CN113410502A - 一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，包括外壳、供给管和电池堆主体，所述电池堆主体设置于外壳内，所述电池堆主体包括电池堆和固定板，所述电池堆呈叠合设置，所述固定板的数量为两个，两个所述固定板安装于电池堆的两侧，所述固定板的侧面设置有缓冲机构，所述电池堆主体的上下两端皆设置有悬架组件，且悬架组件的外表面均匀活动连接有滑块，所述电池堆主体的两端皆设置有滑杆，所述滑杆与滑块滑动连接，所述电池堆主体的顶部设置有第一卸荷组件，且电池堆主体的底部设置有第二卸荷组件。本发明采用防逆流设计，并针对卸荷通道呈分点侧排结构设计，让负荷均匀消退，并且卸荷更加均匀。

Description

一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形。

背景技术

燃料电池电堆主要由多块电池块叠合制成，电池块组成的电池堆两侧则通过固定机构进行固定，整体在通过外壳进行防护，外壳上则装有用于供给的管道接口以及电力配件。

燃料电池电堆在工作时会产生水和热这些负荷，水不及时排除，会造成积水发热，影响发电，而发电产生的热若不及时排除也会影响发电，由于电池块是单独工作的，每块电池块工作发生的热量和生成的水都不同，会造成负荷不均匀。

公开号为CN106415904A的中国发明专利公开了一种固相聚合物电解质燃料电池，包括：膜电极组件，所述膜电极组件包括固相聚合物电解质以及位于固相聚合物电解质的相对侧上的阳极和阴极；用于与所述阳极相邻的燃料的阳极气体扩散层；用于与所述阴极相邻的氧化剂的阴极气体扩散层；用于从由燃料和氧化剂组成的组中选择的反应物的反应物流场板，所述反应物流场板包括与用于所述反应物的气体扩散层相邻的反应物流场，其中，所述反应物流场包括多个反应物流场通道；反应物入口；反应物出口；反应物反馈槽，所述燃料电池还包括：梯台；卸荷通风通道，所述卸荷通风通道位于所述反应物流场板中并且与用于所述反应物的所述气体扩散层相邻；卸荷反馈槽；以及卸荷反馈端口，所述卸荷反馈端口将所述卸荷反馈槽流体地连接至所述卸荷通风通道地位于所述反应物流场板中。

固相聚合物电解质燃料电池中的流场板在开始结冰期间可能在某些区域例如在一些流场板设计中所用的将用于反应物的出口通风通道连接至反应物出口的反馈端口和反馈槽中遭受冰阻塞。通过结合了其中卸荷通风通道通过梯台与出口通风通道隔开的、相似且相邻的卸荷反馈端口、卸荷反馈槽和卸荷通风通道配置，经由相邻的气体扩散层提供了用于反应物的卸荷出口，其开通过卸荷端口、反馈槽、通风道和出口等配置，能进行卸荷，但是在卸荷过程中，存在卸荷不均匀，导致部分位置过度积热、积水的问题。

并且，随着汽车的急停，减速，过弯，等状态，水在卸荷过程中会产生逆流的情况。

因此亟需设计一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，以解决上述背景技术中提出的卸荷不均匀，随着汽车的急停，减速，过弯，等状态，水在卸荷通过中会产生逆流情况的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，包括外壳、供给管和电池堆主体，所述外壳的两侧皆均匀安装有供给管，所述电池堆主体设置于外壳内，所述电池堆主体包括电池堆和固定板，所述电池堆呈叠合设置，所述固定板的数量为两个，两个所述固定板安装于电池堆的两侧，所述固定板的侧面设置有缓冲机构，所述电池堆主体的上下两端皆设置有悬架组件，且悬架组件的外表面均匀活动连接有滑块，所述电池堆主体的两端皆设置有滑杆，所述滑杆与滑块滑动连接，所述电池堆主体的顶部设置有第一卸荷组件，且电池堆主体的底部设置有第二卸荷组件，所述第二卸荷组件与第一卸荷组件结构相同。

优选的，所述悬架组件包括支架，所述支架的一端与外壳的内壁连接固定，且支架的另一端开设有滑槽，所述滑块的底部呈“T”形，且滑块的底部穿过滑槽并与支架滑动连接，所述支架内部均匀固定有簧片，所述簧片分布于滑块的两侧并与滑块相抵。

优选的，两个所述固定板之间设置有固定杆，且两个固定板之间通过固定杆连接固定，所述固定板的侧面固定有供给罩。

优选的，所述电池堆由数组叠合组成，每组所述电池堆包括基础电池块和分流电池块，每组所述基础电池块由三块膜电极叠合而成，膜电极的两端皆开设有卸流槽，且膜电极顶部的卸流槽呈平行开设，膜电极底部的卸流槽呈倾斜开设，所述分流电池块的两端皆开设有分流槽，所述分流槽的一端贯穿分流电池块的侧面。

优选的，所述第一卸荷组件包括导流管，所述导流管的一端固定于外壳的内壁上，且导流管的另一端均匀固定有分流管，所述分流管与分流电池块侧面相抵，且分流管的内腔与分流槽的内腔连通，所述导流管的内部口径大小从左往右均匀递减。

优选的，所述导流管的一端呈封闭状，且导流管的另一端设置有介质供给机构，所述介质供给机构包括连接管，所述连接管与导流管固顶连接，所述连接管背离导流管的一端套设有套管和密封圈，所述密封圈的一端内嵌在套管的侧面，且密封圈的另一端抵接有第一弹簧，所述套管背离密封圈的一端贯穿外壳的内壁并与外壳连接固定。

优选的，所述缓冲机构包括固定套筒，所述固定套筒与固定板的侧面连接固定，所述固定套筒的内部伸缩连接有连接桩，所述连接桩的一端抵接有第二弹簧，且连接桩的另一端呈圆台状并与外壳的内壁相抵。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该燃料电池电堆的负荷均匀分布构形采用防逆流设计，并针对卸荷通道呈分点侧排结构设计，让负荷均匀消退，并且卸荷更加均匀。

（1）通过将电池堆呈四片为一组的设计，将用于卸荷的卸流槽内壁呈倾斜设计，并将三片基础电池块配一片分流电池块作为过渡，使每三片基础电池块中的负荷能及时通过分流槽卸荷，同时，通过将卸流槽呈倾斜设计，并在固定板的两端皆固定有滑杆，使滑杆能在滑块上左右滑动，滑块在悬架组件内能前后滑动，当车辆减速，电池堆主体能通过滑杆在滑块内滑动，而继续向前卸力，再配合卸流槽的倾斜设计，进一步消减减速对卸荷的影响，避免水在卸流槽内逆流。

（2）通过在每三片基础电池块侧面设置一片分流电池块，并在导流管上均匀分布有分流管与分流电池块对接，使用于卸荷的冷却液等介质能通过分流管分点加入到分流槽内，再分别流向卸流槽，在各片电池堆中卸荷，达到让负荷均匀消退，并且卸荷更加均匀的效果。

附图说明

图1为本发明的结构整体示意图；

图2为本发明图1中A-A处结构放大示意图；

图3为本发明图1中B-B处结构放大示意图；

图4为本发明图2中电池堆的结构局部正视剖视示意图；

图5为本发明图3中A处结构放大示意图；

图6为本发明图2中悬架组件和滑块的结构侧视剖视示意图；

图7为本发明图2中缓冲机构的结构正视剖视示意图。

图中：1、外壳；2、供给管；3、悬架组件；31、支架；32、滑槽；33、簧片；4、滑块；5、电池堆主体；51、电池堆；511、基础电池块；512、卸流槽；513、分流电池块；514、分流槽；52、固定板；53、固定杆；54、供给罩；6、第一卸荷组件；61、导流管；62、分流管；63、介质供给机构；631、连接管；632、套管；633、密封圈；634、第一弹簧；7、第二卸荷组件；8、缓冲机构；81、固定套筒；82、连接桩；83、第二弹簧；9、滑杆。

具体实施方式

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。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。

请参阅图1-图7，本发明提供的一种实施例：

包括外壳1、供给管2和电池堆主体5，外壳1的两侧皆均匀安装有供给管2，电池堆主体5设置于外壳1内，电池堆主体5包括电池堆51和固定板52，电池堆51呈叠合设置，固定板52的数量为两个，两个固定板52安装于电池堆51的两侧，固定板52的侧面设置有缓冲机构8，电池堆主体5的上下两端皆设置有悬架组件3，且悬架组件3的外表面均匀活动连接有滑块4，电池堆主体5的两端皆设置有滑杆9，滑杆9与滑块4滑动连接，电池堆主体5的顶部设置有第一卸荷组件6，且电池堆主体5的底部设置有第二卸荷组件7，所述第二卸荷组件7与第一卸荷组件6结构相同。

进一步的，如图2和图6所示，悬架组件3包括支架31，支架31的一端与外壳1的内壁连接固定，且支架31的另一端开设有滑槽32，滑块4的底部呈“T”形，且滑块4的底部穿过滑槽32并与支架31滑动连接，支架31内部均匀固定有簧片33，簧片33分布于滑块4的两侧并与滑块4相抵，车辆拐弯时，电池堆主体5产生的离心力，能通过滑块4在滑槽32内滑动，被簧片33形变进行卸力。

进一步，如图2所示，两个固定板52之间设置有固定杆53，且两个固定板52之间通过固定杆53连接固定，固定板52的侧面固定有供给罩54，供给罩54通过导管与供给管2连接，用于向基础电池块511和分流电池块513中的供给区域进行供给，此为现有技术，在此不做过多阐述。

进一步的，如图4所示，电池堆51由数组叠合组成，每组电池堆51包括基础电池块511和分流电池块513，每组基础电池块511由三块膜电极叠合而成，膜电极的两端皆开设有卸流槽512，且膜电极顶部的卸流槽512呈平行开设，膜电极底部的卸流槽512呈倾斜开设，分流电池块513的两端皆开设有分流槽514，分流槽514的一端贯穿分流电池块513的侧面，将用于卸荷的卸流槽512内壁呈倾斜设计，并将三片基础电池块511配一片分流电池块513作为过渡，使每三片基础电池块511中的负荷能及时通过分流槽514及时向外卸荷。

进一步的，如图3所示，第一卸荷组件6包括导流管61，导流管61的一端固定于外壳1的内壁上，且导流管61的另一端均匀固定有分流管62，分流管62与分流电池块513侧面相抵，且分流管62的内腔与分流槽514的内腔连通，导流管61的内部口径大小从左往右均匀递减，通过缩减导流管61内部孔径，增压冷却介质流动压力，使冷却介质更均匀的分布到分流管62内，再由分流管62流入分流槽514内，使负荷更加均匀的被卸除。

进一步的，如图3和图5所示，导流管61的一端呈封闭状，且导流管61的另一端设置有介质供给机构63，介质供给机构63包括连接管631，连接管631与导流管61固顶连接，连接管631背离导流管61的一端套设有套管632和密封圈633，密封圈633的一端内嵌在套管632的侧面，且密封圈633的另一端抵接有第一弹簧634，套管632背离密封圈633的一端贯穿外壳1的内壁并与外壳1连接固定，通过套管632与连接管631伸缩结构设计，满足电池堆主体5可以左右滑动，密封圈633为橡胶材质，用于提高连接管631与套管632之间密封性的作用。

进一步的，如图2和图7所示，缓冲机构8包括固定套筒81，固定套筒81与固定板52的侧面连接固定，固定套筒81的内部伸缩连接有连接桩82，连接桩82的一端抵接有第二弹簧83，且连接桩82的另一端呈圆台状并与外壳1的内壁相抵，缓冲机构8主要用于对电池堆主体5两侧进行卸力的作用，电池堆主体5在静止状态，缓冲机构8则用于对电池堆主体5进行支撑的作用。

工作原理：使用时，如图1所示，外壳1侧面的三个供给管2分别用于连接外部氢、氧和水三个供给，为电池堆主体5提供基本工作能源，此为现有技术，在此不做过多阐述。

电池堆主体5工作时，所产生的水和热需要及时排除，其中水的排放无需外部介质，仅需引导至排放口即可，水的排放管路与排热卸荷管路为相同设计，在此不做过多阐述。

通过将套管632与外部冷却液供给管相连，冷却液能通过连接管631流入导流管61内，再经导流管61分流到分流管62内，由分流管62分别流入分流槽514内，再经分流槽514分流到卸流槽512内，在各片电池堆51中卸荷，使基础电池块511快速散热，将负荷通过第二卸荷组件7排出，第二卸荷组件7的结构与第一卸荷组件6结构相同，一进一出，配合冷却液循环流动。

当车辆在减速时，电池堆主体5能通过滑杆9在滑块4内滑动，而继续向前卸力，通过固定套筒81在连接桩82上伸缩，利用第二弹簧83形变，能消减减速造成的惯性力，降低对电池堆主体5内负荷的影响，车辆拐弯时，电池堆主体5产生的两侧惯性力，能通过滑块4在滑槽32内滑动，被簧片33形变进行卸力。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨再将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，包括外壳（1）、供给管（2）和电池堆主体（5），所述外壳（1）的两侧皆均匀安装有供给管（2），所述电池堆主体（5）设置于外壳（1）内，其特征在于：所述电池堆主体（5）包括电池堆（51）和固定板（52），所述电池堆（51）呈叠合设置，所述固定板（52）的数量为两个，两个所述固定板（52）安装于电池堆（51）的两侧，所述固定板（52）的侧面设置有缓冲机构（8），所述电池堆主体（5）的上下两端皆设置有悬架组件（3），且悬架组件（3）的外表面均匀活动连接有滑块（4），所述电池堆主体（5）的两端皆设置有滑杆（9），所述滑杆（9）与滑块（4）滑动连接，所述电池堆主体（5）的顶部设置有第一卸荷组件（6），且电池堆主体（5）的底部设置有第二卸荷组件（7），所述第二卸荷组件（7）与第一卸荷组件（6）结构相同。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，其特征在于：所述悬架组件（3）包括支架（31），所述支架（31）的一端与外壳（1）的内壁连接固定，且支架（31）的另一端开设有滑槽（32），所述滑块（4）的底部呈“T”形，且滑块（4）的底部穿过滑槽（32）并与支架（31）滑动连接，所述支架（31）内部均匀固定有簧片（33），所述簧片（33）分布于滑块（4）的两侧并与滑块（4）相抵。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，其特征在于：两个所述固定板（52）之间设置有固定杆（53），且两个固定板（52）之间通过固定杆（53）连接固定，所述固定板（52）的侧面固定有供给罩（54）。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，其特征在于：所述电池堆（51）由数组叠合组成，每组所述电池堆（51）包括基础电池块（511）和分流电池块（513），每组所述基础电池块（511）由三块膜电极叠合而成，膜电极的两端皆开设有卸流槽（512），且膜电极顶部的卸流槽（512）呈平行开设，膜电极底部的卸流槽（512）呈倾斜开设，所述分流电池块（513）的两端皆开设有分流槽（514），所述分流槽（514）的一端贯穿分流电池块（513）的侧面。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，其特征在于：所述第一卸荷组件（6）包括导流管（61），所述导流管（61）的一端固定于外壳（1）的内壁上，且导流管（61）的另一端均匀固定有分流管（62），所述分流管（62）与分流电池块（513）侧面相抵，且分流管（62）的内腔与分流槽（514）的内腔连通，所述导流管（61）的内部口径大小从左往右均匀递减。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，其特征在于：所述导流管（61）的一端呈封闭状，且导流管（61）的另一端设置有介质供给机构（63），所述介质供给机构（63）包括连接管（631），所述连接管（631）与导流管（61）固顶连接，所述连接管（631）背离导流管（61）的一端套设有套管（632）和密封圈（633），所述密封圈（633）的一端内嵌在套管（632）的侧面，且密封圈（633）的另一端抵接有第一弹簧（634），所述套管（632）背离密封圈（633）的一端贯穿外壳（1）的内壁并与外壳（1）连接固定。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的负荷均匀分布构形，其特征在于：所述缓冲机构（8）包括固定套筒（81），所述固定套筒（81）与固定板（52）的侧面连接固定，所述固定套筒（81）的内部伸缩连接有连接桩（82），所述连接桩（82）的一端抵接有第二弹簧（83），且连接桩（82）的另一端呈圆台状并与外壳（1）的内壁相抵。

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