CN115377475A - 一种燃料电池双极板边缘包胶结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双极板结构，具体涉及一种燃料电池双极板边缘包胶结构，包胶结构包裹双极板边缘，使双极板与MEA装配后，双极板与MEA之间形成密封；包胶结构上开设有排出泄露气体的包胶排气口。与现有技术相比，本发明解决现有技术中相邻双极板之间的绝缘性和密封性不足，进而导致的燃料电池电堆存在安全隐患。

Description

一种燃料电池双极板边缘包胶结构

技术领域

本发明涉及一种双极板结构，具体涉及一种燃料电池双极板边缘包胶结构。

背景技术

燃料电池是一种清洁、高效的能源利用方式，通常以氢为最佳燃料不经过燃烧过程而直接以电化学反应的方式，将氢燃料和氧化剂中的化学能转化为电能，发展燃料电池对于改善环境，实施能源可持续发展具有重要意义。为了保证发电功率，氢燃料电池一般设计成电堆的结构形式。电堆通常由双极板和膜电极的重复单元以及两侧的集流板、绝缘板、端板、碟簧组成，上述零部件经过堆叠组装使用压力机施加预紧力后由若干螺杆、螺栓锁紧组成电堆。传统电堆中，保证双极板与端板、壳体之间的绝缘主要依靠堆芯两侧的绝缘板实现，但对于相邻双极板之间的绝缘防短路能力较弱，外界的杂质、冷凝水等均会对堆芯的双极板造成绝缘不良风险，甚至导致火花产生增加微量外漏氢气爆燃风险。

中国专利CN202121903249.5公开了一种电堆绝缘封装结构，包括双极板及膜电极以及在双极板及膜电极构成的电堆两端分别设置的集流板、绝缘板以及金属端板，在所述电堆任意一端的金属端板上设置有用于介质进出电堆的绝缘端头，在该金属端板上设置有端头通孔，所述绝缘端头的一部分嵌入至对应金属端板的端头通孔内且与该金属端板固定连接，所述绝缘端头的嵌入部分穿过端头通孔，其端面与对应绝缘板之间密封连接。该专利仅是设计了电堆堆芯整体与金属端板、壳体的绝缘防护设计，没有双极板之间的绝缘防护功能，无法保证双极板之间的绝缘性和密封性。

由此可见，现有的燃料电池电堆大都只考虑电堆整体的绝缘和密封效果，而对其中相邻双极板之间的绝缘密封的考虑是少之又少，如果燃料电池PACK内产生冷凝水，在工作时滴落或溅落在堆芯上容易产生短路甚至火花，造成安全隐患。因而需要一种能够保证双极板之间的绝缘性和密封性的结构，来杜绝该种隐患的发生，保障燃料电池的安全运行，提高使用安全性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种燃料电池双极板边缘包胶结构，以解决现有技术中相邻双极板之间的绝缘性和密封性不足，进而导致的燃料电池电堆存在安全隐患。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种燃料电池双极板边缘包胶结构，所述的包胶结构包裹双极板边缘，使双极板与MEA装配后，双极板与MEA之间形成密封；

所述的包胶结构上开设有排出泄露气体的包胶排气口。

优选地，所述的包胶结构包括一体成型的极板侧包胶和极板面包胶；所述的极板侧包胶包裹于双极板侧面，所述的极板面包胶包裹于双极板表面，极板侧包胶与极板面包胶在相接处形成凸台结构；所述的包胶排气口开设于极板面包胶上。

优选地，所述的包胶结构通过注射工艺成型于双极板边缘，形成包裹双极板边缘的弹性体胶层。

优选地，所述的包胶结构采用液态硅胶注射成型。

优选地，所述的双极板上设有巡检口，所述的极板侧包胶于巡检口处不包胶，所述的极板面包胶于巡检口处向内凹形成巡检避让区。

优选地，所述的包胶结构使双极板除巡检口外具有IP54级密封。

优选地，所述的包胶排气口与极板面包胶呈一定角度设置。

优选地，所述的包胶排气口与极板面包胶呈30-60°设置。

优选地，所述的双极板靠近边缘处设有密封槽，所述的包胶结构包裹至密封槽外侧。

优选地，所述的包胶结构宽1-2mm。

本发明的工作原理为：

工作时，边缘包胶有包胶结构的双极板在多片堆叠并装堆压合三腔密封件后，包胶结构的极板面包胶也会同时贴合MEA边框进行压缩密封，实现双极板绝大部分区域的绝缘及IP54密封。

燃料电池工作时堆芯三腔可能会有微量的氢气、水汽和/或空气发生外漏，可通过包胶结构的包胶排气口统一排出；当电堆出现某片单电池外漏超标时，可通过在包胶排气口涂肥皂水等方法快速找出泄露的单电池。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

由于堆芯三腔中微量外漏的氢气、水汽和/或空气通过包胶结构的包胶排气口统一排出，因而PACK通风的重点区域可以从整堆随机位置缩小为特定排气口线性位置，便于通风优化设计。

当电堆出现某片单电池外漏超标时，可通过在包胶排气口处涂肥皂水等方法快速找出泄露的单电池，避免了将整堆电堆放入水中以排查所有界面寻找漏点的复杂操作。

巡检口处的极板侧包胶不包胶，极板面包胶保留且向内凹避让巡检位置，便于电压采集。

双极板边缘包胶后除巡检口外所有区域均有IP54防护性，当燃料电池运行时，若有冷凝水或其他导电杂质掉落或溅落在堆芯上，不会有短路和火花等安全隐患的问题发生。

附图说明

图1为双极板边缘包胶结构的剖视结构示意图；

图2为双极板边缘包胶结构的俯视结构示意图；

图3为双极板边缘包胶结构中包胶排气口处的局部放大结构示意图；

图4为双极板边缘包胶结构中巡检避让区处的局部放大结构示意图；

图中：1-双极板；2-极板侧包胶；3-三腔密封件；4-MEA；5-双极板粘接胶层；6-包胶排气口；7-巡检避让区；8-极板面包胶。

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。

实施例1

一种燃料电池双极板1边缘包胶结构，如图1-4所示，包胶结构包裹双极板1边缘，使双极板1与MEA4装配后，双极板1与MEA4之间形成密封；

包胶结构上开设有排出泄露气体的包胶排气口6。

更具体地，本实施例中：

双极板1由一块阳极板和一块阴极板通过双极板粘接胶层5粘接固定，双极板1靠近边缘位置沿其边缘开设密封槽，密封槽内填充三腔密封件3(如密封圈等密封件)。两块双极板1分别于MEA4两侧装配压紧形成单电池。

本实施例中在双极板1的侧边边缘处包裹一圈包胶结构，使装配形成单电池以及电堆的双极板1具有绝缘性能和IP54级的密封性能。该包胶结构可分为极板侧包胶2和极板面包胶8。极板侧包胶2包裹双极板1的侧边，极板面包胶8分别包裹双极板1的两侧表面上，极板侧包胶2和极板面包胶8采用液态硅胶注射工艺一体成型，截面形成如图1所示的C形结构(截面整体看近似C型结构)，在极板侧包胶2和极板面包胶8相接之处，设计形成图台状/台阶状，使极板面包胶8在交接处高于极板侧包胶2。

包胶结构上开设有一道专用于排出微量泄露气体的包胶排气口6，如图2和图3所示，该包胶排气口6为槽状的形式开设于双极板1的左上角位置的极板面包胶8上，且其延伸方向与极板面包胶8的延伸方向形成约45°，由腔体内泄露出的气体(氢气、空气、水汽)会由该包胶排气口6排出腔体。更进一步地，该包胶排气口6，如图3所示，由左下朝向右上设置，使得即便存在冷凝水从PACK壳体内部滴落在双极板1外侧经过包胶排气口6，也会由于包胶排气口6的角度而被阻拦，避免造成单电池之间短路的风险。由于包胶结构使腔体形成高等级密封，因而在燃料电池工作时由腔体内部泄露的微量气体仅能由专门设置的包胶排气口6排出，因而对于PACK通风的重点区域而言，由传统的整堆随机位置转变为特定包胶排气口6线性位置，方便进行PACK通风的设计优化。此外，该设计下，若发现电堆中出现某片单电池外漏超标，则可以通过在各双极板1包胶结构的包胶排气口6处涂抹肥皂水快速确定实际超标泄露的单电池片，进而进行维修维护；该方法避免传统方法中需要将整堆电堆放入水中以进行所有界面位置的排查以找寻漏点的复杂操作(未包胶下，双极板1各点位均有可能成为漏点)，可方便快速的找到漏点处以进行维护。

双极板1上通常还会设有用于进行电压采集的巡检口，包胶结构于巡检口处会形成巡检避让区7，如图2和图4所示。该巡检避让区7处具体是，极板侧包胶2于巡检口处不进行包胶，同时，极板面包胶8又朝向双极板1内部向内凹形成凹口，以在巡检口处形成巡检避让区7，方便进行电压采集。

工作原理为：

工作时，边缘包胶有包胶结构的双极板1在多片堆叠并装堆压合三腔密封件3后，包胶结构的极板面包胶8也会同时贴合MEA4边框进行压缩密封，实现双极板1绝大部分区域的绝缘及IP54密封。

燃料电池工作时堆芯三腔可能会有微量的氢气、水汽和/或空气发生外漏，可通过包胶结构的包胶排气口6统一排出；当电堆出现某片单电池外漏超标时，可通过在包胶排气口6涂肥皂水等方法快速找出泄露的单电池。

本实施例的方案可带来的有益效果如下：

(1)该包胶结构可提高燃料电池工作时堆芯除巡检避让区7外所有区域的绝缘性及IP防护性；

(2)该包胶结构可统一对三腔外漏的微量气体进行统一位置排放管理，便于通风优化设计；

(3)该包胶结构可帮助快速定位整堆泄露超标时对应漏点单电池的位置。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的包胶结构包裹双极板(1)边缘，使双极板(1)与MEA(4)装配后，双极板(1)与MEA(4)之间形成密封；

所述的包胶结构上开设有排出泄露气体的包胶排气口(6)。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的包胶结构包括一体成型的极板侧包胶(2)和极板面包胶(8)；所述的极板侧包胶(2)包裹于双极板(1)侧面，所述的极板面包胶(8)包裹于双极板(1)表面，极板侧包胶(2)与极板面包胶(8)在相接处形成凸台结构；所述的包胶排气口(6)开设于极板面包胶(8)上。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的包胶结构通过注射工艺成型于双极板(1)边缘，形成包裹双极板(1)边缘的弹性体胶层。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的包胶结构采用液态硅胶注射成型。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的双极板(1)上设有巡检口，所述的极板侧包胶(2)于巡检口处不包胶，所述的极板面包胶(8)于巡检口处向内凹形成巡检避让区(7)。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的包胶结构使双极板(1)除巡检口外具有IP54级密封。

7.根据权利要求2所述的一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的包胶排气口(6)与极板面包胶(8)呈一定角度设置。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的包胶排气口(6)与极板面包胶(8)呈30-60°设置。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的双极板(1)靠近边缘处设有密封槽，所述的包胶结构包裹至密封槽外侧。

10.根据权利要求1或9所述的一种燃料电池双极板边缘包胶结构，其特征在于，所述的包胶结构宽1-2mm。

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