CN115172837A - 一种燃料电池整堆结构 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种燃料电池整堆结构，包括箱本体和设置于箱本体内的电堆本体；所述箱本体包括箱主体和盖合于所述箱主体上的箱盖；所述电堆本体包括第一端板、绝缘板、第一集流板、单电池模块、第二集流板、第二端板和巡检模块；所述第一集流板和所述第二集流板分别设置于所述单电池模块的两端；所述绝缘板设置于所述第一端板和所述第一集流板之间；所述第二端板设置于所述第二集流板的外侧；所述巡检模块设置于所述单电池模块的一侧；所述第一端板与所述箱主体之间设置有多个碟簧；所述第二端板通过多个螺栓与所述箱主体连接。本发明有效优化整堆的零部件布局；通过提高端板的功能集成度，有效减少零部件的数量，简化装配工序，生产成本低。

Description

一种燃料电池整堆结构

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池整堆结构。

背景技术

燃料电池是一种可将化学能直接转化为电能的化学装置，在能源领域具有效率高、零污染的优势。当燃料电池电堆应用于车辆场景时，不仅需要拥有较好的抗冲击、抗振动性能，还需具备一定的防护等级，因此需要对电堆进行封装。

现有的封装结构一般是通过螺栓连接或钢带捆扎的方式完成电堆组装后，再将电堆安装至封装壳体内。电堆前端板和后端板的主要作用是为燃料电池的封装传递法向载荷；在抽屉式的整堆模块结构中，前端板与箱体结构连接，设计为具有多功能的集成端板，对提高整堆模块空间利用率和降低零部件装配难度及成本具有重要意义。

为了确保燃料电池在工作过程中的安全性，需要通过巡检模块对燃料电池进行实时的电压信号采集，巡检模块的安装位置和方式是燃料电池整堆结构设计中需要考虑的重要问题之一。现有技术中，一般将巡检模块单独置于燃料电池封装壳体的外侧进行防护或者将其固定在封装壳体的侧壁，存在一定的局限性。

发明内容

基于此，本发明实施例提供一种燃料电池整堆结构，能够优化整堆零部件布局，提高端板的功能集成度，可以减少零部件数量，简化装配工序，有利于降低生产成本，提高装配效率。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种燃料电池整堆结构，包括箱本体和设置于箱本体内的电堆本体；所述箱本体包括箱主体和盖合于所述箱主体上的箱盖；

所述电堆本体包括第一端板、绝缘板、第一集流板、单电池模块、第二集流板、第二端板和巡检模块；所述第一集流板和所述第二集流板分别设置于所述单电池模块的两端；所述绝缘板设置于所述第一端板和所述第一集流板之间；所述第二端板设置于所述第二集流板的外侧；所述巡检模块设置于所述单电池模块的一侧；所述第一端板与所述箱主体之间设置有多个碟簧；所述第二端板通过多个螺栓与所述箱主体连接。

在本申请实施例中，装配时先依次将电堆本体的各部件按相应位置堆叠完成，然后通过压机作用在第二端板上进行组装，由第二端板传递法向装配载荷，第二端板与箱主体为螺栓连接，为电堆本体的装配提供封装力并形成箱体密封。

作为优选的实施方式，所述箱主体靠近所述箱盖的一侧设置有第一密封槽，所述箱主体靠近所述第二端板的一侧设置有第二密封槽；所述第一密封槽和所述第二密封槽内均设置有密封圈。这样，能够使箱盖和第二端板均与箱主体紧密贴合，很好的保证箱本体的防水和防尘功能。

作为优选的实施方式，所述箱主体靠近所述第二端板的侧面上设置有空气吹扫进口，所述箱主体远离所述第二端板的侧面上设置有空气吹扫出口，所述空气吹扫出口距离所述箱主体底面的高度大于所述空气吹扫进口距离所述箱主体底面的高度。这样，能够采用主动吹扫的方式快速排出箱体内部的氢气和水分，防止电堆渗漏，防止氢气在箱体内聚集。

作为优选的实施方式，所述箱主体的顶部设置有多根螺杆；所述螺杆的一端与所述第一端板连接，另一端与所述第二端板连接。这样，在装堆过程中能够有效减小箱主体的变形。

作为优选的实施方式，所述箱主体底面的端角上设置有安装座；这样能够便于箱体的固定和安装。

作为优选的实施方式，所述箱主体的内表面和所述箱盖的内表面均设置有绝缘涂层；所述箱主体为铝合金箱主体，所述箱盖为铝合金箱盖。这样，能够很好的保证箱本体的轻量化、高强度、良好加工性能、防腐蚀能力和绝缘性能。箱主体的加工方式有多种可选，在小批量的情况下可利用机加工过后的板材进行搅拌摩擦焊拼接；在大批量的情况下则可将其分为上下两个部分分别压铸后进行焊接。

作为优选的实施方式，所述箱盖的内侧设置有升压器模块。这样，可以减少零部件数量，便于安装且节省空间，满足对燃料电池整堆模块的体积有小型化的要求。

作为优选的实施方式，所述箱主体的内侧设置有缓冲垫。在本申请实施例中，箱主体的底部设置有两根缓冲垫，左右两侧各一根对称设置，固定方式都是通过螺钉连接固定。缓冲垫为弹性模量较大的橡胶缓冲垫，可以有效提高电堆抗冲击性能。

作为优选的实施方式，所述第一端板上设置有与所述碟簧相匹配的安装沉孔，所述碟簧通过调节螺钉设置于所述安装沉孔上。这样，能够很好的固定碟簧(保证碟簧不偏移)，通过旋转调节螺钉，可以对装堆力及不同的碟簧的压缩量进行微调，便于对装配误差进行补偿；同时，碟簧可以储存弹性势能，维持电堆本体法向载荷的稳定性。

作为优选的实施方式，所述第一端板为硬质铝合金端板；所述绝缘板上设置有与所述第一集流板相适配的凹陷，所述凹陷的深度与所述第一集流板的厚度相同；所述绝缘板上设置有所述单电池模块的尾板相抵接的密封槽。

第一端板采用硬质铝合金材料，具备较高的强度和刚度，可以防止端板承受法向载荷时产生较大变形。绝缘板可以对电堆进行绝缘保护；密封槽与尾板通过装堆的法向载荷压紧密封。

作为优选的实施方式，所述第二端板上设置有气体进口、气体出口、冷却水进口和冷却水出口；所述气体进口、气体出口、冷却水进口和冷却水出口的外侧为圆形接口，内侧为与所述单电池模块的进出口相同形状的接口。这样，能够与单电池的异形孔进出口、外部管路圆形标准接口相适配，不需要利用转接头即可实现连接。

作为优选的实施方式，所述气体进口包括氢气进口和空气进口，所述气体出口包括氢气出口和空气出口。

作为优选的实施方式，所述第二端板上还设置有氢循环泵、引射器、分水器、温度传感器或压力传感器等功能器件。

作为优选的实施方式，所述第二端板的内侧面上设置有多个冷却水流道，相邻的所述冷却水流道由隔板隔开。这样设置，能够使单电池流出的冷却水在第二端板内侧流过大部分面积之后再汇入至冷却水出口，对第二端板起到保温的作用，使得电堆的温度更加稳定。

作为优选的实施方式，所述冷却水流道、所述气体进口、所述气体出口、所述冷却水进口和所述冷却水出口的边缘均设置有第三密封槽，所述第三密封槽内设置有密封圈。这样，能够使得第二端板和第二集流板接触压紧并形成密封。

作为优选的实施方式，所述第二端板为高分子材料注塑成型的端板；所述高分子材料优选为PPS材料。第二端板也可以采用铝合金材料进行机加工后、将高分子材料注塑到铝件上，对整个铝件的内侧及流路区域进行覆盖，使第二端板具有电隔离功能。为便于注塑成型，可在第二端板的非功能区域进行栅格化处理。

作为优选的实施方式，所述巡检模块包括端子组件、端子固定板、电压巡检器、巡检器安装支架和信号采集线；所述端子固定板的一端与所述第一端板连接，另一端与所述第二端板连接；所述端子组件设置于所述端子固定板上，所述端子组件通过所述信号采集线与所述电压巡检器连接；所述巡检器安装支架的一端与所述第一端板连接，另一端与所述第二端板连接；所述电压巡检器设置于所巡检器安装支架上；所述电压巡检器通过通讯及供电线与外部连接。这样，能够很好的防止端子脱落，同时，使得巡检模块容置在箱本体的上侧空间内，整体占用空间小，方便维护。

作为优选的实施方式，所述端子组件包括多个端子，每个所述端子分别与所述单电池模块的单片极板连接。

本发明提出的一种燃料电池整堆结构，能够有效优化整堆的零部件布局；通过提高第二端板的功能集成度，可以有效减少零部件的数量，简化装配工序，有利于降低生产成本，可以有效提高装配效率，并且能够很好的保证产品的一致性。

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为本发明一实施例的燃料电池整堆结构的结构示意图；

图2为图1的燃料电池整堆结构的箱本体的结构示意图；

图3为图1的燃料电池整堆结构的电堆本体的爆炸结构示意图；

图4为图3的第二端板的外侧面的结构示意图；

图5为图3的第二端板的内侧面的结构示意图。

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，现有的燃料电池整堆结构体积较大，不利于产品的推广应用，而且其整堆封装方式存在零部件功能集成度较低、整堆装配工艺复杂、生产成本较高、且产品一致性难以保证、大批量生产受限等缺点。为了解决上述技术问题，本发明提出了一种燃料电池整堆结构。本申请能够优化整堆零部件布局，提高前端板的功能集成度，可以减少零部件数量，简化装配工序，有利于降低生产成本，提高装配效率。

如图1至图3所示，本发明一实施例提出的一种燃料电池整堆结构，包括箱本体10和设置于箱本体10内的电堆本体20；所述箱本体10包括箱主体11和盖合于所述箱主体11上的箱盖12；

所述电堆本体20包括第一端板21、绝缘板22、第一集流板23、单电池模块24、第二集流板25、第二端板26和巡检模块27；所述第一集流板23和所述第二集流板25分别设置于所述单电池模块24的两端；所述绝缘板22设置于所述第一端板21和所述第一集流板23之间；所述第二端板26设置于所述第二集流板25的外侧；所述巡检模块27设置于所述单电池模块24的一侧；所述第一端板21与所述箱主体11之间设置有多个碟簧30；所述第二端板26通过多个螺栓与所述箱主体11连接。

在本申请实施例中，装配时先依次将电堆本体20的各部件按相应位置堆叠完成，然后通过压机作用在第二端板26上进行组装，由第二端板26传递法向装配载荷，第二端板26与箱主体11为螺栓连接，为电堆本体20的装配提供封装力并形成箱体密封。

作为优选的实施方式，如图2所示，所述箱主体11靠近所述箱盖12的一侧设置有第一密封槽111，所述箱主体11靠近所述第二端板26的一侧设置有第二密封槽112；所述第一密封槽111和所述第二密封槽112内均设置有密封圈(图中未标识)。这样，能够使箱盖12和第二端板26均与箱主体11紧密贴合，很好的保证箱本体10的防水和防尘功能。

作为优选的实施方式，所述箱主体11靠近所述第二端板26的侧面上设置有空气吹扫进口113，所述箱主体11远离所述第二端板26的侧面上设置有空气吹扫出口114，所述空气吹扫出口114距离所述箱主体11底面的高度大于所述空气吹扫进口113距离所述箱主体11底面的高度。这样，能够采用主动吹扫的方式快速排出箱体内部的氢气和水分，防止电堆渗漏，防止氢气在箱体内聚集。

作为优选的实施方式，所述箱主体11的顶部设置有多根螺杆115；所述螺杆115的一端与所述第一端板21连接，另一端与所述第二端板26连接。这样，在装堆过程中能够有效减小箱主体11的变形。

作为优选的实施方式，所述箱主体11底面的端角上设置有安装座116；这样能够便于箱体的固定和安装。

作为优选的实施方式，所述箱主体11的内表面和所述箱盖12的内表面均设置有绝缘涂层(图中未标识)；所述箱主体11为铝合金箱主体，所述箱盖12为铝合金箱盖。这样，能够很好的保证箱本体10的轻量化、高强度、良好加工性能、防腐蚀能力和绝缘性能。箱主体11的加工方式有多种可选，在小批量的情况下可利用机加工过后的板材进行搅拌摩擦焊拼接；在大批量的情况下则可将其分为上下两个部分分别压铸后进行焊接。

作为优选的实施方式，所述箱盖12的内侧设置有升压器模块(图中未标识)。这样，可以减少零部件数量，便于安装且节省空间，满足对燃料电池整堆模块的体积有小型化的要求。

作为优选的实施方式，所述箱主体11的内侧设置有缓冲垫(图中未标识)。在本申请实施例中，箱主体11的底部设置有两根缓冲垫，左右两侧各一根对称设置，固定方式都是通过螺钉连接固定。缓冲垫为弹性模量较大的橡胶缓冲垫，可以有效提高电堆抗冲击性能。

作为优选的实施方式，所述第一端板21上设置有与所述碟簧30相匹配的安装沉孔(图中未标识)，所述碟簧30通过调节螺钉117设置于所述安装沉孔上。这样，能够很好的固定碟簧30(保证碟簧30不偏移)，通过旋转调节螺钉，可以对装堆力及不同的碟簧30的压缩量进行微调，便于对装配误差进行补偿；同时，碟簧30可以储存弹性势能，维持电堆本体20法向载荷的稳定性。

作为优选的实施方式，所述第一端板21为硬质铝合金端板；所述绝缘板22上设置有与所述第一集流板23相适配的凹陷(图中未标识)，所述凹陷的深度与所述第一集流板23的厚度相同；所述绝缘板22上设置有所述单电池模块24的尾板相抵接的密封槽(图中未标识)。

第一端板21采用硬质铝合金材料，具备较高的强度和刚度，可以防止端板承受法向载荷时产生较大变形。绝缘板22可以对电堆进行绝缘保护；密封槽与尾板通过装堆的法向载荷压紧密封。

作为优选的实施方式，如图4至图5所示，所述第二端板26上设置有气体进口261、气体出口262、冷却水进口263和冷却水出口264；所述气体进口261、气体出口262、冷却水进口263和冷却水出口264的外侧为圆形接口，内侧为与所述单电池模块24的进出口相同形状的接口。这样，能够与单电池的异形孔进出口、外部管路圆形标准接口相适配，不需要利用转接头即可实现连接。

作为优选的实施方式，所述气体进口261包括氢气进口2611和空气进口2612，所述气体出口262包括氢气出口2621和空气出口2622。

作为优选的实施方式，所述第二端板26上还设置有氢循环泵、引射器、分水器、温度传感器或压力传感器等功能器件(图中未标识)。

作为优选的实施方式，所述第二端板26的内侧面上设置有多个冷却水流道265，相邻的所述冷却水流道265由隔板266隔开。在本申请实施例中，第二端板26相当于封装壳体的一部分，第二端板26直接与外界接触，会影响电堆端部的温度稳定性；这样设置，能够使单电池流出的冷却水在第二端板26内侧流过大部分面积之后再汇入至冷却水出口，对第二端板26起到保温的作用，使得电堆的温度更加稳定。

作为优选的实施方式，所述冷却水流道265、所述气体进口261、所述气体出口262、所述冷却水进口263和所述冷却水出口264的边缘均设置有第三密封槽267，所述第三密封槽267内设置有密封圈。这样，能够使得第二端板26和第二集流板25接触压紧并形成密封。

作为优选的实施方式，所述第二端板26为高分子材料注塑成型的端板；所述高分子材料优选为PPS材料。第二端板也可以采用铝合金材料进行机加工后、将高分子材料注塑到铝件上，对整个铝件的内侧及流路区域进行覆盖，使第二端板具有电隔离功能。为便于注塑成型，可在第二端板的非功能区域进行栅格化处理。

作为优选的实施方式，如图3所示，所述巡检模块27包括端子组件271、端子固定板272、电压巡检器273、巡检器安装支架274和信号采集线(图中未标识)；所述端子固定板272的一端与所述第一端板21连接，另一端与所述第二端板26连接；所述端子组件271设置于所述端子固定板272上，所述端子组件271通过所述信号采集线与所述电压巡检器273连接；所述巡检器安装支架274的一端与所述第一端板21连接，另一端与所述第二端板26连接；所述电压巡检器273设置于所巡检器安装支架274上；所述电压巡检器273通过通讯及供电线与外部连接。这样，能够很好的防止端子脱落，同时，使得巡检模块27容置在箱本体10的上侧空间内，整体占用空间小，方便维护。作为优选的实施方式，所述端子组件271包括多个端子(图中未标识)，每个所述端子分别与所述单电池模块24的单片极板(图中未标识)连接。

本发明提出的一种燃料电池整堆结构，能够有效优化整堆的零部件布局；通过提高第二端板的功能集成度，可以有效减少零部件的数量，简化装配工序，有利于降低生产成本，可以有效提高装配效率，并且能够很好的保证产品的一致性。

可以理解的是，在其他实施例中，也可以把第二反应物的进出堆结构改成本申请提出的第一反应物的进出堆结构，即第一反应物和第二反应物同时采用本申请提出的第一反应物的进出燃料电池堆的结构(即本申请的分流装置)，这种结构能够有效的保护关闭的电池单体的膜电极，防止该膜电极因单侧气压过高而造成破裂。在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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)

1.一种燃料电池整堆结构，其特征在于，包括箱本体和设置于箱本体内的电堆本体；所述箱本体包括箱主体和盖合于所述箱主体上的箱盖；

所述电堆本体包括第一端板、绝缘板、第一集流板、单电池模块、第二集流板、第二端板和巡检模块；所述第一集流板和所述第二集流板分别设置于所述单电池模块的两端；所述绝缘板设置于所述第一端板和所述第一集流板之间；所述第二端板设置于所述第二集流板的外侧；所述巡检模块设置于所述单电池模块的一侧；所述第一端板与所述箱主体之间设置有多个碟簧；所述第二端板通过多个螺栓与所述箱主体连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池整堆结构，其特征在于，所述箱主体靠近所述箱盖的一侧设置有第一密封槽，所述箱主体靠近所述第二端板的一侧设置有第二密封槽；所述第一密封槽和所述第二密封槽内均设置有密封圈。

3.根据权利要求1所述的燃料电池整堆结构，其特征在于，所述箱主体靠近所述第二端板的侧面上设置有空气吹扫进口，所述箱主体远离所述第二端板的侧面上设置有空气吹扫出口，所述空气吹扫出口距离所述箱主体底面的高度大于所述空气吹扫进口距离所述箱主体底面的高度。

4.根据权利要求1所述的燃料电池整堆结构，其特征在于，所述箱主体的顶部设置有多根螺杆；所述螺杆的一端与所述第一端板连接，另一端与所述第二端板连接；

所述箱主体底面的端角上设置有安装座。

5.根据权利要求1所述的燃料电池整堆结构，其特征在于，所述箱主体的内表面和所述箱盖的内表面均设置有绝缘涂层；所述箱主体为铝合金箱主体，所述箱盖为铝合金箱盖；

所述箱盖的内侧设置有升压器模块；

所述箱主体的内侧设置有缓冲垫。

6.根据权利要求1所述的燃料电池整堆结构，其特征在于，所述第一端板上设置有与所述碟簧相匹配的安装沉孔，所述碟簧通过调节螺钉设置于所述安装沉孔上；

所述第一端板为硬质铝合金端板；所述绝缘板上设置有与所述第一集流板相适配的凹陷，所述凹陷的深度与所述第一集流板的厚度相同；所述绝缘板上设置有所述单电池模块的尾板相抵接的密封槽。

7.根据权利要求1所述的燃料电池整堆结构，其特征在于，所述第二端板上设置有气体进口、气体出口、冷却水进口和冷却水出口；所述气体进口、气体出口、冷却水进口和冷却水出口的外侧为圆形接口，内侧为与所述单电池模块的进出口相同形状的接口；

所述第二端板上还设置有氢循环泵、引射器、分水器、温度传感器或压力传感器。

8.根据权利要求7所述的燃料电池整堆结构，其特征在于，所述第二端板的内侧面上设置有多个冷却水流道，相邻的所述冷却水流道由隔板隔开；

所述冷却水流道、所述气体进口、所述气体出口、所述冷却水进口和所述冷却水出口的边缘均设置有第三密封槽，所述第三密封槽内设置有密封圈；

所述第二端板为高分子材料注塑成型的端板；所述高分子材料为PPS材料。

9.根据权利要求1所述的燃料电池整堆结构，其特征在于，所述巡检模块包括端子组件、端子固定板、电压巡检器、巡检器安装支架和信号采集线；所述端子固定板的一端与所述第一端板连接，另一端与所述第二端板连接；所述端子组件设置于所述端子固定板上，所述端子组件通过所述信号采集线与所述电压巡检器连接；所述巡检器安装支架的一端与所述第一端板连接，另一端与所述第二端板连接；所述电压巡检器设置于所巡检器安装支架上；所述电压巡检器通过通讯及供电线与外部连接。

10.根据权利要求9所述的燃料电池整堆结构，其特征在于，所述端子组件包括多个端子，每个所述端子分别与所述单电池模块的单片极板连接。

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