燃料电池电堆结构的制作方法

1.本发明涉及燃料电池结构技术领域，尤其是涉及一种燃料电池电堆结构。


背景技术：

2.在质子交换膜燃料电池电堆内部，通过由极板内部歧管区、膜电极组件内部歧管区、密封垫片经组装后形成的电堆内部歧管，分别向每节单电池对应的流场入口输送对应的反应物及冷却液。反应物在流场区进行电化学反应，反应产物、剩余气及冷却液通过流场出口分别进入对应的内部歧管，最后排出电堆。
3.经过压缩与加湿的高温高湿的压缩空气在流经暴露在常温环境下的外部歧管进入电堆内部进气歧管时，必然会将过程中生成的冷凝水一起带入电堆，由于电堆内部进气歧管结构的特殊性(极板、燃料电池组件、密封件交错堆叠，形成内部歧管凹槽，凹槽与流场入口相连，且通常没有其他出口)，冷凝水无法被直接有效地排出电堆外，而是随着压缩空气一起进入单电池内部的流场，阻碍反应气体流动及扩散，形成水淹现象，迅速降低单池发电性能，并且催化剂碳载体会被反应消耗，对催化剂层造成不可逆的损伤。
4.进一步地，反应生成的气态水和液态水随反应剩余气体进入温度较低的内部歧管会冷凝出更多的液态水，通过脉冲排气和剩余气体排气将液态水从流场中排出到电堆内部出气歧管，但是通常出气歧管内存在与单电池数量一致的沟槽，并且外部歧管的内径小于内部歧管(因为通常外部歧管接口是并列的，空间较小)，液态水堆积在这些沟槽中无法继续向外部歧管排出。此时液态水会在流场靠近出口附近堆积，也会造成水淹现象。当包含了系统内部组件降解析出的多种离子的液态水进一步增多时，液态水会越过沟槽连接单电池的正负极，并降低正负极之间的电阻，轻则降低电池性能，重则电池过热引起膜干甚至被击穿，引发安全事故。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆结构，以解决现有电堆结构的冷凝水在内部歧管区无法及时排出的问题。
6.第一个方面，本发明实施例提供了一种燃料电池电堆结构，包括：壳体组件、和位于壳体组件内部的多组单电池结构，多组所述单电池结构包括交错堆叠设置的双极板和膜电极组件；所述壳体组件包括沿第一方向延伸方向、且相对设置的第一歧管结构和第二歧管结构；
7.所述第一歧管结构的内侧设有沿第二方向依次分隔设置的空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管，所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管均沿着第三方向延伸；
8.所述第二歧管结构的内侧设有沿第二方向依次分隔的氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管，所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管均沿着第三方向延伸；所述空气内部进气歧管和所述空气内部出气歧管
分别与所述双极板的空气流场连通；所述氢气内部进气歧管和所述氢气内部出气歧管分别与所述双极板的氢气流场连通；
9.所述空气内部进气歧管、所述氢气内部出气歧管、所述空气内部出气歧管以及所述氢气内部进气歧管的底部均设有集水槽，所述集水槽的一端设置有用于向外导流的排水孔；其中，所述第一方向为所述双极板和所述膜电极组件的长度延伸方向，所述第三方向为垂直于所述双极板和所述膜电极组件的方向，所述第二方向与所述第一方向和所述第三方向均垂直。
10.可选地，所述双极板靠近所述第一歧管结构的一端沿第二方向依次设有空气进口区、冷却液出口区以及氢气出口区，所述双极板靠近所述第二歧管结构的一端沿第二方向依次设有氢气进口区、冷却液进口区以及空气出口区；所述空气进口区和所述空气出口区为所述空气流场的两个端口，所述氢气进口区和所述氢气出口区为所述氢气流场的两个端口；各所述双极板的所述空气进口区、冷却液出口区以及氢气出口区分别与所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管密封连通；各所述双极板的所述氢气进口区、冷却液进口区以及空气出口区分别与所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管密封连通。
11.可选地，所述第一歧管结构的内侧设置有多个第一隔板结构；多个所述第一隔板结构沿着第二方向间隔设置；位于所述空气内部进气歧管与所述冷却液内部出口歧管之间、以及位于所述氢气内部出气歧管底部的所述第一隔板结构上设置有所述集水槽；所述第二歧管结构的内侧设置有多个第二隔板结构；多个所述第二隔板结构沿着第二方向间隔设置；位于所述氢气内部进气歧管和所述冷却液内部进口歧管之间、以及位于所述空气内部出气歧管底部的所述第二隔板结构上均设置有所述集水槽。
12.可选地，所述第一歧管结构和所述第二歧管结构的顶部和底部均设置有防塌腰结构；所述防塌腰结构包括依次连接的第一折弯平面、第二折弯平面以及第三折弯平面，所述第一折弯平面和所述第三折弯平面为竖直平面，所述第二折弯平面为倾斜平面；所述第三折弯平面相对于所述第一折弯平面更靠近所述壳体组件的内部空间，所述第二折弯平面用于支撑所述单电池结构。
13.可选地，所述燃料电池电堆结构还包括：第一密封垫片和第二密封垫片；所述第一密封垫片设置在所述第一歧管结构与所述单电池结构之间，所述第一密封垫片与所述第一隔板结构相适应，用于将所述空气进口区、冷却液出口区以及氢气出口区分别与所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管密封连通；所述第二密封垫片设置在所述第二歧管结构与所述单电池结构之间，所述第二密封垫片与所述第二隔板结构相适应，用于将所述氢气进口区、冷却液进口区以及空气出口区分别与所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管密封连通。
14.可选地，所述第一密封垫片包括沿第二方向间隔设置的多个第一密封间隔条，多个所述第一密封间隔条之间构造出多个第一开口结构；多个所述第一开口结构与所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管一一对应设置；
15.和/或，所述第二密封垫片包括沿第二方向间隔设置的多个第二密封间隔条，多个所述第二密封间隔条之间构造出多个第二开口结构；多个所述第二开口结构与所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管一一对应设置。
16.可选地，所述膜电极组件包括：膜电极边框、双面包覆密封条、质子交换膜以及包围在所述质子交换膜两侧的气体扩散层；所述膜电极边框包围在所述气体扩散层和所述质子交换膜的周围，所述双面包覆密封条分别布置在所述膜电极边框的两侧，用于所述膜电极边框与所述双极板密封连接。
17.可选地，所述双极板的边沿设有极板边框，所述膜电极边框的两侧分别设有由所述双面包覆密封条构造出的卡槽结构，所述卡槽结构位于所述极板边框的边角处；所述极板边框的两侧靠近顶部和底部的位置分别设有凸起结构，所述凸起结构沿第一方向延伸，所述凸起结构与所述卡槽结构卡接，以实现所述双极板与所述膜电极组件的配合安装。
18.可选地，所述壳体组件还包括：顶板、底板以及沿垂直于所述双极板方向相对设置的两块端板；所述顶板盖合在所述双极板和所述膜电极组件的上方，所述底板设置在所述双极板和所述膜电极组件的上方；两个所述端板通过长螺杆将多组所述单电池结构压合固定，所述端板的一端与所述第一歧管结构密封连接，所述端板的另一端与所述第二歧管结构密封连接。
19.可选地，所述燃料电池电堆结构还包括绝缘板和集流板，所述绝缘板与所述端板的结构相适应；所述绝缘板和所述集流板位于所述端板与所述单电池结构之间，且所述绝缘板相对于所述集流板更靠近所述端板；所述绝缘板与所述单电池结构接触的一侧设置有用于与所述集流板配合的集流板槽，所述集流板远离所述绝缘板的一侧与最外侧的所述单电池结构配合。
20.本发明实施例至少具有以下技术效果：
21.本发明实施例提供的燃料电池电堆结构，通过将双极板两端的内部歧管调整至壳体组件侧面的内部歧管(第一歧管结构和第二歧管结构)，使得含有冷凝水的高温、高湿、高压气体通过外部歧管分别进入电堆结构的内部歧管后，冷凝的液态水受重力作用向内部歧管的底部流动，并在内部歧管底部的集水槽内汇集，最后流向最低处的排水孔排向电堆外，防止了液态水从流场入口进入燃料电池内部；同时燃料电池反应产物水(液态和气态)随反应剩余空气从流场出口排出，进入空气内部出口歧管，在遇到温度较低的内部歧管后，反应产物水和新冷凝的液态水一同向内部歧管的底部流动，并在内部歧管底部的集水槽内汇集，最后流向最低处的排水孔排向电堆外，防止液态水从流场出口反流回燃料电池内部，避免了冷凝水积存内部导致电池正负极短接，从而避免或大幅降低流场内部发生水淹现象的概率，进而增加燃料电池性能稳定性、延长燃料电池工作寿命。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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。
23.图1为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的整体结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的爆炸结构示意图；
25.图3为本发明实施例提供的图1的俯视图；
26.图4为本发明实施例提供的图3中沿a-a的剖面结构示意图；
27.图5为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的第一歧管结构的结构示意图；
28.图6为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的第二歧管结构的结构示意图；
29.图7为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的双极板的结构示意图；
30.图8为本发明实施例提供的图4中b的放大示意图；
31.图9为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的内部结构的装配示意图；
32.图10为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的膜电极组件的结构示意图；
33.图11为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的膜电极组件另一角度的结构示意图；
34.图12为本发明实施例提供的图10中c的放大示意图；
35.图13为本发明实施例提供的图12的内部剖面图；
36.图14为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的端板的结构示意图；
37.图15为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的绝缘板的结构示意图；
38.图16为本发明实施例提供的一种燃料电池电堆结构的集流板的结构示意图。
39.图标：100-壳体组件；
40.110-第一歧板结构；110a-集水槽；110b-排水孔；110c-第一隔板结构；111-空气内部进气歧管；111a-空气进气口；112-冷却液内部出口歧管；112a-冷却液出口；113-氢气内部出气歧管；113a-氢气出气口；110d-防塌腰结构；1111-第一折弯平面；1112-第二折弯平面；1113-第三折弯平面；
41.120-第二歧板结构；120a-第二隔板结构；121-氢气内部进气歧管；121a-氢气进气口；122-冷却液内部进口歧管；122a-冷却液进口；123-空气内部出气歧管；123a-氢气出气口；
42.130-端板；130a-安装孔；131-长螺杆；
43.200-单电池；210-双极板；210a-凸起结构；2101-空气进口区；2102-冷却液出口区；2103-氢气出口区；2104-氢气进口区；2105-冷却液进口区；2106-空气出口区；
44.220-膜电极组件；220a-双面包覆密封条；221-膜电极边框；222-气体扩散层；223-质子交换膜；224-卡槽结构；224a-延伸部；224b-密封垫片接触面；
45.300-第一密封垫片；310-第一密封间隔条；300a-第二密封垫片；
46.400-绝缘板；410-集流板槽；
47.500-集流板；510-接线耳。
具体实施方式
48.下面将结合实施例对本发明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。
49.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该
理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
50.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
51.结合图1至图6，本发明实施例提供了一种燃料电池电堆结构，包括：壳体组件100、和位于壳体组件100内部的多组单电池200结构，多组单电池200结构由双极板210和膜电极组件220交错堆叠形成。其中，壳体组件100包括沿第一方向延伸方向且相对设置的第一歧管结构110和第二歧管结构120，第一方向为双极板210和膜电极组件220的长度延伸方向。
52.具体地，第一歧管结构110的内侧设有沿第二方向依次分隔设置的空气内部进气歧管111、冷却液内部出口歧管112以及氢气内部出气歧管113，空气内部进气歧管111、冷却液内部出口歧管112以及氢气内部出气歧管113均沿着第三方向延伸。其中，空气内部进气歧管111、冷却液内部出口歧管112以及氢气内部出气歧管113相当于第一歧管结构110内侧的三个独立区域，这三个独立的区域分别通过第一歧管结构110上开设的空气进气口111a、冷却液出口112a以及氢气出气口113a分别与外部歧管一一对应连接。
53.需要说明的是，第三方向为垂直于双极板210和膜电极组件220的方向，第二方向与第一方向和第三方向均垂直，相当于双极板210的高度方向(本实施例中的第二方向以沿竖直方向自上而下的方向进行示意说明)。
54.第二歧管结构120的内侧设有沿第二方向依次分隔的氢气内部进气歧管121、冷却液内部进口歧管122以及空气内部出气歧管123，氢气内部进气歧管121、冷却液内部进口歧管122以及空气内部出气歧管123均沿着第三方向延伸。
55.其中，氢气内部进气歧管121、冷却液内部进口歧管122以及空气内部出气歧管123相当于第二歧管结构120内侧的三个独立区域，这三个独立的区域分别通过第二歧管结构120上开设的氢气进气口121a、冷却液进口122a以及氢气出气口113a分别与外部歧管一一对应连接。
56.空气内部进气歧管111和空气内部出气歧管123分别与双极板210的空气流场连通；氢气内部进气歧管121和氢气内部出气歧管113分别与双极板210的氢气流场连通，冷却液内部进口歧管122和冷却液内部出口歧管112分别与双极板210的冷却液歧管连通。其中，空气流场和氢气流场分别为空气和氢气在双极板210内的流动通道。
57.进一步地，空气内部进气歧管111、氢气内部出气歧管113、空气内部出气歧管123以及氢气内部进气歧管121的底部均设有集水槽110a，集水槽110a的一端设置有排水孔110b，即排水孔110b设置在第一歧管结构110和第二歧管结构120的侧面，排水孔110b用于向外导流，从而将集水槽110a内收集的冷凝水排出。
58.可选地，为了方便冷凝水的排出，集水槽110a的槽底呈长斜坡形，即集水槽110a靠近排水孔110b的一端较低(槽深度较大)，远离排水孔110b的一端较高(槽深度较小)，且排水孔110b的最低高度低于集水槽110a的最低高度。
59.可选地，集水槽110a的两端均可以设置排水孔110b，即集水槽110a的中间位置高、两端位置低，排水孔110b的最低高度低于集水槽110a的最低高度，这样便于排水。
60.下面对气体、冷却液进出燃料电池电堆结构的工作原理进行说明：
61.(1)空气由空气外部进气歧管进入，并充满整个第一歧管结构110的空气内部进气歧管111(冷凝水被集水槽110a收集)，然后通过双极板210的空气进口进入每个单电池200结构的空气腔参与反应，剩余气体从单电池200结构的空气出口排出，在第二歧管结构120的空气内部出气歧管123内汇集(冷凝水再次被集水槽110a收集)，最后通过空气外部出气歧管排到外部。
62.(2)氢气由氢气外部进气歧管进入，并充满整个第二歧管结构120的氢气内部进气歧管121(冷凝水被集水槽110a收集)，然后通过双极板210的氢气进口进入每个单电池200结构的氢气腔参与反应，剩余气体从单电池200结构的氢气出口排出，在第一歧管结构110的氢气内部出气歧管113内汇集(冷凝水再次被集水槽110a收集)，最后通过氢气外部出气歧管排到外部。
63.(3)冷却液由冷却液外部进水歧管进入，并充满整个第二歧管结构120的冷却液内部进水歧管，然后通过双极板210的冷却液进口进入每个单电池200结构的冷却液腔交换热量，从单电池200结构的冷却液出口112a排出，在第一歧管结构110的冷冷却液内部出口歧管内汇集，最后通过冷却液外部出水歧管排出。
64.本实施例提供的燃料电池电堆结构，通过将双极板210两端的内部歧管调整至壳体组件100侧面的内部歧管(第一歧管结构110和第二歧管结构120)，含有冷凝水的高温、高湿、高压气体通过外部歧管分别进入电堆结构的内部歧管后，冷凝的液态水受重力作用向内部歧管的底部流动，并在内部歧管底部的集水槽110a内汇集，最后流向最低处的排水孔110b排向电堆外，防止了液态水从流场入口进入燃料电池内部；同时燃料电池反应产物水(液态和气态)随反应剩余空气从流场出口排出，进入空气内部出口歧管，在遇到温度较低的内部歧管后，反应产物水和新冷凝的液态水一同向内部歧管的底部流动，并在内部歧管底部的集水槽110a内汇集，最后流向最低处的排水孔110b排向电堆外，防止液态水从流场出口反流回燃料电池内部，避免了冷凝水积存内部导致电池正负极短接，从而避免或大幅降低流场内部发生水淹现象的概率，进而增加燃料电池性能稳定性、延长燃料电池工作寿命。
65.可选地，第一歧管结构110上与外部歧管相连的接口(包括空气进气口111a、冷却液出口112a以及氢气出气口113a)，其位置可布置在第一歧管结构110的前、后及左/右侧面，且当接口布置在电堆结构的左/右侧面时，其宽度尺寸及数量可视进气量大小增减，外部歧管可以设计成类似内燃机进气歧管结构，保证压缩气到达每个电池入口时压力一致以提高单节燃料电池进气均匀性。
66.可选地，第二歧管结构120上与外部歧管相连的接口(包括氢气进气口121a、冷却液进口122a以及空气出气口123a)，其位置可布置在第二歧管结构120的前、后及左/右侧面，且当接口布置在电堆结构的左/右侧面时，其宽度尺寸及数量可视进气量大小增减，外部歧管可以设计成类似内燃机进气歧管结构，保证压缩气到达每个电池入口时压力一致以提高单节燃料电池进气均匀性。
67.可选地，双极板210的材质可以是金属、石墨或者复合材料中的任意一种。
68.在一些实施例中，如图4和图7所示，双极板210靠近第一歧管结构110的一端沿第二方向依次设有空气进口区2101、冷却液出口区2102以及氢气出口区2103，双极板210靠近第二歧管结构120的一端沿第二方向依次设有氢气进口区2104、冷却液进口区2105以及空气出口区2106。
69.具体地，空气进口区2101和空气出口区2106为空气流场的两个端口，氢气进口区2104和氢气出口区2103为氢气流场的两个端口，冷却液进口区2105和冷却液出口区2102为冷却液歧管的两个端口。
70.进一步地，由于双极板210的间隔排布方向与内部歧管结构的延伸方向一致(均沿第三方向)，这样各双极板210的空气进口区2101、冷却液出口区2102以及氢气出口区2103分别与空气内部进气歧管111、冷却液内部出口歧管112以及氢气内部出气歧管113密封连通。同时，各双极板210的氢气进口区2104、冷却液进口区2105以及空气出口区2106分别与氢气内部进气歧管121、冷却液内部进口歧管122以及空气内部出气歧管123密封连通。
71.本实施例通过对双极板210的结构进行改进，使得双极板210的各进口区和出口区分别与对应的内部歧管密封连通，从而形成独立的流动通道，冷凝水进入内部歧管之后以及排出内部歧管之前均被集水槽110a收集，并通过排水孔110b导出，防止了液态水从流场入口进入燃料电池内部以及防止液态水从流场出口反流回燃料电池内部。
72.在一些实施例中，如图5所示，第一歧管结构110的内侧设置有多个第一隔板结构110c。多个第一隔板结构110c沿着第二方向间隔设置，从而构造出空气内部进气歧管111、冷却液内部出口歧管112以及氢气内部出气歧管113。
73.具体地，位于空气内部进气歧管111与冷却液内部出口歧管112之间、以及位于氢气内部出气歧管113底部的第一隔板结构110c上设置有集水槽110a，第一歧管结构110上的集水槽110a与第一隔板结构110c均沿第三方向延伸。
74.在一些实施例中，如图6所示，第二歧管结构120的内侧设置有多个第二隔板结构120a。多个第二隔板结构120a沿着第二方向间隔设置，从而构造出氢气内部进气歧管121、冷却液内部进口歧管122之间以及空气内部出气歧管123。
75.具体地，位于氢气内部进气歧管121和冷却液内部进口歧管122之间、以及位于空气内部出气歧管123底部的第二隔板结构120a上均设置有集水槽110a，第二歧管结构120上的集水槽110a与第二隔板结构120a均沿第三方向延伸。
76.本实施例提供的燃料电池电堆结构，通过歧管结构内侧设置的多个隔板结构构造出各个内部歧管结构的内部空间，使得各个内部歧管之间相互独立，并且隔板结构还便于与双极板210的进出口区配合安装，提升密封连通的可靠性。
77.在一些实施例中，如图4和图8所示，燃料电池电堆结构中，双极板210与膜电极组件220堆叠的数量较多堆叠方向平行于水平面，在重力作用下，单电池200之间存在竖直方向(第二方向)上的剪切力，越靠近外侧的单电池200，其剪切力越大，单电池200之间的相对位移量越大，电堆结构中心部分的单电池200的相对位移量最大。因此，为了避免出现上述问题，本实施例提供的第一歧管结构110和第二歧管结构120的顶部和底部均设置有防塌腰结构110d，防塌腰结构110d主要用于对单电池200结构进行定位和支撑。
78.具体地，防塌腰结构110d包括依次连接的第一折弯平面1111、第二折弯平面1112以及第三折弯平面1113，第一折弯平面1111和第三折弯平面1113为竖直平面，第二折弯平
面1112为倾斜平面。第三折弯平面1113相对于第一折弯平面1111更靠近壳体组件100的内部空间，多组单电池200结构全部由第二折弯平面1112提供支撑。
79.可选地，第二折弯平面111通常其水平距离与整个极板长度的比值为2％～5％，第二折弯平面111的坡度(高程差/水平距离的比值)10％～30％，本发明实施例中采用10％的坡度和3％总长占比进行设计。
80.从整体结构上看，第一歧管结构110和第二歧管结构120顶部和底部的两个第二折弯平面1112都形成朝向单电池200结构的外扩结构，这样有利于第一歧管结构110和第二歧管结构120与单电池200结构的装配，同时也便于各单电池200的定位和支撑。
81.本实施例提供的燃料电池电堆结构，两个歧管结构的第二折弯平面1112分别与每一组单电池200的膜电极组件220上的配合及绝缘结构接触，同时承担其重量，防止单电池200结构因重力作用产生向下位移，提升了整个燃料电池电堆结构的结构稳定性。
82.在一些实施例中，如图8和图9所示，本实施例提供的燃料电池电堆结构还包括：第一密封垫片300和第二密封垫片300a。其中，第一密封垫片300设置在第一歧管结构110与多组单电池200结构之间，第二密封垫片300a设置在第二歧管结构120与多组单电池200结构之间，从而提升各内部歧管结构与双极板210各通道之间的密封连通效果。
83.具体地，第一密封垫片300与第一隔板结构110c相适应，用于将空气进口区2101、冷却液出口区2102以及氢气出口区2103分别与空气内部进气歧管111、冷却液内部出口歧管112以及氢气内部出气歧管113对应进行密封连通，防止不同通道内的流体相互渗透，提高燃料电池电堆结构的可靠性。
84.进一步地，第二密封垫片300a与第二隔板结构120a相适应，用于将空气进口区2101、冷却液出口区2102以及氢气出口区2103分别与空气内部进气歧管111、冷却液内部出口歧管112以及氢气内部出气歧管113对应进行密封连通，防止不同通道内的流体相互渗透，提高燃料电池电堆结构的可靠性。
85.可以理解的是，第一密封垫片300和第二密封垫片300a靠近顶部和底部的部分结构分别位于对应侧的第一折弯平面1111与单电池200结构之间，从而保证整个单电池200的密封效果。
86.在一些可选的实施例中，如图9所示，第一密封垫片300包括沿第二方向间隔设置的多个第一密封间隔条310，多个第一密封间隔条310之间构造出多个第一开口结构；多个第一开口结构与空气内部进气歧管111、冷却液内部出口歧管112以及氢气内部出气歧管113一一对应设置，并且与堆叠后多个双极板210的进、出口区对接，以保证各个流体通道的密封效果。
87.在一些实施例中，第二密封垫片300a包括沿第二方向间隔设置的多个第二密封间隔条(图中未示出)，多个第二密封间隔条之间构造出多个第二开口结构；多个第二开口结构与氢气内部进气歧管121、冷却液内部进口歧管122以及空气内部出气歧管123一一对应设置，并且与堆叠后多个双极板210的进、出口区对接，以保证各个流体通道的密封效果。
88.可选地，第一密封垫片300与第二密封垫片300a的材质相同，二者均可以采用预先制成的密封垫片结构，其材质可选择三元乙丙、丁腈橡胶或者硅橡胶等。
89.可选地，也可以采用点胶固化的方式形成第一密封垫片300和第二密封垫片300a，即完成双极板210和膜电极组件220的堆叠以及装堆压力加载后，在密封区进行点胶(密封
胶水)，然后安装第一歧管结构110和第二歧管结构120后再固化。
90.在一些实施例中，如图10至图13所示，膜电极组件220包括：膜电极边框221、双面包覆密封条220a、质子交换膜223以及包围在质子交换膜223两侧的气体扩散层222。
91.具体地，膜电极边框221包围在气体扩散层222和质子交换膜223的周围，实现对气体扩散层222和质子交换膜223的固定。双面包覆密封条220a分别布置在膜电极边框221的两侧，用于膜电极边框221与双极板210的密封连接。双面包覆密封条220a在膜电极边框221上的正投影与双极板210的各进、出口区的边缘轮廓相适应，从而保证与双极板210的密封效果。
92.需要说明的是，双面包覆密封条220a靠近膜电极边框221沿长度方向的两端包括密封垫片接触面224b，双面包覆密封条220a两端的密封垫片接触面224b分别与第一密封间隔条310和第第二密封间隔条密封接触。
93.在一些实施例中，如图7和图11所示，双极板210的边沿设有极板边框，极板边框包围在双极板210的四周。膜电极边框221的两侧分别设有卡槽结构224，双面包覆密封条220a向膜电极边框221的边缘延伸出一延伸部224a(用于与第二弯折平面接触)，延伸部224a与双面包覆密封条220a之间构造出卡槽结构224。本实施例中的卡槽结构224为四个，四个卡槽结构224分别位于所述极板边框的四个边角处。
94.具体地，对应的极板边框的两侧分别设有与卡槽结构224形状相适应的凸起结构210a，凸起结构210a为沿第一方向延伸的条状结构，凸起结构210a与卡槽结构224卡接，以实现双极板210与相邻的膜电极组件220的配合安装。
95.本实施例中，在进行燃料电池电堆结构装配双极板210与膜电极组件220堆叠时，双极板210的极板边框卡进膜电极组件220配合结构的卡槽结构224里，当螺杆施加装堆载荷后，双面包覆密封条220a受压变形，夹紧双极板210的极板边框实现相对固定，并且在与第一歧管结构110和第二歧管结构120的接触区附近，膜电极组件220和双面包覆密封条220a的外形轮廓尺寸大于双极板210的外形轮廓尺寸，从而在相邻的双极板210之间起到绝缘作用。
96.在一些实施例中，继续参阅图1、图3和图14，壳体组件100还包括：顶板(图中为了方便观察内部结构未示出)、底板(图中为了方便观察内部结构未示出)以及沿垂直于双极板210方向相对设置的两块端板130；顶板盖合在双极板210和膜电极组件220的上方，底板设置在双极板210和膜电极组件220的上方。
97.进一步地，两块端板130上均设置有安装孔130a，通过长螺杆131穿过安装孔130a并预紧固定，从而将多组单电池200结构压合在两块端板130之间，对于任意一个端板130而言，端板130的一端与第一歧管结构110密封连接，端板130的另一端与第二歧管结构120密封连接。
98.需要说明的是，通常燃料电池电堆结构需设置保护外壳(即壳体组件100)，作用是防水、防尘、隔绝机械伤害、绝缘等。因第一歧管结构110、第二歧管结构120及端板130具有足够的结构强度，且与电堆结构内部绝缘，因此第一歧管结构110、第二歧管结构120及端板130均可以作为燃料电池电堆模块的壳体组件100一部分，保护内部电堆不受外界机械伤害。
99.在一些可选的实施例中，继续参阅图15和图16，本实施例提供的燃料电池电堆结
构还包括：绝缘板400和集流板500，绝缘板400与端板130的结构相适应，便于与端板130配合。绝缘板400和集流板500位于端板130与单电池200结构之间，绝缘板400相对于集流板500更靠近端板130，集流板500相对于绝缘板400更靠近端板130，用于将单电池200与外部壳体组件100的绝缘。
100.进一步地，绝缘板400与单电池200结构接触的一侧设置集流板槽410，集流板槽410与集流板500配合安装(集流板500上的接线耳510与集流板槽410上的开口位置对应)，集流板槽410的槽深与集流板500的厚度一致，使得集流板的外表面与绝缘板400表面接触。
101.本发明上述实施例提供的燃料电池电堆结构，至少具有以下技术效果：
102.(1)独立的歧管结构(包括第一歧管结构和第二歧管结构)与双极板210、膜电极组件220、密封垫片(包括第一密封垫片和第二密封垫片)、端板130等以新的形式组成电堆内部歧管，是一种全新的歧管与电堆之间气体、液体分配/汇合的结构。
103.(2)歧管结构内部的集水槽110a和排水口可以随时将由外部歧管流入的冷凝水及内部流场反应出口的冷凝水收集，并脉冲排出，有效防止液态水在流场入口进入流场、流场出口反流回流场，可避免或大幅降低流场内部发生水淹现象的概率，从而增加燃料电池性能稳定性、延长燃料电池工作寿命。
104.(3)歧管结构上与外部歧管相连的接口，其位置可布置在歧管结构前、后及左/右侧面，且当接口布置电堆在左/右侧面时，其宽度尺寸及数量可视进气量大小歧管结构(包括第一歧管结构110和第二歧管结构120)自带的防塌腰结构110d可以直接承载每组单电池200重力，无需单独设置防塌腰部件。
105.(4)与传统歧管结构相比，外部歧管结构的安装位置及宽度不受限制，气体/冷却液可以做到同时到达单电池200的进口，并同时排出。(而传统结构气体/冷却液只能由一侧端板130进入内部歧管，最先到达靠近歧管一侧的进口)
106.(5)与传统歧管结构相比，本发明实施例提供的歧管结构不再安装在端板130一侧，且安装空间不受限制。
107.(6)通过对双极板210的结构进行改进，使得双极板210的各进口区和出口区分别与对应的内部歧管密封连通，从而形成独立的流动通道，冷凝水进入内部歧管之后以及排出内部歧管之前均被集水槽110a收集，并通过排水孔110b导出，防止了液态水从流场入口进入燃料电池内部以及防止液态水从流场出口反流回燃料电池内部。
108.(7)通过歧管结构内侧设置的多个隔板结构构造出各个内部歧管结构的内部空间，使得各个内部歧管之间相互独立，并且隔板结构还便于与双极板210的进出口区配合安装，提升密封连通的可靠性。
109.(8)第一歧管结构110和第二歧管结构120的第二折弯平面1112分别与每一组单电池200的膜电极组件220上的配合及绝缘结构接触，同时承担其重量，防止单电池200结构因重力作用产生向下位移，提升了整个燃料电池电堆结构的结构稳定性。
110.本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
111.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
112.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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
113.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以具体状况理解上述术语在本发明中的具体含义。
114.在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
115.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。