电堆模块及燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种电堆模块及燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池系统包括电堆模块、汇流板、氢气模块、冷却模块和空气模块等零部件，其中电堆模块包括电堆壳体和堆芯，堆芯安装于电堆壳体内。堆芯由两个端板和夹设于两个端板之间的双极板、绝缘板、集流板和膜电极等零部件压制而成，为了保证堆芯内部氢气、空气和冷却水不泄漏，堆芯内部存在三处密封：集流板和双极板之间，双极板和膜电极之间，膜电极和双极板之间，两两之间通过挤压密封圈保证两者之间的密封要求。
3.现有的端板设计有带螺纹的细杆，通过旋紧细杆挤压端板进而挤压双极板、膜电极和集流板，进而实现挤压密封圈。该种结构需要将细杆设置很长，在细杆旋紧挤压端板时，靠近端板的密封圈被挤压的力度大对应变形程度大，而位于堆芯中部的密封圈被挤压的力度小对应变形程度小，存在位于堆芯中部的密封圈的密封效果差的问题；并且，该种结构对各个部件的安装精度要求高，不便于装配。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种电堆模块及燃料电池系统，以缓解现有技术中存在的堆芯装配难度大和密封效果差的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案在于：
6.第一方面，本实用新型提供的电堆模块包括：
7.电堆壳体，所述电堆壳体具有容纳腔和与所述容纳腔连通的通道；
8.堆芯，所述堆芯包括多个模组，多个所述模组沿第一方向排布于所述容纳腔内，并与所述容纳腔的侧壁卡接；
9.相邻的两个所述模组串联，所述模组设有流道和密封凹槽，所述流道贯穿所述模组，且所述流道与所述通道流体连通，所述密封凹槽设于所述模组的表面且围设于所述流道的外周；
10.密封圈，所述密封圈嵌设于所述密封凹槽内，且与相邻所述模组抵接。
11.更进一步地，所述模组包括：
12.第一端板；
13.第二端板，所述第二端板与所述第一端板沿所述第一方向间隔设置；
14.多个双极板，多个所述双极板夹设于所述第一端板和所述第二端板之间，所述双极板、所述第一端板和所述第二端板均设有相互连通的所述流道，所述第一端板背离所述双极板的表面设有所述密封凹槽。
15.更进一步地，所述第二端板背离所述双极板的表面设有防漏层，所述防漏层与相邻所述模组中的所述密封圈的位置对应设置；
16.所述防漏层的表面粗糙度小于所述双极板的表面粗糙度。
17.更进一步地，所述容纳腔的内壁设有第一插槽，所述模组的侧壁设有第二插槽，所述第一插槽与所述第二插槽插接配合。
18.更进一步地，所述第一端板和所述第二端板均设有所述第二插接结构；
19.相邻的两个所述模组中相互贴合的所述第一端板和所述第二端板，两者的相邻的两个所述模组的所述第二插槽与同一个所述第一插槽插接配合。
20.更进一步地，相邻的两个所述模组通过串联锁连通。
21.更进一步地，所述串联锁安装于所述电堆壳体，且两端分别与相邻的两个所述模组电连接。
22.更进一步地，所述串联锁包括：
23.固定部，所述固定部安装于所述电堆壳体；
24.两个连接部，两个所述连接部均与所述固定部可拆卸连接，且分别与相邻的两个所述模组电连接。
25.更进一步地，所述模组包括集流板，所述连接部与所述集流板电连接。
26.第二方面，本实用新型提供的燃料电池系统包括如上述任一项所述的电堆模块。
27.综合上述技术方案，本实用新型所能实现的技术效果分析如下：
28.本实用新型提供的电堆模块包括电堆壳体、堆芯和密封圈，电堆壳体具有容纳腔和与容纳腔连通的通道；堆芯包括多个模组，多个模组沿第一方向排布于容纳腔内，并与容纳腔的侧壁卡接；相邻的两个模组串联，模组设有流道和密封凹槽，流道贯穿模组，且流道与通道流体连通，密封凹槽设于模组的表面且围设于流道的外周；密封圈嵌设于密封凹槽内，且与相邻模组抵接。该电堆模块的堆芯由多个模组串联装配而成；在装配该电堆模块时，先对模组进行组装，再将多个模组依次安装至电堆壳体的容纳腔内，并将相邻的两个模组串联；并且，通过密封圈实现相邻的两个模组之间的密封。因为单个模组内的零件数量小于整个堆芯的零件数量，如此分步组装降低了堆芯的装配难度；也因为单个模组内的零件数量少，对单个模组进行组装时，位于模组中部的密封元件和位于模组端部的密封元件受力基本相同，则变形程度基本相同，避免了模组中部密封效果差的问题；模组与容纳腔的侧壁卡接，电堆壳体对模组进行了限位，则位于电堆壳体的不同位置的密封圈的受力和变形程度相同，避免了堆芯中部密封效果差的问题。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型实施例提供的电堆模块的结构示意图；
31.图2为本实用新型实施例提供的电堆模块中模组的结构示意图一；
32.图3为本实用新型实施例提供的电堆模块中模组的结构示意图二；
33.图4为图3中a-a处截面图；
34.图5为本实用新型实施例提供的电堆模块中模组的结构示意图三；
35.图6为本实用新型实施例提供的电堆模块中电堆壳体的结构示意图；
36.图7为图6中b处的局部放大图；
37.图8为本实用新型实施例提供的电堆模块中串联锁的结构示意图一；
38.图9为本实用新型实施例提供的电堆模块中串联锁的结构示意图二。
39.图标：
40.100-电堆壳体；110-容纳腔；120-第一插接结构；121-凸块；122-第一卡槽；200-堆芯；210-模组；211-流道；212-第一端板；213-密封凹槽；214-第二端板；215-防漏层；216-双极板；217-第二插接结构；300-串联锁；310-固定部；320-连接部；400-密封圈；a-第一方向。
具体实施方式
41.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。
42.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。
43.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。
44.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“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。
45.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
46.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”、“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。
47.下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
48.实施例一
49.现有的堆芯结构需要将细杆设置很长，在细杆旋紧挤压端板时，靠近端板的密封圈被挤压的力度大对应变形程度大，而位于堆芯中部的密封圈被挤压的力度小对应变形程度小，存在位于堆芯中部的密封圈的密封效果差的问题；并且，该种结构对各个部件的安装
精度要求高，不便于装配。
50.有鉴于此，请参见图1，本实用新型实施例提供的电堆模块包括电堆壳体100、堆芯200和密封圈400，电堆壳体100具有容纳腔110和与容纳腔连通的通道；堆芯200包括多个模组210，多个模组210沿第一方向a排布于容纳腔110内，并与容纳腔110的侧壁卡接；相邻的两个模组210串联，模组210设有流道211和密封凹槽213，流道211贯穿模组210，且流道211与通道流体连通，密封凹槽213设于模组210的表面且围设于流道211的外周；密封圈400嵌设于密封凹槽213内，且与相邻模组210抵接。该电堆模块的堆芯200由多个模组210串联装配而成；在装配该电堆模块时，先对模组210进行组装，再将多个模组210依次安装至电堆壳体100的容纳腔110内，并将相邻的两个模组210串联；并且，通过密封圈400实现相邻的两个模组210之间的密封。因为单个模组210内的零件数量小于整个堆芯200的零件数量，如此分步组装降低了堆芯200的装配难度；也因为单个模组210内的零件数量少，对单个模组210进行组装时，位于模组210中部的密封元件和位于模组210端部的密封元件受力基本相同，则变形程度基本相同，避免了模组210中部密封效果差的问题；模组210与容纳腔110的侧壁卡接，电堆壳体100对模组210进行了限位，则位于电堆壳体100的不同位置的密封圈400的受力和变形程度相同，避免了堆芯中部密封效果差的问题。
51.以下对电堆模块的结构和形状进行详细说明：
52.本实用新型实施例的可选方案中，模组210包括第一端板212、第二端板214和多个双极板216，第二端板214与第一端板212沿第一方向a间隔设置；多个双极板216夹设于第一端板212和第二端板214之间，双极板216、第一端板212和第二端板214均设有相互连通的流道211，第一端板212背离双极板216的表面设有密封凹槽213。
53.具体地，请参见图2至图4，模组210设置为长方形，单个模组210设有多个流道211，多个流道211沿模组210的长度方向和高度方向间隔设置。多个流道211中包括第一氢气流道、第一冷却流道、第一空气流道、第二氢气流道、第二冷却流道和第二空气流道；多个模组210的流道211对应连通。较为优选地，流道211的截面设置为圆形，对应地，密封凹槽213的截面设置为圆环形。更进一步地，本实施例中，密封凹槽213的最小直径比流道211的内径大6mm，当然，两者之间的差值设置为其他数值，例如4mm、8mm或10mm等也应当在本实用新型实施例的保护范围之内。
54.密封凹槽213用于安装密封圈400，提高密封圈400的安装稳定性；相邻的两个模组210挤压密封圈400，保证两者之间的密封效果，避免流道211内的流体向外部泄露。
55.本实用新型实施例的可选方案中，第二端板214背离双极板216的表面设有防漏层215，防漏层215与相邻模组210中的密封圈400的位置对应设置；防漏层215的表面粗糙度小于双极板216的表面粗糙度。
56.具体地，请参见图5，对第二端板214与密封圈400接触的表面进行机械磨光，形成防漏层215；保证密封圈400与第二端板214抵接的表面的粗糙度达到密封要求，进一步提高相邻的两个模组210之间的密封效果。
57.本实用新型实施例的可选方案中，容纳腔110的内壁设有第一插接结构120，模组210的侧壁设有第二插接结构217，第一插接结构120与第二插接结构217插接配合。
58.具体地，第一插接结构120设置为凸起或凹槽，第二插接结构217对应设置为凹槽或凸起，凸起插设于凹槽内。或者，第一插接结构120设置为凸块121，且凸块121的表面设有
第一卡槽122，第二插接结构217设置为第二卡槽，第一卡槽122的侧壁插设于第二卡槽内。更进一步地，模组210的两个侧壁均设有第二插接结构217，对应地，容纳腔110相对的两个侧壁也均设有第一插接结构120，实现模组210的两侧均与容纳腔110插接配合，提高了模组210的安装稳定性，避免模组210倾斜。
59.通过凸起插设于凹槽的方式实现模组210与电堆壳体100的插接配合，结构简单并且易于拆装。
60.本实用新型实施例的可选方案中，第一端板212和第二端板214均设有第二插接结构217；相邻的两个模组中相互贴合的第一端板212和第二端板214，两者的第二插接结构217与同一个第一插接结构120插接配合。
61.具体地，本实施例中，请参见图6和图7，第一插接结构120设置为凸块121，且凸块121的表面设有第一卡槽122，第二插接结构217设置为第二卡槽；第一卡槽122的一个侧壁插设于一个模组210的第二卡槽内，第一卡槽122的另一个侧壁插设于相邻的模组210的第二卡槽内。更进一步地，第一端板212和第二端板214均设有第二插接结构217。
62.相邻的两个模组210的第二插接结构217与同一个第一插接结构120插接配合，实现相邻的两个模组210之间的相互制约，提高了模组210的安装精度。
63.本实用新型实施例的可选方案中，相邻的两个模组210通过串联锁300连通。
64.具体地，本实施例中，端板与双极板216通过螺栓杆进行紧固，保证中间双极板216间的密封要求。
65.串联锁300实现了相邻的两个模组210之间的串联以满足电堆模块的电压需求；同时防止在使用燃料电池系统时因颠簸等外部激励导致模组210分离的问题。
66.本实用新型实施例的可选方案中，串联锁300安装于电堆壳体100，且两端分别与相邻的两个模组210电连接。
67.具体地，请参见图8，串联锁300的中部通过螺栓与电堆壳体100连接，且一端与模组210的正极电连接，另一端与相邻的模组210的负极电连接。
68.串联锁300通过螺栓与电堆壳体100连接，方便对串联锁300进行拆装且实现串联锁300固定在电堆壳体100上，避免颠簸等外部激励导致串联锁300与电堆壳体100分离。
69.本实用新型实施例的可选方案中，串联锁300包括固定部310和两个连接部320，固定部310安装于电堆壳体100；两个连接部320均与固定部310可拆卸连接，且分别与相邻的两个模组210电连接。
70.具体地，本实施例中，请参见图9，连接部320包括软铜线。
71.固定部310用于与电堆壳体100连接，实现串联锁300固定在电堆壳体100上，避免颠簸等外部激励导致串联锁300与电堆壳体100分离。连接部320用于与模组210电连接，实现相邻的两个模组210串联。
72.本实用新型实施例的可选方案中，模组210包括集流板，连接部320与集流板电连接。
73.具体地，集流板设置有多个，多个集流板与多个双极板216交替排列。更进一步地，连接部320与固定部310通过螺栓连接，便于拆装。
74.实施例二
75.本实用新型实施例提供的燃料电池系统包括了实施例一中述及的电堆模块，因
此，也具备了实施例一中的一切有益效果，在此不再赘述。
76.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种电堆模块，其特征在于，包括：电堆壳体(100)，所述电堆壳体(100)具有容纳腔(110)和与所述容纳腔(110)连通的通道；堆芯(200)，所述堆芯(200)包括多个模组(210)，多个所述模组(210)沿第一方向(a)排布于所述容纳腔(110)内，并与所述容纳腔(110)的侧壁卡接；相邻的两个所述模组(210)串联，所述模组(210)设有流道(211)和密封凹槽(213)，所述流道(211)贯穿所述模组(210)，且所述流道(211)与所述通道流体连通，所述密封凹槽(213)设于所述模组(210)的表面且围设于所述流道(211)的外周；密封圈(400)，所述密封圈(400)嵌设于所述密封凹槽(213)内，且与相邻所述模组(210)抵接。2.根据权利要求1所述的电堆模块，其特征在于，所述模组(210)包括：第一端板(212)；第二端板(214)，所述第二端板(214)与所述第一端板(212)沿所述第一方向(a)间隔设置；多个双极板(216)，多个所述双极板(216)夹设于所述第一端板(212)和所述第二端板(214)之间，所述双极板(216)、所述第一端板(212)和所述第二端板(214)均设有相互连通的所述流道(211)，所述第一端板(212)背离所述双极板(216)的表面设有所述密封凹槽(213)。3.根据权利要求2所述的电堆模块，其特征在于，所述第二端板(214)背离所述双极板(216)的表面设有防漏层(215)，所述防漏层(215)与相邻所述模组(210)中的所述密封圈(400)的位置对应设置；所述防漏层(215)的表面粗糙度小于所述双极板(216)的表面粗糙度。4.根据权利要求3所述的电堆模块，其特征在于，所述容纳腔(110)的内壁设有第一插接结构(120)，所述模组(210)的侧壁设有第二插接结构(217)，所述第一插接结构(120)与所述第二插接结构(217)插接配合。5.根据权利要求4所述的电堆模块，其特征在于，所述第一端板(212)和所述第二端板(214)均设有所述第二插接结构(217)；相邻的两个所述模组(210)中相互贴合的所述第一端板(212)和所述第二端板(214)，两者的所述第二插接结构(217)与同一个所述第一插接结构(120)插接配合。6.根据权利要求1-3任一项所述的电堆模块，其特征在于，相邻的两个所述模组(210)通过串联锁(300)连通。7.根据权利要求6所述的电堆模块，其特征在于，所述串联锁(300)安装于所述电堆壳体(100)，且两端分别与相邻的两个所述模组(210)电连接。8.根据权利要求6所述的电堆模块，其特征在于，所述串联锁(300)包括：固定部(310)，所述固定部(310)安装于所述电堆壳体(100)；两个连接部(320)，两个所述连接部(320)均与所述固定部(310)可拆卸连接，且分别与相邻的两个所述模组(210)电连接。9.根据权利要求8所述的电堆模块，其特征在于，所述模组(210)包括集流板，所述连接部(320)与所述集流板电连接。
10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电堆模块。

技术总结
本实用新型提供了一种电堆模块及燃料电池系统，涉及燃料电池技术领域。该电堆模块包括电堆壳体、堆芯和密封圈，电堆壳体具有容纳腔和与容纳腔连通的通道；堆芯包括多个模组，多个模组沿第一方向排布于容纳腔内，并与容纳腔的侧壁卡接；相邻的两个模组串联，模组设有流道和密封凹槽，流道贯穿模组，且流道与通道流体连通，密封凹槽设于模组的表面且围设于流道的外周；密封圈嵌设于密封凹槽内，且与相邻模组抵接。本实用新型提供的电堆模块解决了现有技术中存在的堆芯装配难度大和密封效果差的技术问题。的技术问题。的技术问题。


技术研发人员：王小兆 原强
受保护的技术使用者：未势能源科技有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/20