CN113690459A - 一种膜电极边框注胶密封结构及注胶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种膜电极边框注胶密封结构及注胶方法，包括自上而下设置的上模具、膜电极和下模具；上模具靠近所述膜电极的一侧设置有第一胶线槽；下模具靠近所述膜电极的一侧设置有第二胶线槽；第一胶线槽用于注胶成型第一胶线；第二胶线槽用于注胶成型第二胶线；膜电极边框上设置有多个连通孔；第一胶线和第二胶线通过连通孔连接。通过在膜电极边框上设置连通孔，使得膜电极边框两侧的胶线可以通过连通孔连接，并与膜电极边框固定在一起，有效地解决了在电池堆装配过程中膜电极边框两侧的胶线出现错位的问题。通过定制胶线的密封面结构，可以在保证密封效果的前提下，提高密封件的适用性和耐久性，延长燃料电池堆密封的使用寿命。

Description

一种膜电极边框注胶密封结构及注胶方法

技术领域

本发明涉及燃料电池及电池堆中的密封技术领域，特别是涉及一种膜电极边框注胶密封结构及注胶方法。

背景技术

燃料电池是将化学能转化为电能的在线发电装置，由于突破了传统内燃机的效率限制，燃料电池发动机被认为是未来最重要的汽车动力装置发展的方向。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例，燃料电池堆由多节单电池叠加组成，气源通过电堆的燃料进口进入每节单电池，经过电池内的规定的密封流道并参与反应，剩余气体从电堆的出口流出电堆。为确保电池堆的正常运行，电池堆的密封是非常关键的。电池堆密封不良或者密封失效会导致电池堆的性能降低，损伤电池堆内部部件，甚至引起爆炸，造成安全事故。在氢燃料电池中，通常采用密封胶线或者丝网印刷的形式来密封三腔流体；其中丝网印刷工艺仅适用于石墨双极板的内部贴合和冷却流道的密封，而反应物气体与膜电极之间的密封一般采用密封胶线。

目前，在燃料电池堆的实际装配应用中，密封胶线的成型形式有多种，例如采用UV胶在双极板胶线槽内点胶固化的形式、通过模具成型的方式定制胶线的形式、在双极板上注塑或注胶成型的形式以及在膜电极边框上硅胶模压成型的形式等。然而上述成型工艺的密封胶线或多或少的存在一些问题，如使用UV胶在胶线槽中点胶的形式，因其点胶的固有特点，形成的胶线密封面形状为椭圆形，这种形状在装配时会出现在膜电极边框两侧的胶线错位的情况，在电池堆运行过程中非常容易出现气体泄露；模具成型的定制的胶线，在组装装配时非常繁琐，仅适用于电池堆样机开发阶段，不适合批量生产；而在双极板上注塑或注胶成型和膜电极边框上硅胶模压成型不仅制作工艺复杂，成本高昂，而且可能会对零部件造成暗伤。

发明内容

基于此，本发明提供一种膜电极边框注胶密封结构及注胶方法，旨在简化现有胶线制作工艺、降低制造成本，而且因该密封结构是在膜电极边框两侧同时注胶固化，可以有效地防止装配过程中可能出现的错位情况。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一方面，本申请提出了一种膜电极边框注胶密封结构，包括自上而下设置的上模具、膜电极和下模具；所述上模具靠近所述膜电极的一侧设置有第一胶线槽；所述下模具靠近所述膜电极的一侧设置有第二胶线槽；所述第一胶线槽与所述第二胶线槽结构相同；所述第一胶线槽用于注胶成型第一胶线；所述第二胶线槽用于注胶成型第二胶线；所述第一胶线与所述第二胶线的结构相同；所述膜电极的边框与所述第一胶线槽相对应的区域为第一密封区域；所述膜电极的边框与所述第二胶线槽相对应的区域为第二密封区域；所述膜电极的边框上设置有多个用于连通所述第一密封区域和所述第二密封区域的连通孔；所述第一胶线和所述第二胶线通过所述连通孔连接，并与膜电极边框固定在一起，可以有效的解决在电池堆装配过程中所述膜电极边框两侧的胶线出现错位的问题；所述第一胶线槽和所述第二胶线槽的侧壁上均设置有多个用于注胶的注胶孔、以及多个用于排气的排气孔。

进一步地，所述连通孔为圆形通孔、方形通孔、三角形通孔、椭圆通孔或其它异形通孔。

进一步地，所述连通孔的横截面最大尺寸小于或等于所述第一胶线的宽度。

进一步地，相邻两个所述连通孔之间的中心距离为所述连通孔的横截面最大尺寸的1.5倍-3倍。这样能够保证所述第一胶线和所述第二胶线通过所述连通孔连接后的稳固性。

进一步地，所述第一胶线的密封面和所述第二胶线的密封面均为平面。

进一步地，所述第一胶线的密封面和所述第二胶线的密封面上均设置有连通长槽。

进一步地，所述连通长槽的宽度小于或等于所述第一胶线宽度的三分之一。

进一步地，所述第一胶线的密封面和所述第二胶线的密封面上均设置有沟孔。

进一步地，所述沟孔为方形沟孔、圆形沟孔、三角形沟孔、椭圆形沟孔或其它异形沟孔。

另一方面，本申请还提出了一种应用于所述膜电极边框注胶密封结构的注胶方法，包括以下步骤：

S1：将胶线原料融化，得到胶体；并装载至注胶装置上；

S2：利用上模具和下模具将膜电极边框压紧固定，同时保证上模具的第一胶线槽和下模具的第二胶线槽互相对齐；

S3：利用所述注胶装置通过所述上模具和所述下模具上的注胶孔分别进行注胶，使得所述第一胶线槽内的胶体通过膜电极边框上的连通孔与所述第二胶线槽内的胶体连接，当观察到所述上模具和所述下模具排气孔内充满胶体时，停止注胶；

S4：将注胶完成的膜电极在常温下静置，待胶体固化后取出所述上模具和所述下模具。

本发明提出的一种膜电极边框注胶密封结构及注胶方法，通过在膜电极边框上设置连通孔，使得膜电极边框两侧的胶线可以通过连通孔连接固定，有效地解决了在电池堆装配过程中膜电极两侧的胶线出现错位的问题，保证了成品电池堆的密封性。通过定制胶线的密封面结构，可以在保证密封效果的前提下，提高密封件的适用性和耐久性，延长燃料电池堆密封的使用寿命。本发明工艺制作简单、容易装配、密封效果优良、成本低、实用性强，特别适合批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述膜电极边框注胶密封结构的爆炸视图；

图2为图1的另一视角爆炸视图；

图3为图1中膜电极的立体结构图；

图4为图1中膜电极注胶后的结构俯视图(含第一胶线、第二胶线)；

图5为图4中B-B方向剖视图的局部视图；

图6为图4中局部A的一实施例的放大图；

图7为图4中局部A的另一实施例的放大图；

图8为图4中局部A的又一实施例的放大图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

目前，在实际电池堆的装配应用中，密封胶线的成型形式有多种，例如采用UV胶在双极板胶线槽内点胶固化的形式、通过模具成型的方式定制胶线的形式、在双极板上注塑或注胶成型的形式以及在膜电极边框上硅胶模压成型的形式等。然而上述成型工艺的密封胶线或多或少的存在一些问题，如使用UV胶在胶线槽中点胶的形式，因其点胶的固有特点，形成的胶线密封面形状为椭圆形，这种形状在装配时会出现膜电极边框两侧的胶线错位的情况，进而导致电池堆在运行过程中出现气体泄露；模具成型的定制的胶线，在装配时非常繁琐，仅适用于电池堆样机开发阶段，不适合批量生产；而在双极板上注塑或注塑成型和膜电极边框上硅胶模压成型制作工艺复杂，制作成本高昂，还可能对零部件造成暗伤。为了解决上述技术问题，本发明提出了一种膜电极边框注胶密封结构及注胶方法。

实施例1：

一方面，如图1至图5所示，本申请实施例提出的一种膜电极边框注胶密封结构，包括自上而下设置的上模具1、膜电极2和下模具3；所述上模具1靠近所述膜电极2的一侧设置有第一胶线槽11；所述下模具3靠近所述膜电极2的一侧设置有第二胶线槽31；所述第一胶线槽11与所述第二胶线槽31结构相同；所述第一胶线槽11用于注胶成型第一胶线4；所述第二胶线槽31用于注胶成型第二胶线5；所述第一胶线4与所述第二胶线5的结构相同；所述膜电极2的边框与所述第一胶线槽11相对应的区域为第一密封区域(图中未标示，即膜电极2的边框靠近第一胶线槽11一侧的区域为第一密封区域)；所述膜电极2的边框与所述第二胶线槽31相对应的区域为第二密封区域(图中未标示，即膜电极2的边框靠近第二胶线槽31一侧的区域为第二密封区域)；所述膜电极2的边框上设置有多个用于连通所述第一密封区域和所述第二密封区域的连通孔21；所述第一胶线4和所述第二胶线5通过所述连通孔21连接，并与膜电极边框固定在一起；所述第一胶线槽11和所述第二胶线槽31的侧壁上均设置有多个用于注胶的注胶孔(图中未标示)、以及多个用于排气的排气孔(图中未标示)。

请再次参见图5，在本申请实施例中，所述第一胶线4和所述第二胶线5均通过注胶模压成型，两者之间通过所述连通孔21连接形成一体，相较于其它密封制作成型工艺，本申请密封结构可以保障膜电极2边框两侧的密封胶线精准对齐，能够有效地避免电池堆装配过程中所述膜电极2边框两侧的胶线出现错位的问题，可以有效保证电池堆的密封性，成品率高；同时，本申请的结构可以使本申请的工艺更加简单、实用性更强。

所述连通孔21为圆形通孔、方形通孔、三角形通孔、椭圆通孔或其它异形通孔。本实施例中具体为圆形通孔。

所述连通孔21的横截面最大尺寸小于或等于所述第一胶线4的宽度，这样能够更好的保证膜电极的密封效果。在本申请实施例中，所述第一胶线4和所述第二胶线5均呈带状结构，因此，所述第一胶线4和所述第二胶线5的宽度指的是带状结构的宽度。其中，所述第一胶线4环绕所述膜电极一侧的三腔流体通道进出口和碳质设置，所述第二胶线5环绕所述膜电极另一侧的三腔流体通道进出口和碳质设置。本申请实施例中的三腔流体通道指的是燃料通道、冷却水通道和氧化剂通道。

相邻两个所述连通孔21之间的中心距离为所述连通孔21的横截面最大尺寸的1.5倍-3倍。这样能够保证所述第一胶线4和所述第二胶线5通过所述连通孔21连接后的稳固性。

在本申请实施例中，当所述连通孔21为圆形通孔时，所述连通孔21的横截面最大尺寸为圆形通孔的直径；当所述连通孔21为方形通孔、三角形通孔时，所述连通孔21的横截面最大尺寸为方形通孔外接圆直径、三角形通孔外接圆直径；当当所述连通孔21为椭圆通孔时，所述连通孔21的横截面最大尺寸为椭圆通孔的长径；若为其他异形通孔，则为异形通孔横截面的可测量的最大尺寸。

请参照图6，在本实施例中，所述第一胶线4的密封面和所述第二胶线5的密封面均为平面。

在本实施例中，所述注胶孔将注胶装置与胶线槽连接，便于注胶装置注胶，在注胶过程中，所述排气孔可以快速地将注胶槽内的空气排出，以提高注胶的效率。为便于注胶，所述注胶孔周向设置在胶线槽的最外侧，所述排气孔轴向周向设置在胶线槽的最内侧。本申请实施例提出的一种膜电极边框注胶密封结构，制作工艺为：首先利用上模具1和下模具3将膜电极2的上下两侧夹紧，夹紧过程中需要确保上模具1的第一胶线槽11和下模具3的第二胶线槽31相对设置，并确保第一胶线槽11覆盖膜电极2上的连通孔21的一侧、第二胶线槽31覆盖膜电极2上的连通孔21的另一侧；然后利用注胶装置通过注胶孔开始向第一胶线槽11和第二胶线槽31内注胶；随着注胶的进行，第一胶线槽11内的第一胶线4会通过连通孔21与第二胶线槽31内的第二胶线5连通并固定；注胶固化完成后，需要将上模具1和下模具3取出；最后得到带有密封胶线的膜电极2；按照以上步骤制作的多片膜电极2之间依次层叠后就可以得到密封性能优良的电池堆。需要注意的是，在注胶过程中，当观察到排气孔内充满了胶线后，说明注胶完成，应停止注胶，避免浪费。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别在于：请参照图7，在本实施例中，所述第一胶线4的密封面和所述第二胶线5的密封面上均设置有连通长槽41；所述连通长槽41形成了密封面的多线密封结构，这种密封结构相较于实施例1中的平面单线密封结构，密封性能更为优良。

所述连通长槽41的宽度小于或等于所述第一胶线4宽度的三分之一。

实施例3：

实施例3与实施例1的区别在于：请参照图8，在本实施例中，所述第一胶线4的密封面和所述第二胶线5的密封面上均设置有沟孔51；所述沟孔51形成了密封面的多线密封结构，具有多线密封的优良密封性能，同时可以将渗漏进密封面内的气体有效地阻隔在一个个的小沟孔内，防止渗漏气体间的过分混杂；此外，该类密封面结构还可以保证密封胶线在注胶成型时的成品率，减少气泡、扭曲等情况的发生；该类密封面结构还可以保证密封胶线使用的稳定性，增加胶线的使用寿命。

所述沟孔51为方形沟孔、圆形沟孔、三角形沟孔、椭圆形沟孔或其它异形沟孔。本实施例中具体为方形沟孔。

在本申请实施例中，所述第一胶线4的密封面指的是所述第一胶线4远离所述膜电极2的一侧所在的平面；所述第二胶线5的密封面指的是所述第二胶线5远离所述膜电极2的一侧所在的平面。

另一方面，本申请还提出了一种应用于所述膜电极边框注胶密封结构的注胶方法，包括以下步骤：

S1：将胶线原料融化，得到胶体；并装载至注胶装置上；

S2：利用上模具和下模具将膜电极边框压紧固定，同时保证上模具的第一胶线槽和下模具的第二胶线槽互相对齐；

S3：利用所述注胶装置通过所述上模具和所述下模具上的注胶孔分别进行注胶，使得所述第一胶线槽内的胶体通过膜电极边框上的连通孔与所述第二胶线槽内的胶体连接，当观察到所述上模具和所述下模具排气孔内充满胶体时，停止注胶；

S4：将注胶完成的膜电极在常温下静置，待胶体固化后取出上模具和下模具。

本发明提出的一种膜电极边框注胶密封结构及注胶方法，通过在膜电极2边框上设置连通孔21，使得膜电极边框两侧的胶线可以通过连通孔21连接，并与膜电极边框固定在一起，有效地解决了在电池堆装配过程中膜电极2边框两侧的胶线出现错位的问题，保证了成品电池堆的密封性。通过定制胶线的密封面结构，可以在保证密封效果的前提下，提高密封件的适用性和耐久性，延长燃料电池堆密封的使用寿。本发明工艺制作简单、容易装配、密封效果优良、成本低、实用性强，特别适合批量生产。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种膜电极边框注胶密封结构，其特征在于，包括自上而下设置的上模具、膜电极和下模具；所述上模具靠近所述膜电极的一侧设置有第一胶线槽；所述下模具靠近所述膜电极的一侧设置有第二胶线槽；所述第一胶线槽与所述第二胶线槽结构相同；所述第一胶线槽用于注胶成型第一胶线；所述第二胶线槽用于注胶成型第二胶线；所述第一胶线与所述第二胶线的结构相同；所述膜电极的边框与所述第一胶线槽相对应的区域为第一密封区域；所述膜电极的边框与所述第二胶线槽相对应的区域为第二密封区域；所述膜电极的边框上设置有多个用于连通所述第一密封区域和所述第二密封区域的连通孔；所述第一胶线和所述第二胶线通过所述连通孔连接；所述第一胶线槽和所述第二胶线槽的侧壁上均设置有多个用于注胶的注胶孔、以及多个用于排气的排气孔。

2.根据权利要求1所述的膜电极边框注胶密封结构，其特征在于，所述连通孔为圆形通孔、方形通孔、三角形通孔、椭圆通孔或其它异形通孔。

3.根据权利要求1所述的膜电极边框注胶密封结构，其特征在于，所述连通孔的横截面最大尺寸小于或等于所述第一胶线的宽度。

4.根据权利要求1所述的膜电极边框注胶密封结构，其特征在于，相邻两个所述连通孔之间的中心距离为所述连通孔的横截面最大尺寸的1.5倍-3倍。

5.根据权利要求1所述的膜电极边框注胶密封结构，其特征在于，所述第一胶线的密封面和所述第二胶线的密封面均为平面。

6.根据权利要求1所述的膜电极边框注胶密封结构，其特征在于，所述第一胶线的密封面和所述第二胶线的密封面上均设置有连通长槽。

7.根据权利要求6所述的膜电极边框注胶密封结构，其特征在于，所述连通长槽的宽度小于或等于所述第一胶线宽度的三分之一。

8.根据权利要求1所述的膜电极边框注胶密封结构，其特征在于，所述第一胶线的密封面和所述第二胶线的密封面上均设置有沟孔。

9.根据权利要求8所述的膜电极边框注胶密封结构，其特征在于，所述沟孔为方形沟孔、圆形沟孔、三角形沟孔、椭圆形沟孔或其它异形沟孔。

10.根据权利要求1至9任意一项所述膜电极边框注胶密封结构的注胶方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将胶线原料融化，得到胶体；并装载至注胶装置上；

S2：利用上模具和下模具将膜电极边框压紧固定，同时保证上模具的第一胶线槽和下模具的第二胶线槽互相对齐；

S3：利用所述注胶装置通过所述上模具和所述下模具上的注胶孔分别进行注胶，使得所述第一胶线槽内的胶体通过膜电极边框上的连通孔与所述第二胶线槽内的胶体连接，当观察到所述上模具和所述下模具排气孔内充满胶体时，停止注胶；

S4：将注胶完成的膜电极在常温下静置，待胶体固化后取出所述上模具和所述下模具。

Images