一种燃料电池壳体以及燃料电池的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池壳体以及燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池，又名质子交换膜燃料电池，是一种以氢气为燃料，直接将化学能转换为电能的发电装置。燃料电池的能量密度高、启动速度快、操作温度低、产物无污染等优点，使其在新能源汽车领域具有潜在的应用价值。燃料电池堆的结构，通常为数百片膜电极、双极板和密封件堆叠而成，通过两侧的端板、绝缘板和集流板施加紧固力，组成燃料电池堆。然后，通过高压铜排、高压贯穿端子、电压巡检器、氢浓度传感器、低压线束、低压插座、防水透气阀和上下外壳以及密封圈一起将燃料电池堆封装集成为燃料电池电堆模块。
3.电堆模块壳体既可以保护内部器件免受机械振动和机械冲击，也可以起到防水防尘的作用，有效提升燃料电池堆的可靠性。同时这些燃料电池壳体内部器件，也需要稳固地固定于壳体内部，以保证燃料电池堆的可靠性。但是现有技术中的内部器件固定方案存在结构复杂、固定不稳定的技术问题，因此，研究燃料电池壳体内部器件固定设计方法具有重要意义。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，实现本发明目的，本发明提供了一种燃料电池壳体以及燃料电池，通过在上壳体和下壳体内同时设置简单的结构即可保证内部电堆的稳固性，相比于现有技术的固定方法，结构简单，不需要单独设计固定支架。
5.实现本发明技术目的的方案为，一种燃料电池壳体，包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体合围成用于安装电堆的安装腔；其中：所述上壳体的内型面间隔分布有用于压紧电堆的端板的弹性柱；所述下壳体的内型面上间隔设置有至少两个第一凸出部和第二凸出部，所述第一凸出部和所述第二凸出部分别用于支撑所述电堆的进气端板和盲端端板，所述第一凸出部和/或第二凸出部设置有贯通孔，所述贯通孔中设置有用于连接所述下壳体和所述进气端板/盲端端板的连接件。
6.进一步地，所述上壳体的内型面上设置有用于安装所述弹性柱的安装凸台；所述弹性柱具有中心通孔，所述中心通孔内设置有限位结构，所述弹性柱通过螺栓连接于所述安装凸台上，所述螺栓穿设于所述中心通孔中，且所述螺栓的头部通过所述限位结构限位。
7.进一步地，所述中心通孔为阶梯孔，所述阶梯孔的孔肩构成所述限位结构；所述螺栓的头部的长度小于所述阶梯孔的大孔段的长度。
8.进一步地，所述阶梯孔中设置有套筒，所述套筒具有凸边，所述凸边通过所述孔肩限位，所述螺栓穿设于所述套筒中；或者所述阶梯孔内还设置有垫片，所述垫片套设在所述螺栓的杆部上，且所述垫片设置于所述螺栓的头部和所述凸边之间。
9.进一步地，所述第一凸出部或所述第二凸出部上设置有所述贯通孔；设置有所述贯通孔的所述第一凸出部/第二凸出部作用于所述进气端板/盲端端板；所述弹性柱以及未
设置所述贯通孔的所述第二凸出部/第一凸出部作用于所述盲端端板/进气端板；
10.或者所述第一凸出部和所述第二凸出部上均设置有所述贯通孔，所述弹性柱作用于所述进气端板和/或所述盲端端板。
11.进一步地，所述下壳体内还设置有用于固定电压巡检器的限位台；所述限位台上设置有螺纹孔。
12.基于同样的发明构思，本发明还提供了一种燃料电池，包括至少1个电堆和上述的燃料电池壳体，所述至少1个电堆安装于所述燃料电池壳体的安装腔内。
13.进一步地，所述电堆的数量为2个，所述燃料电池还包括中央歧管，所述2个电堆均与所述燃料电池壳体连接，所述中央歧管设置于所述2个电堆之间，且所述中央歧管连接于所述2个电堆的进气端板上。
14.进一步地，所述2个电堆的进气端板分别设置在对应的所述第一凸出部上，且所述第一凸出部上设置有所述贯通孔，所述进气端板通过位于所述贯通孔内的所述连接件连接所述第一凸出部；所述2个电堆的盲端端板分别设置在对应的所述第二凸出部上，所述弹性柱压紧所述盲端端板。
15.进一步地，所述燃料电池还包括设置在所述燃料电池壳体内的电压巡检器，所述下壳体上设置有凸出于内型面的限位台；所述电压巡检器的壳体上设置有与所述限位台匹配的凹槽，所述电压巡检器与所述壳体连接，且所述限位台嵌于所述凹槽内。
16.由上述技术方案可知，本发明提供的一种燃料电池壳体，包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体合围成用于安装电堆的安装腔；其中：上壳体的内型面间隔分布有用于压紧电堆的端板的弹性柱，上壳体和下壳体合体时，弹性柱压缩设定长度，以对电堆施加压紧作用的紧固力，保证燃料电池电堆在下壳体和上壳体的封装方向的固定。下壳体的内型面上间隔设置有至少两个第一凸出部和第二凸出部，第一凸出部和第二凸出部分别用于支撑电堆的进气端板和盲端端板，保证电堆两端的支撑和平稳。第一凸出部和/或第二凸出部设置有贯通孔，贯通孔中设置有用于连接下壳体和进气端板/盲端端板的连接件，未设置连接孔的凸出部仅起到支撑的作用，具有连接孔的凸出部起到支撑作用的同时配合连接件实现端板的固定定位。本发明通过在上壳体和下壳体内同时设置简单的结构即可保证内部电堆的稳固性，相比其他固定方法，结构简单，不需要单独设计固定支架。
17.本发明提供的燃料电池，由于具备上述的燃料电池壳体，自然具备上述的所有益效果，所有电堆均各自通过上壳体上的弹性柱、下壳体上的第一凸出部和第二凸出部支撑固定，保证了电堆整体的固定以及电堆内部进气端板和盲端端板的相对位置固定，简单有效地保证了内部器件的稳固性。
附图说明
18.图1为本发明实施例1提供的燃料电池壳体的整体组装示意图；
19.图2为图1中的燃料电池壳体的上壳体与弹性柱的示意图；
20.图3为弹性柱的安装示意图；
21.图4为本发明实施例2提供的燃料电池的剖视图；
22.图5为图4中进气端板与第一凸出部的连接示意图；
23.图6为图5中的燃料电池去除上壳体的立体示意图；
24.图7为图6中电压巡检器与壳体之间的局部俯视图；
25.图8为图7中的a-a剖视图；
26.图9为图8中电压巡检器与限位凸台的连接示意图。
27.附图标记：1-燃料电池壳体，11-上壳体，12-下壳体，13-第一凸出部，14-第二凸出部，15-贯通孔，16-安装凸台，17-限位台；2-弹性柱；3-螺栓；4-套筒；5-垫片；6-电堆，61-进气端板，62-盲端端板；7-中央歧管；8-电压巡检器，81-凹槽；9-密封圈；10-连接件。
具体实施方式
28.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。
29.为了解决上述技术问题，实现壳体内部器件的有效固定，本发明提供了一种燃料电池壳体以及燃料电池，通过壳体内部设置的简单的结构即可保证内部电堆的稳固性，结构简单，不需要单独设计固定支架。下面通过2个具体实施例对本发明的内容做具体说明：
30.实施例1
31.本发明提供了一种燃料电池壳体，包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体合围成用于安装电堆的安装腔；其中：上壳体的内型面间隔分布有用于压紧电堆的端板的弹性柱，上壳体和下壳体合体时，弹性柱压缩设定长度，以对电堆施加压紧作用的紧固力，保证燃料电池电堆在下壳体和上壳体的封装方向的固定。下壳体的内型面上间隔设置有至少两个第一凸出部和第二凸出部，第一凸出部和第二凸出部分别用于支撑电堆的进气端板和盲端端板，保证电堆两端的支撑和平稳。第一凸出部和/或第二凸出部设置有贯通孔，贯通孔中设置有用于连接下壳体和进气端板/盲端端板的连接件，未设置连接孔的凸出部仅起到支撑的作用，具有连接孔的凸出部起到支撑作用的同时配合连接件实现端板的固定定位。本发明通过在上壳体和下壳体内同时设置简单的结构即可保证内部电堆的稳固性，相比其他固定方法，结构简单，不需要单独设计固定支架。
32.优选地，本实施例中，第一凸出部和第二凸出部的数量均为至少2个，以间隔支撑对应的端板，可以有效节省材料和成本。
33.为了实现弹性柱的可拆卸可更换，同时避免弹性柱的过度形变，本实施例中上壳体的内型面上设置有用于安装弹性柱的安装凸台；弹性柱具有中心通孔，中心通孔内设置有限位结构，弹性柱通过螺栓连接于安装凸台，螺栓穿设于中心通孔中，且螺栓的头部通过限位结构限位，以使弹性柱通过限位结构固定于螺栓的头部和安装凸台之间，且弹性柱的长度大于螺栓位于弹性柱内的长度，使得弹性柱具有可压缩空间。
34.本发明对限位结构不做具体限定，本实施例中，中心通孔为阶梯孔，阶梯孔的孔肩构成限位结构；螺栓的头部的长度小于阶梯孔的大孔段的长度，以满足弹性柱可压缩的需求。本发明对弹性柱的结构和尺寸不做具体限定，可根据实际需求设计，本实施例中，弹性柱选用材料为橡胶，半径为10mm，高度为20mm，设计压缩量为2mm。
35.为了防止螺接时弹性柱直接被压缩导致位置发生偏移，影响电堆的位置固定，本实施例中，阶梯孔中设置有套筒，套筒具有凸边，凸边通过孔肩限位，螺栓穿设于套筒中；通过套筒使得位于螺栓头部和安装凸台之间的部分弹性柱不会过度变形，本实施例对套筒的材质不做具体限定，只要具有一定刚性，能满足弹性柱的连接定位即可，优选地，套筒为金
属件。
36.为了进一步保证弹性柱螺接的稳定，本实施例中，阶梯孔内还设置有垫片，即同时设置有套筒和垫片，垫片套设在螺栓的杆部上，且垫片设置于螺栓的头部和凸边之间，避免直接接触，且用于增大螺栓头部与套筒的接触面积，使弹性柱受力更均衡。
37.为了保证电堆的稳定固定，本实施例中，第一凸出部或第二凸出部上设置有贯通孔，设置有贯通孔的第一凸出部/第二凸出部作用于进气端板/盲端端板；弹性柱以及未设置贯通孔的第二凸出部/第一凸出部作用于盲端端板/进气端板。例如：第一凸出部上设置有贯通孔，第一凸出部与进气端板连接，第二凸出部未设置贯通孔，且第二凸出部和弹性住分别支撑和压紧盲端端板。通过将弹性柱压紧未通过连接件固定的其中一个端板，以在上壳体和下壳体合装后，保证端板在未设置连接件的凸台位置不发生垂直位移，保持稳定定位。
38.在其他实施例中，还可在第一凸出部和第二凸出部上均设置有贯通孔，此时由于进气端板和盲端端板均通过连接件与壳体固定连接，所以所有端板的定位均有基本的保障，弹性柱作用于进气端板和/或盲端端板，即弹性柱至少作用于电堆的一个端板，优选地，弹性柱靠近上壳体的侧壁设置即仅作用于盲端端板，避免影响其他构件结构的布局或连接等。
39.为了控制壳体的整体体积，以控制体积功率密度，本实施例中，下壳体的外型面上设置有用于容纳连接件的沉孔，以使连接件不会凸出下壳体的外型面。
40.同时为了实现电压巡检器的固定，本实施例中，下壳体内还设置有用于固定电压巡检器的限位台。为了不在壳体上增设其他用于连接电压巡检器的结构，限位台内设置有螺纹孔，为了简化结构，避免增设密封组件，螺纹孔优选为螺纹盲孔。
41.本实施例中，下壳体基材为铝合金，成型工艺为模压成型，第一凸出部和第二凸出部表面为水平面，第一凸出部、第二凸出部半径为10mm～15mm，高度为15mm～25mm，上表面具有r3的倒角，防止锐边割伤。连接孔尺寸半径为3.3mm，与m6螺栓相适配，螺栓垂直向上安装与端板固定。
42.实施例2
43.基于同样的发明构思，本发明还提供了一种燃料电池，包括至少1个电堆和实施例1提供的燃料电池壳体，至少1个电堆安装于燃料电池壳体的安装腔内。
44.为了实现中小功率电堆的功率提升以及集成设置，本实施例中，电堆的数量为2个，燃料电池还包括中央歧管，2个电堆均与燃料电池壳体连接，中央歧管设置于2个电堆之间，且中央歧管连接于与2个电堆的进气端板上，中央歧管用于对2个电堆同时配气。为了设置中央歧管，本实施例中，下壳体上设置有与中央歧管的流体输入管道和流体输出管道一一对应的装配孔，同时通过密封件密封中央歧管与壳体之间的间隙。
45.由于进气端板与中央歧管之间的装配精度以及位置关系直接影响着电堆的配气，所以为了保障电堆的正常工作，本实施例中，2个电堆的进气端板分别设置在对应的第一凸出部上，且第一凸出部上设置有贯通孔，进气端板通过位于贯通孔内的连接件连接第一凸出部；2个电堆的盲端端板分别设置在对应的第二凸出部上，弹性柱压紧盲端端板，即进气端板直接固定于第一突出部上，保证配气时顺利流通，并通过弹性柱和第二凸出部同时压紧盲端端板，保证盲端端板位置不发生垂直位移，同时避免影响其他构件结构的布局或连
接等。本实施例中，每个进气端板/盲端端板均由至少两个对应的第一凸出部/第二凸出部支撑。
46.燃料电池还包括设置在燃料电池壳体内的电压巡检器，为了实现电压巡检器与壳体之间的固定，本实施例中，燃料电池还包括设置在燃料电池壳体内的电压巡检器，下壳体上设置有凸出于内型面的限位台；电压巡检器的壳体上设置有与限位台匹配的凹槽，电压巡检器与壳体连接，且限位台嵌于凹槽内，实现安装定位功能。本实施例中，电压巡检器壳体材质为塑料，为了不增设其他固定电压巡检器的结构、节约成本，在限位台上设置有螺纹孔，且螺纹孔优选为螺纹盲孔，避免增设密封组件，简化结构。
47.优选地，限位台的半径为6mm～10mm，限位台上表面设置半径为1mm的防止锐边割伤的倒角，高度为可适配设计，实现电压巡检器线束与电堆的接口基本齐平(线束安装稳固)。
48.为了保证下壳体贯通孔处的防水防尘性能，避免影响燃料电池的工作稳定性，优选地，燃料电池还包括密封对接面间隙的密封圈；与连接件连接的端板和/或设置有连接件的第一凸出部/第二凸出部上设置有用于安装密封圈的环槽。
49.本实施例中，环槽的宽度为3mm，深度为2mm，与密封圈相配合，对壳体的通孔进行密封。密封圈的材料优选为硅橡胶或epdm三元乙丙橡胶。本实施例中，密封圈的结构截面为圆形，截面直径为2.65mm，走向沿着密封槽中心线分布。
50.通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
51.本发明提供的一种燃料电池壳体以及燃料电池，通过壳体内部设置的简单的结构“上壳体螺接弹性柱+下壳体上第一凸出部和第二凸出部”即可保证内部电堆的稳固性，结构简单，不需要单独设计固定支架。保证了电压巡检器的固定、电堆整体的固定以及电堆内部进气端板和盲端端板的相对位置固定，简单有效地保证了内部器件的稳固性。
52.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
53.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。