

Description

一种一体化快速装配燃料电池密封结构
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种一体化快速装配燃料电池密封结构。
背景技术
气体密封是燃料电池电堆核心部分之一，密封不良会导致氢气泄露，降低氢的使用率，影响燃料电池效率，严重时会导致电池无法工作，影响电池寿命。在车辆行驶过程中，封闭空间的氢泄露还会导致爆炸风险。
传统燃料电池密封由双极板(BPP)侧密封和膜电极(MEA)侧密封组成，采用密封件压紧的方式进行密封，传统燃料电池密封结构较为复杂，密封件较多，普遍需要人力手工安装，生产效率低下，不利于自动化生产。同时此类结构安装复杂，安装过程中容易出现错位、扭转等问题。
公告号为CN210182488U的专利公开了一种燃料电池双极板密封结构，该结构通过密封凹槽、密封凸台实现了双极板间的密封，减少了安装组件，相比传统方案有一定的提升。但是，其只将双极板的密封件进行了集成，并没有考虑膜电极的安装，同时也没有考虑膜电极的快速定位，安装效率较低。经过研究发现，该密封结构需要密封胶才能完成密封，安装时耗费人力物力，无法实现自动化安装；而且该结构的阴极板和阳极板之间存在直接接触的可能，存在短路风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体化快速装配燃料电池密封结构，该密封结构不仅结构简单、安装方便；而且能快速定位，缩短作业时间。
本发明所采用的技术方案是：
一种一体化快速装配燃料电池密封结构，其包括阳极板、阴极板、一体化密封件；
所述阳极板上设有第一密封槽；
所述阴极板上设有第二密封槽和定位孔；
所述一体化密封件包括带边框的膜电极和密封件；密封件包裹膜电极的边缘并使其能够固定于密封件中不出现脱落；
所述密封件的上表面设有与第一密封槽相对应的第一密封凸台；所述密封件的下表面设有与第二密封槽相对应的第二密封凸台，以及与定位孔相适配的定位销。
按上述方案，所述第一密封槽的宽度为1-3mm，深度为0.5-2mm；所述第二密封槽的宽度为1-3mm，深度为0.5-2mm；以确保在减少用料的情况下，达到良好的密封效果。
按上述方案，定位孔设置阴极板的一侧，其直径为2-4mm，深度为1-3mm。
按上述方案，所述密封件上设有形状为矩形、L形或圆形的支撑物骨架；且所述支撑物骨架的材料为塑料或合金。
按上述方案，第一密封凸台和第二密封凸台的密封截面形状可为o形，y形，矩形，梯形等，以确保密封效果。
按上述方案，所述密封件的材料采用硅树脂、乙烯-丙烯-二烯-单体橡胶、含氟弹性体、丁腈橡胶、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、高密度聚乙烯、聚氨酯、氯丁橡胶、乙缩醛、尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯橡胶中的一种或多种混合制成。
按上述方案，所述一体化密封件的成型方式为注塑成型或模压成型。
按上述方案，所述第一密封槽有2个，所述第二密封槽有2个；第一二密封凸台有2个，第二密封凸台有2个。
本发明的有益效果在于：
通过设置一体化密封件(将密封件与膜电极(MEA)采用注塑成型的方式结合(将膜电极(带边框)放入模具之中，将密封材料直接加压注射进入模具，材料冷却之后，即可形成“MEA+密封件”的复合结构)，该结构可减少安装步骤，使整个电池安装变得简单、快速，节约了安装时间，提高了生产效率；
通过设置密封槽和密封凸台，无需采用密封胶就能实现密封，密封方便，且密封效果好；能实现自动化安装；
通过设置定位孔、定位销，能快速定位安装，缩短作业时间；
在阴极板和阳极板之间设置有一体化密封件，体化密封件在完成密封要求的同时，也形成了燃料电池正负极的绝缘层，避免了正负极直接接触，杜绝了短路风险；
在密封件上设有支撑物骨架，增加整体刚度，直接用于全自动电堆生产、组装，直接避免了传统密封圈扭转弯曲的情况，也避免柔性密封件难以组装情况的发生。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是电堆单电池单元的结构示意图；
图2是阳极板的结构示意图；
图3是阴极板的结构示意图；
图4是一体化密封件的结构示意图；
图5是一体化快速装配燃料电池密封结构安装时沿图4中O-O’方向剖开的截面图；
图中：1、阳极板，2、阴极板，3、膜电极，4、密封件，5、第一密封槽，6、第二密封槽，7、定位孔，8、第一密封凸台，9、第二密封凸台，10、定位销，11、支撑物骨架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-图5，一种一体化快速装配燃料电池密封结构，其包括阳极板1、阴极板2、一体化密封件。阳极板1的四周设有第一密封槽5；阴极板2的四周设有第二密封槽6和定位孔7，阳极板1和阴极板2上还设有4-8个螺丝孔，用以紧固，为表达清晰避免误解，该类螺丝孔并未画出。一体化密封件包括带边框的膜电极3和密封件4；膜电极3和密封件4采用注塑成型方式复合在一起，密封件4包裹膜电极3的边缘并使膜电极3固定在密封件4中。密封件4的阳极面设有与第一密封槽5相对应的第一密封凸台8；密封件4的阴极面设有与第二密封槽6相对应的第二密封凸台9，以及与定位孔7相适配的定位销10。
为了达到良好的密封效果，第一密封槽5和第二密封槽6的宽度均为1-3mm，深度均为0.5-2mm。第一密封凸台8和第二密封凸台9的密封截面形状可为o形、矩形、梯形等。第一密封凸8、第二密封凸台的宽度、高度由第一密封槽5、第二密封槽6的深度、宽度决定，压缩率为20％-40％。定位孔7可只设置在阴极板2的一侧，其直径为2-4mm，深度为1-3mm。定位销10的宽度、高度应略小于定位孔7，以便于安装。
为了使密封件4具有一定的刚性，方便安装，在密封件4上设有形状为矩形、L形或圆形的支撑物骨架11；且为了实现良好的刚度和方便安装，该支撑物骨架11采用塑料或合金材料。
为了实现良好的密封效果，第一密封槽5有2个，第二密封槽6有2个；第一二密封凸台8有2个，第二密封凸台9有2个。第一密封槽5、第二密封槽6、第一二密封凸台8、第二密封凸台9形成H型结构。
本发明中，密封件4的材料采用硅树脂、乙烯-丙烯-二烯-单体橡胶、含氟弹性体、丁腈橡胶、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、高密度聚乙烯、聚氨酯、氯丁橡胶、乙缩醛、尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯橡胶中的一种或多种混合制成。
安装时，定位销10插入定位孔7中，第一密封凸台8压入第一密封槽5中，第二密封凸台5压入第二密封槽6中，然后由4-8颗螺丝将以上组件紧固便组成了单个电池单元。阳极通入氢气，阴极通入空气，在工作温度下电池即可发电。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：包括阳极板、阴极板、一体化密封件；
所述阳极板上设有第一密封槽；
所述阴极板上设有第二密封槽和定位孔；
所述一体化密封件包括带边框的膜电极和密封件；密封件包裹膜电极的边缘并使其能够固定于密封件中不出现脱落；
所述密封件的上表面设有与第一密封槽相对应的第一密封凸台；所述密封件的下表面设有与第二密封槽相对应的第二密封凸台，以及与定位孔相适配的定位销。
2.根据权利要求1所述的一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：所述第一密封槽的宽度为1-3mm，深度为0.5-2mm。
3.根据权利要求1或2所述的一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：所述第二密封槽的宽度为1-3mm，深度为0.5-2mm。
4.根据权利要求3所述的一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：所述定位孔的直径为2-4mm，深度为1-3mm。
5.根据权利要求1所述的一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：所述密封件上设有支撑物骨架。
6.根据权利要求5所述的一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：所述密封件的材料采用硅树脂、乙烯-丙烯-二烯-单体橡胶、含氟弹性体、丁腈橡胶、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、高密度聚乙烯、聚氨酯、氯丁橡胶、乙缩醛、尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯橡胶中的一种或多种混合制成。
7.根据权利要求5所述的一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：所述支撑物骨架的形状为矩形、L形或圆形。
8.根据权利要求5或7所述的一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：所述支撑物骨架的材料为塑料或合金。
9.根据权利要求1所述的一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：所述一体化密封件的成型方式为注塑成型或模压成型。
10.根据权利要求1所述的一体化快速装配燃料电池密封结构，其特征在于：所述第一密封槽有2个，所述第二密封槽有2个；第一二密封凸台有2个，第二密封凸台有2个。
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