CN117154170A - 燃料电池模组及模组外壳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池模组及模组外壳，该燃料电池模组包括模组外壳、电池堆及燃气管道；该模组外壳包括围板、底板及顶板；围板上设置有翻边，翻边沿围板端部的周缘延伸设置；翻边包括第一密封部及第二密封部，第一密封部环绕设置在围板的外侧，第二密封部与第一密封部围成填充槽，填充槽与容置腔相连通；底板与第二密封部相抵接。通过设置第一密封部与第二密封部，使得围板与底板之间设置有填充槽，该填充槽有效对围板与底板因受热而产生的形变量进行吸收，保证围板与底板接合位置处的密闭性，避免可燃气体泄漏，保证发电效率同时提高使用的安全性。

Description

燃料电池模组及模组外壳

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模组及模组外壳。

背景技术

燃料电池是一种可以把在燃料和氧化剂中储存的化学能直接转化成电能的电化学装置。自20世纪40年代起，发展至今已有四代燃料电池，第一代燃料电池为碱性燃料电池(AFC)和磷酸燃料电池(PAFC)，第二代燃料电池为熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，第三代燃料电池为固体氧化物燃料电池(SOFC)，第四代燃料电池为质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池。由于燃料电池工作过程中温度较高，通常在800～1000℃范围内，所以在发电的过程中可以利用其产生的热量实现热电联供，进而使得燃烧过程中能量利用率达到百分之九十。

燃料电池都是采用将电池堆封装在外壳内的结构，一来可以保护电池堆，避免电池堆因为碰撞而损坏，二来对电池堆进行封装，避免人接触而触电，造成安全事故。现有的外壳都是采用围板与底板直接连接结构，在电池堆工作过程中放出热量，会导致围板与底板因为受热而变形，进而影响外壳的密封性，存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

围板与底板因为受热变形，影响接合位置处的密封性，存在安全隐患。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种模组外壳，包括：

围板，所述围板呈两端开口的中空状结构设置，所述围板内形成有容置腔，所述容置腔连通所述围板沿第一方向上的相对两端开口；所述围板的一端设置有翻边，所述翻边沿所述围板端部的周缘延伸设置；所述翻边包括第一密封部及第二密封部，所述第一密封部与所述围板连接，所述第一密封部环绕设置在所述围板的外侧，所述第二密封部与所述第一密封部连接，所述第二密封部与所述第一密封部围成填充槽，所述填充槽与所述容置腔相连通，所述第二密封部环绕设置在所述填充槽的外侧；

底板，所述底板盖设在所述围板靠近所述翻边的一端开口，所述底板与所述翻边连接，所述底板与所述第二密封部相抵接；及

顶板，与所述围板连接，所述顶板盖设在所述围板的另一端开口，所述顶板与所述底板分别封盖所述容置腔的两端。

在其中一个实施例中，沿垂直所述第一方向上，所述第二密封部自所述第一密封部的外缘向靠近所述容置腔方向延伸。

在其中一个实施例中，所述翻边上设置有形变槽；所述形变槽沿第一方向依次贯穿所述第一密封部与所述第二密封部，所述形变槽呈长条状自所述翻边的外缘向靠近容置腔方向延伸。

在其中一个实施例中，所述形变槽的设置数量为至少两个，各所述形变槽沿所述翻边间隔设置。

在其中一个实施例中，所述形变槽的宽度尺寸为一毫米至五毫米。

在其中一个实施例中，所述围板上设置有加强筋；所述加强筋形状为条形、井形、爻形、扇形或圆形中的一种。

在其中一个实施例中，所述加强筋凸设于所述围板的外侧壁上，所述加强筋的凸起高度为三毫米至三十毫米。

在其中一个实施例中，所述顶板上设置有肋条，所述肋条呈长条状，所述肋条凸设与所述顶板远离所述容置腔的一侧。

一种燃料电池模组，包括：

上述模组外壳；

电池堆，设置在所述模组外壳的容置腔内；及

燃气管道，所述燃气管道的一端与所述模组外壳的燃气通孔连接，另一端与所述电池堆连接，以将可燃气体通入所述电池堆内反应；

其中，所述燃气管道的外侧壁与所述围板的内侧壁之间最小间距为L，L的尺寸为：5mm<L<100mm。

在其中一个实施例中，所述模组外壳上设置有加强筋，所述加强筋的设置位置与所述燃气管道的设置位置相对应，所述加强筋的宽度为A，所述燃气管道的外管径为B，A与B关系为：3B>A>B。

上述模组外壳与现有技术相比，其有益效果在于：

通过设置第一密封部与第二密封部，使得围板与底板之间设置有填充槽，该填充槽可以有效对围板与底板因受热而产生的形变量进行吸收，进而保证围板与底板接合位置处的密闭性，避免可燃气体泄漏，保证发电效率同时提高使用的安全性；

通过在翻边上设置形变槽，对翻边因受热而产生的形变量进行吸收，避免翻边自身形变量对密闭性的影响，进一步保证发电效率同时提高使用的安全性；

通过在围板上设置加强筋，提高围板的抗变形能力，避免围板因受热膨胀而外鼓，进一步提高模组外壳整体的气密性，保证发电效率，提高使用的安全性；

通过在顶板上设置肋条，同样提高顶板的抗变形能力，降低顶板的受热形变量，提高顶板与围板之间的气密性，进一步保证发电效率，提高使用的安全性。

附图说明

图1为本发明一实施方式的燃料电池模组的结构示意图；

图2为图1中燃料电池模组隐藏部分围板后的结构示意图；

图3为图2中结构的侧视示意图；

图4为图2中结构的正视示意图；

图5为图1中燃料电池模组的正视示意图；

图6本发明一实施方式的模组外壳的分解结构示意图；

图7为图6中圆圈A部分的放大示意图；

图8为图6中围板的结构示意图；

图9为图6中底板的结构示意图；

图10为图6中顶板的结构示意图。

附图中标号的含义为：

100、燃料电池模组；

10、模组外壳；11、围板；111、容置腔；112、加强筋；115、翻边；116、第一密封部；117、第二密封部；118、填充槽；119、形变槽；12、底板；125、通气孔；13、顶板；131、肋条；135、引电孔；

20、电池堆；25、绝缘件；

30、燃气管道。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

需要说明的是，根据图1及图6所示，为了便于说明定义第一方向为X轴方向。

请参阅图6至图10，为本发明一实施方式的模组外壳10，包括围板11、底板12及顶板13。该围板11呈两端开口的中空状结构设置，围板11内形成有容置腔111，容置腔111连通围板11沿第一方向上的相对两端开口，该容置腔111用于容置电池堆20。该围板11的一端设置有翻边115，翻边115沿围板11端部的周缘延伸设置；翻边115包括第一密封部116及第二密封部117，第一密封部116与围板11连接，第一密封部116环绕设置在围板11的外侧，第二密封部117与第一密封部116连接，第二密封部117与第一密封部116围成填充槽118，填充槽118与容置腔111相连通，第二密封部117环绕设置在填充槽118的外侧，该填充槽118用于容置密封材料，该填充槽118提供容置密封材料的密封空间，且通过填充槽118的形变对围板11与底板12之间受热的形变量进行吸收，保证围板11与底板12之间良好的气密性；气密性不良会导致通入的可燃气体外泄，进而导致发电效率下降，严重时会导致电堆的损坏，大量的热量外泄，发生安全事故。该底板12盖设在围板11靠近翻边115的一端开口，底板12与翻边115连接，底板12与第二密封部117相抵接。该顶板13与围板11连接，顶板13盖设在围板11的另一端开口，顶板13与底板12分别封盖容置腔111的两端，以使容置腔111形成相对密封环境。

进一步地，该围板11呈矩形环状结构设置，以围设形成容置腔111，该容置腔111沿第一方向延伸。可以理解地，该围板11的形状为三棱柱、五棱柱或六棱柱中的一种，此处不对围板11的具体形状进行限制，可根据实际使用需要进行选择。

进一步地，该围板11上设置有加强筋112，该加强筋112用于提高围板11的硬度，进而避免围板11受热向外膨胀的形变，保证整体模组外壳10的气密性，防止可燃气体泄漏，进而保证发电效率与使用的安全性。可以理解地，该加强筋112形状为条形、井形、爻形、扇形或圆形中的一种。优选地，该加强筋112为条形。

进一步地，该加强筋112设置在围板11内外侧壁中的至少一侧上，该加强筋112呈凸起状。在本实施例中，该加强筋112凸设与围板11的外侧壁上，因为围板11安装完成后，通常会根据力学仿真结果在围板11上加装加强筋112，将加强筋112安装在外侧壁上，使安装更加方便，且加强筋112设置在围板11的内侧壁上会占用容置腔111空间，影响电池堆20与燃气管道30的安装，因此优选将加强筋112设置在围板11的外侧壁上。

进一步地，该加强筋112的凸起高度为三毫米至三十毫米。加强筋112相对于围板11的外侧壁凸起高度小于3mm则会造成加固强度下降，加强筋112相对于围板11的外侧壁凸起高度大于30mm则会增大外壳整体体积，空间利用率降低，进而优选加强筋112凸起高度为三毫米至三十毫米。

进一步地，该加强筋112与围板11的接合位置设置有圆角，圆角可以避免接合位置处应力集中，进而减少围板11承受外力时与加强筋112之间应力集中，导致部件损坏。

进一步地，该加强筋112与围板11为一体件，一体成型可以最大化的保证加强筋112与围板11之间连接的可靠性，进而延长部件的使用寿命。可以理解的，在另一实施例中，该加强筋112与围板11焊接固定，通过焊接的方式可以针对性的增添加强筋112，且加强筋112的安装固定位置可根据需要调节，使用的适应性更高。

进一步地，沿垂直第一方向上，该第一密封部116的截面面积尺寸大于第二密封部117的截面面积尺寸，第二密封部117自第一密封部116的外缘向靠近容置腔111方向延伸，以使得填充槽118形成于第二密封部117的内侧并与容置腔111相连通，进而通过填充槽118可以有效对围板11与底板12之间沿第一方向上的形变量进行吸收，保证模组外壳10的气密性。

进一步地，该翻边115上设置有形变槽119；形变槽119沿第一方向依次贯穿第一密封部116与第二密封部117，形变槽119呈长条状自翻边115的外缘向靠近容置腔111方向延伸，通过设置形变槽119可以对翻边115在垂直第一方向上的形变量进行吸收，进而实现对翻边115自身受热所产生的形变量进行吸收，避免翻边115自身形变量对气密性的影响。在本实施例中，该形变槽119的设置数量为至少两个，各形变槽119沿所述翻边115间隔设置，通过设置多条形变槽119提高对翻边115自身形变量的吸收效果，保证气密连接的稳定性。更近一步地，该形变槽119的宽度尺寸为一毫米至五毫米，由于高温状态下围板11向外膨胀，使得围板11与底板12之间拉扯变形，而且由于底板12需要承载电池堆20的重量，所以围板11与底板12之间拉扯变形的状况更为严重，通过设置形变槽119对翻边115自身形变量进行吸收的同时，形变槽119可以给外壳与底板12之间的膨胀提供一定的适配空间，进一步提高围板11与底板12之间的密封效果，通过测试表明，形变槽119的宽度尺寸小于1mm时，间隙宽度过小，形变槽119无法提供充足的热膨胀适配空间，高温下围板11与底板12间仍会发生拉扯变形，进而出现泄漏；形变槽119的宽度尺寸大于5mm时，间隙宽度过大，可燃气体易从形变槽119处发生泄漏。

进一步地，该围板11为SUS310S件、SUS310件、SUS444件、SUS304件或SUS316件中的一种。采用上述的SUS310S件、SUS310件、SUS444件、SUS304件或SUS316件类型的不锈钢，不但可以满足所需的力学性能，而且上述材料的热膨胀系数与燃料电池的热膨胀系数接近，保证同步的热膨胀，避免因为热膨胀不匹配而引起故障的可能性。

进一步地，该底板12呈矩形直板状，底板12与围板11设置有翻边115的一端连接，该底板12用于承载电池堆20。在本实施例中，该底板12上设置有通气孔125，该通气孔125用于将燃烧反应所需的空气通入模组外壳10，该通气孔125可以设置有多个，各通气孔125沿底板12间隔设置。

进一步地，该顶板13呈矩形直板状，顶板13与底板12并列设置在围板11的两端。在本实施例中，该顶板13上设置有引电孔135，该引电孔135用于将电池堆20的电极引出，进而与外界电连接，实现对外供电，该引电孔135设置有多个，各引电孔135沿顶板13间隔设置。

进一步地，该顶板13上设置有肋条131。该肋条131呈长条状，肋条131凸设在顶板13远离容置腔111的一侧，该肋条131用于提高顶板13的硬度，进而避免顶板13受热产生形变。可以理解地，肋条131可选择的设置在顶板13的内侧面或外侧面，优选地为外侧面；该肋条131可选择的与顶板13一体成型或焊接固定；该肋条131的凸起高度为三毫米至三十毫米，即该肋条131与加强筋112的结构相类似，具体上述特征的有益效果可参见加强筋112的效果，此处不再赘述。

进一步地，该围板11螺栓连接底板12与顶板13，通过螺栓紧固的方式，可以提高密封效果，提升整体装置的可靠性。在另一实施例中，该围板11连接底板12与顶板13的方式还可以为插槽式，通过插槽的卡接固定方式，可以实现围板11快速与底板12、顶板13连接固定，安装更加的方便快捷。

请参阅图1及图5，本发明还公开了一种燃料电池模组100，包括上述的模组外壳10、与模组外壳10连接的电池堆20及燃气管道30。该电池堆20为可燃气体反应场所，以将化学能转变为电能；该燃气管道30的一端与模组外壳10的燃气通孔连接，另一端与电池堆20连接，以将可燃气体通入电池堆20内反应，该燃气管道30对应与外界的燃气供气设备连接。其中，该燃气管道30的外侧壁与围板11的内侧壁之间最小距离为L，则L的尺寸为：5mm<L<100mm。经过实验，若安全距离L小于5mm时，易造成电压击穿，此时模组外壳10带电，会造成安全隐患；若安全距离L大于100mm时，造成了模组外壳10内部空间的浪费，降低了燃料电池模组100的空间利用率。

进一步地，模组外壳10上设置有加强筋112，加强筋112的设置位置与燃气管道30的设置位置相对应，加强筋112的宽度为A，燃气管道30的外管径为B，A与B关系为：3B>A>B。经过实验，若A/B小于1，此时所设置的加强筋112无法容纳燃气管道30，也无法提供足够的抗变形强度，若A/B大于3，此时降低了模组外壳10的空间利用率，并且造成了不必要的成本增加。

进一步地，该电池堆20外侧覆盖有绝缘件25。该电池堆20呈矩形阵列状排布，该绝缘件25对应包覆在全部电池堆20的外侧以及相邻的电池堆20之间，该绝缘件25用于对电池堆20进行绝缘，电池堆20在反应过程中带电，通过绝缘件25避免模组外壳10带电，避免电池堆20产生的电通过模组外壳10导出，同时防止电池堆20之间相互影响，发生安全事故。

综上，本发明实施例提供一种燃料电池模组100，其包括模组外壳10，该模组外壳10与现有技术相比，其有益效果在于：

1)通过设置第一密封部116与第二密封部117，使得围板11与底板12之间设置有填充槽118，该填充槽118可以有效对围板11与底板12因受热而产生的形变量进行吸收，进而保证围板11与底板12接合位置处的密闭性，避免可燃气体泄漏，保证发电效率同时提高使用的安全性；

2)通过在翻边115上设置形变槽119，对翻边115因受热而产生的形变量进行吸收，避免翻边115自身形变量对密闭性的影响，进一步保证发电效率同时提高使用的安全性；

3)通过在围板11上设置加强筋112，提高围板11的抗变形能力，避免围板11因受热膨胀而外鼓，进一步提高模组外壳10整体的气密性，保证发电效率，提高使用的安全性；

4)通过在顶板13上设置肋条131，同样提高顶板13的抗变形能力，降低顶板13的受热形变量，提高顶板13与围板11之间的气密性，进一步保证发电效率，提高使用的安全性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种模组外壳，其特征在于，包括：

围板，所述围板呈两端开口的中空状结构设置，所述围板内形成有容置腔，所述容置腔连通所述围板沿第一方向上的相对两端开口；所述围板的一端设置有翻边，所述翻边沿所述围板端部的周缘延伸设置；所述翻边包括第一密封部及第二密封部，所述第一密封部与所述围板连接，所述第一密封部环绕设置在所述围板的外侧，所述第二密封部与所述第一密封部连接，所述第二密封部与所述第一密封部围成填充槽，所述填充槽与所述容置腔相连通，所述第二密封部环绕设置在所述填充槽的外侧；

底板，所述底板盖设在所述围板靠近所述翻边的一端开口，所述底板与所述翻边连接，所述底板与所述第二密封部相抵接；及

顶板，与所述围板连接，所述顶板盖设在所述围板的另一端开口，所述顶板与所述底板分别封盖所述容置腔的两端。

2.根据权利要求1所述的模组外壳，其特征在于，沿垂直所述第一方向上，所述第二密封部自所述第一密封部的外缘向靠近所述容置腔方向延伸。

3.根据权利要求1所述的模组外壳，其特征在于，所述翻边上设置有形变槽；所述形变槽沿第一方向依次贯穿所述第一密封部与所述第二密封部，所述形变槽呈长条状自所述翻边的外缘向靠近容置腔方向延伸。

4.根据权利要求3所述的模组外壳，其特征在于，所述形变槽的设置数量为至少两个，各所述形变槽沿所述翻边间隔设置。

5.根据权利要求3所述的模组外壳，其特征在于，所述形变槽的宽度尺寸为一毫米至五毫米。

6.根据权利要求1所述的模组外壳，其特征在于，所述围板上设置有加强筋；所述加强筋形状为条形、井形、爻形、扇形或圆形中的一种。

7.根据权利要求6所述的模组外壳，其特征在于，所述加强筋凸设于所述围板的外侧壁上，所述加强筋的凸起高度为三毫米至三十毫米。

8.根据权利要求1所述的模组外壳，其特征在于，所述顶板上设置有肋条，所述肋条呈长条状，所述肋条凸设与所述顶板远离所述容置腔的一侧。

9.一种燃料电池模组，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中至少一项的所述模组外壳；

电池堆，设置在所述模组外壳的容置腔内；及

燃气管道，所述燃气管道的一端与所述模组外壳的燃气通孔连接，另一端与所述电池堆连接，以将可燃气体通入所述电池堆内反应；

其中，所述燃气管道的外侧壁与所述围板的内侧壁之间最小间距为L，L的尺寸为：5mm<L<100mm。

10.根据权利要求9所述的燃料电池模组，其特征在于，所述模组外壳上设置有加强筋，所述加强筋的设置位置与所述燃气管道的设置位置相对应，所述加强筋的宽度为A，所述燃气管道的外管径为B，A与B关系为：3B>A>B。