集成式燃料电池电堆的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池电堆集成封装结构。

背景技术：

燃料电池是一种将氢燃料中的化学能转化为电能的装置，燃料电池因为其工作温度低、无污染、无腐蚀、能量转化率高、比功率较大、启动迅速等优点，成为能源领域研究的热点。燃料电池的运行需要一系列辅助设备与燃料电池堆配合工作，构成燃料电池发电系统。目前燃料电池堆集成封装方案较少，且普遍复杂，燃料电池堆封装结构往往不够紧凑，集成度不高，导致安装与检修十分不便。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种集成式燃料电池电堆。

根据本实用新型实施例的集成式燃料电池电堆，包括：电堆本体，所述电堆本体包括在第一预设方向上相对的第一端和第二端，所述第一端设有第一端板，所述第二端设有第二端板，所述电堆本体还包括多个氢气腔室、多个空气腔室和多个冷却水腔室；用于分配和回收氢气、空气和冷却水的分配器，所述分配器与所述第一端板相连；封装箱体，所述封装箱体包括本体，所述本体具有内腔，所述内腔具有第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口在所述第一预设方向上相对，所述电堆本体位于所述内腔中，所述分配器位于所述第一开口处并与所述封装箱体相连；和电源检测模块和巡检模块，所述电源检测模块和所述巡检模块与所述电堆本体电连接，所述电源检测模块和所述巡检模块均安装于所述封装箱体上，所述内腔还具有第三开口和第四开口，所述电源检测模块安装于所述第三开口处，所述巡检模块安装于所述第四开口处。

根据本实用新型实施例的集成式燃料电池电堆，包括电源检测模块和巡检模块，能够实时监测电堆的运行状态，电堆的对外输出，提高了燃料电池电堆运行安全性。实用新型的集成式燃料电池电堆将电堆本体、电源检测模块和巡检模块均与封装箱体相连，使燃料电池电堆结构设计紧凑，提高了燃料电池电堆的集成度。通过封装箱体上的各个开口，实现了电堆本体、电源检测模块和巡检模块的便捷安装，还使得对电源检测模块和巡检模块的检修更加方便，因此可以有效提高燃料电池电堆的装配效率、检修效率。

本实用新型的集成式燃料电池电堆将氢气进出口、空气进出口以及冷却水进出口、氢气分配和回收流道、空气分配和回收流道集成到分配器上，使得氢气、空气和冷却水在分配器上进行集中分配和回收，进一步提高了燃料电池电堆封装的整体性和集成度。

由此，本实用新型的集成式燃料电池电堆具有集成度高、结构紧凑和安装方便的特点。

另外，根据实用新型的集成式燃料电池电堆还具有如下附加技术特征：

在一些实施例中，所述分配器具有氢气进口、氢气出口、空气进口、空气出口、冷却水进口和冷却水出口，所述分配器内设置有氢气分配流道、氢气回收流道、空气分配流道和空气回收流道，所述氢气分配流道和所述氢气回收流道与多个所述氢气腔室连通，所述氢气进口与所述氢气分配流道相通，所述氢气回收流道与所述氢气出口连通，所述空气分配流道和所述空气回收流道与多个所述空气腔室连通，所述空气进口与所述空气分配流道相通，所述空气回收流道与所述空气出口连通，所述冷却水进口与所述冷却水腔室连通，所述冷却水腔室与所述冷却水出口连通。

在一些实施例中，所述电堆本体包括双极板和膜电极，所述双极板和所述膜电极相互堆叠，所述电堆本体包括多个冷却水腔室，所述分配器还包括冷却水分配流道和冷却水回收流道，所述冷却水分配流道和所述冷却水回收流道与多个所述冷却水腔室连通，所述冷却水进口与所述冷却水分配流道相通，所述冷却水回收流道与所述冷却水出口连通。

在一些实施例中，还包括第一端盖，所述分配器在第一预设方向上具有相对的第三端和第四端，所述第三端与所述第一端板相连，所述第四端为远离所述第一端板的一端，所述第一端盖扣设于所述第四端上。

在一些实施例中，所述第一端盖具有凹槽，所述分配器的至少一部分位于所述凹槽中，所述凹槽的底壁面覆盖于所述第四端上，所述凹槽的侧壁覆盖所述分配器的该至少一部分的周面；所述集成式燃料电池电堆还包括氢气进气管、氢气出气管、空气进气管、空气出气管、冷却水进水管和冷却水出水管，所述氢气进气管、所述氢气出气管、所述空气进气管、所述空气出气管、所述冷却水进水管和所述冷却水出水管分别与所述氢气进口、所述氢气出口、所述空气进口、所述空气出口、所述冷却水进口和所述冷却水出口相连；可选地，所述氢气进气管、所述氢气出气管、所述空气进气管、所述空气出气管、所述冷却水进水管和所述冷却水出水管中的至少一者穿过所述凹槽的侧壁与所述分配器相连。

在一些实施例中，还包括第二端盖，所述第二端盖设在所述封装箱体上，所述第二端盖覆盖所述第二开口，所述分配器覆盖所述第一开口。

在一些实施例中，所述封装箱体上设有第一密封沟槽和第二密封沟槽，所述第一密封沟槽中设有第一密封圈，所述第二密封沟槽中设有第二密封圈，所述分配器与所述第一密封圈相抵，所述第二端盖与所述第二密封圈相抵。

在一些实施例中，所述电堆本体包括强电端和弱电端，所述强电端和弱电端在第二预设方向上相对，所述第一预设方向与所述第二预设方向相互垂直。

在一些实施例中，所述本体具有第一检修口和第二检修口，所述第一检修口位于所述本体的靠近所述强电端的侧壁上，所述第二检修口位于所述本体的靠近所述弱电端的侧壁上，所述封装箱体还包括强电检修盖和弱电检修盖，所述强电检修盖可拆卸地设在所述本体上，所述强电检修盖覆盖所述第一检修口，所述弱电检修盖可拆卸地设在所述本体上，所述弱电检修盖覆盖所述第二检修口。

在一些实施例中，所述第三开口和所述第四开口在所述第二预设方向上相对。

在一些实施例中，所述封装箱体还包括第一密封盖和第二密封盖，所述第一密封盖可拆卸地设在所述本体上，所述第一密封盖覆盖在所述第三开口上，所述第二密封盖可拆卸地设在所述本体上，所述第二密封盖覆盖在所述第四开口上；可选地，所述第三开口位于所述本体的靠近所述强电端的一侧，所述第四开口位于所述本体的靠近所述弱点端的一侧。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的集成式燃料电池电堆三维视图一。

图2是根据本实用新型实施例的集成式燃料电池电堆三维视图二。

附图标记：分配器1、封装箱体2、强电检修盖21、弱电检修盖22、第一密封盖3、第二密封盖4、第一端盖5、第二端盖6。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考图1和图2来描述根据本实用新型实施例的集成式燃料电池电堆。

如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的集成式燃料电池电堆，包括电堆本体、分配器1、封装箱体2、电源检测模块和巡检模块。

电堆本体(图中未示出)包括在第一预设方向上相对的第一端和第二端，第一端设有第一端板，第二端设有第二端板。电堆本体还包括多个氢气腔室、多个空气腔室和冷却水腔室。多个该氢气腔室之间、多个该空气腔室之间以及多个该氢气腔室、多个该空气腔室与该冷却水腔室之间相互隔离。

分配器1与电堆本体的第一端板相连，分配器1具有氢气进口、氢气出口、空气进口、空气出口、冷却水进口和冷却水出口，分配器1内设置有氢气分配流道、氢气回收流道、空气分配流道和空气回收流道。

该氢气分配流道和该氢气回收流道与多个该氢气腔室连通，该氢气进口与该氢气分配流道相通，该氢气回收流道与该氢气出口连通。该空气分配流道和该空气回收流道与多个该空气腔室连通，该空气进口与该空气分配流道相通，该空气回收流道与该空气出口连通。该冷却水进口与该冷却水腔室连通，该冷却水腔室与该冷却水出口连通。

封装箱体2包括本体，该本体具有内腔，该内腔具有第一开口和第二开口，该第一开口和该第二开口在第一预设方向上相对。电堆本体安装于该内腔中，分配器1位于该第一开口处并与封装箱体2相连。分配器1与位于该内腔中的电堆本体相连。

电源检测模块和巡检模块与电堆本体电连接。电源检测模块和巡检模块均安装于封装箱体2上。该内腔还具有第三开口和第四开口，电源检测模块安装于该第三开口处，巡检模块安装于该第四开口处。也可以说电源检测模块通过该第三开口与位于封装箱体2内的电堆本体实现电连接，巡检模块通过该第四开口与位于封装箱体2内的电堆本体实现电连接。

根据本实用新型的集成式燃料电池电堆，包括电源检测模块和巡检模块，能够实时监测电堆的运行状态，电堆的对外输出，提高了燃料电池电堆运行安全性。实用新型的集成式燃料电池电堆将电堆本体、电源检测模块和巡检模块均与封装箱体相连，使燃料电池电堆结构设计紧凑，提高了燃料电池电堆的集成度。通过封装箱体上的各个开口，实现了电堆本体、电源检测模块和巡检模块的便捷安装，还使得对电源检测模块和巡检模块的检修更加方便，因此可以有效提高燃料电池电堆的装配效率、检修效率。

本实用新型的集成式燃料电池电堆将氢气进出口、空气进出口以及冷却水进出口、氢气分配和回收流道、空气分配和回收流道集成到分配器上，使得氢气、空气和冷却水在分配器上进行集中分配和回收，进一步提高了燃料电池电堆封装的整体性和集成度。

由此，本实用新型的集成式燃料电池电堆具有集成度高、结构紧凑和安装方便的特点。

作为示例，电堆本体可以包括多个氢气腔室、多个空气腔室和多个冷却水腔室。多个该氢气腔室之间、多个该空气腔室之间、多个该冷却水腔室之间，以及各氢气腔室、各空气腔室和各冷却水腔室之间相互隔离。分配器1还包括冷却水分配流道和冷却水回收流道。该冷却水分配流道和该冷却水回收流道与该冷却水腔室连通，该冷却水进口与该冷却水分配流道相通，该冷却水回收流道与该冷却水出口连通。

如图1所示，作为示例，电堆本体包括双极板和膜电极，该双极板和该膜电极相互堆叠。

分配器1在第一预设方向上具有相对的第三端和第四端，分配器1还具有周面，该第三端与该电堆本体的第一端板相连，该第四端为远离该第一端板的一端。

为了使本申请的技术方案更加容易被理解，下面以第一预设方向为前后方向为例，进一步描述本申请的技术方案。前后方向如图1中的箭头所示。

如图1所示，电堆本体的第一端板位于第二端板的前方，分配器1的第四端位于第三端的前方。分配器1的周面为分配器1的位于该第三端和该第四端之间的表面。将这些进出口设置于分配器1，便于第一端盖5的安装，并使得本实用新型集成式燃料电池电堆的结构更加合理。

进一步地，本实用新型的集成式燃料电池电堆还包括第一端盖5。第一端盖5扣设于分配器1的第四端上。例如，第一端盖5从分配器1的前端套设在分配器1上。第一端盖5与分配器1相连。作为示例，第一端盖5与分配器1通过固定螺栓相连。

作为示例，如图1所示，第一端盖5具有第一凹槽，第一凹槽具有底壁面和侧壁，该侧壁围绕该底壁面的周缘与该底壁面相连，该侧壁从与该底壁面相连处向后延伸，从而形成开口向后的第一凹槽。例如，第一端面5的后表面上设有该第一凹槽。该第一凹槽的底壁面是该第一凹槽的与其开口相对的壁面。

分配器1的至少一部分位于该第一凹槽中，该第一凹槽的底壁面覆盖于分配器1的第四端上，该第一凹槽的侧壁覆盖分配器1的该至少一部分的周面。也就是说，第一端盖5将分配器1的第四端完全覆盖，并包裹分配器1的该至少一部分的周面。其中，当分配器1的第四端上还连接有其他模块或管线时，第一端盖5的底壁面和分配器1的第四端之间具有一定间隙，用于为上述模块或管线提供安装空间。也可以说，第一端盖5与分配器1之间限定出用于安装模块或管线的空间。第一端盖5能够起到保护分配器1上安装的各个模块及管线的作用。第一端盖5还能够起到防尘的作用。

进一步地，本实用新型实施例的集成式燃料电池电堆还包括氢气进气管、氢气出气管、空气进气管、空气出气管、冷却水进水管和冷却水出水管，该氢气进气管、该氢气出气管、该空气进气管、该空气出气管、该冷却水进水管和该冷却水出水管分别与分配器1周面上的氢气进口、氢气出口、空气进口、空气出口、冷却水进口和冷却水出口相连，用于将氢气、空气或冷却水引入或引出分配器1。

可选地，该氢气进气管、该氢气出气管、该空气进气管、该空气出气管、该冷却水进水管和该冷却水出水管中的至少一者穿过第一端盖5的侧壁与分配器1相连。例如，第一端盖5的侧壁上设置有可以与管道相配合的卡口，将第一端盖5安装于分配器1上时，卡口能够卡在与其对应的管道上，使得第一端盖5能够顺利到达安装位置，与分配器1相连。这种设计使得第一端盖5的安装不会受到分配器1周面上连接的各个管道的阻碍，使得第一端盖5的侧壁能够更好地覆盖在分配器1的周面上。

进一步地，本实用新型实施例的集成式燃料电池电堆还包括第二端盖6，第二端盖6安装在封装箱体2上，第二端盖6覆盖封装箱体2的第二开口。例如，第二端盖6套设在封装箱体2的后端，将封装箱体2的第二开口(后开口)封闭。作为示例，第二端盖6具有第二凹槽，第二端盖6安装时从封装箱体2的后端装入，封装箱体2的后端伸入第二凹槽中。第二端盖6与封装箱体2相连，作为示例，第二端盖6可通过固定螺栓与封装箱体2实现相连。

如图1所示，分配器1同样设在封装箱体2上，并且分配器1覆盖封装箱体2的第一开口。例如，分配器1套设在封装箱体的前端，将封装箱体2的第一开口(前开口)封闭。分配器1和第二端盖6在第一预设方向上相对应。

进一步地，分配器1和第二端盖6均与封装箱体2之间形成密封。可选地，封装箱体2具有第一端(前端)和第二端(后端)，该第一端的侧壁上设有第一密封沟槽，该第一密封沟槽内设有第一密封圈。该第二端的侧壁上设有第二密封沟槽，该第二密封沟槽内设有第二密封圈。分配器1套设在该第一端上，并与该第一密封圈紧密相抵形成密封。第二端盖6套设在该第二端上，并与该第二密封圈紧密相抵形成密封。从而可以实现分配器1和第二端盖6与封装箱体2之间的密封。第一密封沟槽和第二密封沟槽可以为在第一预设方向上排布的多个，能够进一步提升密封性能。

电堆本体包括强电端和弱电端，作为示例，强电端和弱电端在第二预设方向上相对，该第二预设方向与该第一预设方向相互垂直，即强电端和弱电端分别位于电堆本体的两侧。将强电端和弱点端分别设在电堆本体的两侧可以有效避免强电和弱电之间的相互干扰，提高电堆本体的可靠性。

进一步地，封装箱体2的本体上具有第一检修口和第二检修口，该第一检修口位于封装箱体2的靠近强电端的侧壁上，该第二检修口位于封装箱体2的靠近弱点端的侧壁上。检修人员通过第一检修口能够方便地对电堆本体的强电端进行检修，通过第二检修口能够方便地对电堆本体的弱电端进行检修。第一检修口和第二检修口的设置可以实现在不需要将电堆本体从封装箱体2中取出的情况下，直接对电堆本体的强电端和弱点端进行检修，大大提高检修效率。

进一步地，封装箱体2还包括强电检修盖21和弱电检修盖22，强电检修盖21可拆卸地设在封装箱体2的本体上，强电检修盖21覆盖第一检修口，弱电检修盖22可拆卸地设在封装箱体2的本体上，弱电检修盖22覆盖第二检修口。为了保证封装箱体2的密封性，强电检修盖21和弱电检修盖22与本体之间形成密封连接。强电检修盖21和弱电检修盖22与本体之间的密封可以通过密封圈和固定螺栓实现。

如图1所示，作为示例，封装箱体2上的第三开口和第四开口在第二预设方向上相对。由于电源检测模块安装于第三开口处，巡检模块安装于第四开口处，也可以说，电源检测模块和巡检模块在第二预设方向上相对。如图1所示，该第三开口和第四开口分别位于封装箱体2的两侧，也即电源检测模块和巡检模块分别位于电堆本体的两侧。

进一步地，封装箱体2还包括第一密封盖3和第二密封盖4。第一密封盖3可拆卸地设在封装箱体2的本体上，第一密封盖3覆盖在该第三开口上。第二密封盖4可拆卸地设在封装箱体2的本体上，第二密封盖4覆盖在第四开口上。需要说明的是，第一密封盖3不仅覆盖第三开口，还要覆盖电源检测模块。第二密封盖4不仅覆盖第四开口，还要覆盖巡检模块。

更进一步地，第三开口位于本体靠近强电端的一侧，第四开口位于本体靠近弱点端的一侧。那么电源检测模块与电堆本体的强电端相连，用于实时检测电堆本体的运行状态，并控制电堆本体的对外输出。巡检模块则与电堆本体的弱点端相连，用于实时监测电堆单电池电压及电堆含水量等参数，对电池电堆的控制提供相应的数据支撑。

本实用新型提供的集成式燃料电池电堆进行组装时，首先将电堆本体与分配器1通过固定螺栓紧固在一起，再将电堆本体与分配器1从封装箱体2的第一开口装入封装箱体2中，通过螺栓将分配器1与封装箱体2安装在一起，随后依次安装电源检测模块、巡检模块、强电检修盖、弱电检修盖、第一密封盖3、第二密封盖4、第一端盖1和第二端盖2，最终完成组装。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。