一种气密性好的氢燃料电池电堆的制作方法

1.本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体为一种气密性好的氢燃料电池电堆。


背景技术：

2.氢燃料电池是一种无污染排放的新型电池，其具体原理是将氢气与氧气通过电化学反应生成电能，整个过程中只会产生水和热，因此具有较高的环保性，现有技术中的氢燃料电池是将单个的电池组进行串联形成电池堆进而提高发电效率，如专利号为cn113851686a公开了一种基于磁场调控的氢燃料电池电堆装置，包括：螺线管，与外部可调电流源相连，用于在电流源提供的电流作用下，在其内部产生两个磁场梯度方向相反的电磁场区域；氢燃料电池电堆，可移动式调节放置在螺线管内；根据氢燃料电池电堆中阴阳极的放置方向，调节电堆运行时在螺线管内所处区域，并利用外部可调电流源控制在螺线管内部的不同区域产生的磁场的强度和梯度方向，实现对电堆输出功率的调控。本发明将氢燃料电池电堆置于螺线管内部，利用螺线管内产生的电磁场，能够简便有效地实现对氢燃料电池电堆输出功率的调控；且无需对氢燃料电池原有组件进行任何改性处理，不会对燃料电池内原有理化环境造成影响，实施成本低，安全性高，可以满足一般的使用要求，但是其在实际的使用过程中仍存在以下缺点：
3.1.现有技术中的氢燃料电池堆，多个电池板组进行串联组合，堆叠到一起在发生电化学反应时，产生的大量热不能得到良好的降温，使整个电池堆在反应过程中长期保持一个高温状态，进而使电池堆内的一些原件加速老化，降低整个电堆的使用寿命；
4.2.现有技术中的氢燃料电池堆，当电池板组的板面尺寸较大时，现有技术中的单个细密封圈在两端高压气体的压力作用下，其密封性会有一定程度上的下降，因此需要进一步提高其密封性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种气密性好的氢燃料电池电堆，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气密性好的氢燃料电池电堆,包括双极板组件，所述双极板组件的两侧设有质子交换膜组件，所述双极板组件与质子交换膜组件的左端设有左端板，且在双极板组件与质子交换膜组件的右端设有右端板，所述双极板组件、质子交换膜组件、左端板与右端板通过固定螺栓固定穿配在一起，所述双极板组件、左端板与右端板的下端均插接有散热管组件，且在散热管组件的下端固定接插有散热座组件。
7.优选的，所述双极板组件包括中间板，且在中间板的前后两端面上环向开设有密封槽i，所述中间板前后两端面的中间对称开设有导槽i，所述密封槽i四角位置处对称开设有穿孔i，所述中间板的底部向中间板的中间开设有均布排列的散热孔i，所述散热管组件的上端与散热孔i相插配，由导槽i槽体的两端向中间板的中间开设有导气孔i与导气孔ii。
8.优选的，所述穿孔i内嵌配有外圈套i，所述外圈套i的壁体中间包裹有内圈芯i，且在内圈芯i的四角位置处向外圈套i的两侧开设有与穿孔i位置相对应的穿孔ii，所述穿孔ii、穿孔i均与固定螺栓相穿配。
9.优选的，所述质子交换膜组件包括质子交换膜，且在质子交换膜的前后两端包裹有气体扩散电极i，所述气体扩散电极i前后两端的中间开设有与导槽i位置相对应的导槽ii，且在气体扩散电极i的外侧环向固定压接有固定框，所述固定框的四角位置处开设有与穿孔ii位置相对应的过孔iii。
10.优选的，所述左端板包括端板i，且在端板i的内侧面上环向开设有密封槽ii，所述密封槽ii内侧面的中间开设有与导槽ii位置相对应的导槽iii，且在密封槽ii槽体的四角位置处开设有与过孔iii位置相对应的穿孔iv，所述导槽iii槽体的两端向端板i的外侧面固定连通有进气孔i与回流孔，所述端板i的底部向端板i壁体的中间开设有均布排列的散热孔ii，所述散热管组件的上端与散热孔ii相插配。
11.优选的，所述密封槽ii内嵌配有外圈套ii，且在外圈套ii壁体的中间包裹有内圈芯ii，由内圈芯ii四角位置处向外圈套ii的外侧开设有与穿孔iv位置相对应的穿孔v，所述穿孔v、穿孔iv均与固定螺栓相穿配。
12.优选的，所述所述右端板包括端板ii，且在端板ii的内侧面上环向开设有密封槽iii，所述密封槽iii内侧面的中间开设有与导槽ii位置相对应的导槽iv，且在密封槽iii槽体的四角位置处开设有与过孔iii位置相对应的穿孔vi，所述导槽iv槽体的两端向端板ii的外侧面固定连通有进气孔ii与排水孔，所述端板ii的底部向端板ii的壁体中间开设有均布排列的散热孔iii，所述散热管组件的上端与散热孔iii相插配。
13.优选的，所述密封槽iii内嵌配有外圈套iii，且在外圈套iii壁体的中间包裹有内圈芯iii，由内圈芯iii四角位置处向外圈套iii的外侧开设有与穿孔vi位置相对应的穿孔vii，所述穿孔vii、穿孔vi均与固定螺栓相穿配。
14.优选的，所述散热座组件包括上支撑板，且在上支撑板的上端开设有接插孔，所述散热管组件的下端均与接插孔相接插固定，所述上支撑板下端的左右两侧固定安装有散热风扇，所述散热风扇的外侧并且在上支撑板的下端固定连接有散热板。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设置合理，功能性强，具有以下优点：
16.1.本发明中，通过散热孔i、散热孔ii与散热孔iii内接插散热管组件，并在散热管组件的底部接插上支撑板，工作时，氢气与氧气的电化学反应所产生的热量传导到双极板组件、左端板与右端板上，并通过散热管组件传导到上支撑板，通过散热板增加与空气的接触面积，提高散热座组件的散热能力，通过散热风扇将热量迅速吹散，进一步提高散热座组件的散热能力，使整个电池电堆维持在一个适当的温度范围内，避免其处于高温状态，进而提高了整个电堆的使用寿命；
17.2.本发明中，通过外圈套i中间包裹内圈芯i，在外圈套ii中间包裹内圈芯ii，在外圈套iii中间包裹内圈芯iii，提高外圈套i、外圈套ii与外圈套iii的芯部强度，使中间板、端板i与端板ii的侧面均具有一个较高的密封抗压强度，提高整个电池电堆的密封性；
18.3.本发明中，通过固定框提高整个质子交换膜组件的外部支撑强度，提高其在双极板组件、左端板与右端板之间的密封抗压性，进一步提高整个电池电堆的密封性能。
附图说明
19.图1为本发明整体结构轴侧视图；
20.图2为本发明整体结构左上轴侧爆炸视图；
21.图3为本发明整体结构左下轴侧爆炸视图；
22.图4为本发明整体结构主视图；
23.图5为图4中a-a处剖面结构轴侧视图；
24.图6为图5中c处局部结构放大示意图；
25.图7为图4中b-b处剖面结构轴侧视图；
26.图8为图7中d处局部结构放大示意图；
27.图9为本发明中双极板组件轴侧视图；
28.图10为本发明中双极板组件轴侧爆炸视图；
29.图11为本发明中双极板组件轴侧半剖视图；
30.图12为本发明中质子交换膜组件轴侧视图；
31.图13为本发明中质子交换膜组件主视图；
32.图14为图13中e-e处剖面结构轴侧视图；
33.图15为本发明中左端板轴侧视图；
34.图16为本发明中左端板轴侧爆炸视图；
35.图17为本发明中左端板轴侧半剖视图；
36.图18为本发明中右端板轴侧视图；
37.图19为本发明中右端板轴侧爆炸视图；
38.图20为本发明中右端板轴侧半剖视图。
39.图中：1、双极板组件；2、质子交换膜组件；3、左端板；4、右端板；5、固定螺栓；6、散热管组件；7、散热座组件；101、中间板；102、密封槽i；103、穿孔i；104、导槽i；105、外圈套i；106、内圈芯i；107、穿孔ii；108、散热孔i；109、导气孔i；110、导气孔ii；201、质子交换膜；202、气体扩散电极i；203、导槽ii；204、固定框；205、过孔iii；301、端板i；302、密封槽ii；303、穿孔iv；304、导槽iii；305、外圈套ii；306、内圈芯ii；307、穿孔v；308、进气孔i；309、回流孔；310、散热孔ii；401、端板ii；402、密封槽iii；403、穿孔vi；404、导槽iv；405、外圈套iii；406、内圈芯iii；407、穿孔vii；408、进气孔ii；409、排水孔；410、散热孔iii；701、上支撑板；702、接插孔；703、散热板；704、散热风扇。
具体实施方式
40.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
41.请参阅图1至图20，本发明提供一种技术方案：一种气密性好的氢燃料电池电堆,包括双极板组件1，双极板组件1的两侧设有质子交换膜组件2，双极板组件1与质子交换膜组件2的左端设有左端板3，且在双极板组件1与质子交换膜组件2的右端设有右端板4，双极板组件1、质子交换膜组件2、左端板3与右端板4通过固定螺栓5固定穿配在一起，双极板组
303位置相对应的穿孔v 307，穿孔v 307、穿孔iv 303均与固定螺栓5相穿配，其中，内圈芯ii 306为不锈钢金属材质，通过内圈芯ii 306提高了外圈套ii 305的芯部强度，相对大面积高压输入气体在端板i 301的侧面起到一个良好的密封性。
47.进一步的，右端板4包括端板ii 401，且在端板ii 401的内侧面上环向开设有密封槽iii 402，密封槽iii 402内侧面的中间开设有与导槽ii 203位置相对应的导槽iv 404，且在密封槽iii 402槽体的四角位置处开设有与过孔iii 205位置相对应的穿孔vi 403，导槽iv 404槽体的两端向端板ii 401的外侧面固定连通有进气孔ii 408与排水孔409，端板ii 401的底部向端板ii 401的壁体中间开设有均布排列的散热孔iii 410，散热管组件6的上端与散热孔iii 410相插配，其中，导槽iv 404起到一个气体引导作用，进气孔ii 408与排水孔409分别起到一个气体导入与蒸汽导出作用，工作时，电堆中电化学反应所产生高热通过端板ii 401传导到散热管组件6内，通过散热管组件6对其进行散热，提高右端板4的散热性能。
48.进一步的，密封槽iii 402内嵌配有外圈套iii 405，且在外圈套iii 405壁体的中间包裹有内圈芯iii 406，由内圈芯iii 406四角位置处向外圈套iii 405的外侧开设有与穿孔vi 403位置相对应的穿孔vii 407，穿孔vii 407、穿孔vi 403均与固定螺栓5相穿配，其中，内圈芯iii 406为不锈钢金属材质，通过内圈芯iii 406提高了外圈套iii 405的芯部强度，相对大面积高压输入气体在端板ii 401的侧面起到一个良好的密封性。
49.进一步的，散热座组件7包括上支撑板701，且在上支撑板701的上端开设有接插孔702，散热管组件6的下端均与接插孔702相接插固定，上支撑板701下端的左右两侧固定安装有散热风扇704，散热风扇704的外侧并且在上支撑板701的下端固定连接有散热板703，工作时，散热管组件6导出的高热传导到上支撑板701上，并通过散热板703散热，而散热风扇704则增加了散热板703侧面的空气流通，提高了散热座组件7对散热管组件6的散热性能。
50.本发明中，工作时，氢气与空气分别通过进气孔i 308与进气孔ii 408导入到端板i 301与端板ii 401的内侧，气体在质子交换膜201两侧的气体扩散电极i 202处通过导槽ii 203进行电化学反应，产生的高热通过中间板101、端板i 301与端板ii 401导入到散热管组件6下端固定连接的上支撑板701上，通过散热板703对外散热，并通过散热风扇704提高散热座组件7相对散热管组件6的散热能力，进而对整个电堆的温度进行有效的调节，使其温度稳定在一个适当的范围内，降低电堆的老化，提高电堆的使用寿命。
51.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种气密性好的氢燃料电池电堆,其特征在于：包括双极板组件(1)，所述双极板组件(1)的两侧设有质子交换膜组件(2)，所述双极板组件(1)与质子交换膜组件(2)的左端设有左端板(3)，且在双极板组件(1)与质子交换膜组件(2)的右端设有右端板(4)，所述双极板组件(1)、质子交换膜组件(2)、左端板(3)与右端板(4)通过固定螺栓(5)固定穿配在一起，所述双极板组件(1)、左端板(3)与右端板(4)的下端均插接有散热管组件(6)，且在散热管组件(6)的下端固定接插有散热座组件(7)。2.根据权利要求1所述的一种气密性好的氢燃料电池电堆，其特征在于：所述双极板组件(1)包括中间板(101)，且在中间板(101)的前后两端面上环向开设有密封槽i(102)，所述中间板(101)前后两端面的中间对称开设有导槽i(104)，所述密封槽i(102)四角位置处对称开设有穿孔i(103)，所述中间板(101)的底部向中间板(101)的中间开设有均布排列的散热孔i(108)，所述散热管组件(6)的上端与散热孔i(108)相插配，由导槽i(104)槽体的两端向中间板(101)的中间开设有导气孔i(109)与导气孔ii(110)。3.根据权利要求2所述的一种气密性好的氢燃料电池电堆，其特征在于：所述穿孔i(103)内嵌配有外圈套i(105)，所述外圈套i(105)的壁体中间包裹有内圈芯i(106)，且在内圈芯i(106)的四角位置处向外圈套i(105)的两侧开设有与穿孔i(103)位置相对应的穿孔ii(107)，所述穿孔ii(107)、穿孔i(103)均与固定螺栓(5)相穿配。4.根据权利要求3所述的一种气密性好的氢燃料电池电堆，其特征在于：所述质子交换膜组件(2)包括质子交换膜(201)，且在质子交换膜(201)的前后两端包裹有气体扩散电极i(202)，所述气体扩散电极i(202)前后两端的中间开设有与导槽i(104)位置相对应的导槽ii(203)，且在气体扩散电极i(202)的外侧环向固定压接有固定框(204)，所述固定框(204)的四角位置处开设有与穿孔ii(107)位置相对应的过孔iii(205)。5.根据权利要求4所述的一种气密性好的氢燃料电池电堆，其特征在于：所述左端板(3)包括端板i(301)，且在端板i(301)的内侧面上环向开设有密封槽ii(302)，所述密封槽ii(302)内侧面的中间开设有与导槽ii(203)位置相对应的导槽iii(304)，且在密封槽ii(302)槽体的四角位置处开设有与过孔iii(205)位置相对应的穿孔iv(303)，所述导槽iii(304)槽体的两端向端板i(301)的外侧面固定连通有进气孔i(308)与回流孔(309)，所述端板i(301)的底部向端板i(301)壁体的中间开设有均布排列的散热孔ii(310)，所述散热管组件(6)的上端与散热孔ii(310)相插配。6.根据权利要求5所述的一种气密性好的氢燃料电池电堆，其特征在于：所述密封槽ii(302)内嵌配有外圈套ii(305)，且在外圈套ii(305)壁体的中间包裹有内圈芯ii(306)，由内圈芯ii(306)四角位置处向外圈套ii(305)的外侧开设有与穿孔iv(303)位置相对应的穿孔v(307)，所述穿孔v(307)、穿孔iv(303)均与固定螺栓(5)相穿配。7.根据权利要求5所述的一种气密性好的氢燃料电池电堆，其特征在于：所述所述右端板(4)包括端板ii(401)，且在端板ii(401)的内侧面上环向开设有密封槽iii(402)，所述密封槽iii(402)内侧面的中间开设有与导槽ii(203)位置相对应的导槽iv(404)，且在密封槽iii(402)槽体的四角位置处开设有与过孔iii(205)位置相对应的穿孔vi(403)，所述导槽iv(404)槽体的两端向端板ii(401)的外侧面固定连通有进气孔ii(408)与排水孔(409)，所述端板ii(401)的底部向端板ii(401)的壁体中间开设有均布排列的散热孔iii(410)，所述散热管组件(6)的上端与散热孔iii(410)相插配。
8.根据权利要求7所述的一种气密性好的氢燃料电池电堆，其特征在于：所述密封槽iii(402)内嵌配有外圈套iii(405)，且在外圈套iii(405)壁体的中间包裹有内圈芯iii(406)，由内圈芯iii(406)四角位置处向外圈套iii(405)的外侧开设有与穿孔vi(403)位置相对应的穿孔vii(407)，所述穿孔vii(407)、穿孔vi(403)均与固定螺栓(5)相穿配。9.根据权利要求1所述的一种气密性好的氢燃料电池电堆，其特征在于：所述散热座组件(7)包括上支撑板(701)，且在上支撑板(701)的上端开设有接插孔(702)，所述散热管组件(6)的下端均与接插孔(702)相接插固定，所述上支撑板(701)下端的左右两侧固定安装有散热风扇(704)，所述散热风扇(704)的外侧并且在上支撑板(701)的下端固定连接有散热板(703)。

技术总结
本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体公开了一种气密性好的氢燃料电池电堆,包括双极板组件，所述双极板组件的两侧设有质子交换膜组件，所述双极板组件与质子交换膜组件的左端设有左端板，且在双极板组件与质子交换膜组件的右端设有右端板；本发明中，氢气与氧气的电化学反应所产生的热量，通过散热风扇将热量迅速吹散，使整个电池电堆维持在一个适当的温度范围内，提高了整个电堆的使用寿命；通过外圈套I中间包裹内圈芯I，在外圈套II中间包裹内圈芯II，在外圈套III中间包裹内圈芯III，提高外圈套I、外圈套II与外圈套III的芯部强度，使中间板、端板I与端板II的侧面均具有一个较高的密封抗压强度，提高整个电池电堆的密封性。提高整个电池电堆的密封性。提高整个电池电堆的密封性。


技术研发人员：虞文武 蔡福海 张志强 夏欢庆 周斌 孙宏业
受保护的技术使用者：苏州策马机电科技有限公司
技术研发日：2023.08.03
技术公布日：2023/10/11