CN115000445A - 一种电池绝缘板及燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种电池绝缘板及燃料电池。该电池绝缘板包括设置于电池绝缘板的预设区域内的蜂窝状结构，蜂窝状结构包括主体胞元模组的第一矩形阵列及连接胞元模组的第二矩形阵列，连接胞元模组能够连接相邻的主体胞元模组，主体胞元模组包括轮廓呈多边形的第一胞元及多个第二胞元，多个第二胞元与第一胞元的多条边一一对应，并绕第一胞元的轮廓呈周向阵列排布，连接胞元模组由相邻的主体胞元模组拼接形成。本发明通过能够均匀的分散并传递电池绝缘板的预设区域内的部分的应力，并能够使电池绝缘板保持良好的绝缘性，并极大地减轻了电池绝缘板的质量。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种电池绝缘板及燃料电池。
背景技术
由于燃料电池具有高发电效率、零排放、低噪音等特点，新能源车辆开始逐渐采用燃料电池作为储能系统，燃料电池包括端板、绝缘板、集流板、双极板、膜电极等元件。绝缘板在端板和集流板之间起着传递应力和绝缘的重要作用，因此绝缘板的应力分布和绝缘性能对电堆的性能和安全有着重要影响，然而目前绝缘板的结构笨重，虽能满足传递应力和绝缘的基本功能，但对材料轻量化有不利的影响，加重了燃料电池的重量，进而加重了车辆的整车质量，降低了车辆的续航里程。
因此，亟于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池绝缘板及燃料电池，以在满足电池绝缘板的强度要求和绝缘性能的同时，减轻电池绝缘板的重量。
为达此目的，本发明提供一种电池绝缘板，该电池绝缘板包括设置于所述电池绝缘板的预设区域内的蜂窝状结构，所述蜂窝状结构包括主体胞元模组的第一矩形阵列及连接胞元模组的第二矩形阵列，所述连接胞元模组能够连接相邻的所述主体胞元模组，所述主体胞元模组包括：
第一胞元，轮廓呈多边形；及
多个第二胞元，多个所述第二胞元与所述第一胞元的多条边一一对应，并绕所述第一胞元的轮廓呈周向阵列排布，所述连接胞元模组由相邻的所述主体胞元模组拼接形成。
作为优选，所述第一胞元的轮廓呈四边形，所述主体胞元模组包括四个所述第二胞元，所述第二胞元呈中空六边形。
作为优选，所述连接胞元模组包括第三胞元，所述第三胞元呈中空菱形，所述第三胞元由位于同排相邻的两个所述主体胞元模组，以及与两个所述主体胞元模组相邻的同列的另两个主体胞元模组围构形成。
作为优选，所述第二胞元呈中空等腰六边形，所述等腰六边形的相邻两个腰边之间的夹角为90度。
作为优选，所述等腰六边形的顶边h＝2.1毫米，所述等腰六边形的腰边l＝3毫米，呈中空菱形的所述第三胞元的边长b＝6.2毫米。
作为优选，所述第一胞元、所述第二胞元及所述第三胞元的边长的宽度t＝0.4毫米。
作为优选，所述连接胞元模组还包括第四胞元，所述第四胞元呈中空等腰三角形，所述第四胞元由所述预设区域的边沿，以及靠近所述预设区域的边沿的相邻两个所述主体胞元模组围构形成。
作为优选，所述连接胞元模组还包括第五胞元，所述第五胞元呈中空三角形，所述第五胞元由位于所述预设区域的顶角处的所述主体胞元模组，以及位于所述预设区域的顶角处的相交的两条边沿围构形成。
作为优选，所述蜂窝状结构由聚酰胺树脂制成。
本发明还提供一种燃料电池，该燃料电池包括如上所述的电池绝缘板。
本发明的有益效果：本发明通过设置包括轮廓呈多边形第一胞元及与第一胞元的多条边对应的多个第二胞元的主体胞元模组，并使第二胞元绕第一胞元的轮廓呈周向阵列排布，以使连接胞元模组由相邻的主体胞元模组拼接形成，从而能够均匀的分散并传递电池绝缘板的预设区域内的部分的应力，并能够使电池绝缘板保持良好的绝缘性，并极大地减轻了电池绝缘板的质量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电池绝缘板的结构示意图；
图2是图1中的主体胞元模组的结构示意图；
图3是图1中的第三胞元的结构示意图。
图中：
11、第一通孔；12、第二通孔；13、第三通孔；
21、第四通孔；22、第五通孔；23、第六通孔；
3、蜂窝状结构；31、主体胞元模组；311、第一胞元；312、第二胞元；32、连接胞元模组；321、第三胞元；322、第四胞元；323、第五胞元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
由于燃料电池具有高发电效率、零排放、低噪音等特点，新能源车辆开始逐渐采用燃料电池作为储能系统，燃料电池通常包括端板、绝缘板、集流板、双极板、膜电极等元件。绝缘板在端板和集流板之间起着传递应力和绝缘的重要作用，因此绝缘板的应力分布和绝缘性能对电堆的性能和安全有着重要影响，然而目前绝缘板的结构笨重，虽能满足传递应力和绝缘的基本功能，但对材料轻量化有不利的影响，加重了燃料电池的重量，进而加重了车辆的整车质量，降低了车辆的续航里程。
为了解决上述问题，本实施例提供一种燃料电池，该燃料电池采用氢氧燃料电池，该燃料电池包括电池绝缘板，请参见图1至图3，电池绝缘板的一端设置有第一通孔11、第二通孔12及第三通孔13，电池绝缘板的另一端设置有第四通孔21、第五通孔22及第六通孔23，电池绝缘板的两端之间的预设区域内设置有蜂窝状结构3，以能够满足电池绝缘板的绝缘性及强度的要求的同时，减轻电池绝缘板的重量。其中第一通孔11连通于燃料电池的氢气排气通路，第二通孔12连通于燃料电池的冷却水进水通路，第三通孔13连通于燃料电池的氧气进气通路，第四通孔21连通于燃料电池的氧气出气通路，第五通孔22连通于燃料电池的冷却水出水通路，第六通孔23连通于燃料电池的氢气进气通路。蜂窝状结构3包括主体胞元模组31的第一矩形阵列及连接胞元模组32的第二矩形阵列，连接胞元模组32能够连接相邻的主体胞元模组31，主体胞元模组31包括第一胞元311及多个第二胞元312，其中第一胞元311的轮廓呈多边形，多个第二胞元312与第一胞元311的多条边一一对应，并绕第一胞元311的轮廓呈周向阵列排布，连接胞元模组32由相邻的主体胞元模组31拼接形成，从而能够均匀的分散并传递电池绝缘板的预设区域内的部分的应力，并能够使电池绝缘板保持良好的绝缘性，并极大地减轻了电池绝缘板的质量。
具体地，在本实施例中，请参见图1及图2，第一胞元311的轮廓呈四边形，主体胞元模组31包括四个第二胞元312，第二胞元312呈中空六边形，四个第二胞元312绕第一胞元311的四条边呈周向阵列分布，相比于正六边形结构、六边形与三角形的组合结构，以及其它蜂窝状结构，以四边形为中心，绕四边形呈周向阵列分布的四个六边形的主体胞元模组31具有更好的整体刚度和强度，从而使得在满足电池绝缘板的刚度和强度要求的同时，能够进一步地减轻电池绝缘板的质量。优选地，在本实施例中，第二胞元312由四个第一胞元311围构形成。
借由上述结构，由于以四边形为中心，绕四边形呈周向阵列分布的四个六边形的主体胞元模组31具有更好的整体刚度和强度，相适宜地，主体胞元模组31与连接胞元模组32的排布也可以采用上述结构，以在满足电池绝缘板的刚度和强度要求的同时，能够进一步地减轻电池绝缘板的质量。请继续参见图1至图3，在本实施例中，连接胞元模组32包括第三胞元321，第三胞元321呈中空菱形，第三胞元321由位于同排相邻的两个主体胞元模组31，以及与上述的两个主体胞元模组31相邻的同列的另两个主体胞元模组31围构形成，即相邻并呈矩形阵列排布的四个主体胞元模组31围构形成位于中心的第三胞元321，从而在满足电池绝缘板的刚度和强度要求的同时，能够进一步地减轻电池绝缘板的质量。
优选地，在经过各个角度的建模并通过有限元分析软件模拟计算后，经过对第二胞元312的六边形的角度及形状进行模拟后，根据标定数据查表得到当第二胞元312呈中空等腰六边形，当中空等腰六边形的腰边的偏移角度θ＝45度时，即等腰六边形的相邻两个腰边之间的夹角为90度时的电池绝缘板的刚度和强度最好。
进一步地，在经过对等腰六边形的各个长度尺寸的建模，并通过有限元分析软件模拟计算后，经过对第二胞元312的等腰六边形的长度尺寸进行模拟后，根据标定数据查表得到当等腰六边形的顶边h＝2.1毫米，等腰六边形的腰边l＝3毫米，呈中空菱形的第三胞元321的边长b＝6.2毫米时的电池绝缘板的刚度和强度最好。同理，根据对第一胞元311的各个长度尺寸的建模，并通过有限元软件模拟计算后，经过对第一胞元311的四边形的长度尺寸进行模拟后，根据标定数据查表得到当第一胞元311的四边形的边长a＝1.9毫米时的电池绝缘板的刚度和强度最好。
进一步地，在经过对中空等腰六边形、中空四边形及中空菱形的各个宽度尺寸的建模，并通过有限元分析软件模拟计算后，根据标定数据查表得到当呈中空等腰六边形的第二胞元312、呈中空四边形的第一胞元311及呈中空菱形的第三胞元321的宽度t＝0.4毫米时，电池绝缘板的刚度和强度最好。
进一步地，为了提升主体胞元模组31与预设区域的边沿部分的连接强度，在本实施例中，连接胞元模组32还包括第四胞元322，第四胞元322呈中空等腰三角形，第四胞元322由预设区域的边沿，以及靠近预设区域的边沿的相邻两个主体胞元模组31围构形成，从而能够有效地使主体胞元模组31将应力传递至预设区域的边沿部分，进而进一步提升主体胞元模组31与预设区域的边沿部分的连接强度。具体地，在本实施例中，在经过对第四胞元322的不同形状及尺寸建模，并通过有限元分析软件模拟计算后，根据标定数据查表得到，当第四胞元322呈第一直角等腰三角形时，并且第一直角等腰三角形的斜边为8.7毫米，即预设区域用于围构第四胞元322的边沿部分的长度为8.7毫米、第一直角等腰三角形的直角边为6.1毫米，即主体胞元模组31用于围构第四胞元322的部分的长度为6.1毫米时，电池绝缘板的强度及刚度最好。
当电池绝缘板的预设区域呈多边形时，位于预设区域的顶角处的部分较容易出现应力集中的现象，相适宜地，为了解决上述问题，在本实施例中，连接胞元模组32还包括第五胞元323，第五胞元323呈中空三角形，第五胞元323由位于预设区域的顶角处的主体胞元模组31，以及位于预设区域的顶角处的相交的两条边沿围构形成。具体地，在本实施例中，在经过对第五胞元323的不同形状及尺寸建模，并通过有限元分析软件模拟计算后，根据标定数据查表得到，当第五胞元323呈第二直角等腰三角形时，并且第二直角等腰三角形的斜边为6.1毫米，即主体胞元模组31用于围构第四胞元322的部分的长度为6.1毫米时、直角等腰三角形的直角边为4.3毫米，即预设区域用于围构第五胞元323的一对相交的边沿部分的长度为4.3毫米，电池绝缘板的强度及刚度最好。
进一步地，根据对不同蜂窝状结构3及电池绝缘板的厚度进行绝缘试验测试后，在本实施例中，根据标定数据查表得到，当电池绝缘板的厚度为5毫米，蜂窝状结构3的厚度为3毫米时，电池绝缘板能够在实现最大轻量化的同时，满足击穿电压的绝缘安全性指标。
在本实施例中，由于聚酰胺树脂的强度高、绝缘性好并且密度较小，蜂窝状结构3由聚酰胺树脂制成，从而能够在保证电池绝缘板的强度、刚度及绝缘性能的同时，进一步地减轻电池绝缘板的重量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池绝缘板，其特征在于，包括设置于所述电池绝缘板的预设区域内的蜂窝状结构(3)，所述蜂窝状结构(3)包括主体胞元模组(31)的第一矩形阵列及连接胞元模组(32)的第二矩形阵列，所述连接胞元模组(32)能够连接相邻的所述主体胞元模组(31)，所述主体胞元模组(31)包括：
第一胞元(311)，轮廓呈多边形；及
多个第二胞元(312)，多个所述第二胞元(312)与所述第一胞元(311)的多条边一一对应，并绕所述第一胞元(311)的轮廓呈周向阵列排布，所述连接胞元模组(32)由相邻的所述主体胞元模组(31)拼接形成。
2.根据权利要求1所述的电池绝缘板，其特征在于，所述第一胞元(311)的轮廓呈四边形，所述主体胞元模组(31)包括四个所述第二胞元(312)，所述第二胞元(312)呈中空六边形。
3.根据权利要求2所述的电池绝缘板，其特征在于，所述连接胞元模组(32)包括第三胞元(321)，所述第三胞元(321)呈中空菱形，所述第三胞元(321)由位于同排相邻的两个所述主体胞元模组(31)，以及与两个所述主体胞元模组(31)相邻的同列的另两个主体胞元模组(31)围构形成。
4.根据权利要求3所述的电池绝缘板，其特征在于，所述第二胞元(312)呈中空等腰六边形，所述等腰六边形的相邻两个腰边之间的夹角为90度。
5.根据权利要求4所述的电池绝缘板，其特征在于，所述等腰六边形的顶边h＝2.1毫米，所述等腰六边形的腰边l＝3毫米，呈中空菱形的所述第三胞元(321)的边长b＝6.2毫米。
6.根据权利要求5所述的电池绝缘板，其特征在于，所述第一胞元(311)、所述第二胞元(312)及所述第三胞元(321)的边长的宽度t＝0.4毫米。
7.根据权利要求2所述的电池绝缘板，其特征在于，所述连接胞元模组(32)还包括第四胞元(322)，所述第四胞元(322)呈中空等腰三角形，所述第四胞元(322)由所述预设区域的边沿，以及靠近所述预设区域的边沿的相邻两个所述主体胞元模组(31)围构形成。
8.根据权利要求2所述的电池绝缘板，其特征在于，所述连接胞元模组(32)还包括第五胞元(323)，所述第五胞元(323)呈中空三角形，所述第五胞元(323)由位于所述预设区域的顶角处的所述主体胞元模组(31)，以及位于所述预设区域的顶角处的相交的两条边沿围构形成。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电池绝缘板，其特征在于，所述蜂窝状结构(3)由聚酰胺树脂制成。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电池绝缘板。
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