一种燃料电池金属单电池包塑结构的制作方法

1.本发明涉及燃料电池电堆单电池结构设计领域，尤其是涉及一种燃料电池金属单电池包塑结构。


背景技术：

2.氢燃料电池电堆是一种高效清洁的发电设备，电堆由数百节电池单元堆叠而成，由单电池组成的堆芯装配在保护壳内，堆芯靠两端端板固定。在燃料电池结构中，单电池为最小的结构单元，单电池由阴极板、阳极板与mea组成，由于金属单电池间隙小，阴极板与阳极板存在短路导通的风险，影响燃料电池电堆绝缘，传统电堆由于单电池尺寸小，厚度薄，在阴阳极板上难以加工防错位结构，导致电堆在装配时堆叠方向直线度差，在燃料电池电堆使用过程中容易受冲击振动而塌腰。
3.专利cn202220305925.7公开了一种用于燃料电池装配的自定位组装结构，包括两块极板和夹于两块极板之间的膜电极组件，每块极板包塑有外边框来连接阳极板和阴极板，外边框上形成第一凸起结构和第一凹形结构；膜电极组件的外边框上设有相配合的凹凸结构或空缺，使得电堆装配过程中极板与膜电极组件、极板与极板之间形成定位关系。该技术通过相配合的凸起结构和凹形结构可有效提高电堆在装配过程中定位精度及可靠性，同时防止使用过程中极板间相互滑动，避免密封失效。该专利保护的是双极板加膜电极结构形式的包塑，与单电池unit cell结构的电堆存在结构性差异，故无法在单电池结构中保证单电池之间的相对位置关系。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种的燃料电池金属单电池包塑结构，解决燃料电池电堆堆芯短路问题和电池堆芯塌腰及装配定位问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池金属单电池包塑结构，包括阴极板，阳极板，mea，所述的阴极板或阳极板边缘设有包塑结构。
6.进一步地，所述的包塑结构为包裹在阴极板或阳极板边缘的塑料边框，延长了极板的爬电距离，有效的降低了单电池上阴阳极板边缘短接的风险，在包塑结构上设有多个限位结构，该限位结构包括限位凸起及其背后的限位凹孔。
7.进一步地，构成单电池的某一极板边缘包裹包塑结构，对应的另一极板无包塑结构，且与包塑结构的限位结构对应处设有缺口。
8.进一步地，相邻单电池之间通过限位结构限位堆叠装配，位于下方的单电池的限位凸起插入上方单电池的限位凹孔内，防止电池横向错位。
9.进一步地，所述的包塑结构设有嵌接结构，被包裹的阴极板或阳极板上设有与嵌接结构对应的通孔。
10.进一步地，所述的包塑结构注塑成型，将阴极板或阳极板边缘覆盖，包塑区域高度低于单电池总厚度，且注塑材料填充阴极板或阳极板的通孔，冷却后与单极板形成一体。
11.进一步地，所述的嵌接结构的形状包括圆形、三角形、梯形、椭圆形或不规则形状，该结构有效防止了塑料部分脱出，使整体结构的可靠性得到了提升。
12.进一步地，所述的包塑结构的材质为pe，pp或ps满足高绝缘性，低收缩率的材料。
13.进一步地，所述的阴极板，阳极板分别粘接或焊接在mea两侧，形成单电池。
14.进一步地，设有包塑结构的极板外轮廓大于无包塑结构的极板外轮廓，防止单电池锐利的极板边缘，剪切拉杆或防塌腰板，防止电堆壳体内产生金属或橡胶碎屑。
15.本发明在燃料电池金属单电池一侧的单极板设计了包塑结构，氢气氧气在膜电极两侧发生反应产生电流，两侧阴极板、阳极板为膜电极提供传输气体的流场，阴阳极板为导体可将氢气与氧气反应产生的电能进行传导，延长了极板的爬电距离，有效的降低了单电池上阴阳极板边缘短接的风险；通过极板上的限位结构，进行装配，防止相邻单电池错位。
16.与现有技术相比，本发明的益处为以下几点：
17.1本发明在燃料电池上单极板设计的包塑结构，有效的增加了金属单电池阳极板与阴极板的爬电距离，由于在电堆壳体内极易产生冷凝水，且单电池间间隙较小，冷凝水附着在电池侧面，故相邻单电池存在导通风险，在单极板设计了包塑结构后，有效降低了单电池短路风险。
18.2本发明的包塑结构在单电池上设计了限位结构，单电池装配时可以以此为定位，在压装后，相邻电池间凸起的特征相互配合，可以限制电池横向位移，防止错位。
19.3本发明在单电池阳极板的包塑结构，使得阴极板外轮廓大于阳极板外轮廓，可以防止单电池锐利的极板边缘，剪切拉杆或防塌腰板，防止电堆壳体内产生金属或橡胶碎屑。
20.4本发明通过在金属单电池阳极板上设计了嵌接结构，可以保证注塑的绝缘部分与极板结合紧密不脱落。
附图说明
21.图1为燃料电池金属单电池包塑结构的电池结构图；
22.图2为燃料电池金属单电池包塑结构的阴极板示意图；
23.图3为燃料电池金属单电池包塑结构的定位结构a-a剖面图；
24.图4为燃料电池金属单电池包塑结构的阳极板示意图；
25.图5为燃料电池金属单电池包塑结构的单电池俯视图；
26.图6为燃料电池金属单电池包塑结构的单电池边缘结构示意图；
27.图7为40节单电池装配图；
28.图8为燃料电池金属单电池包塑结构的嵌接结构局部示意图；
29.图9为燃料电池金属单电池包塑结构的嵌接结构a-a剖面图；
30.图中标记说明：
31.1-阴极板，2-阳极板，3-mea，4-包塑结构，5-限位结构，6-限位凹孔，7-限位凸起，8-嵌接结构，11-单电池a，12-单电池b。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
33.实施例1
34.如图1-2所示一种燃料电池金属单电池包塑结构，包括阴极板1，阳极板2，mea3；所述的阴极板1，阳极板2分别粘接或焊接在mea3两侧，形成单电池；在本实施例中，所述的阴极板1的边缘设有包塑结构4，所述的包塑结构4注塑成型，将阴极板1的边缘覆盖，使得阴极板外轮廓大于阳极板外轮廓，可以防止单电池锐利的极板边缘，剪切拉杆或防塌腰板，防止电堆壳体内产生金属或橡胶碎屑。在本实施例中，所述的包塑结构4为包裹在阴极板1边缘的塑料边框，延长了极板的爬电距离，有效的降低了单电池上阴阳极板边缘短接的风险，在包塑结构4上设有三个限位结构5，该限位结构5包括限位凸起7及其背后的限位凹孔6，参照图3；相邻单电池之间通过限位结构限位堆叠装配，位于下方的单电池的限位凸起7插入上方单电池的限位凹孔6内，防止电池横向错位。
35.如图4所示，所述的阳极板2无包塑结构，且与包塑结构4的限位结构5对应处设有缺口，在阴极板1、阳极板2和mea3装配成单电池时，可容置限位结构5。单电池结构如图5所示，其中单电池边缘结构放大图如图6所示。
36.所述的包塑结构4上还设有嵌接结构8，在本实施例中，嵌接结构8为从包塑结构上延伸出的多个三角形凸起，被包裹的阴极板1上设有与嵌接结构8对应的三角形通孔，如图8-9所示，所述的包塑结构4注塑成型时，将注塑材料填充阴极板1的通孔，冷却后使其成为一体，该结构有效防止了塑料部分脱出，使整体结构的可靠性得到了提升。
37.将多个上述单电池进行堆叠装配成燃料电池电堆，如图7所示，将40节实施例1中的单电池通过限位结构5限位堆叠装配，相邻单电池之间通过限位结构限位堆叠装配，位于下方的单电池b12的限位凸起7插入上方单电池a11的限位凹孔6内，限制电池横向位移，防止相邻单电池错位。
38.实施例2
39.阳极板的边缘设有包塑结构，阴极板的边缘无包塑结构，包塑结构上的嵌接结构的形状为圆形，其余同实施例1。
40.对比例
41.以无包塑结构的单电池对比例，
42.无包塑结构的单电池：由密封条，阳极板，膜电极，阴极板，粘接或焊接组成，单电池(unit cell)为最小结构单元，电堆装配时，按功率需求依次堆叠单电池，使用紧固件压紧后成电堆模块。
43.将上述实施例1-2的单电池组成成堆，进行性能测试如下：
44.测试方法：三坐标
45.测试结果：
46.[0047][0048]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域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。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种燃料电池金属单电池包塑结构，所述的单电池包括阴极板(1)，阳极板(2)和mea(3)，其特征在于，在阴极板(1)或阳极板(2)边缘设有包塑结构(4)。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属单电池包塑结构，其特征在于，所述的包塑结构(4)为包裹在阴极板(1)或阳极板(2)边缘的塑料边框，在包塑结构(4)上设有多个限位结构(5)，该限位结构(5)包括限位凸起(7)及其背后的限位凹孔(6)。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池金属单电池包塑结构，其特征在于，构成单电池的某一极板边缘包裹包塑结构(4)，对应的另一极板无包塑结构，且与包塑结构(4)的限位结构(5)对应处设有缺口。4.根据权利要求2所述的一种燃料电池金属单电池包塑结构，其特征在于，相邻单电池之间通过限位结构(5)限位堆叠装配，位于下方的单电池的限位凸起(7)插入上方单电池的限位凹孔(6)内。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属单电池包塑结构，其特征在于，所述的包塑结构(4)设有嵌接结构(8)，被包裹的阴极板(1)或阳极板(2)上设有与嵌接结构(8)对应的通孔。6.根据权利要求5所述的一种燃料电池金属单电池包塑结构，其特征在于，所述的包塑结构(4)注塑成型，将阴极板(1)或阳极板(2)边缘覆盖，且注塑材料填充阴极板(1)或阳极板(2)的通孔。7.根据权利要求6所述的一种燃料电池金属单电池包塑结构，其特征在于，所述的嵌接结构(8)的形状包括圆形、三角形、梯形、椭圆形或不规则形状。8.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属单电池包塑结构，其特征在于，所述的包塑结构(4)的材质为pe，pp或ps。9.根据权利要求3所述的一种燃料电池金属单电池包塑结构，其特征在于，所述的阴极板(1)，阳极板(2)分别粘接或焊接在mea(3)两侧，形成单电池。10.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属单电池包塑结构，其特征在于，设有包塑结构(4)的极板外轮廓大于无包塑结构的极板外轮廓。

技术总结
本发明涉及一种燃料电池金属单电池包塑结构，包括阴极板(1)，阳极板(2)，MEA(3)，在阴极板(1)或阳极板(2)边缘设有包塑结构(4)。与现有技术相比，本发明具有有效降低了单电池短路风险，防止电堆壳体内产生金属或橡胶碎屑，防止相邻单电池装配错位等优点。防止相邻单电池装配错位等优点。防止相邻单电池装配错位等优点。


技术研发人员：曹震 赵树钊 梁鹏
受保护的技术使用者：上海氢晨新能源科技有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/9