CN218215373U - 一种燃料电池及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池及车辆，属于电池技术领域。本实用新型的燃料电池及车辆，利用密封边框包覆于单电池组件的四周，一方面，使得第一极板与膜电极之间形成第一密封空腔，并使第二极板与膜电极之间形成第二密封空腔，相比于现有技术，提高了单电池的密封性；另一方面，使第一极板、第二极板与膜电极连接为一个整体，在后期维修时，可将第一极板、第二极板与膜电极作为一个整体的单电池进行拆装，提高维修效率；同时，密封边框还能避免第一极板及第二极板的边缘裸露，可避免金属屑进入第一极板与第二极板之间，降低相邻极板导通的风险，提高了安全性。

Description

一种燃料电池及车辆

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池及车辆。

背景技术

对于氢燃料电池而言，电池的气密性极其重要，尤其是反应气体腔(空气腔、氢气腔)，一旦气密性出现问题，则可能导致严重的后果。

为了保证反应气体腔的气密性，现有技术中，常见的做法为：使用独立的密封圈(条)粘附于极板或膜电极边框上，将极板和膜电极堆叠并压紧，形成对燃料电池堆芯反应气体腔和水腔的机械密封。

这种方式存在以下问题：

1)密封性能受到压紧力和密封圈质量的影响很大，不能保证可靠的密封性；

2)极板外围是裸露的，当极板间混入金属碎屑时，极易使相邻极板导通，导致短路发生，从而引发严重后果；

3)电堆没有真正意义上的单电池单元，一旦出现需要检修堆芯的情况，则需将堆叠的极板、膜电极全部拆卸，取出损坏零件后再重新堆叠组装，检修效率极低，无法实现批量化生产作业。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池及车辆，提高了单电池的密封性及安全性，并便于后期维修。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一方面，提供了一种燃料电池，包括若干单电池；所述单电池包括：

单电池组件，包括第一极板、第二极板和膜电极，所述膜电极夹设于所述第一极板与所述第二极板之间；

密封边框，所述密封边框包覆于所述单电池组件的四周，以使所述第一极板与所述膜电极之间形成第一密封空腔，并使所述第二极板与所述膜电极之间形成第二密封空腔。

作为燃料电池的可选方案，所述燃料电池包括多个依次堆叠设置的所述单电池；

相邻两个所述单电池的所述密封边框能互相抵接，以使相邻两个所述单电池之间形成第三密封空腔。

作为燃料电池的可选方案，所述密封边框能阻止相邻两个所述单电池的所述第一极板与所述第二极板接触。

作为燃料电池的可选方案，所述密封边框包括第一表面和第二表面，所述第一表面位于所述第一极板背离所述膜电极的一侧，所述第二表面位于所述第二极板背离所述膜电极的一侧；

所述第一表面设有第一密封结构；和/或，

所述第二表面设有第二密封结构。

作为燃料电池的可选方案，所述燃料电池包括多个依次堆叠设置的所述单电池；

所述第一密封结构能抵接于与其相邻的所述单电池的所述第一极板，所述第二表面能抵接于与其相邻的所述单电池的所述密封边框的所述第一表面。

作为燃料电池的可选方案，所述第一密封结构为设于所述第一表面的环状凸起。

作为燃料电池的可选方案，所述密封边框分别与所述第一极板、所述第二极板及所述膜电极固定连接。

作为燃料电池的可选方案，所述第一极板和/或所述第二极板设有通孔，部分所述密封边框填充于所述通孔内。

作为燃料电池的可选方案，所述密封边框能产生弹性形变。

另一方面，提供了一种车辆，包括如上任一项所述的燃料电池。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型的燃料电池及车辆，利用密封边框包覆于单电池组件的四周，一方面，使得第一极板与膜电极之间形成第一密封空腔，并使第二极板与膜电极之间形成第二密封空腔，相比于现有技术，提高了单电池的密封性；另一方面，使第一极板、第二极板与膜电极连接为一个整体，在后期维修时，可将第一极板、第二极板与膜电极作为一个整体的单电池进行拆装，提高维修效率；同时，密封边框还能避免第一极板及第二极板的边缘裸露，可避免金属屑进入第一极板与第二极板之间，降低相邻极板导通的风险，提高了安全性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中燃料电池堆芯的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中单电池的结构示意图。

附图标记：

1、单电池；11、第一极板；111、通孔；12、第二极板；13、膜电极；14、密封边框；141、第一表面；1411、第一密封结构；142、第二表面；2、第一密封空腔；3、第二密封空腔；4、第三密封空腔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

现有技术中，常使用独立的密封圈(条)粘附于极板或膜电极边框上，将极板和膜电极堆叠并压紧，形成对燃料电池堆芯反应气体腔和水腔的机械密封。这种方式存在以下问题：

1)密封性能受到压紧力和密封圈质量的影响很大，不能保证可靠的密封性；

2)极板外围是裸露的，当极板间混入金属碎屑时，极易使相邻极板导通，导致短路发生，从而引发严重后果；

3)电堆没有真正意义上的单电池单元，一旦出现需要检修堆芯的情况，则需将堆叠的极板、膜电极全部拆卸，取出损坏零件后再重新堆叠组装，检修效率极低，无法实现批量化生产作业。

为了解决上述问题，如图1-2所示，本实施例提供了一种燃料电池，包括若干单电池1；单电池1包括单电池组件和密封边框14，单电池组件包括第一极板11、第二极板12和膜电极13，膜电极13夹设于第一极板11与第二极板12之间；密封边框14包覆于单电池组件的四周，以使第一极板11与膜电极13之间形成第一密封空腔2，并使第二极板12与膜电极13之间形成第二密封空腔3。

利用密封边框14包覆于单电池组件的四周，一方面，使得第一极板11与膜电极13之间形成第一密封空腔2，并使第二极板12与膜电极13之间形成第二密封空腔3，使反应气体(比如氢气和空气)完全被限制在第一密封空腔2及第二密封空腔3内，不会通过密封位置泄漏，相比于现有技术，提高了单电池1的密封性；另一方面，使第一极板11、第二极板12与膜电极13连接为一个整体，在后期维修时，可将第一极板11、第二极板12与膜电极13作为一个整体的单电池1进行拆装，提高维修效率；同时，密封边框14还能避免第一极板11及第二极板12的边缘裸露，可避免金属屑进入第一极板11与第二极板12之间，降低相邻极板导通的风险，提高了安全性。

需要说明的是，密封边框14能产生弹性形变，以保证良好的密封性。

进一步地，密封边框14分别与第一极板11、第二极板12及膜电极13固定连接。本实施例中，密封边框14采用硅胶或橡胶注塑成型于第一极板11、第二极板12和膜电极13的四周，以使密封边框14同时包覆第一极板11、第二极板12和膜电极13的四周，即能使第一极板11与膜电极13之间形成第一密封空腔2，并使第二极板12与膜电极13之间形成第二密封空腔3，还能保证密封边框14与第一极板11、第二极板12和膜电极13的连接稳定性，保证边框不会脱落。同时，密封边框14还具有绝缘性，避免出现短路问题。

本实施例中，通过注塑的方式将膜电极13封装在第一极板11与第二极板12之间，形成一块独立的单电池1，再将若干单电池1堆叠压紧形成堆芯，进而大大提升了密封的可靠性和堆芯电路的安全性，同时方便后续堆芯检修。

进一步地，为了便于注塑操作，第一极板11设有通孔111，可通过通孔111将硅胶或橡胶注入第一极板11与第二极板12的边缘之间，同时，如此设置，还可使部分密封边框14填充于通孔111内，提高密封边框14与第一极板11的连接稳定性。当然，在其他实施例中，还可以在第二极板12上也设置通孔111，使部分密封边框14能填充于第二极板12上的通孔111内，提高密封边框14与第二极板12的连接稳定性。

可选地，密封边框14能阻止同一单电池1的第一极板11与第二极板12接触。需要说明的是，在同一单电池1中，密封边框14不仅能将第一极板11与第二极板12的四周包覆，避免第一极板11与第二极板12的边缘裸露，部分密封边框14还能填充于第一极板11与第二极板12的边缘之间，可避免第一极板11的边缘与第二极板12的边缘受外力作用而出现变形，导致第一极板11与第二极板12直接接触而导通，出现短路问题。

本实施例中，燃料电池包括多个依次堆叠设置的单电池1。将多个单电池1依次堆叠形成堆芯，在堆芯的两端均匀施加作用力，以压紧堆芯，使得相邻两个单电池1的密封边框14能互相抵接，进而使相邻两个单电池1之间形成第三密封空腔4，示例性地，第三密封空腔4用于通入冷却液，还能避免冷却液出现泄漏问题。

进一步地，密封边框14能阻止相邻两个单电池1的第一极板11与第二极板12接触，进而可避免相邻两个单电池1的第一极板11的边缘与第二极板12的边缘受外力作用而出现变形，导致相邻两个单电池1的第一极板11与第二极板12直接接触而导通，出现短路问题。

具体地，密封边框14包括第一表面141和第二表面142，第一表面141位于第一极板11背离膜电极13的一侧，第二表面142位于第二极板12背离膜电极13的一侧；本实施例中，第一表面141设有第一密封结构1411，可选地，第一密封结构1411能抵接于与其相邻的单电池1的第一极板11，第二表面142能抵接于与其相邻的单电池1的密封边框14的第一表面141，如此设置，既能提高第三密封空腔4的密封性，还能阻止相邻两个单电池1的第一极板11与第二极板12接触。

在其他实施例中，还可在第一表面141设置第一密封结构1411，并在第二表面142设置第二密封结构，通过第一密封结构1411能与第二密封结构配合，也可以达到提高第三密封空腔4的密封性的目的；示例性地，第一密封结构1411与第二密封结构中的一个为凸起，另一个为凹槽，凸起插设于凹槽内。

当然，也可以不设置第一密封结构1411和第二密封结构，直接使第一表面141抵接于与其相邻的单电池1的密封边框14的第二表面142，第二表面142抵接于与其相邻的单电池1的密封边框14的第一表面141，也能起到密封作用。

本实施例中，第一密封结构1411为设于第一表面141的环状凸起，在对堆芯的两端施加作用力时，可使环状凸起更容易产生弹性形变，提高密封性。

示例性地，环状凸起设有两个，其中一个环状凸起围设于另一个环状凸起的外侧，进一步提高密封性。当然，环状凸起的数量还可以为一个、三个、四个，甚至更多，具体可根据电堆的密封需求进行选择，在此不做限定。

需要说明的是，第一密封结构1411包括但不限于图2所示的环状凸起，可以根据电堆的密封需求，设计不同的注塑模具型腔，从而形成不同的凸起结构以适应电堆的密封需求。

本实施例还提供了一种车辆，包括如上述的燃料电池。通过应用上述燃料电池，提高了车辆的安全性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域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实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种燃料电池，其特征在于，包括若干单电池(1)；所述单电池(1)包括：

单电池(1)组件，包括第一极板(11)、第二极板(12)和膜电极(13)，所述膜电极(13)夹设于所述第一极板(11)与所述第二极板(12)之间；

密封边框(14)，所述密封边框(14)包覆于所述单电池(1)组件的四周，以使所述第一极板(11)与所述膜电极(13)之间形成第一密封空腔(2)，并使所述第二极板(12)与所述膜电极(13)之间形成第二密封空腔(3)。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括多个依次堆叠设置的所述单电池(1)；

相邻两个所述单电池(1)的所述密封边框(14)能互相抵接，以使相邻两个所述单电池(1)之间形成第三密封空腔(4)。

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述密封边框(14)能阻止相邻两个所述单电池(1)的所述第一极板(11)与所述第二极板(12)接触。

4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述密封边框(14)包括第一表面(141)和第二表面(142)，所述第一表面(141)位于所述第一极板(11)背离所述膜电极(13)的一侧，所述第二表面(142)位于所述第二极板(12)背离所述膜电极(13)的一侧；

所述第一表面(141)设有第一密封结构(1411)；和/或，

所述第二表面(142)设有第二密封结构。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括多个依次堆叠设置的所述单电池(1)；

所述第一密封结构(1411)能抵接于与其相邻的所述单电池(1)的所述第一极板(11)，所述第二表面(142)能抵接于与其相邻的所述单电池(1)的所述密封边框(14)的所述第一表面(141)。

6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述第一密封结构(1411)为设于所述第一表面(141)的环状凸起。

7.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述密封边框(14)分别与所述第一极板(11)、所述第二极板(12)及所述膜电极(13)固定连接。

8.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一极板(11)和/或所述第二极板(12)设有通孔(111)，部分所述密封边框(14)填充于所述通孔(111)内。

9.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述密封边框(14)能产生弹性形变。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的燃料电池。

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