CN112751069A - 燃料电池用的封装壳体、燃料电池及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池用的封装壳体、燃料电池及其封装方法，其包括：截面形状相同的第一壳体和第二壳体，第一壳体和第二壳体均具有由周侧壁和底壁围成的内腔，所述第一壳体和第二壳体的开口端对齐叠放固定时，第一壳体的内腔和第二壳体的内腔相通以围成容置燃料电池堆用的封装腔。本发明的封装壳体其尺寸不随燃料电池堆个数的增加而变大，使整个燃料电池的封装尺寸减小。

Description

燃料电池用的封装壳体、燃料电池及其封装方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池用的封装壳体及燃料电池及其封装方法。

背景技术

燃料电池组通常被容纳在具有相对较高地结构强度及密封性的壳体中，燃料电池壳体通常采用铝合金铸造成型的加工工艺。随着燃料电池技术在整车上的应用，特别是对于重卡来说，随着功率需求的提升，相对的燃料电池堆的功率需求同步提升。对于燃料电池堆来说，较高的输出功率，其体积会显著增大，并且通常会采用多个燃料电池堆串联的方案，对于容纳多个燃料电池堆的燃料电池壳体，其体积需要进一步增大。

在以往的解决方案中，壳体通常采用铝合金铸造的加工工艺，为了便于成型及后续装配，其通常具有凹状的壳体以及对应的盖板组成，对于壳体来说，因为其容纳的燃料电池堆的尺寸增加，导致壳体尺寸及材料的显著增大，因而带来其壳体尺寸及成本的增加；同时不利于整车的搭载及布置。

见图1所示，由电池单体1串接而成的燃料电池堆通常被容纳在呈五面体的壳体2中，为便于将燃料电池堆装配进壳体中，对应壳体的顶部设计有盖板3。燃料电池堆被安装在壳体2与盖板3共同构成的燃料电池封装壳体中。通常容纳燃料电池堆的壳体2为密度较轻、强度较高的铝合金材料通过高压铸造成型的方式加工而成；对应的，需要在壳体侧壁11与壳体底面12之间设计有便于铸造成型的倾角(也称拔模斜度4，后续说明书中该倾角统称拔模斜度)，因此对于燃料电池壳体来说，因拔模斜度的需求，沿其脱模方向(高度H方向)，其箱体顶端的尺寸相较需求尺寸L1将会显著扩大至L2。对于大功率燃料电池系统来说，其通常采用双燃料电池堆1叠放布置的组合形式，其高度方向增加为2H，因其拔模斜度的影响，其宽度尺寸会进一步增大至L3；随着壳体高度的增加，其拔模斜度4会进一步增加，从而导致L3尺寸的进一步增加，因此，致使整个燃料电池的尺寸变大，不易于安装使用。

现有技术中，通过将上述壳体2沿与电池单体堆叠方向相垂直的方向分成多段，通过螺栓或者焊接方式固定拼接而成，虽能对壳体尺寸进行缩减，单因其拼接密封面多，并且零部件数量较多，导致其尺寸稳定性差，密封可靠性差；且电池单体数量增加时需更换生成新尺寸的壳体。

因此，需要一种不随燃料电池堆的串接增多而体积增大的燃料电池封装结构。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种燃料电池用的封装壳体、燃料电池及其封装方法，用于解决现有技术中燃料电池封装尺寸随输出功率需求增大而变大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种燃料电池用的封装壳体，其包括：

第一壳体，第一壳体具有底面和两对侧壁，侧壁具有拔模斜度；

第二壳体，具有底面和两对侧壁，侧壁具有拔模斜度；

第一壳体和第二壳体衔接封闭形成封装腔，所述封装腔内用于盛放叠置的多个电池单体，且所述第一壳体和第二壳体的衔接面与所有电池单体的叠置面平行。

优选的，所述第一壳体和所述第二壳体中的其中一个开口端的端面上设有凹槽，所述凹槽设有所述密封件。

优选的，所述第一壳体和所述第二壳体，在所述电池单体堆叠方向的截面相同。

优选的，还包括框形的中间壳体，所述中间壳体的上端面与所述第一壳体衔接固定，所述中间壳体的下端面与所述第二壳体衔接固定。

优选的，所述第一壳体和所述第二壳体的开口端处均设有周向外突的法兰连接部，所述第一壳体和所述第二壳体通过穿设在法兰连接部上的螺栓相连。

优选的，所述第一壳体和所述第二壳体均铸造成型，且所述第一壳体和所述第二壳体的周侧壁具有相同的拔模斜度。

优选的，所述第一壳体和所述第二壳体上设有相对应的定位孔。

本发明还提供一种燃料电池，其包括：

多个叠放的电池单体；

如上任一项所述的燃料电池用的封装壳体，所有电池单体置于所述封装腔中，且所有电池单体的叠放方向与所述第一壳体和第二壳体的衔接方向一致。

本发明还提供一种燃料电池的封装方法，其包括：

1)预制如上所述的燃料电池用的封装壳体；

2)放置第二壳体使其开口朝上，将预设数量的多个电池单体依次串接，叠放置于所述第二壳体中，再将所述第一壳体扣合在所述第一壳体上，使第一壳体和第二壳体相固定。

如上所述，本发明的燃料电池用的封装壳体、燃料电池及其封装方法，具有以下有益效果：采用第一壳体和第二壳体衔接来封装由多个电池单体构成的电池堆，且两个壳体的衔接面与所有电池单体的叠置面平行，也即壳体的底部尺寸与电池单体的轮廓尺寸匹配，以此使两个壳体的拔模斜度可一致，便于生产两个壳体；更优地，采用截面形状相同的两个壳体来封装燃料电池堆，两个壳体结构尺寸相同可利用一组铸造模具实现，以此来避免因制造一个壳体，随内腔高度增加而顶部宽度尺寸变大的问题，使装配后的燃料电池尺寸不随电池单体个数的增加而变大；且当电池单体个数较多时，仅需增加中间壳体进行衔接即可，无需改变第一壳体和第二壳体，避免增加装配后的燃料电池尺寸。

附图说明

图1显示为现有技术中的燃料电池封装示意图。

图2显示为本发明的燃料电池封装一实施例图。

图3显示为本发明的第一壳体或第二壳体的一实施例图。

图4显示为本发明的燃料电池封装另一实施例图。

元件标号说明

1 电池单体

2 壳体

3 盖板

4 拔模斜度

11 壳体侧壁

12 壳体底面

21 第一壳体

22 第二壳体

23 中间壳体

24 拔模斜度

201 周侧壁

202 底壁

203 螺栓孔

204 法兰连接部

205 凹槽

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图2及图3所示，本实施例提供一种燃料电池，其核心为燃料电池用的封装壳体，封装壳体包括：截面形状相同的第一壳体21和第二壳体22，第一壳体21和第二壳体22均具有由周侧壁201(由两对侧壁构成)和底壁202围成的内腔，各侧壁具有拔模斜度，当封装使用时，见图2所述，第一壳体21和第二壳体22的开口端对齐叠放固定，第一壳体21的内腔和第二壳体22的内腔相通以围成封装腔，封装腔内放置叠置的多个电池单体1(图2中电池单体堆叠方向为箭头所指方向)，且第一壳体21和第二壳体22的开口端与电池单体1的叠置面平行，即第一壳体21和第二壳体22的衔接面AA与多个电池单体1的叠置面平行。本实施例中燃料电池包括叠放且串接的多个电池单体1，在封装时，可将叠置的电池单体1置于第二壳体22中，再将第一壳体21由上至下扣合在燃料电池堆上，将第一壳体21和第二壳体22固定密封相连，以此完成封装。

本实施例中采用截面形状相同的两个壳体(即上述第一壳体21和第二壳体22)来封装多个串接的电池单体1，两个壳体的截面形状相同可利用一组铸造模具实现，以此来避免因制造一个壳体时，随电池单体叠置数量增加使封装腔高度增加而顶部宽度尺寸变大的问题，使装配后的燃料电池尺寸不随电池单体个数的增加而变大。

本实施例中为增加密封性，见图2所示，本实施例中第一壳体21和所述第二壳体22中的其中一个开口端的端面上设有凹槽205，所述凹槽205设有所述密封件。为便于两个壳体的固定相连，在铸造上述中第一壳体21和所述第二壳体22时，在其开口端处均设有周向外突的法兰连接部204，法兰连接部204上设有螺栓孔203。上述第一壳体21和第二壳体22相连时，先将密封圈卡设在凹槽205中定位，再通过穿设在法兰连接部204上的螺栓将第一壳体21和第二壳体22固定。两个壳体相连时其连接面仅有一处，即在封装时仅需考虑此处密封性即可；另外，在凹槽205的外侧设置螺栓孔203，其可确保按照后密封面不易变形提高密封稳定性。

更优的，本实施例的第一壳体21和所述第二壳体22在铸造成型后，其周侧壁201具有相同的拔模斜度24，即使第一壳体21和所述第二壳体22的内腔均为梯台状，且开口端面尺寸大于底壁202的尺寸。铸造过程中，第一壳体21和所述第二壳体22的底面尺寸与电池单体的自身尺寸匹配即可。

本实施例的第一壳体21和第二壳体22上设计有便于装配的定位销孔，以及容纳在定位销控中的定位销，保证第一壳体21和第二壳体22装配时能够进行有效定位，以此保证其定位及配合精度。

本实施例与图1中一体式壳体高度2H相比，第一壳体21和第二壳体22的凹型腔体深度均减小一半至H，相应的其模具成本及堆铸造所需的设备要求大大降低，见图2所示，其在开口端面上的整体宽度L12即为壳体整体宽度，因其拔模斜度24的存在，其宽度L12＝L11+2L13，相较于图1中一体成型的壳体宽度L3，尺寸明显减小。对于图中并未标识的与电池单体堆叠方向垂直的另一宽度方向，有同样的效果。因此，本实施例的燃料电池封装后的总体体积、材料用量及其成本进一步降低；此外，对于搭载燃料电池的汽车来说，更小的燃料电池尺寸便于整车搭载，提高了整车布置的兼容性及灵活性。

本实施例的封装过程为：1)预制上述第一壳体21和第二壳体22；

2)放置第二壳体22使其开口朝上，将预设数量的多个电池单体1依次串接，叠放置于所述第二壳体22中，再将所述第一壳体21扣合在所述第一壳体22上，使第一壳体21和第二壳体22相固定。

实施例2

为进一步提高燃料电池的输出功率，见图4所示，即本实施例电池单体1数量较大时，所有电池单体1叠放串接，本实施例封装壳体在上述实施例1的基础上，增加一框状的中间壳体23，第一壳体21和第二壳体22通过中间壳体23固定相连。本实施例采用中间壳体23过渡连接第一壳体21和第二壳体22，以此满足封装腔高度与所有电池单体1的叠放高度一致，而中间壳体为近似矩形框状结构，其端面尺寸与第一壳体21和第二壳体22的开口端面尺寸基本一致，因此未增加燃料电池的整体宽度尺寸。

当电池单体1叠放数量增大时，上述实施例1的第一壳体21和第二壳体22可以继续沿用，只需增加中间壳体23即可，而中间壳体23其易于生成且无扩大燃料电池尺寸的风险，减少了其他新开发零部件数量，使其能够容纳更大的燃料电池堆。相比，如果壳体的配合安装面设计为与电池单体堆叠方向相同，即各壳体的衔接面垂直于电池单体间的叠置面，如有更多电池单体叠加的安装需求时，则需要重新开发满足电池单体堆叠尺寸相应的壳体；本实施例壳体的配合安装面与燃料电池堆叠方向相垂直，其显著提高了零部件的适用性，减少了新开发零部件的数量以及其对应的开发周期及成本。

本实施例的封装过程为：1)预制上述第一壳体21、第二壳体22和中间壳体23；

2)放置第二壳体22使其开口朝上，将预设数量的多个电池单体1依次串接，本实施例中的电池单体数量1大于实施例1中的电池单体数量，叠放置于第二壳体22中，将中间壳体23扣在第二壳体22上，再将所述第一壳体21扣合在所述中间壳体23上，使中间壳体23和第二壳体22固定，第一壳体21和中间壳体23相固定。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种燃料电池用的封装壳体，其特征在于，包括：

第一壳体，第一壳体具有底面和两对侧壁，侧壁具有拔模斜度；

第二壳体，具有底面和两对侧壁，侧壁具有拔模斜度；

第一壳体和第二壳体衔接封闭形成封装腔，所述封装腔内用于盛放叠置的多个电池单体，且所述第一壳体和第二壳体的衔接面与所有电池单体的叠置面平行。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用的封装壳体，其特征在于：所述第一壳体和所述第二壳体中的其中一个开口端的端面上设有凹槽，所述凹槽设有所述密封件。

3.根据权利要求1所述的燃料电池用的封装壳体，其特征在于：所述第一壳体和所述第二壳体的截面形状相同。

4.根据权利要求1所述的燃料电池用的封装壳体，其特征在于：还包括框形的中间壳体，所述中间壳体的上端面与所述第一壳体衔接固定，所述中间壳体的下端面与所述第二壳体衔接固定。

5.根据权利要求1所述的燃料电池用的封装壳体，其特征在于：所述第一壳体和所述第二壳体的开口端处均设有周向外突的法兰连接部，所述第一壳体和所述第二壳体通过穿设在法兰连接部上的螺栓相连。

6.根据权利要求1所述的燃料电池用的封装壳体，其特征在于：所述第一壳体和所述第二壳体均铸造成型，且所述第一壳体和所述第二壳体的侧壁具有相同的拔模斜度。

7.根据权利要求1所述的燃料电池用的封装壳体，其特征在于：所述第一壳体和所述第二壳体上设有相对应的定位孔。

8.一种燃料电池，其特征在于：包括：

多个叠放的电池单体；

如权利要求1至权利要求7任一项所述的燃料电池用的封装壳体，所有电池单体置于所述封装腔中，且所有电池单体的叠放方向与所述第一壳体和第二壳体的衔接方向一致。

9.一种燃料电池的封装方法，其特征在于：包括：

1)预制如权利要求1至权利要求7任一项所述的燃料电池用的封装壳体；

2)放置第二壳体使其开口朝上，将预设数量的多个电池单体依次串接，叠放置于所述第二壳体中，再将所述第一壳体扣合在所述第一壳体上，使第一壳体和第二壳体相固定。

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