專利名稱：燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池，尤其涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池電 堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今全球能源緊張，油價(jià)高漲，尋找新能源作為化石燃料的替代品是當(dāng)務(wù)之急。燃 料電池被認(rèn)為是繼水力、火力和原子能發(fā)電后的第四代發(fā)電技術(shù)，它通過(guò)電催化反應(yīng)將氧 化劑和還原劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，是一種高效、安全、清潔、靈活的新型發(fā)電技術(shù)。其 中的質(zhì)子交換膜燃料電池因其具有效率高、能量密度大、反應(yīng)溫度低、無(wú)噪音、無(wú)污染等顯 著優(yōu)點(diǎn)而在地面發(fā)電站、電動(dòng)車(chē)和便攜式電源等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。燃料電池內(nèi)部 主要由質(zhì)子交換膜、電化學(xué)反應(yīng)催化劑、擴(kuò)散層和雙極板組成。當(dāng)燃料電池工作時(shí)，其內(nèi)部 發(fā)生下述反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)氣體在擴(kuò)散層內(nèi)擴(kuò)散，當(dāng)反應(yīng)氣體到達(dá)催化層時(shí)，在催化層內(nèi)被催 化劑吸附并發(fā)生電催化反應(yīng)；陽(yáng)極反應(yīng)生成的質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜內(nèi)傳遞到陰極側(cè)，電子 經(jīng)外電路到達(dá)陰極，同氧分子反應(yīng)結(jié)合成水，同時(shí)放出熱量。電極反應(yīng)為陽(yáng)極(負(fù)極):H2— 2H++2e陰極(正極):l/202+2H++2e— H2O電池反應(yīng)H2+l/202— H2O—個(gè)典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極放在兩塊導(dǎo)電的導(dǎo)流極板中間，兩塊 導(dǎo)流板分別是陽(yáng)極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這樣形成的一個(gè)燃料電池稱為單 電池，為了增大整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，需要將多個(gè)單電池通過(guò)直疊的方式串 聯(lián)成電池組，又叫燃料電池電堆。在燃料電池電堆中，一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其 中一面可以作為一個(gè)膜電極的陽(yáng)極導(dǎo)流面，另一面又可作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流 面，這種極板叫做雙極板。電堆通過(guò)前端板、后端板及拉桿緊固在一起。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)主要由燃料電池堆與電池堆支持運(yùn)行系統(tǒng)組成。當(dāng)燃料電池發(fā) 電系統(tǒng)用作車(chē)、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)又叫做燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)用作燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，對(duì)周?chē)氖褂铆h(huán)境要求比較高，燃 料電池在工作過(guò)程中，尤其是在室外工作環(huán)境，會(huì)有大量的灰塵或水侵蝕電堆，這些灰塵或 水一旦進(jìn)入電堆，則將導(dǎo)致電堆漏電、漏氫，甚至使電堆遭到致命性的破壞，另外在汽車(chē)使 用環(huán)境下，震動(dòng)也會(huì)對(duì)電堆本身造成極大的影響。為此燃料電池堆需要進(jìn)行模塊化集成封 裝，達(dá)到作為一種符合特定場(chǎng)合用途的一體化設(shè)計(jì)的防水防塵、抗震、絕緣、隔熱、氫氣泄露 保護(hù)以及美觀的產(chǎn)品要求。專利號(hào)為99219220. X的實(shí)用新型專利提到現(xiàn)有的兩種燃料電池壓裝方式——內(nèi) 穿螺栓壓裝方式和外置螺栓壓裝方式，這兩種壓裝方式存在明顯的缺陷，如內(nèi)穿螺栓壓裝 由于需在導(dǎo)流板、碳紙及膜上打孔而減少了材料的有效電化學(xué)面積，使電池的體積比功率 降低，而外置螺栓壓裝容易引起單電池在壓裝螺栓的垂直方向上發(fā)生位移。針對(duì)上述兩種燃料電池壓裝方式缺點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種整體封裝的外殼，增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可在各種強(qiáng)震 動(dòng)、沖擊環(huán)境下工作。但是沒(méi)有考慮到封裝外殼的防水防塵以及電絕緣設(shè)計(jì)。專利號(hào)為200520047310. 5的實(shí)用新型專利針對(duì)普通燃料電池堆發(fā)電系統(tǒng)零部件 集成度不夠，太雜、太多，缺少人性化考慮，直接將去點(diǎn)插座，操作開(kāi)關(guān)，安全指示燈等直接 設(shè)計(jì)在殼體上，人性化、產(chǎn)品化、便攜式的設(shè)計(jì)。空氣過(guò)濾網(wǎng)直接封貼于側(cè)板內(nèi)側(cè)，起到一定 的散熱，防水防塵作用。但是忽略了電堆封裝外殼的電絕緣問(wèn)題，并且沒(méi)有考慮到車(chē)用情況 下的抗震問(wèn)題。專利號(hào)為200710172354. 4的實(shí)用新型專利和專利號(hào)為200420019588. 7的實(shí)用 新型專利都提到了一種大型集成式燃料電池堆的封裝與固定，主要為承受較重的燃料電池 堆，具有結(jié)構(gòu)牢固、不易變形、維修及拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)。但是沒(méi)有專門(mén)在防水防塵和電絕緣 方面進(jìn)行設(shè)計(jì)封裝。專利號(hào)為200510026006. 7的實(shí)用新型專利和專利號(hào)為200510026005. 2的實(shí)用新
型專利提到一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的封裝裝置，可有效的防塵防水防漏電，并能夠及時(shí)檢測(cè) 氫氣濃度并作出排氫處理，從而有效防止因氫氣管路破裂而溢出氫氣造成的爆炸。該裝置 在裝置架上設(shè)排風(fēng)口、通風(fēng)口，排風(fēng)口向外延伸一排風(fēng)管，在該排風(fēng)管上設(shè)有排風(fēng)扇，通風(fēng) 口向外延伸一通風(fēng)管，在該通風(fēng)管上設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)。這種封裝裝置雖然能起到防水防塵、漏 氫安全保護(hù)等功能，但是排風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)作需要額外的消耗功率，通風(fēng)管上設(shè)有過(guò)濾設(shè) 備，雨水極易損壞。對(duì)于上述各種燃料電池電堆模塊封裝裝置都沒(méi)有完整的考慮到一體化設(shè)計(jì)的防 水防塵、抗震、絕緣、隔熱、氫氣泄露保護(hù)等所有的特定要求，作為車(chē)載燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)使用 存在安全隱患。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，符合車(chē)載環(huán)境的使用要 求，提供一種可有效的防水、防塵、抗震、絕緣、隔熱，并且具有氫氣安全保護(hù)功能的燃料電 池模塊集成封裝結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)， 包括封裝箱體，封裝前面板，封裝后面板，封裝箱體前、后密封連接封裝前面板，封裝后面 板，使燃料電池電堆全部部件都集成在內(nèi)，封裝前面板上密封固定三個(gè)IP68的電器接頭， 空氣吹掃口，空氣場(chǎng)接頭，水流場(chǎng)接頭，氫氣場(chǎng)接頭；封裝箱體內(nèi)，電池堆兩端分別裝有八個(gè) 電堆固定腳，固定腳上設(shè)有軟體減震內(nèi)襯。封裝箱體與封裝前面板，封裝后面板之間設(shè)有密封條，且分別使用八個(gè)M5-10法 拉面螺絲加紅色墊片固定；氫氣場(chǎng)接頭上放置Imm白色四氟墊片，并用41mm六角螺帽旋緊；空氣場(chǎng)接頭和水 流場(chǎng)接頭上平放2mm硅膠墊片和不銹鋼蓋板蓋，并用十二個(gè)M5-20的銀灰色呢絨螺絲擰緊 固定在封裝前面板上。三個(gè)IP68的電器接頭均帶有0圈密封；空氣吹掃口，空氣場(chǎng)接頭，水流場(chǎng)接頭，氫 氣場(chǎng)接頭與各自配套的管件之間設(shè)有密封圈。電堆裸堆表面復(fù)合0. 5MM的絕緣樹(shù)脂板。[0021]本實(shí)用新型的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型全面的考慮到了燃料電 池電堆模塊集成封裝所需設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)防護(hù)措施，采用電堆固定腳與封裝箱體連接的設(shè)計(jì)， 具有防水防塵(1 55 1 68)、抗震、電絕緣251(0/250￥、氫安全保護(hù)、隔熱等功能的一體化 封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)立體示意圖；圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)主視圖；圖3是圖2的俯視圖；圖4是電堆固定腳A、B、C、D結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的實(shí)施方式。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅 用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型 講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同 樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。如圖1至圖3所示，一種IOKW游覽車(chē)用燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)，其中封 裝箱體6是兩端開(kāi)口的中空長(zhǎng)方體，其上前后各有四個(gè)電堆固定腳螺孔和八個(gè)封裝面板固 定螺孔，封裝箱體6選用tl. 2mm鋼板制成。前、后封裝面板7、5與封裝箱體6兩端開(kāi)口配 合，其內(nèi)側(cè)輪廓與封裝箱體6的兩端開(kāi)口外側(cè)輪廓分別一致，箱體加前后蓋板將燃料電池 堆全部部件都集成在內(nèi)。將電堆八個(gè)固定腳2，4，8，9分別裝在電堆兩端，固定腳2，4，8，9上內(nèi)襯IOmm軟體 減震結(jié)構(gòu)，前端用M8不銹鋼螺帽、平墊及彈墊固定，后端用4個(gè)M6-10法蘭面螺絲、平墊及 彈墊固定。將整個(gè)電堆從后端裝進(jìn)封裝箱體6，用四個(gè)M6-10法蘭面螺絲準(zhǔn)確的連接電堆上 的八個(gè)固定腳，鎖緊固定。外殼結(jié)構(gòu)設(shè)有密封條，三個(gè)IP68的電器接頭13、14、15結(jié)構(gòu)帶有 0圈密封，空氣吹掃口 16，空氣場(chǎng)接頭10，水流場(chǎng)接頭11，氫氣場(chǎng)接頭12與各自配套的管件 之間設(shè)有密封圈，前后蓋板分別使用八個(gè)M5-10法拉面螺絲加紅色墊片固定，使用Imm白色 四氟墊平放在氫氣接頭上，用41mm六角螺帽旋緊，使用2mm硅膠墊片平放在空氣及水接頭 上，再用不銹鋼蓋板蓋上，用十二個(gè)M5-20的銀灰色呢絨螺絲擰緊，在電堆殼體縫隙涂抹上 硅膠密封。空氣吹掃口 16，使用燃料電池系統(tǒng)中空氣供應(yīng)系統(tǒng)提供的干凈空氣導(dǎo)出一小支 流，使其在密封的封裝殼內(nèi)吹掃，保持殼內(nèi)空氣流通，防止氫氣累積。本實(shí)用新型具有(1)防水防塵箱體加前后蓋板將燃料電池堆全部部件都集成在內(nèi)，防水防塵達(dá)到了 1P55(根據(jù) 客戶要求可以調(diào)整提高到IP68)，外殼結(jié)構(gòu)設(shè)有密封條，三個(gè)IP68的電器接頭13、14、15結(jié) 構(gòu)帶有0圈密封，空氣吹掃口 16，空氣場(chǎng)接頭10，水流場(chǎng)接頭11，氫氣場(chǎng)接頭12與各自配 套的管件之間設(shè)有密封圈，前后蓋板分別使用八個(gè)M5-10法拉面螺絲加紅色墊片固定，使 用Imm白色四氟墊平放在氫氣接頭上，用41mm六角螺帽旋緊，使用2mm硅膠墊片平放在空氣及水接頭上，再用不銹鋼蓋板蓋上，用十二個(gè)M5-20的銀灰色呢絨螺絲擰緊，在電堆殼體 縫隙涂抹上硅膠密封，有效的防止水和灰塵進(jìn)入殼體內(nèi)部。(2)抗震本實(shí)用新型采用防震設(shè)計(jì)，內(nèi)部設(shè)有防震軟體結(jié)構(gòu)以及采用電堆端板和外殼螺絲 固定連接，將八個(gè)電堆固定腳2，4，8，9(如圖4所示)分別裝在電堆兩端，固定腳2，4，8，9上 內(nèi)襯IOmm軟體減震結(jié)構(gòu)。將電堆放進(jìn)封裝外殼后使用四個(gè)M6-10法蘭面螺絲連接電堆上 的八個(gè)固定腳，鎖緊固定，一體化設(shè)計(jì)，管路和外殼固定連接，防止電堆和外殼之間的碰撞。(3)電絕緣首先在電堆裸堆表面復(fù)合0. 5MM的絕緣樹(shù)脂板，可選用環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等材 料。其次所選用的電器接頭13、14、15以及電纜具備絕緣的能力，電堆緊固部件表面復(fù)合絕 緣層，通過(guò)固定腳使電堆與封裝殼體相連，電堆不與外殼觸碰，處于懸空狀態(tài)。另外封裝外 殼固定支架1、4上還附有絕緣墊塊，進(jìn)一步提高燃料電池電堆模塊在車(chē)用情況下外殼的電 絕緣性能。(4)氫安全保護(hù)設(shè)計(jì)在封裝結(jié)構(gòu)面板上，前后兩端設(shè)計(jì)了空氣吹掃口 16，將燃料電池系統(tǒng)中空氣 供應(yīng)系統(tǒng)提供的干凈空氣導(dǎo)出一小支流，引入到空氣吹掃口 16，使其在密封的封裝殼內(nèi)吹 掃，保持殼內(nèi)空氣流通，將燃料電池模塊中泄漏的部分氫氣及時(shí)排除，避免氫氣累積。(5)隔熱本實(shí)用新型采用電堆固定腳2、3、8、9和封裝箱體6連接，減少電堆熱量傳遞到外 殼，電堆產(chǎn)生的熱量通過(guò)冷卻接頭傳遞到外部設(shè)備，冷卻水接頭和封裝外殼連接部分為懸 空，防止接頭與殼體之間的熱傳遞，很好的起到了隔熱保護(hù)的作用。
權(quán)利要求一種燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)，包括封裝箱體(6)，封裝前面板(7)，封裝后面板(5)，其特征在于所述封裝箱體(6)前、后密封連接封裝前面板(7)，封裝后面板(5)，使燃料電池電堆全部部件都集成在內(nèi)，封裝前面板(7)上密封固定三個(gè)IP68的電器接頭(13、14、15)，空氣吹掃口(16)，空氣場(chǎng)接頭(10)，水流場(chǎng)接頭(11)和氫氣場(chǎng)接頭(12)；所述封裝箱體(6)內(nèi)，電堆兩端分別裝有八個(gè)電堆固定腳，固定腳上設(shè)有軟體減震內(nèi)襯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述封裝箱 體(6)與封裝前面板(7)，封裝后面板(5)之間設(shè)有密封條，且分別使用八個(gè)M5-10法拉面 螺絲加墊片固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述氫氣場(chǎng) 接頭(12)上放置Imm四氟墊平，并用41mm六角螺帽旋緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述空氣場(chǎng) 接頭(10)和水流場(chǎng)接頭(11)上平放2mm硅膠墊片和不銹鋼蓋板蓋，并用十二個(gè)M5-20的 呢絨螺絲擰緊固定在封裝前面板(7)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述三個(gè) IP68的電器接頭(13、14、15)均帶有0圈密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述空氣吹 掃口(16)，空氣場(chǎng)接頭(10)，水流場(chǎng)接頭(11)，氫氣場(chǎng)接頭(12)與各自配套的管件之間設(shè) 有密封圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電堆裸 堆表面復(fù)合0. 5MM的絕緣樹(shù)脂板。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種燃料電池電堆模塊集成封裝結(jié)構(gòu)，包括封裝箱體，封裝前面板，封裝后面板，封裝箱體前、后密封連接封裝前面板，封裝后面板，使燃料電池電堆全部部件都集成在內(nèi)，封裝前面板上密封固定三個(gè)IP68的電器接頭，空氣吹掃口，空氣場(chǎng)接頭，水流場(chǎng)接頭，氫氣場(chǎng)接頭；封裝箱體內(nèi)，電池堆兩端分別裝有八個(gè)電堆固定腳，固定腳上設(shè)有軟體減震內(nèi)襯。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型全面的考慮到了燃料電池電堆模塊集成封裝所需設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)防護(hù)措施，采用電堆固定腳與封裝箱體連接的設(shè)計(jì)，具有防水防塵(IP55~IP68)、抗震、電絕緣25KΩ/250V、氫安全保護(hù)、隔熱等功能的一體化封裝結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01M2/04GK201689938SQ201020168188
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者張超, 徐麟, 沈軍, 章波, 陳凌云, 陳捷 申請(qǐng)人:昆山弗爾賽能源有限公司