[发明专利]燃料电池堆外壳

说明书

一种燃料电池堆外壳包括：下壳体，布置在燃料电池堆下面并具有底板部分，在该底板部分中具有水出口；密封盖，将水出口与下壳体的外部封闭；以及弹性构件，朝向下壳体的底板部分弹性拉动密封盖。

技术领域

本公开涉及一种燃料电池堆外壳，并且更具体地，涉及这样一种燃料电池堆外壳：其具有密封结构以防止布置在燃料电池堆外壳中的燃料电池堆与外部空气接触，并且具有水密结构以维持燃料电池堆的最佳操作性能。

背景技术

燃料电池系统是一种将燃料的化学能直接转换成电力的电力生成系统。燃料电池系统包括：燃料电池堆，该燃料电池堆生成电力；燃料供应单元，该燃料供应单元向燃料电池堆供应燃料(即，氢气)；空气供应单元，该空气供应单元向燃料电池堆供应用作引起电化学反应的氧化剂的空气(即，氧气)；以及热量和水管理单元，该热量和水管理单元将热量从燃料电池堆排出并控制燃料电池堆的操作温度。燃料电池堆通过氢气(燃料)与氧气(空气)之间的电化学反应产生电力，并且也生成需要从燃料电池堆排出的副产物(热量和水)。

适用于燃料电池车辆的燃料电池堆包括布置成成一排的多个单个电池。每个单个电池包括布置在中央的膜电极组件(MEA)。MEA包括允许质子穿过的电解质膜。在电解质膜的相应表面上设置有用作阴极和阳极的催化层，氢气和氧气在该阴极和阳极处相互反应。气体扩散层(GDL)布置在催化层的表面上。在GDL的表面上布置有隔离件，该隔离件具有使燃料和空气通过该隔离件而供应至阳极和阴极的相应流场(通道)。端板布置在单个电池的相应端部处以牢固地结合所有元件。

在燃料电池堆中，氢气和氧气由催化层通过化学反应进行电离。然后，发生氧化反应，以在供应了氢气的燃料电极上生成质子(氢离子)和电子。发生涉及氢离子和氧离子的还原反应，以在供应了空气的空气电极上产生水。用于燃料电池的常见电极催化剂包括由碳材料制成的催化剂载体以及诸如为Ru、Co、Cu等的助催化剂。氢气被供应至阳极(也被称为“氧化电极”)，并且氧气(空气)被供应至阴极(也被称为“还原电极”)。通过布置在电解质膜的相应表面上的电极层上的催化剂，将供应至阳极的氢气分离成质子H⁺和电子e^-。在质子和电子中，只有质子可选择性地穿过被称为质子交换膜的电解质膜并到达阴极，并且电子移动穿过GDL(导电层)以及隔离件以达到阴极。

通过电解质膜和隔离件到达阴极的氢离子和电子与包含在由空气供应单元供应至阴极的空气中的氧气结合，从而产生水。此时，氢离子的移动引起沿着外部接线流动的电流。此时，除了水以外，也伴随产生作为副产物的热量。

通常，外壳容纳并密封提供高电压的燃料电池堆，以物理地保护燃料电池堆。在这种情况下，由于由外壳的内部与外部之间的温度差引起的冷凝，可在外壳中产生水。此外，通过布置在外壳中的燃料电池堆产生的水可聚集在外壳中。因此，需要一种用于排出由燃料电池堆产生的水以及由于冷凝生成的水的有效装置。

传统地，用于排出水的水出口形成在外壳的下壳体中，作为用于将水从外壳中排出的装置。传统的排水装置具有的问题在于可使得污染物进入外壳，这通常导致布置在外壳中的燃料电池堆故障。此外，对于传统外壳而言，水移除效率取决于水出口的位置、尺寸和数量。也就是说，随着水出口的数量增加，能改进水移除效果，但密封性能劣化。

以上仅旨在帮助本公开的背景的理解，而并非旨在表示本公开落在本领域技术人员已知的现有技术的范围内。

发明内容

本公开牢记现有技术中出现的上述问题，并且本公开旨在提出这样一种燃料电池堆外壳：其具有切断与外部空气的接触的密封结构以避免杂质或污染物侵入燃料电池堆中，并且具有水密结构以维持布置在燃料电池堆外壳中的燃料电池堆的最佳工作性能。

根据本公开中的一个实施方式，燃料电池堆外壳包括：下壳体，该下壳体布置在燃料电池堆下面并具有底板部分，在该底板部分中具有水出口；密封盖，该密封盖将水出口与下壳体的外部封闭；以及弹性构件，该弹性构件朝向下壳体的底板部分弹性拉动密封盖。