CN113130961A - 一种模块化的燃料电池 - Google Patents

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赵树钊
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Abstract

本发明涉及一种模块化的燃料电池，包括多个电池组件模块，所述的多个电池组件模块相互组合形成燃料电池，其中，每个电池组件模块包括类立方体型的壳体、多个膜电极单元和多个双极板单元，所述的壳体上下端开口，所述的膜电极单元和双极板单元间隔层叠设置在壳体内。与现有技术相比，本发明通过电池组件模块壳体一体实现绝缘、保护、定位等功能；减少整堆一次装配的部件数量，降低装配难度，提升装配效率；通过多个电池组件模块组合形成一个整体的燃料电池，能够便于用户根据实际需求，进行电池组件模块的组合和设计，形成不同的形状和结构，实现了燃料电池的柔性设计和制造，极大拓展了应用范围。

Description

一种模块化的燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种模块化的燃料电池。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种通过催化剂将阳极氢气分解为质子和电子，质子通过质子交换膜到达阴极，电子则通过外电路到达阴极，电子、质子与氧气在阴极催化剂催化下生成水的电化学装置，具有效率高，温度低，清洁环保等优点。
现有的质子交换膜燃料电池的结构通常是采用整体式的结构，包括外壳和电堆，电堆安装在外壳内。整体式的结构一般存在以下问题：1、电池的整体结构和形状固定，无法和应用场景进行灵活适配。2、整体式结构装配时的工艺要求高，提高了维修和维护成本。3、外壳和电堆直接进行接触容易发生漏电，存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模块化的燃料电池。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种模块化的燃料电池，包括多个电池组件模块，所述的多个电池组件模块相互组合形成燃料电池，其中，每个电池组件模块包括类立方体型的壳体、多个膜电极单元和多个双极板单元，所述的壳体上下端开口，所述的膜电极单元和双极板单元间隔层叠设置在壳体内。
进一步地，所述的电池组件模块中，在壳体侧壁的内侧上设有多条安装槽，每个双极板单元的外侧边上设有和壳体内多个安装槽位置和数量相对应的多个凸起端，双极板单元和壳体连接时，凸起端嵌入安装槽中。
进一步地，所述的电池组件模块中，每个膜电极单元的形状和双极板单元的形状相同，即在每个双极板单元的外侧边上设有和壳体内多个安装槽位置和数量相对应的多个凸起端，膜电极单元和壳体连接时，凸起端嵌入安装槽中。
进一步地，凸起端和安装槽的嵌合处涂有封胶。
进一步地，凸起端和安装槽的嵌合处过盈配合连接。
进一步地，所述壳体的侧壁上设有贯穿上下端的定位销孔，上下两个电池组件模块通过定位销穿过定位销孔进行连接。
进一步地，所述的定位销包括多段销轴，每段销轴嵌入一个电池组件模块的定位销孔中，相邻销轴上下互相通过位于其端部的阴阳块进行组合。
进一步地，所述壳体的侧壁外侧设有水平连接孔，平行相邻的两个电池组件模块通过水平连接轴插入水平连接孔进行定位和连接。
进一步地，所述壳体的侧壁上下端设有竖直连接轴孔，上下两个相邻电池组件模块通过竖直连接轴插入竖直连接轴孔进行连接。
进一步地，所述的壳体采用工程塑料板或者橡胶板等绝缘材料，其形状根据所配适的极板调整。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过将燃料电池模块化，通过多个电池组件模块组合形成一个整体的燃料电池，能够便于用户根据实际需求，进行电池组件模块的组合和设计，形成不同的形状和结构，实现了燃料电池的柔性设计和制造，极大拓展了应用范围。
2、在燃料电池的装配过程中，模块化的电池组件模块能够有效提高装配效率，减少整堆一次装配的部件数量，简化步骤和工艺要求；而且在后期维护和维修时只需要替换对应的电池组件模块，操作方便，有效降低了维护和维修成本。
3、双极板单元的外侧边、凸起端和壳体的内侧边、安装槽共同形成了多个通孔结构，该通孔结构既能够作为燃料电池的气体通道或者液体通道，而且能够使得双极板单元和膜电极单元组成的电堆和壳体形成一定的隔离，更好地起到漏电防护的作用。
4、连接上下两个电池组件模块的定位销包括多段销轴，每段销轴嵌入一个电池组件模块的定位销孔中，便于每个电池组件模块内部双极板单元和膜电极单元的安装。
附图说明
图1为本实施例的结构示意图。
图2为电池组件模块的爆炸结构示意图。
图3为上下连接结构电池组件模块安装断面示意图。
图4为另一实施例的结构示意图。
图5为水平连接结构电池组件模块安装断面示意图。
附图标记：1、电池组件模块，11、壳体，12、膜电极单元，13、双极板单元，14、安装槽，15、凸起端，16、定位销孔，17、定位销，2、竖直连接孔，21，竖直连接轴，3、水平连接孔，31，水平连接轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种模块化的燃料电池，包括多个电池组件模块1。多个电池组件模块1上下互相连接组合形成了燃料电池，本实施例中采用三个电池组件模块1
每个电池组件模块1包括类立方体型的壳体11、多个膜电极单元12和多个双极板单元13。壳体11的上下端开口(图2中为前后端)，膜电极单元12和双极板单元13间隔层叠设置在壳体11内。
具体地说，在壳体11的侧壁外侧上设有多条安装槽14，每个双极板单元13的外侧边上设有和壳体11内多个安装槽14位置和数量相对应的多个凸起端15，双极板单元13和壳体11连接时，凸起端15嵌入安装槽14中。本实施例中，凸起端15和安装槽14共有三种形状的连接方式，分别如图1中标注的A、B、C所示。A型连接方法为普通T型卡扣连接；B型连接方式为位于双极板单元13两端的斜向T型卡扣连接，B型连接方式中，双极板单元13的外侧边、凸起端15和壳体11的内侧边、安装槽15共同形成了多个通孔结构，该通孔结构自然形成了燃料电池的气体通道或者液体通道；C型连接方式位于双极板单元13的边角处，用于提高双极板单元13和壳体11的连接强度。每个膜电极单元12的形状和双极板单元13的形状相同，即每个双极板单元13同样在外侧边上设有和壳体11内多个安装槽14位置和数量相对应的多个凸起端15。膜电极单元12和壳体11连接时，凸起端15嵌入安装槽14中。此外，在凸起端15和安装槽14的嵌合处还可以涂抹封胶或者采用过盈配合连接，用以提高连接的可靠性。
上述接受使得双极板单元13和膜电极单元12组成的电堆和壳体11形成一定的隔离，更好地起到漏电防护的作用。
在壳体11的侧壁上设有贯穿上下端的定位销孔16，上下两个相邻电池组件模块1通过定位销17穿过定位销孔16进行连接。定位销17可以采用多段销轴的形式，在每段销轴的上端设有连接孔，下端设有连接块。每段销轴安装在一个电池组件模块1的定位销孔16中。当相邻上下两个电池组件模块1连接时，上方电池组件模块1销轴的连接块嵌入下方电池组件模块1销轴的连接孔中，完成定位和安装。在上下两个电池组件模块1连接时，壳体11内部的双极板单元13和膜电机单元同样相连。当上方电池组件模块1的内部最下端为双极板单元13时，下方电池组件模块1的内部最上端为膜电极单元12，或者相反。当本实施例的三个电池组件模块1上下连接后，将最上方的电池组件模块1的上端开口通过盖板或者密封材料封闭，同时将最下方的电池组件模块1的下端开口同样采用盖板或者密封材料封闭，这样就完成了的整个燃料电池的装配。
本实施例中的壳体11采用工程塑料板或者橡胶板等绝缘材料板，用于减轻燃料电池的整体质量、提高绝缘性能。
如图3所示，在壳体11的侧壁上下端还可以设有竖直连接孔21，上下两个相邻电池组件模块1通过竖直连接轴21插入竖直连接孔21进行连接，进一步加强上下结构电池组件模块1的定位和连接。
如图4和图5所示，在另一实施例中，模块化的燃料电池采用了四个电池组件模块1，四个电池组件模块1呈田字型连接。该实施例除了使电池组件模块1上下组合外还增加了水平方向的拓展。其中每个电池组件模块1的内部结构和上下连接结构和上述实施例相同。其区别点在于，在壳体11的侧壁外侧设有水平连接孔3，平行相邻的两个电池组件模块1通过水平连接轴31插入水平连接孔3进行连接。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种模块化的燃料电池，其特征在于，包括多个电池组件模块(1)，所述的多个电池组件模块(1)相互组合形成燃料电池，其中，每个电池组件模块(1)包括类立方体型的壳体(11)、多个膜电极单元(12)和多个双极板单元(13)，所述的壳体(11)上下端开口，所述的膜电极单元(12)和双极板单元(13)间隔层叠设置在壳体(11)内。
2.根据权利要求1所述的一种模块化的燃料电池，其特征在于，所述的电池组件模块(1)中，在壳体(11)侧壁的内侧上设有多条安装槽(14)，每个双极板单元(13)的外侧边上设有和壳体(11)内多个安装槽(14)位置和数量相对应的多个凸起端(15)，双极板单元(13)和壳体(11)连接时，凸起端(15)嵌入安装槽(14)中。
3.根据权利要求2所述的一种模块化的燃料电池，其特征在于，所述的电池组件模块(1)中，每个膜电极单元(12)的形状和双极板单元(13)的形状相同，即在每个双极板单元(13)的外侧边上设有和壳体(11)内多个安装槽(14)位置和数量相对应的多个凸起端(15)，膜电极单元(12)和壳体(11)连接时，凸起端(15)嵌入安装槽(14)中。
4.根据权利要求2或3所述的一种模块化的燃料电池，其特征在于，凸起端(15)和安装槽(14)的嵌合处涂有封胶。
5.根据权利要求2或3所述的一种模块化的燃料电池，其特征在于，凸起端(15)和安装槽(14)的嵌合处过盈配合连接。
6.根据权利要求1所述的一种模块化的燃料电池，其特征在于，所述壳体(11)的侧壁上设有贯穿上下端的定位销孔(16)，上下两个电池组件模块(1)通过定位销(17)穿过定位销孔(16)进行连接。
7.根据权利要求6所述的一种模块化的燃料电池，其特征在于，所述的定位销(17)包括多段销轴，每段销轴嵌入一个电池组件模块(1)的定位销孔(16)中，相邻销轴上下互相通过位于其端部的阴阳块进行组合。
8.根据权利要求1所述的一种模块化的燃料电池，其特征在于，所述壳体(11)的侧壁外侧设有水平连接孔(3)，平行相邻的两个电池组件模块(1)通过水平连接轴(31)插入水平连接孔(3)进行连接。
9.根据权利要求1所述的一种模块化的燃料电池，其特征在于，所述壳体(11)的侧壁上下端设有竖直连接孔(21)，上下两个相邻电池组件模块(1)通过竖直连接轴(21)插入竖直连接孔(21)进行连接。
10.根据权利要求1所述的一种模块化的燃料电池，其特征在于，所述的壳体(11)采用绝缘材料板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115513508A (zh) * 2022-10-19 2022-12-23 上海氢晨新能源科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池模组

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