CN109465336A - 质子交换膜燃料电池的金属流场板的冲压组合式模具 - Google Patents

Abstract

一种质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，包括流场冲压成型凸模块和流场冲压成型凹模块，于流场冲压成型凸模块及流场冲压成型凹模块上分别具有相对应的定位孔。流场冲压成型凸模块具有多个相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凸模；以及流场冲压成型凹模块具有多个相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凹模，且每一相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凹模具有相对应的相同或不相同尺寸、所述相同或不同流场形状的流场冲压成型凸模，藉此，以解决现有技术中，模拟与实际测试时的数据不同，只需根据实际测试时的数据取用相对应的流场形状及尺寸即可，降低开制模具的成本。

Description

质子交换膜燃料电池的金属流场板的冲压组合式模具

技术领域

本发明是揭露一种质子交换膜燃料电池，特别是有关于一种用以制作质子交换膜燃料电池的的金属流场板的冲压组合式模具。

背景技术

燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。燃料电池主要由膜电极(MEA)和双极板构成，其中膜电极是燃料电池的核心，双极板是电池的重要组成部份，在燃料电池中起到收集电流、气体分配以及水管理、热管理的作用。双极板的种类有很多种，通常采用的双极板为机械加工石墨双极板，其技术比较成熟，但加工费用昂贵，主要应用在实验室内的实验研究。目前来说，燃料电池双极板的研究主要集中在柔性石墨双极板(及注塑石墨双极板)、金属双极板及复合式双极板。由于金属材料具有导电、导热性好、机械强度高、容易薄片化、易加工处理等优点成为燃料电池双极板材料之一。

在现有技术中，金属双极板上的沟槽结构或是称流场是采用模具直接冲压成型，但是在现有技术的这种直接冲压成型的金属流场板会由于冲压过程中压力分布不均匀，使得金属板产生不一致的延展，从而在金属板内部残留下不一致的应力，这种不一致的应力会使成型后的流场板产生不均匀的变形。

另外，现有技术中，金属双极板的基材多为钛金属，模拟时的数据可能和实际测试不同，从而须要调整流场的形状和尺寸，若要重新调整，则需要重新对模具开模，须花费较高的成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，采用模块的方式，将不同尺寸、不同流场形状或是相同尺寸、相同流场形状的流场冲压成型凸模块和流场冲压成型凹模块进行组合，以组合的概念来减少开制模具的成本。

本发明的另一目的在于提供一种质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，可以解决现有技术中，模拟与实际测试时的数据不同，只需要根据实际测试时的数据取用相对应的流场形状及尺寸即可，而无须重新开制模具，降低开制模具的成本。

根据上述目的，本发明提供一种质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，包括流场冲压成型凸模块和流场冲压成型凹模块，于流场冲压成型凸模块及流场冲压成型凹模块上分别具有相对应的定位孔，流场冲压成型凸模块具有多个相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凸模，且每一个相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凸模可任意组合；以及流场冲压成型凹模块具有多个相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凹模，且每一个相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凹模可任意组合，且每一个相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凹模具有相对应的相同或不相同尺寸、所述相同或不同流场形状的流场冲压成型凸模。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的金属双极板冲压组合式模具侧视图。

图2至图5是根据本发明一实施例的冲压组合式模具具有不同流场形状侧视图。

图6是根据本发明一实施例将具有不同流场形状的冲压组合式模具组合成冲压组合式模具组的俯视图。

图7是根据本发明一实施例将具有不同流场形状及尺寸的两个冲压模具组合的俯视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本发明，在此配合所附的图式、具体阐明本发明的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本发明特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。

首先，请参考图1。图1是根据本发明一实施例中，表示金属双极板冲压组合式模具侧视图。在图1中冲压组合式模具包括流场冲压成型凸模块10和流场冲压成型凹模块20，金属双极板30设置在流场冲压成型凸模块10和流场冲压成型凹模块20之间。其中在流场冲压成型凸模块10具有流场冲压成型凸模102，且于流场冲压成型凸模102上具有多个凹凸状的流场结构1022。流场冲压成型凹模块20具有流场冲压成型凹模202、且于流场冲压成型凹模202上具有与流场冲压成型凸模102上的多个凹凸状的流场结构1022相对应的多个凹凸状的流场结构2022，当流场冲压成型凸模102上具有多个凹凸状的流场结构1022是凸状时、则在流场冲压成型凹模202上的多个凹凸状的流场结构2022为凹状，且当流场冲压成型凸模102与流场冲压成型凹模202面对面放置时，彼此的结构是相互对应且可以相互嵌合。要说明的是，流场冲压成型凸模块10和流场冲压成型凹模块20的长度(以图面横向来说)L3大于金属双极板20的长度L2，而流场冲压成型凸模102与流场冲压成型凹模202上的多个凹凸状的流场结构2022及1022的实际上在金属双极板30形成流场长度L3则是小于金属说极板30的长度L2。另外，金属双极板30的长度L2小于冲压组合式模具的流场冲压成型凸模块10和流场冲压成型凹模块20的长度是可以将金属双极板30完全被夹箝在流场冲压成型凸模块10和流场冲压成型凹模块20之间，从而在冲压制模的过程中，金属双极板30的侧边不会产生翘曲。另外也可以避免因为施与冲压组合式模具的应力大小不同，使得金属双极板30受力不均，在金属双极板30所形成的流场结构有所误差。要说明的是，金属双极板30由阳极板与阴极板所组成，可以采用焊接的方式链接组合或是采用密封橡胶将两个电极板彼此密封，其中，密封橡胶可以是聚对苯二甲酸乙二酯(PET,polyethylene terephthalate)或是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN,poly(ethylene naphtalate))，通过热融或粘合的方式，使金属双极板30和密封橡胶形成一体，起到密封作用。然而，金属双极板30的详细结构和功能并非为本发明的主要技术特征在此不多作叙述。

另外，在流场冲压成型凸模块10及所述流场冲压成型凹模块20还设置有位置相对应的定位孔(未在图中表示)，且每一个定位孔内还设置有定位柱(未在图中表示)，使得流场冲压成型凸模块10和流场冲压成型凹模块20可以互相对准并且定位，由于金属双极板30上有具有与流场冲压成型凸模块10和流场冲压成型凹模块20位置相对应的定位孔，因此金属双极板30在被流场冲压成型凸模块10和流场冲压成型凹模块20夹箝于当中时，不会有位移的问题，而可以对金属双极板30上预设要形成流场的区域进行冲压加工制程。

接着，请参考图2至图5。图2至图5是根据本发明的一实施例，表示金属双极板冲压组合式模具中，流场冲压成型凸模上的各种流场结构的侧视图。在图2至图5中是采用模块的概念，因此可以事先开模制作多个具有相同或是不同同尺寸及/或形状的流场结构的流场冲压成型凸模(或是流场冲压成型凹模)，其中如图2的实施例中，其流场冲压成型凸模102上的流场结构为矩形锯齿状的凹凸结构1022。图3的实施例中，流场冲压成型凸模106上的流场结构为长条矩形的凸状结构1062。图4的实施例中，流场冲压成型凸模108上的流场结构为波浪状结构1082。图5的实施例中，流场冲压成型凸模110上的流场结构为三角形锯齿状的凹凸结构1102。另外要说明的是在此只表示了流场冲压成型凸模102、104、106、108上的流场结构1022、1042、1062、1082，由于流场冲压成型凹模(未在图2-图5中表示)上的流场结构与流场冲压成型凸模102、104、106、108上的流场结构1022、1042、1062、1082是相对应的，以图3为例，流场冲压成型凸模106上的流场结构为长条矩形的凸状结构，因此相对应于流场冲压成型凸模106的流场冲压成型凹模(未在图中表示)为长条矩形的凹状结构(未在图中表示)，其宽度及长度尺寸与流场冲压成型凸模106上的流场结构为长条矩形的凸状结构1062相同，因此在图2、图4及图5中的流场冲压成型凸模102、104、108也具有相对应的流场冲压成型凹模，在此不再重复陈述。

接着请参考图6。图6表示将具有不同流场形状的冲压组合式模具组合成冲压组合式模具组的俯视图。在图6中，将两个不同流场形状的流场冲压成型凸模106及108以横向的方式组合在一起，以形成冲压模具组。在此实施例中，流场冲压成型凸模106上的流场结构为长条矩形凸状结构1062，另一个流场冲压成型凸模108上的流场结构为波浪状结构1082，其中在流场冲压成型凸模106上的每一条长条矩形凸状结构1062的宽度W1可以相同或者不同，以及相邻两条长条矩形凸状结构1062之间的宽度W2可以相同或者不同，流场结构宽度设计的目的，都是为了让燃料气体及氧化剂气体可以在金属双极板的流场上能够完全反应，从而让质子交换膜燃料电池能达到较高的运转效率。

于另一实施例中，则是将不同形状的流场结构以纵向方式组合成冲压组合式模具，如图7所示。在图7中，将不同流场结构及尺寸的流场冲压成型凸模112及108组合在一起，其中流场冲压成型凸模108、112上的流场结构都是波浪状结构1082、1122，但是在流场冲压成型凸模108上的波浪状结构1082中，每两个相邻的凸出的结构之间的间距大于流场冲压成型凸模112上的波浪状结构1122中，每两个相邻的凸出的结构之间的间距。使得在冲压之后的金属双极板上的流场形状则会有两种不同高度的波浪状结构。

综合上述，本发明中的每一个流场冲压成型凸模102及每一个流场冲压成型凹模202可以是横向、且彼此平行的流场结构或可以是纵向、且彼此平行的流场结构，而于另一实施例中，在横向或是纵向、且彼此平行的流场结构的相邻的两个流道之间的距离可以相同或是不同以及在横向、且彼此平行的流场结构上的多条流道的宽度可以相同或是不同。

对本发明将流场冲压成型凸模及流场冲压成型凹模上的流场结构来说，其优点是在于可以依据目前使用者的须要，分别将多个相同或是不同流场形状的流场冲压成型凸模、凹模块合在一起或者是将多个相同或是不同尺寸的流场冲压成型凸模、流场冲压成型凹模块合在一起，因此，当模拟与实际测试时的数据不同时，使用者可以随时抽换、调整一部份的流场冲压成型凸模及其对应的流场冲压成型凹模，

以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明之权利要求范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，包括流场冲压成型凸模块和流场冲压成型凹模块，其特征在于:

所述流场冲压成型凸模块具有多个相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凸模，且每一所述相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凸模可任意组合；以及

所述流场冲压成型凹模块具有多个相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凹模，且每一所述相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的流场冲压成型凹模可任意组合，且每一相同或不相同尺寸、相同或不同流场形状的所述流场冲压成型凹模具有相对应的所述相同或不相同尺寸、所述相同或不同流场形状的所述流场冲压成型凸模。

2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，其特征在于，所述流场冲压成型凸模块及所述流场冲压成型凹模块的尺寸大于流场尺寸。

3.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，其特征在于，每一所述流场冲压成型凸模块为横向、且彼此平行的流场结构。

4.如权利要求3所述的质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，其特征在于，在所述横向、且彼此平行的流场结构的相邻的两个流道之间的距离相同或是不同。

5.如权利要求3所述的质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，其特征在于，所述横向、且彼此平行的流场结构上的多条流道的宽度相同或是不同。

6.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，其特征在于，每一所述流场冲压成型凸模块为纵向、且彼此平行的流道结构。

7.如权利要求6所述的质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，其特征在于，在所述纵向、且彼此平行的流场结构的相邻的两个流道之间的距离相同或是不同。

8.如权利要求6所述的质子交换膜燃料电池的金属双极板冲压组合式模具，其特征在于，所述纵向、且彼此平行的流场结构的多条流道的宽度相同或是不同。