CN113013446B - 一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾斜式燃料电池电堆及封装结构，属于燃料电池技术领域。包括：壳体内设置有安装腔，电池电堆设置于安装腔内，且电池电堆内设置有公共流道，其中公共流道的一端靠近电池电堆的盲端，公共流道的另一端靠近电池电堆的开口端，且公共流道中靠近盲端的端部的水平高度高于靠近开口端的端部的水平高度，电池电堆的一侧设置有若干接口，公共流道靠近电池电堆的开口端的端部与接口连通，且位于竖直方向最低处的接口不高于公共流道位于开口端的水平位置。该倾斜式燃料电池电堆及封装结构，使电池电堆公共流道内的积水能够及时排出，避免了电池电堆水淹的情况，保证了电池电堆的性能。

Description

一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体是涉及一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构。

背景技术

目前质子交换膜燃料电池的电堆在正常运行时，电堆内部的水主要是源于阴/阳气体增湿水以及阴极侧电化学反应生成的水。水管理是燃料电池运行中的难点问题，直接关系到燃料电池的性能与寿命。不良的水管理包括水淹和缺水两种情况，水淹将阻碍燃料电池中气体的流动，导致反应缺气从而引起其他副反应，加速催化层内碳的腐蚀，还会引起电堆的局部温度热点；缺水会导致质子交换膜的干化，明显降低质子电导性，甚至造成质子交换膜的破裂损坏。

且通常情况下电堆内部的公共流道内是水平设置的，加上电堆接口的位置高于公共流道的端部位置，会造成公共流道的内部积水，这些积水无法通过气流带走，因而积水过多会影响电堆的性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，旨在提供一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，使电池电堆公共流道内的积水能够及时排出，避免了电池电堆水淹的情况，保证了电池电堆的性能。

具体技术方案如下：

一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，主要包括：壳体以及至少一个电池电堆。

壳体内设置有安装腔，电池电堆设置于安装腔内，且电池电堆内设置有公共流道，其中公共流道的一端靠近电池电堆的盲端，公共流道的另一端靠近电池电堆的开口端，且公共流道中靠近盲端的端部的水平高度高于靠近开口端的端部的水平高度，电池电堆的一侧设置有若干接口，公共流道靠近电池电堆的开口端的端部与接口连通，且位于竖直方向最低处的接口不高于公共流道位于开口端的水平位置。

上述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，还具有这样的特征，电池电堆为倾斜设置，电池电堆与水平面之间设置有第一夹角，该第一夹角为3～5度。

上述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，还具有这样的特征，电池电堆包括进口端板、盲端板以及电池电堆主体，电池电堆主体的开口端和盲端分别设置有进口端板、盲端板，且进口端板和盲端板的边缘通过若干连接件相连。

上述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，还具有这样的特征，进口端板和盲端板背离电池电堆主体的一侧设置有端板凸台，端板凸台为倾斜设置。

上述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，还具有这样的特征，端板凸台的一侧与壳体的内侧相接触，端板凸台朝向壳体的一侧与端板凸台朝向电池电堆主体的一侧设置有第二夹角，第二夹角与第一夹角角度相同。

上述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，还具有这样的特征，进口端板设置有若干氢气口、空气口以及水口，并与电池电堆主体连通。

上述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，还具有这样的特征，还包括若干压紧杆，若干压紧杆穿过壳体的通孔，与盲端板背离电池电堆主体的一侧压紧。

上述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，还具有这样的特征，进口端板、盲端板的底部与壳体的底部紧贴，进口端板的端板凸台与壳体的侧壁紧贴。

上述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，还具有这样的特征，壳体的顶部开设有进气口和排气口。

上述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，还具有这样的特征，壳体的底部设置有排水槽，排水槽呈倾斜设置，且排水槽中水平位置较低的一端与壳体的排水口连通。

上述技术方案的积极效果是：

本发明提供的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构中，通过将电池电堆倾斜化设置使电堆公共流道亦倾斜设置，及时排出电池电堆内部积水，同时不影响电池电堆的结构稳定性和工作性能，避免了水淹带来的危害，以此来提升电池电堆的性能；通过在外壳设置进气口以及排气口，将积聚的氢气排出，保证电堆安全运行；通过在外壳的顶部设置倾斜式排水槽和排水口，可以将冷凝水及时排出，保证电堆安全运行。

附图说明

图1为本发明的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构的实施例中电池电堆的外部结构示意图；

图2为本发明的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构的实施例中公共流道的结构示意图；

图3为本发明的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构的实施例中进口端板的结构示意图；

图4为本发明的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构的实施例的结构示意图。

1、电池电堆；11、进口端板；111、氢气口；112、空气口；113、水口；12、电池电堆主体；121、公共流道；13、盲端板；14、端板凸台；15、连接件；2、壳体；21、进气口；22、排气口；23、排水槽；24、排水口。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1至附图4对本发明提供的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构作具体阐述。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在该倾斜式燃料电池电堆的封装结构中，壳体2一般为长方体状设置，壳体2内设置有安装腔，至少一个电池电堆1设置于安装腔内，可根据燃料电池的实际发电需求，对电池电堆1的数量进行增加并堆叠。其中每一电池电堆1的内部设置有公共流道121，燃料电池在正常工作过程中会产生水，并流向汇聚于公共流道121，一般的公共流道121为直线型设置，具体的公共流道121的一端靠近电池电堆1的盲端，公共流道121的另一端靠近电池电堆1的开口端，且公共流道121中靠近盲端的端部的水平高度高于靠近开口端的端部的水平高度，即公共流道121为倾斜设置，进入公共流道121中的水会因为重力作用，流向公共流道121靠近电池电堆1的开口端的端部，电池电堆1的一侧设置有若干接口，公共流道121靠近电池电堆1的开口端的端部与接口连通，电池电堆1中的水可通过其中一个接口或几个接口排出至电池电堆1外，避免电池电堆1内部积攒的水电池电堆1的正常工作造成影响，且位于竖直方向最低处的接口不高于公共流道121位于开口端的水平位置，进一步的即不高于电池电堆1的开口绝缘板的流动出口线，方便电池电堆1内的水顺利排出，而不积聚在电池电堆1的内部。

在一种优选的实施方式中，如图1和图4所示，电池电堆1为倾斜设置，将整个电池电堆1设置为倾斜姿态，而不是单纯将电池电堆1内的公共流道121设置为倾斜姿态，结构以及具体设置较为简单，无需重新设计电池电堆1，设置成本较低，同时排水效果良好，进一步的，电池电堆1的底面或顶面与水平面之间设置有第一夹角，该第一夹角为3～5度，便于积水流动的同时，且不影响电池电堆1的结构稳定性和工作性能，简单的使电池电堆1盲端的高度高于电池电堆1开口端的高度，公共流道121的积水会在重力作用下向开口端流动，不会积聚在电堆内部。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，电池电堆1包括进口端板11、盲端板13和电池电堆主体12，具体的进口端板11开设有若干安装孔，而盲端板13则为封闭设置，进口端板11、盲端板13分别设置于电池电堆主体12的开口端和盲端，电池电堆主体12的开口端设置有若干接口，进口端板11与电池电堆主体12的开口端相紧贴，电池电堆主体12的盲端为封闭设置，盲端板13与电池电堆主体12的盲端相紧贴，且进口端板11和盲端板13的边缘通过若干连接件15相连，具体的，进口端板11与盲端板13相互正对的端面边缘通过螺杆进行连接，且螺杆沿进口端板11及盲端板13的宽度方向均匀布置，螺杆与电池电堆主体12的边缘留有间隙。

在一种优选的实施方式中，如图1和图3所示，进口端板11和盲端板13背离电池电堆主体12的一侧设置有端板凸台14，端板凸台14为倾斜设置，具体的该凸台的纵向截面呈直角三角形状，且直角三角形中斜边所在的平面朝向壳体2并与壳体2紧贴，或通过某些连接件15与壳体2紧贴，其中壳体2的侧面均为沿竖直方向布置的平面，通过端板凸台14与壳体2的侧面紧贴来使电池电堆1产生一个倾斜的姿态，结构简单，便于设置，同时可通过更换调整该端板凸台14，来调整电池电堆1的倾斜角度，可调性较好，能够适用于多种情形。

在一种优选的实施方式中，如图1和图4所示，端板凸台14的一侧与壳体2的内侧相接触，端板凸台14朝向壳体2的一侧与端板凸台14朝向电池电堆主体12的一侧设置有第二夹角，第二夹角与第一夹角角度相同，通过在进口端板11和盲端板13设置端板凸台14，并与壳体2内侧贴合的方式来使电池电堆1产生倾斜姿态，结构简单，便于设置。

进一步的，还包括有使电池电堆1倾斜的其他方式，例如在电池电堆主体12的高度方向上的其中一端或两端设置倾斜凸块，具体的，在电池电堆主体12的底部设置一近似直角三角形状的倾斜凸块，使电池电堆1产生轻微倾斜，且倾斜凸块具有高度差的相对两侧沿竖直方向可设置限位挡板，使电池电堆主体12全部或部分嵌设于两限位挡板之间，防止电池电堆主体12产生滑动，以保证电池电堆主体12的位置稳定。

进一步的，还包括有使电池电堆1产生倾斜的其他方式，例如在壳体2内侧的底部设置有至少两限位凸起结构，一高一低，分别与电池电堆主体12的底部需要具有高度差的两端进行固定连接，其中限位凸起结构并不占据整个壳体2内侧的底部，电池电堆主体12的底部与壳体2内侧的底部之间仍留有部分间隙，可供水流过，结构简单，倾斜角度控制较为准确，设置亦较为容易。

在一种优选的实施方式中，如图1和图2所示，进口端板11设置有若干氢气口111、空气口112以及水口113，并与电池电堆主体12连通，以供外部的氢气和空气进入电池电堆主体12内部进行反应，此外氢气口111、空气口112以及水口113凸出设置于进口端板11，氢气口111、空气口112以及水口113与进口端板11之间设置有相应的夹角，且当进口端板11以及电池电堆主体12在壳体2内安装完毕后，其中氢气口111、空气口112以及水口113穿过壳体2后对外成水平方向设置，可便于外部管路的连接。

在一种优选的实施方式中，如图1和图4所示，还包括若干压紧杆，若干压紧杆穿过壳体2的通孔，与盲端板13背离电池电堆主体12的一侧压紧，以上压紧杆适用于端板凸台14设置于电池电堆主体12的相对两侧的情形，具体的压紧杆为螺栓，通孔为螺纹孔，螺栓的端部穿过螺纹孔后与盲端板13的端面紧贴，进而来使电池电堆主体12、进口端板11以及盲端板13的位置在壳体2内进行固定，以保证电池电堆1的稳定运行。

在一种优选的实施方式中，如图4所示，进口端板11、盲端板13的底部与壳体2的底部紧贴，进口端板11的端板凸台14与壳体2的侧壁紧贴，进口端板11、盲端板13的底部与电池电堆主体12之间的距离不同，盲端板13的底部与电池电堆主体12之间的距离较长，进而使电池电堆1倾斜，同时进口端板11以及盲端板13至少与壳体2内的三个端面进行压紧接触，以确保电池电堆1的整体位置稳定性。

在一种优选的实施方式中，如图4所示，壳体2的顶部开设有进气口21和排气口22，一般的，进气口21和排气口22为相对设置，进气口21设置于壳体2靠近盲端板13的一侧，排气口22设置于壳体2靠近进口端板11的一侧。具体的，因为壳体2内部在电池电堆1长时间运行后会形成冷凝水，以及轻微泄漏的氢气积聚在壳体2内的顶部，可以通过在外壳上的进气口21吹入高速气体，将积聚的氢气吹出，以保证电池电堆1的安全运行。

在一种优选的实施方式中，如图4所示，壳体2的底部设置有排水槽23，排水槽23呈倾斜设置，使积聚的冷凝水汇聚在排水槽内，且排水槽中水平位置较低的一端与壳体2的排水口24连通，能够在外部气体通入后压力的作用下将积聚的冷凝水排出壳体2，以保证电池电堆1的安全运行。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内设置有安装腔；

至少一个电池电堆，所述电池电堆设置于所述安装腔内，且所述电池电堆内设置有公共流道，其中所述公共流道的一端靠近所述电池电堆的盲端，所述公共流道的另一端靠近所述电池电堆的开口端，且所述公共流道中靠近所述盲端的端部的水平高度高于靠近所述开口端的端部的水平高度，所述电池电堆的一侧设置有若干接口，所述公共流道靠近所述电池电堆的开口端的端部与所述接口连通，且位于竖直方向最低处的所述接口不高于所述公共流道位于开口端的水平位置；

所述电池电堆为倾斜设置；

所述电池电堆包括进口端板、盲端板以及电池电堆主体，所述电池电堆主体的开口端和盲端分别设置有进口端板、盲端板，且所述进口端板和所述盲端板的边缘通过若干连接件相连；

所述进口端板和所述盲端板背离所述电池电堆主体的一侧设置有端板凸台，所述端板凸台为倾斜设置；

所述端板凸台的纵向截面呈直角三角形状，且直角三角形中斜边所在的平面朝向所述壳体并与所述壳体紧贴。

2.根据权利要求1所述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，其特征在于，所述电池电堆与水平面之间设置有第一夹角，该第一夹角为3～5度。

3.根据权利要求2所述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，其特征在于，所述端板凸台朝向所述壳体的一侧与所述端板凸台朝向所述电池电堆主体的一侧设置有第二夹角，所述第二夹角与所述第一夹角角度相同。

4.根据权利要求2所述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，其特征在于，所述进口端板设置有若干氢气口、空气口以及水口，并与所述电池电堆主体连通。

5.根据权利要求2所述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，其特征在于，还包括若干压紧杆，若干所述压紧杆穿过所述壳体的通孔，与所述盲端板背离所述电池电堆主体的一侧压紧。

6.根据权利要求5所述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，其特征在于，所述进口端板、所述盲端板的底部与壳体的底部紧贴，所述进口端板的所述端板凸台与所述壳体的侧壁紧贴。

7.根据权利要求1所述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，其特征在于，所述壳体的顶部开设有进气口和排气口。

8.根据权利要求1所述的一种倾斜式燃料电池电堆的封装结构，其特征在于，所述壳体的底部设置有排水槽，所述排水槽呈倾斜设置，且所述排水槽中水平位置较低的一端与所述壳体的排水口连通。

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