用于燃料电池的单位电池注射模具的制作方法

本公开总体上涉及一种用于燃料电池的单位电池注射模具。更具体地，本公开涉及这样一种用于燃料电池的单位电池注射模具，即，该注射模具能够在使对插入件的损坏最小化的同时形成框架，气体扩散层(GDL)和膜电极组件(MEA)结合至该插入件中。

背景技术：

通常，燃料电池是从氢和氧的化学反应(作为水的电解反应的逆反应)产生电力的系统。燃料电池被视为高效且清洁的能源，并且其使用正在逐渐增加。

具体地，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)在相对低的温度下可操作，并且具有快速启动和响应的特性，并且因此，正在积极进行将其用于车辆的移动电源的开发。

这种PEMFC堆通过堆叠期望数量的单位电池而形成。单位电池中的每一个可包括：膜电极组件(MEA)，该膜电极组件包括正极、负极以及介于正极与负极之间的聚合物电解质膜；气体扩散层(GDL)；金属制成的隔离物，被称为双极板；以及垫圈。

由于氢-氧反应燃料电池的单个单位电池可以在100℃或以下的操作温度下产生高达约1.2伏特，所以通过串联地堆叠多个单位电池来构造单个燃料电池使得可产生用于驾驶车辆所需的电流的量。

图1是示出通过结合MEA和GDL而制造的相关技术的燃料电池的单位电池的视图，并且图2是示出相关技术的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图。

如图1和图2所示，在相关技术中，开发了通过在注射模具中使用聚合树脂30结合MEA和GDL而制造每个均具有聚合物框架20的单位电池的过程。

在此，相关技术的注射模具可包括：上模101，该上模具有突起301；以及下模201，该下模具有面对上模101的突起301的突起301。上模101和下模201的相对突起301防止聚合树脂30渗入插入件10中，MEA和GDL结合在该插入件中。

由于突起301由与上模101和下模201相同的金属材料形成，所以即使在注射压力过大的情况下，上述突起301也可有效防止聚合树脂30渗入插入件10中。然而，由于插入件10由相比金属材料相对更柔软且更光滑的材料形成，所以插入件10可被由金属材料形成的突起301损坏(例如，断裂或切开)。这增大了产品的缺陷率，这是成问题的。

前文内容仅旨在帮助对本公开的背景的理解，而并非旨在表示本公开落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

技术实现要素：

因此，本公开牢记相关技术中出现的上述问题，并且本公开旨在提出这样一种用于燃料电池的单位电池注射模具，即，该注射模具能够防止聚合树脂渗入插入件中，同时防止对插入件的损坏，膜电极组件(MEA)和气体扩散层(GDL)结合在该插入件中。

另外提出这样一种用于燃料电池的单位电池注射模具，即，该注射模具能够使对插入件的损坏最小化，由此改进燃料电池堆的可售性和耐用性，在该燃料电池堆中，生产的单位电池彼此堆叠。

为了实现以上目的，根据本公开的一个方面，提供了一种用于制造燃料电池的单位电池的单位电池注射模具，在该单位电池注射模具中，形成有通过将聚合树脂注射到插入件上而形成的单位电池的整体框架，膜电极组件和气体扩散层结合在该插入件中。该单位电池注射模具包括：上模；下模，该下模与上模接合以在下模与上模之间限定一内部空间，该内部空间包括其中容纳有插入件的注射区域以及其中注射有聚合树脂以形成框架的插入区域；以及弹性突起，该弹性突起由弹性材料形成，该弹性突起布置在上模和下模上以彼此面对，其中，弹性突起夹紧插入件以将内部空间划分为插入区域和注射区域以防止聚合树脂进入插入区域。

弹性突起可包括：上弹性突起，该上弹性突起固定至上模以定位在插入区域与注射区域之间；以及下弹性突起，该下弹性突起固定至下模以面对上弹性突起。

上弹性突起和下弹性突起可被构造为使得其间的距离在从注射区域向插入区域的方向上逐渐减小。

上弹性突起和下弹性突起中的每一个在其接触抵靠插入件的表面上可具有凹凸结构。

单位电池注射模具可进一步包括：一对保护垫，该一对保护垫附接至上弹性突起的接触抵靠插入件的表面以及下弹性突起的接触抵靠插入件的表面。

上弹性突起和下弹性突起可由耐热性高于保护垫的耐热性且导热性低于保护垫的导热性的橡胶材料形成。

上弹性突起、下弹性突起和保护垫可由橡胶材料形成，其中，上弹性突起和下弹性突起的橡胶材料具有比保护垫的橡胶材料高的硬度。

上模和下模可进一步包括介于插入区域与注射区域之间的上突起和下突起，上突起面对下突起。上弹性突起可附接至上模以包围上突起，并且下弹性突起可附接至下模以包围下突起。

弹性突起中的上弹性突起和下弹性突起可具有不同的形状。

插入区域的厚度可大于插入件的厚度，使得上模和下模都不接触抵靠插入件。

根据本公开的实施方式，突起由弹性材料形成。由此能够使在燃料电池的单位电池的注射成型过程中对插入件的损坏最小化，由此使单位电池产品中的缺陷最小化。

此外，能够使插入件与上模或下模的接触最小化，由此防止插入件被上模或下模的热损坏。

因此，能够改进通过彼此堆叠单位电池而制造的燃料电池堆的可售性和耐用性，该单位电池使用根据本公开的实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具制造。

附图说明

从以下结合附图进行的详细描述，将更明确地理解本公开的以上和其他目标、特征和优点，其中：

图1是示出通过结合MEA和GDL制造的相关技术的燃料电池的单位电池的视图；

图2是示出相关技术的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图；

图3是示出根据本公开的第一实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图；

图4是示出根据本公开的第二实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图；

图5是示出根据本公开的第三实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图；

图6是示出根据本公开的第四实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图；

图7是示出根据本公开的第五实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图；以及

图8是示出根据本公开的第六实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图。

具体实施方式

本文中使用的术语仅用于描述具体方面(或实施方式)的目的，并且并非旨在限制本公开。除非上下文另有明确表示，否则如本文中使用的单数形式旨在也包括复数形式。另外应理解的是，当在本文中使用时，术语“包括(comprise)”及其派生词指明了所阐述的特征、范围、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或附加有一个或多个其他特征、范围、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组群。

除非另有限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。另外将理解的是，除非本文中清楚地如此限定，否则本文中使用的术语应被解释为具有与它们在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过度形式化的意义。

在下文中将参考附图描述根据本公开的用于燃料电池的单位电池注射模具的实施方式。

图3是示出根据本公开的第一实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图，图4是示出根据本公开的第二实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图，图5是示出根据本公开的第三实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图，以及图6是示出根据本公开的第四实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图。

如图3至图6所示，根据本公开的一实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具是用于制造燃料电池的单位电池的注射模具，由此可通过将聚合树脂30注射到插入件10的周围而形成整体框架20，膜电极组件(MEA)和气体扩散层(GDL)结合在该插入件中。注射模具可包括：上模100；下模200；以及弹性突起300，该弹性突起形成在上模100和下模200上，使得上模100上的突起300面对下模200上的突起300。

上模100和下模200可由金属材料形成，并且可在其间限定一内部空间，该内部空间由其中装配有插入件10的插入区域以及其中注射有聚合树脂30以形成框架20的注射区域组成。

由上模100和下模200限定的内部空间中的插入区域可形成得比插入件10厚。

因此，插入件10可定位在距离上模100的内壁和下模200的内壁的一小距离处，以防止插入件10接触抵靠上模100或下模200，该上模或下模可能是热的。这可使对插入件10的热传递最小化，由此防止插入件10被上模100或下模200的热损坏。

根据本公开的一实施方式的突起300可能够在将通过上模100和下模200的接合限定的内部空间划分为插入区域和注射区域的同时夹紧插入件10，由此防止聚合树脂30由于聚合树脂注射过程中的注射压力而进入插入区域。

此外，根据本公开的一实施方式的突起300可由弹性材料形成。突起300可能够可靠地夹紧插入件10(该插入件可由相对柔软且光滑的材料形成)，并且可能够防止插入件10损坏(例如，断裂或切开)，由此使燃料电池的单位电池产品中的缺陷最小化。

如图3所示，根据本公开的第一实施方式的弹性突起300可包括与上模100接合的上弹性突起310以及与下模200接合的下弹性突起320，使得上弹性突起310和下弹性突起320定位在插入区域与注射区域之间。上弹性突起310与下弹性突起320之间的距离可在从注射区域向插入区域的方向上逐渐减小。

这种布置和/或过程可更有效地防止聚合树脂30在聚合树脂30的注射过程中进入插入区域，由此改进燃料电池的单位电池产品的质量。此外，可改进通过堆叠单位电池而制造的燃料电池的质量。

根据本公开的一实施方式的上弹性突起310和下弹性突起320中的每一个可形成为在接触抵靠插入件10的表面(即，接触表面)上具有凹凸结构，该凹凸表面具有形成在其上的多个凹入部分和凸出部分。此外，多个夹紧突起可在从注射区域到插入区域的方向上以一倾斜度布置在凹凸表面上。

由此可更有效地防止聚合树脂30在聚合树脂30的注射过程中进入插入区域，同时更有效地夹紧插入件10，使得插入件10不被推向一侧或向一侧倾斜。

如图4所示，根据本公开的第二实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具可进一步包括一对保护垫400，该一对保护垫附接至上弹性突起310和下弹性突起320。

在本文中，保护垫400、上弹性突起310和下弹性突起320全都可由弹性橡胶材料形成，以使当插入件10被夹紧时对插入件10的损坏最小化。

根据本公开的第二实施方式的保护垫400可由比上弹性突起310或下弹性突起320具有更高硬度的材料形成。这是因为，当保护垫400(该保护垫在直接接触抵靠插入件10的同时夹紧插入件10)由比上弹性突起310和下弹性突起320更光滑的材料形成时，对插入件10的损坏可最小化。

此外，上弹性突起310和下弹性突起320可由耐热性高于保护垫400的耐热性且导热性低于保护垫400的导热性的材料形成。由于上弹性突起310和下弹性突起320直接接触抵靠保持在高温下的上模100和下模200，所以具有这些特性的上弹性突起310和下弹性突起320可使对保护垫400的热传递最小化并使由上模100和下模200的热造成的保护垫400的变形最小化，由此使保护垫400的变形以及对保护垫的损坏最小化，并且此外，防止插入件10被热损坏。

如图5所示，根据本公开的第三实施方式的上模100和下模200可被构造为使得在插入区域与注射区域之间形成有一对凹槽，上弹性突起310和下弹性突起320可固定地放置在该一对沟槽中。在该构造中，由橡胶材料形成的上弹性突起310和下弹性突起320可容纳在凹槽中。此外，如图6所示，根据本公开的第四实施方式的上模100和下模200可被构造为使得上突起110与下突起120在插入区域与注射区域之间向彼此突出。在该构造中，由橡胶材料形成的上弹性突起310可附接至上模100以包围上突起110，并且由橡胶材料形成的下弹性突起320可附接至下模200以包围下突起120。

由此，可通过在有效地防止聚合树脂30在其注射过程中进入插入区域的同时使对插入件10的损坏最小化来夹紧插入件10。

弹性突起的特征可在于：上弹性突起的形状不同于下弹性突起的形状。

图7是示出根据本公开的第五实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图，以及图8是示出根据本公开的第六实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具的视图。

如图7和图8所示，在根据本公开的第五实施方式和第六实施方式的用于燃料电池的单位电池注射模具中，可使用具有不同形状的上弹性突起310和下弹性突起320的组合。

例如，可采用这样的组合即，其中，弹性突起300的上弹性突起310和下弹性突起320中的一个具有六边形形状(其中，多个凹入部分和多个凸出部分形成在其接触表面(即，凹凸表面)上)，并且弹性突起300的上弹性突起310和下弹性突起320中的另一个具有圆柱形形状。

此外，可采用这样的组合，即，其中，上弹性突起310和下弹性突起320中的一个倾斜，并且上弹性突起310和下弹性突起320中的另一个平行于模具。

尽管已出于说明目的描述了本公开的示例性实施方式，但本领域技术人员将理解的是，在不背离如所附权利要求中公开的本公开的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换都是可行的。

因此，应理解的是，前述实施方式在所有方面中都是示例性的而非限制性的。本公开的范围由所附权利要求而不是由实施方式的前述描述表示。应理解的是，从权利要求的限定得到的所有修改和变更以及其范围和等同物都属于本公开的范围。