极板结构、单电池及电堆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种极板结构、单电池及电堆。


背景技术：

2.电堆是由多个单电池串联而成，以此来保证大电压、大功率的输出。目前，人们熟知的单电池形式主要有两种，一种是双极板-膜电极-双极板压装结构，一种阴极板-膜电极-阳极板集成结构。
3.双极板和膜电极在压装时应该保证边界压装得足够整齐，只有这样才能保证单电池间良好的密封和发电效果。在此基础上，良好密封产生的摩擦力在一定程度上能够避免电堆在外界冲击下而产生单电池错位。
4.为了在装堆时限位，现有的单电池中的极板结构往往会在两个相对的侧壁设计对角配置的限位槽来保证装堆足够整齐。但是这种限位结构不能完全限制极板结构的运动，在一定触碰和冲击下，仍然会出现极板结构转动的情况，造成叠堆不整齐。
5.在传统限位结构的应用背景下，为了避免极板发生偏转，往往需要装堆设备或者工人定时对电堆外观进行观察和测量，从而在发生偏转的初始时刻就暂停装堆，根据堆的状态调整极板方向，随后再继续装堆。采用装堆设备和人为观察的措施来规避极板偏转的行为，会造成装堆效率变低，人员利用率变差，导致时间成本和资金成本变高。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种极板结构、单电池及电堆，以提高在装堆时的限位效果，保证叠堆整齐，降低时间和资金成本。
7.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种极板结构，极板结构具有两个相对的第一侧壁和两个相对的第二侧壁，第一侧壁和第二侧壁之间具有夹角；其中，每个第一侧壁上设置有至少一个第一限位槽，每个第二侧壁上设置有至少一个第二限位槽，第一限位槽和第二限位槽的开口朝向不同，第一限位槽、第二限位槽分别用于与限位件限位配合。
8.进一步地，每个第一侧壁上间隔设置有两个第一限位槽，每个第二侧壁上设置有一个第二限位槽。
9.进一步地，第二限位槽的深度大于第一限位槽的深度。
10.进一步地，第二限位槽的深度为10～15mm，第二限位槽的宽度为15～20mm；第一限位槽的深度为1～2mm，第一限位槽的宽度为15～20mm。
11.进一步地，极板结构具有沿第二侧壁间隔设置的空气开口和冷却开口，第二限位槽位于空气开口和冷却开口之间。
12.进一步地，极板结构为双极板或阳极板或阴极板。
13.进一步地，第一侧壁的长度大于第二侧壁的长度，两个第一侧壁相互平行，两个第
二侧壁相互平行，第一侧壁和第二侧壁相互垂直。
14.根据本实用新型的另一方面，提供了一种单电池，单电池包括膜电极和上述的极板结构。
15.根据本实用新型的另一方面，提供了一种电堆，电堆包括上述的单电池，单电池为多个，多个单电池堆叠设置。
16.进一步地，电堆还包括多个装配限位杆和多个防撞限位杆，每个装配限位杆与多个单电池中的一列第一限位槽限位配合，每个防撞限位杆与多个单电池中的一列第二限位槽限位配合。
17.应用本实用新型的技术方案，提供了一种极板结构，极板结构具有两个相对的第一侧壁和两个相对的第二侧壁，第一侧壁和第二侧壁之间具有夹角；其中，每个第一侧壁上设置有至少一个第一限位槽，每个第二侧壁上设置有至少一个第二限位槽，第一限位槽和第二限位槽的开口朝向不同，第一限位槽、第二限位槽分别用于与限位结构限位配合。采用该方案，通过在极板结构的两个相对的第一侧壁和两个相对的第二侧壁上分别设置第一限位槽、第二限位槽，这样不同位置的第一限位槽、第二限位槽分别与不同位置的限位件配合后，可以实现在多个方向对极板结构限位，避免了极板结构在平面上的平动以及转动，实现了对极板结构的可靠限位，这样在装堆时极板结构不会出现因偏转而暂停的情况，无需装堆设备或者工人定时对是否偏转进行观察和测量，从而保证了叠堆整齐，降低了时间和资金成本。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1示出了本实用新型的实施例提供的极板结构的示意图；
20.图2示出了图1中的极板结构在装配时的示意图。
21.其中，上述附图包括以下附图标记：
22.11、第一侧壁；12、第二侧壁；13、第一限位槽；14、第二限位槽；15、空气开口；16、冷却开口；
23.20、装配限位杆；
24.30、防撞限位杆。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.如图1至图2所示，本实用新型的实施例提供了一种极板结构，极板结构具有两个相对的第一侧壁11和两个相对的第二侧壁12，第一侧壁11和第二侧壁12之间具有夹角；其
中，每个第一侧壁11上设置有至少一个第一限位槽13，每个第二侧壁12上设置有至少一个第二限位槽14，第一限位槽13和第二限位槽14的开口朝向不同，第一限位槽13、第二限位槽14分别用于与限位件限位配合。
27.采用该方案，通过在极板结构的两个相对的第一侧壁11和两个相对的第二侧壁12上分别设置第一限位槽13、第二限位槽14，这样不同位置的第一限位槽13、第二限位槽14分别与不同位置的限位件配合后，可以实现在多个方向对极板结构限位，避免了极板结构在平面上的平动以及转动，实现了对极板结构的可靠限位，这样在装堆时极板结构不会出现因偏转而暂停的情况，无需装堆设备或者工人定时对是否偏转进行观察和测量，从而保证了叠堆整齐，降低了时间和资金成本。
28.其中，第一侧壁11的长度大于第二侧壁12的长度，两个第一侧壁11相互平行，两个第二侧壁12相互平行，第一侧壁11和第二侧壁12相互垂直。由于第一侧壁11、第二侧壁12的上述关系，第一限位槽13和第二限位槽14的开口朝向相互垂直，这样与多个限位件配合后，多个限位件在两个相互垂直的方向对极板结构进行限位，避免了极板结构偏转。并且，相互平行的两个第一侧壁11均设置有第一限位槽13，相互平行的两个第二侧壁12均设置有第二限位槽14，这样实现了对极板结构四周的限位，保证了限位效果。
29.具体地，每个第一侧壁11上间隔设置有两个第一限位槽13，每个第二侧壁12上设置有一个第二限位槽14。由于每个第一侧壁11的长度比第二侧壁12长，在第一侧壁11上间隔设置两个第一限位槽13可起到更好的限位效果，提高在装配时的对齐效果。
30.如图1和图2所示，第二限位槽14的深度大于第一限位槽13的深度。将第一限位槽13的深度设置的比较浅，可以减小占用面积。将第二限位槽14设置的比较大，这样第二限位槽14除了在装配时有限位效果之外，还可以在第二限位槽14内放置防撞结构，起到在电堆使用过程中承载冲击保护单电池的作用。其中，安装在第二限位槽14中的限位件可以直接作为防撞结构使用。
31.具体地，第二限位槽14的深度为10～15mm，第二限位槽14的宽度为15～20mm；第一限位槽13的深度为1～2mm，第一限位槽13的宽度为15～20mm。这样在起到良好的限位效果的同时，可尽量减少限位槽的占用面积，避免与其他结构干涉或影响其他结构布置。
32.如图1所示，极板结构具有沿第二侧壁12间隔设置的空气开口15和冷却开口16，第二限位槽14位于空气开口15和冷却开口16之间。这样避免了第二限位槽14的设置对空气开口15和冷却开口16造成影响。极板结构左右两侧的两个第二限位槽14可以如图1中错开设置，或者在其他实施例中对称设置，第二限位槽14的位置可随空气开口15、冷却开口16的布置进行调整。
33.在图1中，极板结构左侧和右侧的两个空气开口15，一个为空气进口，另一个为空气出口；极板结构左侧和右侧的两个冷却开口16，一个为冷却液或冷却空气进口，另一个为冷却液或冷却空气出口；极板结构的左侧和右侧还分别设置有氢气开口，一个为氢气进口，另一个为氢气出口。
34.如图1和图2所示，极板结构两侧的两个第二侧壁12上均设置有一个第二限位槽14，每个第二限位结构14分别与一个限位件配合，从而在装配时起到限位作用，并且在电堆使用时还可起到防撞作用。极板结构两侧的两个第一侧壁11上均设置有两个第一限位槽13，一个第一侧壁11上的两个第一限位槽13和另一个第一侧壁11上的两个第一限位槽13对
称布置，每个第一限位槽13分别和一个限位件配合。
35.上述极板结构可以为双极板，即阴极板和阳极板结合在一起的结构。采用双极板的单电池包括双极板和膜电极。
36.或者，上述极板结构也可以为单极板，单极板为阳极板或阴极板。采用单级板的单电池包括依次设置的阴极板、膜电极和阳极板。
37.本实用新型还提供了一种电堆，电堆包括上述的单电池，单电池为多个，多个单电池堆叠设置。采用该方案，通过在极板结构的两个相对的第一侧壁11和两个相对的第二侧壁12上分别设置第一限位槽13、第二限位槽14，这样不同位置的第一限位槽13、第二限位槽14分别与不同位置的限位件配合后，可以实现在多个方向对极板结构限位，避免了极板结构在平面上的平动以及转动，实现了对极板结构的可靠限位，这样在电堆装堆时极板结构不会出现因偏转而暂停的情况，无需装堆设备或者工人定时对是否偏转进行观察和测量，从而保证了叠堆整齐，降低了时间和资金成本。
38.具体地，如图2所示，电堆还包括多个装配限位杆20和多个防撞限位杆30，每个装配限位杆20与多个单电池中的一列第一限位槽13限位配合，每个防撞限位杆30与多个单电池中的一列第二限位槽14限位配合。例如，电堆包括四个装配限位杆20和两个防撞限位杆30，电堆具有四列第一限位槽13和两列第二限位槽14，四个装配限位杆20和四列第一限位槽13对应设置，两个防撞限位杆30和两列第二限位槽14对应设置。
39.通过装配限位杆20与第一限位槽13的配合、防撞限位杆30与第二限位槽14的配合，可实现在装配过程中多层单电池的准确对齐。其中，装配限位杆20在装配完成后可以取出，防撞限位杆30在装配完成后可保留在电堆的外壳内，起到抵抗撞击、保护单电池的效果。
40.本方案具有以下特点或效果：
41.1.采用多点定位的方式，来完全限制极板结构的运动，保证装堆整齐；
42.2.长边侧限位槽切除材料更少，提高极板结构有效面积利用率；
43.3.短边侧限位槽充当防冲击作用位置，能减少复杂防冲击结构的设计，减少设计难度；
44.4.不需要定时地对电堆轮廓进行检测，降低时间成本和人工成本，提高装堆效率；
45.5.短边限位槽的利用，能够减少燃料电池外附零件的空间使用，增加燃料电池体积功率密度。
46.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
47.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技术的示例性实施方式。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。
48.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实用新型的范围。同时，应当明白，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已知的技
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，任何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。
49.在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
50.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“在其他器件或构造之下”。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。
51.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实用新型保护范围的限制。