一种燃料电池的进气端板结构及燃料电池的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的进气端板结构及燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池是一种采用非燃烧的方式将化学能转化为电能的发电装置，其中，燃料电池电堆为燃料电池的主体结构，其包括两个端板、集流板、若干电池和若干根绝缘固定杆等。两个端板相互平行，且将两个端板之间装设有集流板和若干电池，若干根绝缘固定杆均位于堆叠的若干电池外围，且各个绝缘固定杆的两端均分别与两个端板连接。
3.两个端板中的其中一个为进气端板，用于对堆叠的电池进行密封和绝缘。现有的进气端板包括独立的金属板和绝缘板，进气端板通过绝缘板连接电池，绝缘板上设置有凸起，凸起上设有进气口，金属板上设有通孔，凸起插接于通孔且与通孔间隙配合，进气口和通孔连通形成燃料电池的公共管道，使得冷却液或反应气体能够通过公共管道进出燃料电池，同时，凸起与通孔的侧壁间设置有弹簧，通过弹簧限定金属板和绝缘板的相对位置。但对于这种进气端板结构而言，当冷却液或反应气体流经通孔和进气口时，冷却液或反应气体能够从凸柱与通孔之间形成的间隙泄漏，且进气端板的集成度较低。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的在于提供一种燃料电池的进气端板结构，以解决现有技术中的金属板和绝缘板的连接方式存在冷却液或反应气体泄漏的现象，且进气端板的集成度低的问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种燃料电池的进气端板结构，其包括：
7.绝缘板，所述绝缘板的一侧凸设有凸柱，所述凸柱中轴向设置有进气口；
8.金属板，所述金属板上设有第一通孔，所述凸柱间隙配合于所述第一通孔中，且所述凸柱的长度大于所述第一通孔的长度；
9.密封圈，所述密封圈套设于所述凸柱外以密封所述凸柱与所述第一通孔之间的间隙；
10.限位件，所述限位件插设于所述间隙中且可拆卸连接于所述金属板。
11.可选地，所述密封圈设置有多个，多个所述密封圈沿所述凸柱的轴向等间距设置。
12.可选地，沿所述凸柱的轴向，所述凸柱的外壁或所述第一通孔的侧壁间隔设有多个凹槽，多个所述密封圈一一对应地设置多个所述凹槽中。
13.可选地，所述凹槽沿所述凸柱的径向的深度大于所述间隙的宽度。
14.可选地，所述限位件包括第一连接部和与所述第一连接部垂直延伸的第二连接部，所述第一连接部插设于所述间隙，所述第一连接部设有第二通孔，所述凸柱滑动插接于所述第二通孔，所述第二连接部可拆卸连接于所述金属板。
15.可选地，所述第一通孔的中心轴线、所述进气口的中心轴线和所述第一连接部的中心轴线重合。
16.可选地，所述进气口设置有喇叭口结构，且所述喇叭口结构的大端与所述第二通孔连通。
17.可选地，还包括弹性件，所述弹性件位于所述绝缘板和所述金属板之间，且所述弹性件的两端分别固定连接于所述绝缘板和所述金属板。
18.可选地，所述凸柱凸出于所述金属板2mm～5mm。
19.可选地，所述凸柱的壁厚为3mm～10mm。
20.可选地，所述限位件为法兰。
21.本发明的另一个目的在于提供一种燃料电池，其包括上述的燃料电池的进气端板结构。
22.本发明的有益效果：
23.本发明的目的在于提供一种燃料电池的进气端板结构及燃料电池，该燃料电池的进气端板结构，通过将密封圈套设于凸柱，当绝缘板上的凸柱插接于金属板上的第一通孔时，密封圈由绝缘板和金属板夹紧，以使密封圈的内侧壁抵紧于凸柱的侧壁，密封圈的外侧壁抵紧于第一通孔的侧壁，以防止冷却液或反应气体从凸柱与第一通孔之间的间隙泄漏。通过设置限位件，限位件插设于凸柱与第一通孔的侧壁之间的间隙，能够限定密封圈的装配位置，同时，限位件可拆卸连接于金属板，能够限定并固定金属板和绝缘板沿第一通孔的径向的相对位置，使得燃料电池的进气端板结构的集成度高，结构简单，便于装配、拆卸和后期维护。
附图说明
24.图1是本发明的实施例一提供的燃料电池的进气端板结构的结构示意图；
25.图2是本发明的实施例一提供的燃料电池的进气端板结构的金属板的结构示意图。
26.图中：
27.1、绝缘板；
28.2、金属板；21、第一通孔；
29.3、间隙；
30.4、限位件；41、第一连接部；411、第二通孔；42、第二连接部；
31.5、凸柱；51、进气口；52、凹槽；
32.6、喇叭口结构。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
34.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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；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。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发明中的具体含义。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
37.燃料电池电堆为燃料电池的主体结构，其包括两个端板、集流板、若干单电池和若干根绝缘固定杆等。其中，两个端板相互平行，集流板和若干电池装设于两个端板之间，若干根绝缘固定杆均位于若干单电池外围，且各个绝缘固定杆的两端均分别与两个端板的螺母连接，螺母的内表面具有与绝缘固定杆的两端的外螺纹相匹配的内螺纹。
38.两个端板中的其中一个端板是进气端板，用于对堆叠的电池进行密封和绝缘。现有的进气端板包括独立的金属板和绝缘板，进气端板通过绝缘板连接电池，绝缘板上设置有凸起，凸起上设有进气口，金属板上设有通孔，凸起插接于通孔且与通孔间隙配合，进气口和通孔连通形成燃料电池的公共管道，冷却液或反应气体能够通过公共管道进出燃料电池，同时，凸起与通孔的侧壁间设置有弹簧，通过弹簧限定金属板和绝缘板的相对位置，当冷却液或反应气体流经通孔和进气口时，冷却液或反应气体能够从凸柱与通孔之间形成的间隙泄漏。
39.实施例一
40.本发明的一个实施例提供一种燃料电池的进气端板结构，如图1和图2所示，该燃料电池的进气端板结构包括绝缘板1、金属板2、密封圈和限位件4，绝缘板1的一侧凸设有凸柱5，凸柱5中轴向设置有进气口51；金属板2上设有第一通孔21，凸柱5间隙配合于第一通孔21中，且凸柱5的长度大于第一通孔21的长度；密封圈套设于凸柱5外以密封凸柱5与第一通孔21之间的间隙3；限位件4插设于间隙3且可拆卸连接于金属板2。该燃料电池的进气端板结构，通过将密封圈套设于凸柱5，当绝缘板1上的凸柱5插接于金属板2上的第一通孔21时，密封圈由金属板2和绝缘板1夹紧，以使密封圈的内侧壁抵紧于凸柱5的侧壁，密封圈的外侧壁抵紧于第一通孔21的侧壁，即沿密封圈的径向，密封圈能够封闭凸柱5与第一通孔21之间的间隙3，以防止冷却液或反应气体从凸柱5与第一通孔21之间的间隙3泄漏。通过设置限位件4，限位件4插设于凸柱5与第一通孔21之间的间隙3，能够限定密封圈的装配位置，同时，限位件4可拆卸连接于金属板2，能够限定并固定金属板2和绝缘板1沿第一通孔21的径向的相对位置，使得燃料电池的进气端板结构的集成度高，结构简单，便于装配、拆卸和后期维护。
41.可选地，还包括弹性件，弹性件位于绝缘板1和金属板2之间，且弹性件的两端分别
固定连接于绝缘板1和金属板2。可以理解的是，如图1所示，沿绝缘板1的厚度方向，弹性件位于绝缘板1和金属板2之间，弹性件能够支撑绝缘板1，且沿绝缘板1的厚度方向，弹性件能够保证绝缘板1可以沿绝缘板1的厚度方向上下浮动。同时，弹性件沿绝缘板1的厚度方向能提供一定的缓冲力，将电池装配于绝缘板1时，弹性件的缓冲力能够保护金属板2和绝缘板2的结构不被破坏。可选地，弹性件为弹簧。
42.可选地，该燃料电池的进气端板结构包括多个弹性件，多个弹性件均固定连接于绝缘板1和金属板2之间。
43.可选地，绝缘板1和凸柱5一体注塑成型。便于加工制造，能够节省加工成成本，且能够保证结构强度。在其他实施例中，也可将凸柱5焊接或螺接于绝缘板1。
44.可选地，凸柱5凸出于金属板2的长度为2mm～5mm。如此设置，便于将凸柱5插接于第二通孔411，同时也将限位件4的第一连接部41插接于凸柱5与第一通孔21形成的间隙3。优选地，凸柱5凸出金属板2的长度为3mm。
45.可选地，凸柱5的壁厚为3mm～10mm。可以理解的是，凸柱为空心圆柱。如此设置，以保证凸柱5的结构强度，防止凸柱5变形。优选地，凸柱5的壁厚为6mm。
46.可选地，如图1和图2所示，燃料电池的进气端板结构包括多个密封圈，多个密封圈沿凸柱5的轴向等间距设置。对应地，沿凸柱5的轴向，凸柱5的外壁或第一通孔21的侧壁间隔设有多个凹槽52，多个密封圈一一对应地位于多个凹槽52中。可以理解的是，多个密封圈一一对应地套设于多个凹槽52的底壁。本实施例中示例性地给出了在凸柱5的外壁设置凹槽52的方案，密封圈的一部分嵌设于对应的凹槽52内，且密封圈和第一通孔21的侧壁抵接。在其他实施例中，亦可在第一通孔21的侧壁设置凹槽52。通过沿凸柱5的轴向间隔套设多个密封圈，多个密封圈沿凸柱5的轴向形成冗余保护，以进一步提升该燃料电池的进气端板结构的密封性。可以理解的是，多个密封圈相互独立，沿凸柱5的轴周向，即使其中一个密封圈失效，其他密封圈仍能沿凸柱5的径向有效密封凸柱5与第一通孔21之间的间隙3，以防止冷却液或反应气体泄漏。在本实施例中，如图1所示，沿凸柱5的轴向，凸柱5的外壁间隔设置两个密封圈。沿第一通孔21的轴向，两个凹槽52分别位于金属板2的1/3和2/3的位置处。可以理解的是，第一通孔21的轴向即为金属板2的厚度方向，绝缘板1的厚度方向和金属板2的厚度方向平行。
47.可选地，凹槽52沿凸柱5的径向的深度为l1，间隙3的宽度为l2，l1＞l2。如此设置，密封圈能大部分位于凹槽52内，从而增强凹槽52对密封圈的约束效果，保证密封圈的套设位置稳定。可以理解的是，凹槽52为环形槽。
48.可选地，密封圈的截面形状为椭圆形，凹槽52沿凸柱5的轴向的宽度为l3，密封圈沿凸柱5的轴向的直径为d1，密封圈沿凸柱5的径向的直径为d2，l3≤d1≤d2，沿凸柱5的轴向，密封圈的两端分别抵紧于凹槽52的两个侧壁；且沿凸柱5的径向，密封圈抵紧于凹槽52的底壁，从而密封圈和凹槽52的侧壁至少具有三个接触面，可形成三道密封，以进一步防止冷却液或反应气体泄漏。
49.可选地，如图1和图2所示，限位件4包括第一连接部41和与第一连接部41垂直延伸的第二连接部42，第一连接部41插设于间隙3中，第一连接部41设有第二通孔411，凸柱5滑动插接于第二通孔411，第二连接部42可拆卸连接于金属板2。通过将第一连接部41插设于凸柱5与第一通孔21之间的间隙3，以保证绝缘板1上的凸柱5能沿绝缘板1的厚度方向滑动
插接于第二通孔411，同时，第二通孔411还能限定凸柱5沿第二通孔411的径向的装配位置，以保证将电池装配于绝缘板1时，在电池的重力作用下绝缘板1能够沿绝缘板1的厚度方向运动，与此同时，凸柱5沿第二通孔411的轴向滑动，金属板2和绝缘板1之间的弹性件能够缓冲从绝缘1传递至金属板2的作用力，从而保证金属板2和绝缘板1的结构不被破坏；同时，第一连接部41能够限定金属板2和绝缘板1沿第一通孔21的径向的相对位置，进一步保证密封圈的装配位置不发生变化。可以理解的是，当第一连接部41插接于凸柱5与第一通孔21形成的间隙3的同时凸柱5插接于第二通孔411，以固定金属板2、绝缘板1和限位件4之间的装配位置；通过将第二连接部42可拆卸连接于金属板2，以通过限位件4固定绝缘板1和金属板2的相对位置，完成绝缘板1、金属板2和限位件4的装配，同时能够防止限位件4脱落，保证限位件4有效工作。可选地，可拆卸连接方式选用螺接。
50.其中，该燃料电池的进气端板结构还包括锁紧件以及套设于第二连接部42的软管，锁紧件将软管锁紧于第二连接部42，以防止冷却液或反应气体从软管的内壁和第二连接部42的外壁之间泄漏。其中，电池装配于绝缘板1之后，气源开始输入反应气体，气源的反应气体输送到软管并依次经过第二通孔411和进气口51。可选地，锁紧件选用抱箍。
51.可选地，第一连接部41和第二连接部42一体成型。便于限位件4的加工制造，能够有效降低加工成本，且能够保证结构强度。
52.可选地，限位件4为法兰。法兰的结构简单，成本低。
53.可选地，限位件4的第一连接部41的外侧壁设置有橡胶层。第一连接部41外侧壁的橡胶层与第一通孔21的侧壁紧密接触，能够进一步防止冷却液或反应气体从第一连接部41外侧壁的与第一通孔21的侧壁泄漏，以进一步提高密封性。
54.可选地，如图1所示，进气口51的孔径小于第二通孔411的孔径，凸柱5凸出于绝缘板1的一端位于第二通孔411内，且进气口51和第二通孔411连通。可以理解的是，进气口51与第二通孔411形成阶梯状的进气结构，能够加快冷却液或反应气体通孔进气口51与第二通孔411的流通速率。
55.可选地，如图1和图2所示，第一通孔21的中心轴线、进气口51的中心轴线和第一连接部41的中心轴线重合。以保证限位件4能够有效限定金属板2和绝缘板1的装配位置，同时能够保证密封圈沿周向的受力均匀，以进一步防止该燃料电池的进气端板结构泄漏冷却液或反应气体。
56.可选地，如图1所示，进气口51设置有喇叭口结构6，且喇叭口结构6的大端与第二通孔411连通。能够进一步加快冷却液或反应气体通孔进气口51与第二通孔411的流通速率。
57.实施例二
58.一种燃料电池，其包括上述的燃料电池的进气端板结构。上述的燃料电池的进气端板，通过将密封圈套设于凸柱5，当绝缘板1上的凸柱5插接于金属板2上的第一通孔21时，密封圈由金属板2和绝缘板1夹紧，以使密封圈的内侧壁抵紧于凸柱5的侧壁，密封圈的外侧壁抵紧于第一通孔21的侧壁，即沿密封圈的径向，密封圈能够封闭凸柱5与第一通孔21之间的间隙3，以防止冷却液或反应气体从凸柱5与第一通孔21之间的间隙3泄漏。通过设置限位件4，限位件4的第一连接部41插设于凸柱5与第一通孔21之间的间隙3，能够限定密封圈的装配位置，同时，限位件4的第二连接部42可拆卸连接于金属板2，能够限定并固定金属板2
和绝缘板1沿第一通孔21的径向的相对位置，使得燃料电池的进气端板结构的集成度高，结构简单，便于装配、拆卸和后期维护，使得燃料电池的使用性能好。
59.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。