CN220341266U - 燃料电池堆单电池、燃料电池堆及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池堆单电池、燃料电池堆及车辆，包括阳极板、膜电极和阴极板；阳极板包括阳极流道，与阳极流道相连通的氢气进口和氢气出口，以及冷却液进口和冷却液出口；阴极板包括阴极流道，与阴极流道相连通的空气进口和空气出口，以及冷却液进口和冷却液出口；阳极板的四周边缘以及其上的冷却液进口的四周边缘、冷却液出口的四周边缘均设有密封槽；阴极板的四周边缘以及其上的冷却液进口的四周边缘、冷却液出口的四周边缘均设有密封槽；密封槽上开设有若干注胶孔，密封槽内通过注胶形成密封圈；所述密封槽内间隔设有若干个限位槽。本实用新型能够增强单电池的密封性以及防止单电池注胶过程中膜电极的边框变形。

Description

燃料电池堆单电池、燃料电池堆及车辆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池堆单电池技术领域，具体涉及一种燃料电池堆单电池、燃料电池堆及车辆。

背景技术

燃料电池是一个将化学能转化为电能的电化学能量转换装置，同时伴随着副产物水的产生与热量的释放。质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、清洁无污染、噪音低等优点。质子交换膜燃料电池由催化层、气体扩散层、质子交换膜、阴极板、阳极板等核心部件组成。只要燃料与氧化剂持续供应，电能就可以在燃料电池中不断产生。气体扩散层、催化层和质子交换膜组成膜电极组件。质子交换膜作用是传导质子(H+)、阻止电子传递和阻隔阴阳极反应；两侧的催化层是氢气和氧气进行电化学反应的场所；气体扩散层的作用是支撑催化层、稳定电极结构、提供气体扩散通道和改善水管理；极板的作用主要是支撑膜电极、收集并传输电流和热量、输送反应物气体、散热和排水。

将阴极板、膜电极、阳极板组装成单电池后，其内部会形成不同的通道以供气体和水流通，因此，保证膜电极与阴极板和阳极板之间的需要有密封结构，用以防止单电池各个腔体中的氢气、氧气及冷却剂相互内漏或者泄露到电池外部环境。目前采用最多的是密封圈密封，但燃料电池在实际长时间运行过程中，密封圈容易老化失效导致单电池性能下降。

如专利文献CN112701315A公开的非焊接式金属板单电池的密封结构及密封方法，包括：沿着同一方向依次堆叠形成单电池框架结构的阳极板、膜电极和阴极板，单电池框架结构上开设有多个注胶孔，通过注胶孔注入密封胶形成密封结构，通过密封结构将单电池框架结构密封连接形成一体化注胶密封燃料电池单电池结构。该方案用注胶替代焊接，提高了生产效率。但该方案可能在注胶过程由于温度变化导致膜电极的边框变形，从而影响单电池的密封。

因此，有必要开发一种燃料电池堆单电池、燃料电池堆及车辆。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种燃料电池堆单电池、燃料电池堆及车辆，能增强单电池的密封性以及防止单电池注胶过程中膜电极的边框变形。

本实用新型所述的一种燃料电池堆单电池，包括阳极板、膜电极和阴极板，所述阳极板、膜电极和阴极板依次叠设在一起并通过胶粘接密封；所述阳极板包括阳极流道，与阳极流道相连通的氢气进口和氢气出口，以及冷却液进口和冷却液出口；所述阴极板包括阴极流道，与阴极流道相连通的空气进口和空气出口，以及冷却液进口和冷却液出口；

所述阳极板的四周边缘以及其上的冷却液进口的四周边缘、冷却液出口的四周边缘均设有朝远离膜电极方向凸起的密封槽；

所述阴极板的四周边缘以及其上的冷却液进口的四周边缘、冷却液出口的四周边缘均设有朝远离膜电极方向凸起的密封槽；

所述密封槽上开设有若干注胶孔，所述密封槽内通过注胶形成密封圈；

所述密封槽内间隔设有若干个限位槽；通过增加限位槽来对边框进行限位，以防止单电池注胶过程中膜电极边框变形。

可选地，所述密封槽包括槽底面和位于槽底面两侧的侧面，所述限位槽为设置在槽底面上且向膜电极侧凹陷的凹槽；通过限位槽的槽底面与膜电极紧密贴合，用于对膜电极的边框进行限位，防止注胶过程中温度变化以及液体凝固挤压造成膜电极的边框变形，同时也可以防止极板形变或偏移。

可选地，所述密封槽内等间距设有若干个限位槽；使膜电极受力均匀，进一步防止极板形变或偏移。

可选地，所述阳极板或阴极板的密封槽上开设有若干注胶孔，所述膜电极在与注胶孔相对应位置处设有过孔，通过注胶孔注入胶后，胶从一极板的密封槽经过膜电极后流入另一极板的密封槽内；能够确保阳极板、膜电极和阴极板之间的连接和密封的可靠性。

可选地，所述阳极板上在位于密封槽的两侧均设有锁模边；所述阴极板上在位于密封槽的两侧均设有锁模边；锁模边是为了单电池在注胶过程中注胶模具锁定阴、阳极板与膜电极边框，使胶进入密封槽中，防止溢胶以及胶渗入非密封区。

可选地，所述阳极板上设有第一定位孔和第二定位孔；

所述阴极板上在与阳极板上的第一定位孔相对应位置处设有第一定位孔；

所述阴极板上在与阳极板上的第二定位孔相对应位置处设有第二定位孔。在单电池装配成电堆过程中提供定位作用，提高极板装配时的定位精度。

所述第一定位孔为圆形定位孔，所述第二定位孔为条形定位孔，所述阳极板上的圆形定位孔和条形定位孔位于阳极板的对角线上。圆形定位孔的设计是为了在单电池装配成电堆过程中提供定位作用，提高极板装配时的定位精度，提高电堆装配效率；条形定位孔的设计是为了避免单电池在注胶过程中温度变化引起的极板膨胀。

可选地，所述注胶孔等间距位于密封槽上，能够确保胶均匀注入到密封槽内。

本实用新型所述的一种燃料电池堆，采用如本实用新型所述的燃料电池堆单电池。

本实用新型所述的一种车辆，采用如本实用新型所述的燃料电池堆。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过密封槽来增强单电池的密封性，通过增加密封区域内的限位槽来对边框限位，以防止单电池注胶过程中膜电极的边框变形。

附图说明

图1为本实施例中的单电池的结构示意图；

图2为本实施例中阳极板的结构示意图；

图3为本实施例中阴极板的结构示意图；

图4为本实施例中限位槽和注胶孔的局部示意图；

图5为本实施例中密封槽和注胶孔处的剖示图；

图6为本实施例中密封槽处的剖示图；

图7为本实施例中限位槽剖示图；

图中：1-阴极板、2-膜电极、3-阳极板、4-圆形定位孔、5-密封槽、6-阳极流道、7-氢气分配区、8-氢气进口、9-冷却液出口、10-条形定位孔、11-空气分配区、12-锁模边、13-空气进口、14-限位槽、15-氢气出口、16-冷却液进口、17-阴极流道、18-空气出口、19-注胶孔。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本实用新型技术方案的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如图1至图7所示，本实施例中，一种燃料电池堆单电池，包括阳极板3、膜电极2和阴极板1，所述阳极板3、膜电极2和阴极板1依次叠设在一起，且阳极板3、膜电极2、阴极板1通过胶粘接密封。

如图2所示，本实施例中，所述阳极板3包括位于中间区域的阳极流道6，位于阳极板3一端部的冷却液进口16、氢气出口15，位于阳极板3另一端部的氢气进口8和冷却液出口9，分别位于氢气出口15和阳极流道6之间、氢气进口8与阳极流道6之间的氢气分配区7，以及设置在阳极板3边缘四周、冷却液进口16的四周边缘、冷却液出口9的四周边缘的密封槽5。其中，位于氢气进口8与阳极流道6之间的氢气分配区7的作用是使氢气均匀地流入阳极流道6内，位于氢气出口15和阳极流道6之间的氢气分配区7的作用是使氢气从阳极流道6内均匀地流出。

如图3所示，本实施例中，所述阴极板1包括位于中间区域的阴极流道17，位于阴极板1一端部的冷却液进口16、空气进口13，位于阴极板1另一端部的空气出口18和冷却液出口9，分别位于空气出口18和阴极流道17之间、空气进口13与阴极流道17之间的空气分配区11，以及设置在阴极板1边缘四周、冷却液进口16的四周边缘、冷却液出口9的四周边缘的密封槽5。其中，空气进口13与阴极流道17之间的空气分配区11的作用是使空气均匀流入阴极流道17；位于空气出口18和阴极流道17之间的空气分配区11的作用是使空气从阴极流道17内均匀地流出。

如图4至图6所示，本实施例中，所述阳极板3的四周边缘以及其上的冷却液进口16的四周边缘、冷却液出口9的四周边缘均设有朝远离膜电极2方向凸起的密封槽5。阳极板3上的密封槽5是阳极板3与膜电极2边框之间的空隙，是用于充胶的区域。

如图4至图6所示，本实施例中，所述阴极板1的四周边缘以及其上的冷却液进口16的四周边缘、冷却液出口9的四周边缘均设有朝远离膜电极2方向凸起的密封槽5。阴极板1上的密封槽5是阴极板1与膜电极2边框之间的空隙，是用于充胶的区域。

如图4所示，本实施例中，所述阳极板3或阴极板1的密封槽5上开设有若干注胶孔19，所述密封槽5内通过注胶形成密封圈。注胶孔19是为了单电池密封过程中注入胶形成密封结构。所述膜电极2在与注胶孔19相对应位置处设有过孔，当只在阳极板3或阴极板1开设在注胶孔19，通过一极板的注胶孔19注入胶后，能够通过过孔流入另一极板的密封槽5内，同时能够确保阳极板3、膜电极2和阴极板1的之间的连接和密封的可靠性。

如图4所示，本实施例中，所述密封槽5内间隔设有若干个限位槽14；通过增加限位槽14来对边框进行限位，以防止单电池注胶过程中膜电极2的边框变形。

如图7所示，本实施例中，所述密封槽5包括槽底面和位于槽底面两侧的侧面，所述限位槽14为设置在槽底面上且向膜电极2侧凹陷的凹槽；通过限位槽14的槽底面与膜电极2紧密贴合，用于对膜电极2的边框进行限位，防止注胶过程中温度变化以及液体凝固挤压造成膜电极2的边框变形，同时也可以防止极板形变或偏移。

如图2和图3所示，本实施例中，所述密封槽5内等间距设有若干个限位槽14；使膜电极2受力均匀，进一步防止极板形变或偏移。

如图6所示，本实施例中，所述阳极板3上在位于密封槽5的两侧均设有锁模边12。所述阴极板1上在位于密封槽5的两侧均设有锁模边12。锁模边12是为了单电池在注胶过程中注胶模具锁定阴极板1、阳极板3与膜电极2的边框，使胶进入密封槽5中，防止溢胶以及胶渗入非密封区。

如图2和图3所示，本实施例中，所述阳极板3上设有第一定位孔和第二定位孔。所述阴极板1上在与阳极板3上的第一定位孔相对应位置处设有第一定位孔。所述阴极板1上在与阳极板3上的第二定位孔相对应位置处设有第二定位孔。其中，所述第一定位孔为圆形定位孔4，所述第二定位孔为条形定位孔10，所述阳极板3上的圆形定位孔4和条形定位孔10位于阳极板3的对角线上。圆形定位孔4的设计是为了在单电池装配成电堆过程中提供定位作用，提高极板装配时的定位精度，提高电堆装配效率。条形定位孔10的设计是为了避免单电池在注胶过程中温度变化引起的极板膨胀。

如图2和图3所示，本实施例中，所述注胶孔19等间距位于密封槽5上，能够确保胶均匀注入到密封槽5内。

本实施例中，所述限位槽14的数量、注胶孔19的形状和大小可根据极板（即包括阳极板和阴极板）设计自由调整。所述注胶孔19的数量可根据注胶工艺和极板设计自由调整。

本实施例中，一种燃料电池堆，采用如本实施例中所述的燃料电池堆单电池。

本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的燃料电池堆。

上述各实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池堆单电池，包括阳极板（3）、膜电极（2）和阴极板（1），所述阳极板（3）、膜电极（2）和阴极板（1）依次叠设在一起并通过胶粘接密封；所述阳极板（3）包括阳极流道（6），与阳极流道（6）相连通的氢气进口（8）和氢气出口（15），以及冷却液进口（16）和冷却液出口（9）；所述阴极板（1）包括阴极流道（17），与阴极流道（17）相连通的空气进口（13）和空气出口（18），以及冷却液进口（16）和冷却液出口（9）；其特征在于：

所述阳极板（3）的四周边缘以及其上的冷却液进口（16）的四周边缘、冷却液出口（9）的四周边缘均设有朝远离膜电极（2）方向凸起的密封槽（5）；

所述阴极板（1）的四周边缘以及其上的冷却液进口（16）的四周边缘、冷却液出口（9）的四周边缘均设有朝远离膜电极（2）方向凸起的密封槽（5）；

所述密封槽（5）上开设有若干注胶孔（19），所述密封槽（5）内通过注胶形成密封圈；

所述密封槽（5）内间隔设有若干个限位槽（14）。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆单电池，其特征在于：所述密封槽（5）包括槽底面和位于槽底面两侧的侧面，所述限位槽（14）为设置在槽底面上且向膜电极（2）侧凹陷的凹槽。

3.根据权利要求2所述的燃料电池堆单电池，其特征在于：所述密封槽（5）内等间距设有若干个限位槽（14）。

4.根据权利要求1所述的燃料电池堆单电池，其特征在于：所述阳极板（3）或阴极板（1）的密封槽（5）上开设有若干注胶孔（19），所述膜电极（2）在与注胶孔（19）相对应位置处设有过孔，所述密封槽（5）内通过注胶形成密封圈。

5.根据权利要求1所述的燃料电池堆单电池，其特征在于：所述阳极板（3）上在位于密封槽（5）的两侧均设有锁模边（12）；

所述阴极板（1）上在位于密封槽（5）的两侧均设有锁模边（12）。

6.根据权利要求1所述的燃料电池堆单电池，其特征在于：所述阳极板（3）上设有第一定位孔和第二定位孔；

所述阴极板（1）上在与阳极板（3）上的第一定位孔相对应位置处设有第一定位孔；

所述阴极板（1）上在与阳极板（3）上的第二定位孔相对应位置处设有第二定位孔。

7.根据权利要求6所述的燃料电池堆单电池，其特征在于：所述第一定位孔为圆形定位孔（4），所述第二定位孔为条形定位孔（10），所述阳极板（3）上的圆形定位孔（4）和条形定位孔（10）位于阳极板（3）的对角线上。

8.根据权利要求1所述的燃料电池堆单电池，其特征在于：所述注胶孔（19）等间距位于密封槽（5）上。

9.一种燃料电池堆，其特征在于：采用如权利要求1至8任一所述的燃料电池堆单电池。

10.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求9所述的燃料电池堆。