CN117638183B - 一种燃料电池封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池封装技术领域，公开了一种燃料电池封装结构，包括内部具有隔断板的封装壳，所述封装壳一侧连接有进风管，所述封装壳另外一侧连接有出风管，所述进风管和出风管之间设有电极电堆，所述电极电堆顶部横向截面和封装壳内顶部之间形成一个可改变角度的夹角，此燃料电池封装结构，往进风管内部输送高速气体的过程中，气体会使得集流罩下降，随着集流罩下降的过程中，电机带动齿轮转动，当齿条移动的过程中，带动连接板移动，使得滑头在隔断板既定的轨迹上下直线移动，将电堆基座边沿驱动扶正，将电堆基座封装壳之间形成阻碍通道打开，利于氢气的通过，在高速气体的流通下，顺利的将位于封装壳内顶部的氢气排出，防止氢气残留。

Description

一种燃料电池封装结构

技术领域

本发明涉及电池封装技术领域，具体为一种燃料电池封装结构。

背景技术

氢燃料电池是一种通过氢氧电化学反应把化学能转化成电能的装置。氢气和氧气作为燃料，没有机械传动，产生的是水，清洁无污染，具有非常大的发展前景。

燃料电池***主要由燃料电池堆、氢气供给***、空气供给***、冷却***及控制***组成；而燃料电池***的电堆是整个***的核心，在车载燃料电池电堆中，除了不同路况导致的晃动、振动之外，还容易受到外部的碰撞(冲击)；为了保护燃料电池电堆免受或减小外部载荷对***电堆的影响，通常将电堆封装在壳体内部，通常情况下电堆内部的公共流道内是水平设置的，加上电堆接口的位置高于公共流道的端部位置，会造成公共流道的内部积水，这些积水无法通过气流带走，因而积水过多会影响电堆的性能。

为了防止电堆积水，中国专利授权号为CN113013446B的发明专利提供的技术是将电池电堆倾斜化设置使电堆公共流道亦倾斜设置，公共流道的另一端靠近电池电堆的开口端，公共流道中靠近盲端的端部的水平高度高于靠近开口端的端部的水平高度、位于竖直方向最低处的接口不高于所述公共流道位于开口端的水平位置；及时排出电池电堆内部积水。

但是在现有技术中通常采用被动排气的方式，即空气供给***的空气入口与壳体内部连通，利用空气供给***中的空压机产生负压将壳体内部积聚的未使用的氢气排除，从而重新循环和过滤排放到氢气入口反复使用，由于氢的密度远小于空气，因此在该技术中在电堆倾斜摆放的时候，电堆拐角倾斜易于在壳体内部形成障碍面，会妨碍氢气的排出，使得氢气在壳体内部最高位堆积，之后在电极板表面之间集聚，导致空压机在抽气的时候效率下降，使得该技术中会导致少部分氢气混入电堆阴极进而影响电堆活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池封装结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池封装结构，包括内部具有隔断板的封装壳，所述封装壳一侧连接有进风管，所述封装壳另外一侧连接有出风管，所述进风管和出风管之间设有电极电堆，所述电极电堆上依次设有一组水管和空气管以及氢气管，所述电极电堆为不稳态设置于封装壳内，使得所述电极电堆顶部横向截面和封装壳内顶部之间形成一个可改变角度的夹角，所述进风管或出风管端口和电极电堆顶部横向截面平齐，所述封装壳底部一侧连接有出水管，所述出水管和电极电堆公共流道连接；所述隔断板和电极电堆之间安装有电堆基座，所述电极电堆和电堆基座固定连接，所述隔断板一组对角线两端分别开设有穿透孔，所述电堆基座上下分别滑动连接有两个连接头，所述穿透孔为弧形形状，方便连接头在其上圆弧活动，其中两个所述连接头一端位于穿透孔上滑动，另外两个所述连接头一端穿过封装壳内部隔断板，所述隔断板中部安装有用于对穿透孔进行封堵的活动组件，当电极电堆顶部的横向截面和封装壳内顶部平行后通过活动组件将穿透孔孔径封堵；所述隔断板一组对角线安装有用于将电极电堆于封装壳内部进行扶正的驱动装置；所述隔断板中部安装的垫圈，所述垫圈内圈转动连接有内螺纹套圈，所述内螺纹套圈一端和电极电堆固定连接，所述内螺纹套圈内圈螺纹连接有螺纹杆；所述活动组件包括所述螺纹杆一端固定安装的驱动板，所述驱动板两端朝向隔断板对角线，所述驱动板两端均安装有密封板，所述密封板一侧固定滑动连接有封堵片，所述封堵片位于穿透孔一侧旁，所述封堵片和连接头一端抵触接触。

优选的，所述进风管一端固定连接有进风管延伸部，所述进风管延伸部分为三段，一段垂直朝向封装壳底部，另外两段分别和封装壳内部与进风管相通，垂直朝向封装壳底部的一段所述进风管延伸部内部滑动安装有集流罩，所述集流罩底部连接有第二弹簧，所述进风管延伸部内底部安装有接触开关。

优选的，所述隔断板靠近每个密封板旁均安装有连接块，所述连接块和密封板之间固定安装有第一弹簧。

优选的，所述驱动装置包括两个安装在所述隔断板另外一组对角线上的电机，所述电机输出轴上套接有齿轮，所述隔断板在靠近每个齿轮旁滑动连接有齿条，所述齿条一侧穿透隔断板，并安装有连接板，所述连接板上固定安装有滑头，所述滑头两侧分别安装有滚轮。

优选的，所述齿条紧贴隔断板表面活动，所述封装壳内底部等距排列安装有多个防撞垫，所述电极电堆以相对靠近齿条的两个连接头为轴，于隔断板上转动，使电极电堆在转动时绕所述穿透孔活动，所述电极电堆活动角度为0-8°。

优选的，所述封装壳在进风管的外部安装有空气流通罩，所述封装壳在远离出水管一侧底部设有多个分吹口，每个所述分吹口上均安装有多个单向通道阀，所述封装壳内部通过每个单向通道阀均和空气流通罩相通。

优选的，所述出水管和电极电堆之间连接波纹管，所述波纹管和电极电堆公共流道连接，所述公共流道和氢气管相通，所述出水管一端竖直方向最低处的所述接口不高于所述电极电堆的公共流道位于开口端的水平位置。

优选的，所述封装壳外部设有多个用于通过管路的连接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在往进风管内部输送高速气体的过程中，气体会使得集流罩下降，随着集流罩下降的过程中，激发接触开关工作，将电机进行通电，电机带动齿轮转动，齿轮转动使得两个齿条在隔断板上相向运动，当齿条移动的过程中，带动连接板移动，使得滑头在隔断板既定的轨迹上下直线移动，将电堆基座边沿驱动扶正，将电堆基座封装壳之间形成阻碍通道打开，利于氢气的通过，在高速气体的流通下，顺利的将位于封装壳内顶部的氢气排出，防止氢气残留；

单向通道阀为了提升排出效率，在高速气体从进风管进入的时候对其进行分流，将部分的气体输送到封装壳内底部，挤压封装壳内部将可能存在氢气挤到上方位置，利于氢气的排出工作，提升排出效率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明封装壳内部结构示意图；

图3为本发明驱动板处结构示意图；

图4为本发明图3中A处的放大结构示意图；

图5为本发明驱动装置和活动组件***示意图；

图6为本发明隔断板和电堆基座相关连接结构示意图；

图7为本发明进风管延伸部内部结构示意图。

图中：1-封装壳；101-隔断板；2-进风管；3-出风管；4-出水管；5-连接口；6-空气管；7-水管；8-电极电堆；9-氢气管；10-单向通道阀；11-进风管延伸部；12-垫圈；13-驱动板；14-电机；15-齿轮；16-齿条；17-连接块；18-第一弹簧；19-密封板；1901-封堵片；20-连接板；21-滑头；2101-滚轮；22-内螺纹套圈；23-螺纹杆；24-穿透孔；25-电堆基座；26-防撞垫；27-连接头；28-集流罩；29-第二弹簧；30-接触开关；31-分吹口。

具体实施方式

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。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种燃料电池封装结构，包括内部具有隔断板101的封装壳1，封装壳1一侧连接有进风管2，封装壳1另外一侧连接有出风管3，进风管2和出风管3之间设有电极电堆8，电极电堆8上依次设有一组水管7和空气管6以及氢气管9，电极电堆8为不稳态设置于封装壳1内，封装壳1外部设有多个用于通过管路的连接口5，连接口5密封之后将管路引进封装壳1内，设计不稳态有利于将封装壳1内部氢气进行排出，尤其是在使用燃料电池后，当进风管2管口处于进风状态的过程中，电极电堆8在封装壳1内部是处于一个运动过程，平时在电极电堆8正常发电的过程中电极电堆8的位置处于倾斜的静态，电极电堆8顶部横向截面和封装壳1内顶部之间形成一个可改变角度的夹角，进风管2或出风管3端口和电极电堆8顶部横向截面平齐，如图2所示，当电极电堆8倾斜后，进风管2一端和电极电堆8顶部拐角相对，当电极电堆8处于稳态静置固定的时候，电极电堆8顶部截面和进风管2以及出风管3水平对齐，封装壳1底部一侧连接有出水管4，出水管4和电极电堆8公共流道连接；在具体安装的过程中隔断板101和电极电堆8之间安装有电堆基座25，随着电堆基座25移动，可以确保电极电堆8能够以保证正常的使用，防止电极电堆8在倾斜的过程中，其连接部件和封装壳1内部产生碰撞，因此电堆基座25所需要的面积大于电极电堆8一侧面积，电极电堆8和电堆基座25固定连接，隔断板101一组对角线两端分别开设有穿透孔24，为弧形形状，方便连接头27在其上圆弧活动，电堆基座25上下分别滑动连接有两个连接头27，其中两个连接头27一端位于穿透孔24上滑动，另外两个连接头27一端穿过封装壳1内部隔断板101，隔断板101中部安装有用于对穿透孔24进行封堵的活动组件，当电极电堆8顶部的横向截面和封装壳1内顶部平行后通过活动组件将穿透孔24孔径封堵；隔断板101一组对角线安装有用于将电极电堆8于封装壳1内部进行扶正的驱动装置，当往电极电堆8上通入空气和氢气的时候，电极电堆8底部边沿和封装壳1内底部接触，电极电堆8整体处于静置状态，驱动装置处于自锁状态，不对电极电堆8产生任何工作，两个驱动装置分别位于一个对角线上，此时当电池使用的过程中，氢气和氧气结合形成的水，首先会在电极电堆8的每片电极上聚集，在聚集之后的水会流向电极电堆8内部的公共流道，随着电极电堆8整体倾斜，使得电极电堆8公共流道倾斜，最后沿着出水管4将水排出，然后将封装壳1内剩余或者泄露的氢气通过进风管2进入的高速气体进行疏导和引导，氢气和高速气体混合之后沿着出风管3内部进行排出。由于在电极电堆8倾斜状态下，电极电堆8使得封装壳1内部气体流通不通顺，导致出风管3排出氢气的量很少，因此需要将电极电堆8在进风管2进入高速气体过程中进行扶正，让封装壳1内部泄露的氢气和高速气体流通，将氢气排出。

具体的，进风管2一端固定连接有进风管延伸部11，进风管延伸部11分为三段，一段垂直朝向封装壳1底部，另外两段分别和封装壳1内部与进风管2相通，垂直朝向封装壳1底部的一段进风管延伸部11内部滑动安装有集流罩28，集流罩28底部连接有第二弹簧29，进风管延伸部11内底部安装有接触开关30，当往进风管2内部输送高速气体的过程中，燃料电池本身休止工作，电极电堆8不进行工作，同时也没有水的产生，因此可以将公共流道放平整，高速气体首先和集流罩28进行接触，如图7所示，因为集流罩28遮挡进风管延伸部11截面一半的面积，所以高速气体会使得集流罩28下降，随着集流罩28下降的过程中，由第二弹簧29包裹的触头（如附图7所示，触头位于集流罩28底部）和接触开关30进行接触，在接触开关30被接触到之后，将驱动装置进行通电，驱动装置执行自我升降调节，将电堆基座25两侧进行扶正，进而使得电极电堆8得以扶正。

进一步的，隔断板101中部安装的垫圈12，垫圈12内圈转动连接有内螺纹套圈22，内螺纹套圈22一端和电极电堆8固定连接，内螺纹套圈22内圈螺纹连接有螺纹杆23；当电极电堆8在扶正的过程中，首先电极电堆8会在隔断板101上进行小幅度角度修正，使得与电堆基座25接触的内螺纹套圈22进行转动，当内螺纹套圈22转动的时候，将螺纹杆23回收到内螺纹套圈22内部；

进一步的，活动组件包括螺纹杆23一端固定安装的驱动板13，驱动板13两端朝向隔断板101对角线，驱动板13两端均安装有密封板19，密封板19一侧固定连接有封堵片1901，封堵片1901位于穿透孔24一侧旁，封堵片1901和连接头27一端抵触接触，当螺纹杆23直线运动的过程中，带动驱动板13朝向隔断板101方向移动，当驱动板13移动时，带动密封板19上的封堵片1901将穿透孔24堵住，防止氢气顺着穿透孔24流出，从而残留在封装壳1内部。

隔断板101靠近每个密封板19旁均安装有连接块17，连接块17和密封板19之间固定安装有第一弹簧18，齿条16紧贴隔断板101表面活动，封装壳1内底部等距排列安装有多个防撞垫26，电极电堆8以相对靠近齿条16的两个连接头27为轴，于隔断板101上转动，使电极电堆8在转动时绕穿透孔24活动，电极电堆8活动角度为0-8°，当电极电堆8处于静置状态的时候，第一弹簧18处于常态，当电极电堆8转动的时候，电极电堆8旋转角度以穿透孔24弧长上下顶点作为限制，当封装壳1内部排出氢气之后，电极电堆8顶部和封装壳1内顶部成一角度，第一弹簧18起到辅助助推作用，推动电极电堆8往下倾斜，电极电堆8活动角度不超过0-8°之间。

具体的，驱动装置包括两个安置在隔断板101另外一组对角线上的电机14，电机14采用自锁型，在停止工作的时候，电机14输出轴上套接有齿轮15，隔断板101在靠近每个齿轮15旁滑动连接有齿条16，齿条16一侧穿透隔断板101，齿条16紧贴隔断板101活动，防止漏气，并安装有连接板20，连接板20上固定安装有滑头21，滑头21两侧分别安装有滚轮，当接触开关30被打开的时候，使得电机14在一段时间内进行转动，电机14带动齿轮15转动，齿轮15转动使得两个齿条16在隔断板101上相向运动，当齿条16移动的过程中，带动连接板20移动，使得滑头21在隔断板101既定的轨迹上下直线移动，滑头21一侧贴附在电堆基座25边沿，当滑头21上的滚轮在电堆基座25边沿上移动过程中将整个的电堆基座25进行修正，之后电机14停止转动，由于氢气密度比空气较小，聚集在封装壳1内顶部，在电极电堆8扶正之后，高速气体短时间内快速通过封装壳1内顶部，将氢气排出封装壳1内，进风管2进气经过一段时间，停止输送高速气体，集流罩28复位，与电机14相连的齿轮15在电机14停止转动后，齿轮15不会使得齿条16悬停固定在隔断板101上，随后由齿条16以及位于电极电堆8表面的滑头21共同的重力的作用下，使得位于封装壳1顶部拐角的滑头21上升，位于封装壳1底部拐角的滑头21下降，电机14作复位动作，之后电极电堆8复位到倾斜状态。

封装壳1在进风管2的外部安装有空气流通罩，封装壳1在远离出水管4一侧底部设有多个分吹口31，每个分吹口31上均安装有多个单向通道阀10，每个均和空气流通罩相通，当开始排出氢气的时候，氢气和空气混杂在一起，可能位于封装壳1中部或者底部，经过一段是时间之后飘到封装壳1内顶部，为了提升排出效率，在高速气体从进风管2进入的时候对其进行分流，将部分的气体输送到封装壳1内底部，去挤压封装壳1内部可能存在氢气将其混合之后排放到封装壳1内顶部位置，利于氢气的排出工作，提升排出效率。

出水管4和电极电堆8之间连接波纹管，波纹管和电极电堆8公共流道连接，公共流道和氢气管9相通，出水管4一端竖直方向最低处的接口不高于电极电堆8的公共流道位于开口端的水平位置，利于对水的排出。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

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。

Claims (8)

1.一种燃料电池封装结构，包括内部具有隔断板（101）的封装壳（1），所述封装壳（1）一侧连接有进风管（2），所述封装壳（1）另外一侧连接有出风管（3），所述进风管（2）和出风管（3）之间设有电极电堆（8），所述电极电堆（8）上依次设有一组水管（7）和空气管（6）以及氢气管（9），其特征在于：所述电极电堆（8）为不稳态设置于封装壳（1）内，使得所述电极电堆（8）顶部横向截面和封装壳（1）内顶部之间形成一个可改变角度的夹角，所述进风管（2）或出风管（3）端口和电极电堆（8）顶部横向截面平齐，所述封装壳（1）底部一侧连接有出水管（4），所述出水管（4）和电极电堆（8）公共流道连接；

所述隔断板（101）和电极电堆（8）之间安装有电堆基座（25），所述电极电堆（8）和电堆基座（25）固定连接，所述隔断板（101）一组对角线两端分别开设有穿透孔（24），所述电堆基座（25）上下分别滑动连接有两个连接头（27），所述穿透孔（24）为弧形形状，方便连接头（27）在其上圆弧活动，其中两个所述连接头（27）一端位于穿透孔（24）上滑动，另外两个所述连接头（27）一端穿过封装壳（1）内部的隔断板（101），所述隔断板（101）中部安装有用于对穿透孔（24）进行封堵的活动组件，当电极电堆（8）顶部的横向截面和封装壳（1）内顶部平行后通过活动组件将穿透孔（24）孔径封堵；

所述隔断板（101）另外一组对角线安装有用于将电极电堆（8）于封装壳（1）内部进行扶正的驱动装置；

所述隔断板（101）中部安装有垫圈（12），所述垫圈（12）内圈固定连接有内螺纹套圈（22），所述内螺纹套圈（22）一端和电极电堆（8）固定连接，所述内螺纹套圈（22）内圈螺纹连接有螺纹杆（23）；

所述活动组件包括所述螺纹杆（23）一端固定安装的驱动板（13），所述驱动板（13）两端朝向隔断板（101）对角线，所述驱动板（13）两端均安装有密封板（19），所述密封板（19）一侧固定连接有封堵片（1901），所述封堵片（1901）位于穿透孔（24）一侧旁，所述封堵片（1901）和连接头（27）一端抵触接触。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池封装结构，其特征在于；所述进风管（2）一端固定连接有进风管延伸部（11），所述进风管延伸部（11）分为三段，一段垂直朝向封装壳（1）底部，另外两段分别和封装壳（1）内部与进风管（2）相通，垂直朝向封装壳（1）底部的一段所述进风管延伸部（11）内部滑动安装有集流罩（28），所述集流罩（28）底部连接有第二弹簧（29），所述进风管延伸部（11）内底部安装有接触开关（30）。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池封装结构，其特征在于：所述隔断板（101）靠近每个密封板（19）旁均安装有连接块（17），所述连接块（17）和密封板（19）之间固定安装有第一弹簧（18）。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池封装结构，其特征在于：所述驱动装置包括两个安装在所述隔断板（101）另外一组对角线上的电机（14），所述电机（14）输出轴上套接有齿轮（15），所述隔断板（101）在靠近每个齿轮（15）旁滑动连接有齿条（16），所述齿条（16）一侧穿透隔断板（101），并安装有连接板（20），所述连接板（20）上固定安装有滑头（21），所述滑头（21）两侧分别安装有滚轮（2101）。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池封装结构，其特征在于：所述齿条（16）紧贴隔断板（101）表面活动，所述封装壳（1）内底部等距排列安装有多个防撞垫（26），所述电极电堆（8）以相对靠近齿条（16）的两个连接头（27）为轴，于隔断板（101）上转动，使电极电堆（8）在转动时绕穿透孔（24）活动，所述电极电堆（8）活动角度为0-8°。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池封装结构，其特征在于：所述封装壳（1）在进风管（2）的外部安装有空气流通罩，所述封装壳（1）在远离出水管（4）一侧底部设有多个分吹口（31），每个所述分吹口（31）上均安装有多个单向通道阀（10），封装壳（1）内部通过每个单向通道阀（10）均和空气流通罩相通。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池封装结构，其特征在于：所述出水管（4）和电极电堆（8）之间连接波纹管，所述波纹管和电极电堆（8）公共流道连接，所述公共流道和氢气管（9）相通，所述出水管（4）一端竖直方向最低处的接口不高于所述电极电堆（8）的公共流道位于开口端的水平位置。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池封装结构，其特征在于：所述封装壳（1）外部设有多个用于通过管路的连接口（5）。