一种用于燃料电池模块的组合密封结构的制作方法

1.本发明涉及燃料电池密封结构领域，具体而言，尤其涉及一种用于燃料电池模块的组合密封结构。


背景技术：

2.燃料电池模块是依靠其内部电堆，使用氢气或其他燃料气体与空气作为反应气体，通过电化学作用生成电能对负载供电，同时整个供电过程还需要冷却液循环供给。模块一般由模块壳体、电堆主体、分配歧管、巡检控制器等其他附件构成。其中燃料气体、空气和冷却液三种介质通过分配歧管进入电堆内部进行电化学反应，这个过程涉及到歧管与箱体介质密封、箱体内部自身密封以及防漏电三个方面，尤其当模块应用到汽车上，大多数顾客要求箱体防水防尘安全等级达到ip67。考虑到模块本身工况温度、车载振动冲击和使用寿命期限等因素，模块不但要满足结构强度需求，更要在介质密封和电安全方面符合车载应用。
3.现有技术中，通常依靠歧管与模块外壳之间密封保证ip67防护等级要求、歧管与电堆端板之间密封完成电堆内部流体介质密封。对于圆口介质通道的电堆，完全可以采用径向和轴向组合的方式满足燃料电池封装密封要求。而对于非圆口介质通道的电堆，无法使用轴向密封设计，歧管只能依靠与电堆的固定来实现其与外壳、电堆的两组径向密封匹配。这种结构存在以下几个问题：歧管与外壳之间密封无任何固定连接；密封配合面多，且均平行，导致加工精度及成本过高；歧管外形限制密封固定点分布，容易发生泄漏。
4.通常，对于燃料电池封装ip67密封以及电堆内部密封采用圆口直管的形式，例如专利cn109707925a公开的一种用于管道连接的接头及燃料电池，会引出三个问题：1.车用燃料电池金属双极板往往为矩形，其介质三腔体截面大多为多边形的组合，这就要有介质腔体截面由多边形转成圆形；2.管接头方向只能为直管，因为如果为弯管，并不能确定最终弯管固定紧固后的方向，这样会限制燃料电池实际在车内布局结构，尤其限制其在布局空间小的乘用车上使用；3.圆管紧固方式会增加加工成本或批量生产困难，如果采用轴向密封那么机加加工精度要求较高，如果采用密封螺纹的形式，则会因缠胶带、涂抹胶水的工艺要求，导致在大批量生产过程中，人工无法被替代。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于燃料电池模块的组合密封结构。本发明采用标准件o圈 三角密封槽和异形胶线 径向密封槽的组合结构，其中o圈 三角密封槽保证ip67安全防护，异形胶线 径向密封槽保证燃料电池介质交换密封。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种用于燃料电池模块的组合密封结构，包括燃料电池端板、封装箱体、和歧管；所述燃料电池端板位于所述封装箱体内；还包括转接板，所述转接板嵌入所述封装箱体，且一侧端面固定安装于所述燃料电池端板，所述燃料电池端板和所述转接板之间设置介质密
封圈ⅰ；
8.所述转接板侧面设置有缺口，所述缺口与所述封装箱体的倒角面之间形成密封槽，所述密封槽内安装有ip防护密封o圈；
9.所述转接板另一侧端面与所述歧管固定连接，所述转接板和所述歧管之间设置介质密封圈ⅱ。
10.进一步地，所述燃料电池端板设置有用于安装所述介质密封圈ⅰ的密封槽ⅰ。
11.进一步地，所述转接板通过转接板固定螺钉固定安装于所述燃料电池端板1。
12.进一步地，所述歧管通过歧管固定螺钉固定安装于所述转接板。
13.进一步地，所述转接板设置有用于安装所述介质密封圈ⅱ的密封槽ⅱ。
14.进一步地，所述转接板侧面缺口与所述封装箱体的45
°
倒角面之间形成三角形密封槽。
15.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
16.1、本发明提供的用于燃料电池模块的组合密封结构，与常规燃料电池模块封装结构相比，引入了转接板，在没有歧管的情况下，转接板分别与模块封装箱体、电堆完成ip防护和介质交换通道两道密封，解决了目前燃料电池歧管要同时满足管接口方向、ip防护、介质密封等多个苛刻条件的困难，使得歧管完全可以按照系统需求柔性化设计。
17.2、本发明提供的用于燃料电池模块的组合密封结构，与常规径向密封、轴向密封以及其相互组合的密封结构相比，转接板与燃料电池端板的径向密封 转接板与封装箱体的三角密封结构组合，不仅降低了燃料电池模块封装装配的公差要求，而且相关关键零部件的加工精度要求。
18.基于上述理由本发明可在燃料电池密封结构领域广泛推广。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明所述组合密封结构剖面图。
21.图2为本发明所述组合密封结构分解示意图。
22.图3为本发明所述转接板与所述歧管连接端面示意图。
23.图4为本发明所述转接板与所述燃料电池端板连接端面示意图。
24.图中：10、燃料电池端板；20、封装箱体；30、介质密封圈ⅰ；40、ip防护密封o圈；50、转接板；51、歧管固定位置；60、介质密封圈ⅱ；70、转接板固定螺钉；80、歧管；81、歧管管接口；90、歧管固定螺钉。
具体实施方式
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
30.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
31.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
32.实施例1
33.如图1
‑
4所示，本发明提供了一种用于燃料电池模块的组合密封结构，包括燃料电池端板10、封装箱体20、和歧管80；所述燃料电池端板10位于所述封装箱体20内；
34.还包括转接板50，所述转接板50嵌入所述封装箱体20，且一侧端面固定安装于所述燃料电池端板10，所述燃料电池端板10和所述转接板50之间设置介质密封圈ⅰ30，所述燃料电池端板10、所述转接板50和所述介质密封圈ⅰ30相互配合形成径面密封，作为电堆介质
的内外交换通道的第一道介质密封；
35.所述转接板50侧面设置有缺口，所述缺口与所述封装箱体20的倒角面之间形成密封槽，所述密封槽内安装有ip防护密封o圈40，形成ip防护密封；
36.所述转接板50另一侧端面与所述歧管80固定连接，所述转接板50和所述歧管80之间设置介质密封圈ⅱ60，所述转接板50、所述歧管80和所述介质密封圈ⅱ60相互配合形成电堆介质的内外交换通道的第二道介质密封。
37.进一步地，所述燃料电池端板10设置有用于安装所述介质密封圈ⅰ30的密封槽ⅰ。
38.进一步地，所述转接板50通过转接板固定螺钉70固定安装于所述燃料电池端板10。
39.进一步地，所述歧管80通过歧管固定螺钉90固定安装于所述转接板50。
40.进一步地，所述转接板50设置有用于安装所述介质密封圈ⅱ60的密封槽ⅱ。
41.进一步地，所述转接板50侧面缺口与所述封装箱体20的45
°
倒角面之间形成三角形密封槽，当所述转接板50固定到所述电池端板10后，配合形成的三角密封完全满足燃料电池封装ip67防护密封要求。
42.进一步地，所述转接板50安装于所述燃料电池端板10与所述歧管80之间，所述转接板50上设置有用于连通所述燃料电池端板10上开口和所述歧管80的开口。
43.在本发明所述的组合密封结构中，所述转接板50与所述燃料电池端板10形成介质交换第一道密封为径向密封，所述转接板50与所述封装箱体20形成ip67等级防护密封为三角密封；其中介质交换第一道密封为主密封，当所述转接板50通过所述转接板固定螺钉70固定安装于所述燃料电池端板10上，即确定主密封密封牢固可靠；同时所述转接板50的固定会使其沿所述封装箱体20沿45
°
倒角面挤压所述ip防护密封o圈40，形成次级密封。两道密封的密封面存在45
°
的角度，这样不会出现同一零件(转接板50)在同一方向上分别与多个已固定部件匹配密封的情况，大大降低装配公差要求。
44.本发明采用的径向密封和45
°
三角密封的组合形式，其密封零部件加工精度可大大降低。虽然径向密封和轴向密封组合同样会降低装配公差要求，但其零部件加工精度要求高，同时也对零部件外形有要求(近似圆)。以厚度3.55mm的密封胶线为例，径向密封 45
°
三角密封组合的零部件密封槽加工精度为0.2mm，但径向密封和轴向密封组合的零部件密封槽加工精度为0.05mm。
45.本发明所述的组合密封结构在常规的燃料电池端板10、封装箱体20和歧管80的组合结构中引入了所述转接板50，当所述转接板50固定以后，燃料电池封装就已经达到ip67防护等级，对所述歧管80没有ip67密封要求；所述歧管80完全可以不考虑燃料电池内部结构，只需要满足能够和所述转接板50对接即可，所述歧管80的歧管管接口81的方向不会受限于电堆端板10结构影响，能够满足燃料电池系统的接口方向需求。
46.具体装配过程如图2所示，所述介质密封圈ⅰ30放入所述密封槽ⅰ内，所述ip防护密封o圈40套装在所述转接板50侧壁的缺口上，使用所述转接板固定螺钉70，将带有所述ip防护密封o圈40的所述转接板50固定到所述燃料电池端板10上，将所述介质密封圈ⅱ60放入所述密封槽ⅱ内，使用所述歧管固定螺钉90将所述歧管80安装到所述转接板50上。
47.本发明中，所述转接板50固定到所述燃料电池端板10上后，第一道介质密封和ip67防护密封同时完成安装，这当中介质密封压力远大于ip67防护密封压力，介质密封为
转接板主密封，ip防护为次密封。转接板固定点分布不许要考虑歧管管口等因素干扰，需要考虑固定螺钉的个数、位置及其紧固扭矩，以保证主密封和次密封的胶线变形压力。
48.本发明中，所述歧管80的所述歧管管接口81不局限于示意图中的方向，其方向可以根据实际需求而改变，同时调整所述转接板50上的歧管固定位置51即可。
49.本发明中电堆介质仅能接触到电堆端板10、转接板50、歧管80、介质密封圈ⅰ30以及介质密封圈ⅱ60，以上所有材质均为非导电类工程塑料或橡胶制品，完全满足燃料电池防漏电、防触电要求。
50.本发明采用引入了转接板作为燃料电池与外界进行介质交换的中间结构件使用，转接板端面直接与燃料电池固定装配，形成径向密封结构；同时转接板侧面也与封装箱箱体配合，形成三角密封结构。相对轴密封，三角密封结构和径向密封结构加工精度会降低一个数量级，而三角密封结构和径向密封结构也避免了普通两道平行的径向密封对其共用件加工精度要求高的问题。转接板的结构引入，不会限制燃料电池介质管接头或歧管出口方向，满足柔性化设计需求。歧管、转接板以及燃料电池端板均为绝缘工程塑料材质，杜绝击穿漏电的情况发生。整个密封结构可以采用沉孔设置螺栓连接，完全能够保证电堆模块的密封耐振动、冲击和绝缘性能要求。
51.最后应说明的是：以上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实施例技术方案的范围。