CN207705318U - 用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，包括封装Pack、电堆、巡检模块、电堆压块及通风隔板组件。与现有技术相比，本实用新型过通风隔板组件，有效地控制了通风气流在电堆顶部形成涡流的可能，从而有效地防止了从电堆泄露出来的氢气会在顶部局部位置集聚的可能，并且能够有效的控制通风气体的流过路径，避免通风短路的可能，并且通风流场在电堆顶部未有涡流，可以按危险气体安全性的要求来设计通风流量，减少了空压机的布置空间或工作能耗，提高燃料电池的有效输出功率。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池电堆领域，涉及一种用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构。
背景技术
随着人们环保意识的提高以及对石油能源枯竭的焦虑，近年来新能源汽车取得的很大的发展，其中，氢燃料电池以其功率密度高、零污染、续航能力优秀，被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第三代动力系统。
氢燃料电池是一种能够将氢气和氧气(空气)转化成电能及反应产物(水)的电化学装置，核心工作部件是电堆。作为车载动力系统，氢燃料电池的电堆一般都由数百个单片电堆串联而成，以保障其功率可以满足使用需要。作为电堆的基本组成单元，单片电堆主要由膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)、极板、密封线等组成。当电堆开始工作时，其膜电极两侧出现电化学反应，具体过程为在阴极区，氧气在催化剂(Pt)表面获得电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢离子反应并生成水。电堆工作时的阳极反应与阴极反应可以用如下的方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
作为车载动力系统，氢燃料电池的工作环境十分复杂，裸露的电堆会有受到大量的灰尘或水的侵蚀，这些灰尘或水一旦进入电堆，就会造成电堆出现漏电事故，轻则损坏电堆，重则人员伤亡。基于此，氢燃料电池系统必须对电堆进行必要的封装，以确保电堆的运行安全。
为保障电堆的安全运行，氢燃料电池一般会被设计成一个封装结构，在封装结构内部，布置有电堆、取电模块以及一些必要的传感器；封装结构的某个(或几个)表面集成氢气、氧气(空气)、冷却液的进出口管路，以保证对电堆的供气和冷却。这样的设计能很好的解决了电堆与外面灰尘或水接触的可能，但由于氢气的密度小，扩散速度快，当前的电堆技术还无法做到零氢泄露，为防止氢气在封装内聚集，出现爆炸危险的可能性，必须对封装结构进行通风设计，以保障氢气的及时排出。
当前的氢燃料电池设计，主要集中在电堆的电化学性能以及对车载工况(如冷启动)的适用性上，对封装的通风设计考虑远远不足。当前氢燃料电池行业，对电堆的通风设计主要集中在通风口开设位置、数量以及通风流量上，如中国专利CN1866582公开的一种氢燃料电池的通风封装设计。这些设计明显存在以下不足：
(1)电堆封装通风设计没有考虑其内部流场的特性。由于封装结构上要集成电堆的氢气、氧气(空气)、冷却液进出口，还有各种取电模块、传感器、控制模块等接插件接口，电堆封装通风用的进出口不可能开设的十分巨大，数量也不会特别多，因此，封装通风入口的气体流速会很高。对于封装内部而言，其气流的雷诺数一般都比较大，因此封装内部会出现涡流，甚至通风气体从进口进入，直接经过最短的路径从出口排出，造成通风气流“短路”。
(2)该类设计不适用于大型电堆。由于该类设计不能保证通风气体可以吹扫到电堆的整个顶部，因此，其设计必须依赖氢气自身扩散速度以及通风量来排出电堆泄露的氢气，而随着电堆片数的增多时，其封装内部的氢含量会直线上升，所需要通风量也会直线上升，若完全依靠加大通风量来排出空气，则需要较大的空压机来工作，对于车载布置而言，其安装空间受限，即使车上有足够空间，可以布置大型空压机，其也势必会造成能源浪费，致使燃料电池的工作效能变低。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，包括，
封装Pack，呈长方体盒状结构，前侧板右下角处设有进气口，左上角处设有出气口，
电堆，设置在封装Pack内，底部与封装Pack底板贴合，顶部和侧部均与封装Pack之间设有间隔，
巡检模块，贴合在封装Pack右侧板的内壁前部，并与电堆右侧隔有间隙，
电堆压块，压在电堆尾部上方，并且电堆压块的后部与封装Pack后侧板贴合，
通风隔板组件，设置在电堆顶部与封装Pack顶板之间，由第一通风隔板机构和第二通风隔板机构组成，所述的第一通风隔板机构由设置在电堆顶部右侧的多个通风隔板组成，第一通风隔板机构的多个通风隔板位于电堆前部，并且从前到后依次设置，最后的一个通风隔板设有前弯部，第二通风隔板机构由设置在电堆顶部左侧并位于第一通风隔板机构后方的一个通风隔板组成。
优选地，所述的进气口与电堆和封装Pack右侧板之间的间隔相对应，所述的出气口位于电堆和封装Pack左侧板之间的间隔的上方。
优选地，各通风隔板的底部与电堆顶部接触，顶部与封装Pack的顶板接触。
优选地，所述的第一通风隔板机构由从前到后依次排列的第一通风隔板、第二通风隔板和第三通风隔板组成，第三通风隔板由第三通风隔板本体和前弯部组成，第一通风隔板、第二通风隔板和第三通风隔板本体均与封装Pack前侧板平行，第一通风隔板和前弯部配合，用于将气流导向出气口。
优选地，所述的第二通风隔板和第三通风隔板本体均与封装Pack右侧板接触，并且第二通风隔板短于第一通风隔板。
优选地，组成第二通风隔板机构的一个通风隔板为第四通风隔板，其与封装Pack前侧板平行，并且第四通风隔板的左端与封装Pack左侧板相接处。
优选地，所述的第四通风隔板的左端位于前弯部的右端的左后方。
优选地，该封装结构还包括设置在电堆顶部右侧的取电模块，并且该取电模块位于电堆的后部，所述的取电模块上连接有分别通向电堆前部和后部的第一铜排和第二铜排，第一铜排和第二铜排的末端分别设有第一铜排保护套和第二铜排保护套。
当电堆工作时，通风气流从进气口进入电堆与封装Pack右侧板之间的间隙；当通风气流遇到巡检模块时，通风气流分流，一部分气体从巡检模块和电堆右侧之间的间隙向后流动，另一部分气体则向上分流。向上分流的气体，一部分会分别从封装Pack的前侧板与第一通风隔板机构之间的间隙以及第一通风隔板机构内流经电堆顶部的前部，然后从出气口流出，这部分气体会带走电堆前部泄露或可能泄露的氢气；另一部分则会从巡检模块上方跨过巡检模块，和从巡检模块及电堆之间的间隙流过的气体合流，这部分合流气体会在巡检模块的后方形成涡流，然后一部分合流的气体通过电堆顶部第三通风隔板和封装压板之间的间隙，另一部分合流的气体会沿电堆后端与封装Pack后侧板之间的间隙流入电堆的左侧，然后再沿电堆与封装Pack左侧的间隙吹向电堆顶部，并与从第三通风隔板与压板之间进入的气体合流，由于从第三通风隔板与压板之间进入电堆顶部的气流远大于从电堆左侧进入的气流，因此需要增加第四通风隔板，以免在通风气流在电堆的后顶部形成涡流。电堆两侧吹入顶部的气流会沿着第三通风隔板与第四通风隔板之间的间隙流出，最后从出气口流出，从而排出电堆后部泄露或可能泄露的氢气。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)通过增加通风隔板，有效地控制了通风气流在电堆顶部形成涡流的可能，从而有效地防止了从电堆泄露或者可能泄露出来的氢气会在顶部局部位置集聚的可能。
(2)增加通风隔板后，能有效的控制通风气体的流过路径，保证通风气体能基本均匀的扫过电堆顶部空间，避免通风短路的可能。
(3)增加通风隔板后，通风气体可以直接吹扫电堆顶部泄露的氢气，从而保证确定泄露量下通风流量可以满足安全性要求。
(4)基于通风流场在电堆顶部未有涡流的特点，可以完全按危险气体安全性的要求来设计通风流量，而没有必要将通风流量设置在一个很高的值，这样可以保证车载布置，减少空压机的布置空间或减少空压机的工作耗能，提高氢燃料电池的有效输出功率。
附图说明
图1为本实用新型的封装结构的示意图；
图2为本实用新型的封装结构内部通风流场示意图。
图中，1为电堆，2为进气口，3为封装Pack，4为第一通风隔板，5为第二通风隔板，6为巡检模块，71为第三通风隔板本体，72为前弯部，8为取电模块，9为电堆压块，10为第二铜排保护套，11为第二铜排，12为第一铜排，13为第四通风隔板，14为第一铜排保护套，15为出气口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例1
一种用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，如图1所示，包括封装Pack3、电堆1、巡检模块6、电堆压块9及通风隔板组件；封装Pack3呈长方体盒状结构，前侧板右下角处设有进气口2，左上角处设有出气口15；电堆1设置在封装Pack3内，底部与封装Pack3底板贴合，顶部和侧部均与封装Pack3之间设有间隔；巡检模块6贴合在封装Pack3右侧板的内壁前部，并与电堆1右侧隔有间隙；电堆压块9压在电堆1尾部上方，并且电堆压块9的后部与封装Pack3后侧板贴合；通风隔板组件设置在电堆1顶部与封装Pack3顶板之间，由第一通风隔板机构和第二通风隔板机构组成，第一通风隔板机构由设置在电堆1顶部右侧的多个通风隔板组成，第一通风隔板机构的多个通风隔板位于电堆1前部，并且从前到后依次设置，最后的一个通风隔板设有前弯部72，第二通风隔板机构由设置在电堆1顶部左侧并位于第一通风隔板机构后方的一个通风隔板组成。
本实施例中，进气口2与电堆1和封装Pack3右侧板之间的间隔相对应，出气口15位于电堆1和封装Pack3左侧板之间的间隔的上方。
本实施例中，各通风隔板的底部与电堆1顶部接触，顶部与封装Pack3的顶板接触，第一通风隔板机构由从前到后依次排列的第一通风隔板4、第二通风隔板5和第三通风隔板组成，第三通风隔板由第三通风隔板本体71和前弯部72组成，第一通风隔板4、第二通风隔板5和第三通风隔板本体71均与封装Pack3前侧板平行，第一通风隔板4和前弯部72配合，用于将气流导向出气口15。第二通风隔板5和第三通风隔板本体71均与封装Pack3右侧板接触，并且第二通风隔板5短于第一通风隔板。组成第二通风隔板机构的一个通风隔板为第四通风隔板13，其与封装Pack3前侧板平行，并且第四通风隔板13的左端与封装Pack3左侧板相接处。第四通风隔板13的左端位于前弯部72的右端的左后方。
本实施例中，该封装结构还包括设置在电堆1顶部右侧的取电模块8，并且该取电模块8位于电堆1的后部，取电模块8上连接有分别通向电堆前部和后部的第一铜排12和第二铜排11，第一铜排12和第二铜排11的末端分别设有第一铜排保护套14和第二铜排保护套10。
如图2所示，当电堆工作时，通风气流从进气口进入电堆与封装Pack右侧板之间的间隙；当通风气流遇到巡检模块时，通风气流分流，一部分气体从巡检模块和电堆右侧之间的间隙向后流动，另一部分气体则向上分流。向上分流的气体，一部分会分别从封装Pack的前侧板与第一通风隔板机构之间的间隙以及第一通风隔板机构内流经电堆顶部的前部，然后从出气口流出，这部分气体会带走电堆前部泄露或可能泄露的氢气；另一部分则会从巡检模块上方跨过巡检模块，和从巡检模块及电堆之间的间隙流过的气体合流，这部分合流气体会在巡检模块的后方形成涡流，然后一部分合流的气体通过电堆顶部第三通风隔板和封装压板之间的间隙，另一部分合流的气体会沿电堆后端与封装Pack后侧板之间的间隙流入电堆的左侧，然后再沿电堆与封装Pack左侧的间隙吹向电堆顶部，并与从第三通风隔板与压板之间进入的气体合流，由于从第三通风隔板与压板之间进入电堆顶部的气流远大于从电堆左侧进入的气流，因此需要增加第四通风隔板，以免在通风气流在电堆的后顶部形成涡流。电堆两侧吹入顶部的气流会沿着第三通风隔板与第四通风隔板之间的间隙流出，最后从出气口流出，从而排出电堆后部泄露或可能泄露的氢气。
上述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，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，其特征在于，包括，
封装Pack(3)，呈长方体盒状结构，前侧板右下角处设有进气口(2)，左上角处设有出气口(15)，
电堆(1)，设置在封装Pack(3)内，底部与封装Pack(3)底板贴合，顶部和侧部均与封装Pack(3)之间设有间隔，
巡检模块(6)，贴合在封装Pack(3)右侧板的内壁前部，并与电堆(1)右侧隔有间隙，
电堆压块(9)，压在电堆(1)尾部上方，并且电堆压块(9)的后部与封装Pack(3)后侧板贴合，
通风隔板组件，设置在电堆(1)顶部与封装Pack(3)顶板之间，由第一通风隔板机构和第二通风隔板机构组成，所述的第一通风隔板机构由设置在电堆(1)顶部右侧的多个通风隔板组成，第一通风隔板机构的多个通风隔板位于电堆(1)前部，并且从前到后依次设置，最后的一个通风隔板设有前弯部(72)，第二通风隔板机构由设置在电堆(1)顶部左侧并位于第一通风隔板机构后方的一个通风隔板组成。
2.根据权利要求1所述的用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，其特征在于，所述的进气口(2)与电堆(1)和封装Pack(3)右侧板之间的间隔相对应，所述的出气口(15)位于电堆(1)和封装Pack(3)左侧板之间的间隔的上方。
3.根据权利要求1所述的用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，其特征在于，各通风隔板的底部与电堆(1)顶部接触，顶部与封装Pack(3)的顶板接触。
4.根据权利要求1所述的用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，其特征在于，所述的第一通风隔板机构由从前到后依次排列的第一通风隔板(4)、第二通风隔板(5)和第三通风隔板组成，第三通风隔板由第三通风隔板本体(71)和前弯部(72)组成，第一通风隔板(4)、第二通风隔板(5)和第三通风隔板本体(71)均与封装Pack(3)前侧板平行，第一通风隔板(4)和前弯部(72)配合，用于将气流导向出气口(15)。
5.根据权利要求4所述的用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，其特征在于，所述的第二通风隔板(5)和第三通风隔板本体(71)均与封装Pack(3)右侧板接触，并且第二通风隔板(5)短于第一通风隔板。
6.根据权利要求1所述的用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，其特征在于，组成第二通风隔板机构的一个通风隔板为第四通风隔板(13)，其与封装Pack(3)前侧板平行，并且第四通风隔板(13)的左端与封装Pack(3)左侧板相接处。
7.根据权利要求6所述的用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，其特征在于，所述的第四通风隔板(13)的左端位于前弯部(72)的右端的左后方。
8.根据权利要求1所述的用于改善燃料电池电堆模块通风的封装结构，其特征在于，该封装结构还包括设置在电堆(1)顶部右侧的取电模块(8)，并且该取电模块(8)位于电堆(1)的后部，所述的取电模块(8)上连接有分别通向电堆前部和后部的第一铜排(12)和第二铜排(11)，第一铜排(12)和第二铜排(11)的末端分别设有第一铜排保护套(14)和第二铜排保护套(10)。
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| CN114447368A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-06 | 氢电中科（广州）新能源设备有限公司 | 一种轻便的氢燃料电池电堆散热器 |
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Granted publication date: 20180807 Effective date of abandoning: 20231222 |
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