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    一种燃料电池电堆的端部结构及燃料电池电堆[ZH]

    专利编号: ZL202505080274

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    拟转化方式: 转让;普通许可;独占许可;排他许可;作价投资;质押融资;其他(其他)

    交易价格:面议

    专利类型:发明专利

    法律状态:授权

    技术领域:新能源汽车

    发布日期:2025-05-08

    发布有效期: 2025-05-08 至 2042-08-08

    专利顾问 — 伍先生

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    专利基本信息
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    申请号 CN202210945997.2 公开号 CN115189007A
    申请日 2022-08-08 公开日 2022-10-14
    申请人 中汽创智科技有限公司 专利授权日期 2024-09-24
    发明人 何海楠;王英;刘冬安;刘威;朱梦佳 专利权期限届满日 2042-08-08
    申请人地址 211100 江苏省南京市江宁区秣陵街道胜利路88号中汽创智大厦 最新法律状态 授权
    技术领域 新能源汽车 分类号 H01M8/2465
    技术效果 精确性 有效性 有效(授权、部分无效)
    专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 杨雪
    专利技术详情
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    01

    专利摘要

    本发明公开了一种燃料电池电堆的端部结构及燃料电池电堆,属于燃料电池技术领域。本发明的一种燃料电池电堆的端部结构及燃料电池电堆,燃料电池电堆的端部结构包括端板、集流板、柔性垫和气体扩散层,端板设有安装槽,集流板设于安装槽内;柔性垫夹设于集流板与端板之间,柔性垫的两侧分别与端板和集流板固定连接;气体扩散层粘贴于集流板。柔性垫的两侧分别与端板和集流板粘接,气体扩散层粘贴于集流板,以对端板、集流板和气体扩散层进行预装配,提高了端部结构的集成度,不仅可提高燃料电池电堆的装配效率,还可避免集流板和气体扩散层出现移位等问题,提高装配精度。
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    02

    专利详情

    技术领域 本发明涉及燃料电池技术领域,尤其涉及一种燃料电池电堆的端部结构及燃料电池电堆。 背景技术 燃料电池由双极板、膜电极、封装、集流板和端板堆叠组合而成,其中集流板和端板是燃料电池的重要部件。 燃料电池需要两块端板和两块集流板,两块集流板布置在堆体的两侧,作为电池的正负极,导出整个燃料电池的电流。端板需要具有良好的力学性能,一般为金属材质,压紧堆芯单电池形成稳固的结构,同时需要提供气体和水通道供给燃料电池进行化学反应,这也要求端板需要具备良好的耐腐蚀性能。 现有技术中,通常在端板和集流板之间放置绝缘板,或者端板周围包塑绝缘材料,实现集流板和端板的绝缘,装配时两者独立装配。这种装配方法对装配要求较高,集流板和端板需要定位结构实现位置准确定位,同时零件数量较多,累计误差较大,也不利于整个电堆的减重。 同时,集流板与堆芯之间需装配一张碳纸,目前碳纸水平放置在堆芯双极板反应区上方,堆叠时容易造成碳纸移动错位,从而影响电堆的性能和气密性。 发明内容 本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆的端部结构及燃料电池电堆,提高了燃料电池电堆的装配效率与精度。 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电堆的端部结构,包括: 端板,所述端板设有安装槽; 集流板,所述集流板设于所述安装槽内; 柔性垫,所述柔性垫夹设于所述集流板与所述端板之间,所述柔性垫的两侧分别与所述端板和所述集流板固定连接; 气体扩散层,所述气体扩散层粘贴于所述集流板。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述气体扩散层设有塑封边,所述塑封边与所述集流板通过粘接方式固定。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述集流板设有定位结构一,所述端板设有定位配合结构,所述定位配合结构能与所述定位结构一配合,以对所述集流板进行定位; 所述集流板设有用于定位所述气体扩散层的定位结构二。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述安装槽包括沿其深度方向依次连通的槽体一和槽体二,所述集流板设于所述槽体一内,所述柔性垫设于所述槽体二内。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述槽体一的形状与所述集流板的形状相同,且所述槽体一的尺寸与所述集流板的尺寸相同; 所述槽体二的形状与所述柔性垫的形状相同,且所述槽体二的尺寸与所述柔性垫的尺寸相同。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述柔性垫呈栅格状。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述端板包括金属板和连接于所述金属板一侧的绝缘板,所述安装槽设于所述绝缘板。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述端板设有若干通孔,所述通孔包括互相连通且对应设置的孔段一和孔段二,所述孔段一设于所述绝缘板,所述孔段二设于所述金属板,所述孔段二的内壁设有与所述绝缘板过渡连接的绝缘层一。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述绝缘板设有环状的密封槽,所述密封槽围设于部分所述通孔外侧。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述金属板背离所述绝缘板的一侧设有若干柱体; 其中一个所述通孔的所述孔段二设于其中一个所述柱体。 作为燃料电池电堆的端部结构的可选方案,所述金属板的周侧设有与所述绝缘板过渡连接的绝缘层二。 另一方面,提供了一种燃料电池电堆,包括电堆堆芯和两个如上任一项所述的燃料电池电堆的端部结构,两个所述燃料电池电堆的端部结构分别设于所述电堆堆芯堆叠方向的两侧。 与现有技术相比,本发明的有益效果: 本发明的燃料电池电堆的端部结构及燃料电池电堆,柔性垫的两侧分别与端板和集流板固定连接,气体扩散层粘贴于集流板,以对端板、集流板和气体扩散层进行预装配,提高了端部结构的集成度,不仅可提高燃料电池电堆的装配效率,还可避免集流板和气体扩散层出现移位等问题,提高装配精度。 附图说明 图1为本发明实施例中用于燃料电池电堆的爆炸图; 图2为本发明实施例中燃料电池电堆的端部结构的爆炸图; 图3为本发明实施例中燃料电池电堆的端部结构的剖视图; 图4为本发明实施例中集流板与气体扩散层的配合关系示意图; 图5为本发明实施例中端板一的结构示意图一; 图6为本发明实施例中端板一的结构示意图二; 图7为本发明实施例中端板二的结构示意图; 图8为本发明实施例中端板二的剖视图。 附图标记: 1、端板;1a、端板一;1b、端板二;11、安装槽;111、槽体一;112、槽体二;12、定位配合结构;13、金属板;131、柱体;132、绝缘层二;14、绝缘板;15、通孔;15a、反应通孔;15b、排气通孔;151、孔段一;152、孔段二;1521、绝缘层一;16、密封槽; 2、集流板;21、定位结构一;22、定位结构二; 3、柔性垫; 4、气体扩散层;41、塑封边; 5、电堆堆芯。 具体实施方式 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。 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。 在本发明的描述中,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,或者是该发明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 " 、 " 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。在本发明的描述中,除非另有说明, " 多个 " 的含义是两个或两个以上。 在本发明的描述中,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。 下面详细描述本发明的实施例,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,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。 现有技术中,在对燃料电池电堆进行装配时,需要对双极板、膜电极、封装、集流板和端板进行堆叠组合,不仅零件数量较多,累计误差大,且装配效率低下。 为了解决上述问题,如图1-8所示,本实施例提供了一种燃料电池电堆的端部结构,包括端板1、集流板2、柔性垫3和气体扩散层4,端板1设有安装槽11,集流板2设于安装槽11内;柔性垫3夹设于集流板2与端板1之间,柔性垫3的两侧分别与端板1和集流板2粘接;气体扩散层4粘贴于集流板2,可避免气体扩散层4与双极板反应区错位,保证电堆电性能及气密性。对端板1、集流板2和气体扩散层4进行预装配,提高了端部结构的集成度,将预先装配完成的端部结构与电堆堆芯5再进行装配,不仅可提高燃料电池电堆的装配效率,还可避免集流板2和气体扩散层4出现移位等问题,提高装配精度。相比于现有技术,对端板1、集流板2和气体扩散层4进行预装配,还减少了零件数量,减轻电堆重量,提升电堆体积功率密度。 示例性地,柔性垫3通过设置背胶连接集流板2与端板1,在端部结构与电堆堆芯5装配时,即使向下反扣集流板2,也不会使集流板2发生位移错位或掉落的问题,保证装配稳定性及安全性。可选地,气体扩散层4也通过背胶粘贴于集流板2,易于操作。 本实施例中,气体扩散层4采用碳纸。在其他实施例中,气体扩散层4还可以采用碳布,在此不做限定。 在不影响气体扩散层4功能的前提下,为了将气体扩散层4与集流板2粘接,就需要增加气体扩散层4的面积,从而导致气体扩散层4用量增加,增加成本,为了解决该问题,可选地,气体扩散层4设有塑封边41,塑封边41与集流板2通过粘接方式固定。通过在气体扩散层4的边缘设置塑封边41,并通过塑封边41与集流板2粘接,被塑封边41包附的气体扩散层4的面积较小,可避免过度增加气体扩散层4的面积,有利于控制成本。 本实施例中,气体扩散层4沿双极板长度方向的两端均设有塑封边41,以便对气体扩散层4的两端进行固定,保证气体扩散层4的定位稳定性。 可选地,集流板2设有定位结构一21,端板1设有定位配合结构12,定位配合结构12能与定位结构一21配合,以对集流板2进行定位,保证集流板2与端板1的装配精度。 进一步地,集流板2相邻的两个侧边均设有定位结构一21,端板1设有与两个定位结构一21一一对应设置的定位配合结构12,如此设置,在对集流板2起到定位作用的同时,还能避免集流板2装反,保证集流板2的极耳朝向正确,具有防呆功能。 示例性地,定位结构一21与定位配合结构12中的一个为凹槽,另一个为凸块,凸块能与对应的凹槽插接,以对集流板2起到定位作用,并防止集流板2装反。本实施例中,定位结构一21为开设于集流板2的凹槽,定位配合结构12为设于端板1的凸块;当然,在其他实施例中,定位结构一21还可以为设于集流板2的凸块,定位配合结构12为开设于端板1的凹槽。 可选地,集流板2设有用于定位气体扩散层4的定位结构二22,以保证气体扩散层4与集流板2的装配精度。本实施例中,定位结构二22为设于集流板2的定位线,示例性地,定位线可采用蚀刻的方式制成,将气体扩散层4的边缘与定位线对齐,即可实现气体扩散层4的定位。 可选地,安装槽11包括沿其深度方向依次连通的槽体一111和槽体二112,集流板2设于槽体一111内,柔性垫3设于槽体二112内。如此设置,进而避免集流板2过度凸出于端板1的表面,以保证端板1的功能,使端板1能对电堆堆芯5提供压紧力。 进一步地,槽体一111的形状与集流板2的形状相同,且槽体一111的尺寸与集流板2的尺寸相同,以利用槽体一111对集流板2起到定位的作用,避免集流板2在槽体一111内窜动。 进一步地,槽体二112的形状与柔性垫3的形状相同,且槽体二112的尺寸与柔性垫3的尺寸相同,以利用槽体二112队柔性垫3起到定位的作用,避免柔性垫3在槽体二112内窜动。 可选地,柔性垫3呈栅格状。如此设置,使得柔性垫3不仅能均布电堆堆芯5的压力,改善集流板2受力,还能容纳自身受到挤压力产生的形变,避免内应力集中而发生结构破裂等问题。本实施例中,柔性垫3呈井字形,结构简单,易于加工。 示例性地,柔性垫3为硅胶垫,硅胶垫具有良好的耐高温、耐低温、耐压和绝缘特性,契合燃料电池电堆的高低温及绝缘耐压需求,相较于橡胶等其他材质,性能更优。 可选地,端板1包括金属板13和连接于金属板13一侧的绝缘板14,安装槽11设于绝缘板14,以保证端板1的绝缘性。 可以理解的是,燃料电池电堆包括两个端部结构,换言之,燃料电池电堆包括两个端板1,为了便于描述,将两个端板1分别记为端板一1a和端板二1b,端板一1a与端板二1b分别设于电堆堆芯5的两侧,以通过端板一1a和端板二1b夹紧电堆堆芯5。 可选地,端板1设有若干通孔15,若干通孔15包括六个反应通孔15a,六个反应通孔15a分别为设于端板一1a的四个反应气体通孔和两个冷却液通孔,用于反应气体和冷却液进出电堆。具体地,其中两个反应气体通孔与一个冷却液通孔设于端板一1a的一端,另外两个反应气体通孔与一个冷却液通孔设于端板一1a的另一端。 本实施例中,通孔15包括互相连通且对应设置的孔段一151和孔段二152,孔段一151设于绝缘板14,孔段二152设于金属板13,孔段二152的内壁设有与绝缘板14过渡连接的绝缘层一1521,以保证端板1的绝缘性。 进一步地,对于端板一1a,绝缘板14设有环状的密封槽16,密封槽16围设于部分通孔15外侧。本实施例中,密封槽16设有两个,其中一个密封槽16围设于其中两个反应气体通孔与一个冷却液通孔的外侧,另一个密封槽16围设于另外两个反应气体通孔与一个冷却液通孔的外侧,起到良好的密封作用,避免反应气体和冷却液泄漏。 可选地,对于端板二1b,金属板13背离绝缘板14的一侧设有若干柱体131,用于装配弹性件提供压紧力。 进一步地,其中一个通孔15的孔段二152设于其中一个柱体131。需要说明的是,若干通孔15还包括设于端板二1b的排气通孔15b,用于电堆排气,本实施例中,排气通孔15b的孔段二152设于其中一个柱体131,既不影响弹性件装配,还能起到排气的作用,具有优化布局的作用。 可选地,对于端板二1b,金属板13的周侧设有与绝缘板14过渡连接的绝缘层二132,提高端板二1b的绝缘性。 本实施例还提供了一种燃料电池电堆,包括电堆堆芯5和两个如上述的燃料电池电堆的端部结构,两个燃料电池电堆的端部结构分别设于电堆堆芯5堆叠方向的两侧。 注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明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发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。 一种燃料电池电堆的端部结构及燃料电池电堆
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