CN110707342B - 湍流流场板的制备方法和燃料电池 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种湍流流场板的制备方法和燃料电池，方法包括：对第一金属板进行冲压形成冲压基础板，沿第二方向对冲压基础板进行多次切割得到多个冲压条，冲压条上具有多个沿冲压条延伸方向间隔设置的凹槽部；将多个冲压条沿冲压条的宽度方向并排贴合设置形成组合板，组合板上至少部分冲压条与相邻的冲压条沿冲压条的延伸方向相互错位，组合板上沿冲压条宽度方向相邻的凹槽部相互连通形成弯折的流道；将组合板焊接到第二金属板的预设位置得到湍流流场板，本申请降低了湍流流场板的制作成本。

Description

湍流流场板的制备方法和燃料电池

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，特别涉及湍流流场板的制备方法和燃料电池。

背景技术

燃料电池是将化学能转变为电能的装置，其能量转化率不受卡诺循环的限 制，电池组的发电效率可达到50％以上。燃料电池电堆是将燃料通过电化学反 应直接生成电能的装置，是由一片一片燃料电池单电池堆叠而成。燃料电池的 单电池的形状可以参考图1，主要由阳极双极板、阴极双极板、膜电极以及密封 件等核心部件组装而成。燃料电池根据双极板的材料，可以划分为石墨双极板 燃料电池和金属双极板燃料电池两种。石墨双极板一般是在整块的石墨板上， 通过雕刻或者模压的方法把流道雕刻出来。而金属双极板一般是通过冲压的方 法，在金属薄板上形成高低不平的纹理，形成气体流动的流场。由于材料的原 因，石墨板的厚度受到限制，一般最薄处不能小于0.4mm，否则容易出现断裂 等情况。这样，一块形成流道的石墨双极板，最小的厚度至少为流道的深度加 上石墨板的最小厚度，如果是双面流道成形石墨双极板，其最小厚度为两个流 道的深度加上石墨板的最小厚度。冲压成型的金属双极板，由于金属的延展性 和强度都比石墨要高，所以金属板的最小厚度也比石墨板的最小厚度要小得多， 目前主流的厚度选择是0.1mm。同时由于冲压成型，可以由凹凸不平的纹理两 面形成流道，还有可能通过一个流道的深度加上金属板的厚度，同时实现两个 流道双面成形，相比石墨双极板，具备结构上更小的优势。金属薄板材料常见， 价格低，冲压加工速度快成本低，所以越来越多的燃料电池开始采用金属材料 来制作燃料电池双极板。

使用冲压的加工方法制作的双极板，其流场大多为底部平坦的沟槽，气体 在流道中以层流的形式流动，即双极板为层流双极板，其结构可以参考图2。经 研究实验表明，流场中气体如果处于湍流状态更有利于燃料电池性能的提升， 燃料电池的设计中开始采用湍流流场板。目前制造湍流流场板的工艺方案有多 种，有的通过冲压出网格状的流场板，有的通过多孔材料制作流场板。然而， 如果单纯使用冲压工艺加工，每加工一次双极板需要高速冲床多次冲压，同时 如果需要撕裂金属薄板，对于模具精度要求比一般模具更高，综合所有的加工 需求，导致湍流流场板冲压模具使用寿命短，成本高。而使用多孔材料制作流 场，有可能会出现气体流场气阻过大，气体与膜电极接触不足等问题，同时多 孔材料加工复杂，生产成本同样难以降低。

因此，降低湍流流场板的制作成本是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种湍流流场板的制备方法和燃料电池，用于降低湍流流场 板的制作成本。

为了解决上述问题，作为本申请的一个方面，提供了一种湍流流场板的制 备方法，包括：

冲压步骤，对第一金属板进行冲压形成冲压基础板，冲压基础板的第一面 上形成有多个沿第一方向延伸且沿第二方向间隔排布的凹槽，凹槽上与第一面 相背的凹槽外底面凸出冲压基础板的第二面，第一方向与第二方向交叉；

切割步骤，沿第二方向对冲压基础板进行多次切割得到多个冲压条，冲压 条上具有多个沿冲压条延伸方向间隔设置的凹槽部；

排列步骤，将多个冲压条沿冲压条的宽度方向并排贴合设置形成组合板， 组合板上至少部分冲压条与相邻的冲压条沿冲压条的延伸方向相互错位，组合 板上沿冲压条宽度方向相邻的凹槽部相互连通形成弯折的流道；

焊接步骤，将组合板焊接到第二金属板的预设位置得到湍流流场板。

可选的，冲压基础板沿第二方向包括第一端部和第二端部，在切割步骤之 前，还包括：将第一端部的边缘和/或第二端部的边缘切割成预设波浪形或预设 折线形；在排列步骤中，将多个冲压条沿冲压条的宽度方向并排贴合设置，并 使冲压条的第一段端部或第二端部对齐形成组合板。

可选的，在切割步骤中，采用激光切割机对冲压基础板进行切割；

和/或，在切割时采用惰性气体进行保护和吹扫。

可选的，在排列步骤中，组合板上相邻的两个相互错位的冲压条沿冲压条 的延伸方向错位的距离为d1，d1<0.5*w1，d1<0.5*w2且d1不小于冲压基础板 的厚度，w1为凹槽外底面沿第二方向的长度，w2为相邻的两个凹槽沿第二方 向的间隔距离。

可选的，焊接步骤，包括：

将组合板用焊接夹具固定到第二金属板的预设位置，组合板上各个冲压条 的凹槽部与第二金属板预设位置的表面相贴合；

在组合板上设置多道焊线，多道焊线沿冲压条的宽度方向延伸且沿冲压条 延伸方向间隔排布；

沿焊线将组合板焊接至第二金属板。

可选的，还包括：整形步骤，对湍流流场板上的组合板的边缘进行裁剪， 将组合板的形状裁剪为预设形状，和/或，对湍流流场板的上表面和下表面进行 锟压整形，以使湍流流场板的上表面和下表面平整且相互平行。

可选的，凹槽外底面沿第二方向的长度为w1，w1>0.3mm；

和/或，冲压基础板上相邻的两个凹槽沿第二方向的间隔距离为w2， w2<1mm；

和/或，凹槽外底面沿第二方向的长度为w1，相邻的两个凹槽沿第二方向的 间隔距离为w2，w1＝w2；

和/或，凹槽的深度为h，0.2mm<h<0.5mm；

和/或，当对第一金属板进行冲压后，对凹槽内底面与凹槽侧壁之间的夹角 α进行倒角以使α≥90°，其中，凹槽内底面与冲压基础板的第一面朝向相同。

和/或，冲压条的宽度为d，0.5mm<d<10mm；

可选的，对凹槽内底面与凹槽侧壁之间的夹角α进行倒角时，倒角半径为 0.2mm～0.3mm。

本申请还提出一种燃料电池，包括湍流流场板，湍流流场板采用本申请提 出的任一的方法制备。

可选的，湍流流场板为燃料电池的阴极空气流场板。

本申请提出了一种湍流流场板的制备方法和燃料电池，不直接通过冲压的 方法形成复杂流道，而是通过先实现简单冲压基础板，通过分割组合形成复杂 流道，降低了工艺要求；在冲压基础板一端的边缘上预先形成波浪边缘，切割 之后对齐，方案实现简单，对于组合的误差要求也低；采用多焊线并行焊接的 方式，加强焊接强度。

附图说明

图1为本申请实施例中一种燃料电池单电池的示意图；

图2为本申请实施例中一种金属层流双极板的示意图；

图3为本申请实施例中一种湍流流场板的制备方法示意图；

图4为本申请实施例中一种冲压基础板的示意图；

图5为本申请实施例中图4中A区域的截取放大图；

图6为本申请实施例中冲压基础板切割后得到的多个冲压条的示意图；

图7为本申请实施例中冲压条排列后形成组合板的局部示意图；

图8为本申请实施例中另一个冲压条排列后形成组合板的局部示意图；

图9为本申请实施例中一种第二金属板的示意图；

图10为本申请实施例中一种湍流流场板的示意图；

图11为本申请实施例中一种对冲压基础板第一端的边缘和第二端的边缘进 行切割的示意图；

图12为本申请实施例中一种组合板上的焊线示意图；

图13为本申请实施例中一种对湍流流场板进行整形的示意图；

图中附图标记：1、冲压基础板；11、第一面；12、凹槽；121、凹槽外底 面；122、凹槽内底面；123、凹槽侧壁；13、第二面；2、冲压条；21、凹槽部； 211、凹槽部的外底面；22、凸起部；221、凸起部的上表面；3、组合板；4、 第二金属板；41、第一过桥区；42、第二过桥区；43、流道区；5、湍流流场板； 6、辊压滚；X、第一方向；Y、第二方向。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实 施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的 实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施 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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实 施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括” 和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了 一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或装置不必限于清楚地列出的那 些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或 装置固有的其它步骤或单元。

实施例1：

在现有技术中，当想要制备湍流流场板时，如果单纯采用冲压工艺加工， 每加工一次双极板需要高速冲床多次冲压，同时如果需要撕裂金属薄板，对于 模具精度要求比一般模具更高，综合所有的加工需求，导致湍流流场板冲压模 具使用寿命短，成本高。而使用多孔材料制作流场板，有可能会出现气体流场 气阻过大，气体与膜电极接触不足等问题，同时多孔材料加工复杂，生产成本 同样难以降低。

为了降低湍流流场板的加工难度，降低生产成本，本申请提出一种湍流流 场板的制备方法，如图4所示，本申请提出的方法包括冲压步骤、切割步骤、 排列步骤和焊接步骤；

冲压步骤，对第一金属板进行冲压形成冲压基础板1。

具体的，第一金属板，例如可以是方形板，从第一金属板的一面进行冲压， 冲压后得到冲压基础板1，图4为冲压基础板的示意图，图5为图4中A区域 的截取放大图，将冲压基础沿图4中A区域的边界切割后得到图5，如图4和 图5所示，冲压基础板1的第一面11上形成有多个沿第一方向X延伸且沿第二 方向Y间隔排布的凹槽12，第一方向X与第二方向Y交叉；冲压基础板呈波浪 形，相邻的两个凹槽12之间形成棱状凸起。棱状凸起的上表面为冲压基础板的 第一面11，凹槽12与第一面11相背的一面为凹槽外底面121，凹槽上与第一 面11相背的凹槽外底面121凸出冲压基础板的第二面13，各个棱状凸起的上表 面实际上构成了冲压基础板1的上接触面，各个凹槽外底面121实际上构成冲 压基础板1的下接触面，各个凹槽12的尺寸优选为相同。目前比较成熟的工艺 为冲压成形，直接设计模具冲压一次，可以形成较大面积的冲压基础板，如果 有需要，可以冲压完成后续进行根据实际需要对冲压基础板进行切割整形。

切割步骤，沿第二方向对冲压基础板1进行多次切割得到多个冲压条2。

具体的，如图6所示，在对冲压基础板1进行切割时沿第二方向Y进行切 割，每一次切割得到一个冲压条，为了提高切割效率，可以采用多个切割机同 时对冲压基础板1进行切割。冲压条2上具有多个沿冲压条2延伸方向间隔设 置的凹槽部21；凹槽部21对应与冲压基础板1上的凹槽12，冲压条2实际上 由多个连续的凸起部22和凹槽部21组成。

排列步骤，将多个冲压条2沿冲压条2的宽度方向并排贴合设置形成组合 板3。

具体的，图7为组合板3的局部示意图，请参看图7，组合板3上至少部分 冲压条2与相邻的冲压条沿冲压条的延伸方向相互错位，各个冲压条2由连续 的凸起部22和凹槽部21组成，组合板中各个冲压条2的各个凸起部22的上表 面221位于同一平面，各个冲压条2的凹槽部的外底面211位于同一平面，因 此，各个凸起部的上表面221实际上构成组合板的上接触面，各个凹槽部的外 底面211实际上构成组合板的下接触面。在组合板3中，对于位于组合板中间 部分的冲压条而言，该冲压条2上任一凹槽部21与任一一侧相邻的冲压条上的一个凹槽部21相连通，如图8所示，组合板上沿冲压条2宽度方向相邻的凹槽 部21相互连通形成弯折的流道，图8中的黑色加粗实线即为由各个凹槽部21 连通形成的流道，组合板上形成有多个彼此平行且间隔的流道。

焊接步骤，将组合板3焊接到第二金属板4的预设位置得到湍流流场板。

具体的，如图9所示，本申请中的第二金属板4优选为燃料电池的集流板， 其一侧表面上包括流道区43以及位于流道区43两侧的第一过桥区41和第二过 桥区42，本申请所述的预设位置优选为集流板上的流道区43。在将组合板3焊 接到预设位置时，将组合板3的上接触面或下接触面与第二金属板3预设位置 的表面相互贴合，也就是说，组合板3中各个冲压条2凸起部的上表面221与 第二金属板4的表面相贴合，或者组合板3中各个冲压条2凹槽部的外底面211 与第二金属板4的表面相贴合，这样各个相互接触的凹槽部相互连通将形成气 流流动的流道。

本申请提出的方法中通过冲压、切割和焊接制备湍流流场板，现有技术通 过多次冲压制备复杂结构的湍流板，现有技术的制备方式对于精度要求较高， 导致控制困难，而本申请中先通过冲压制备冲压基础板，再通过切割得到冲压 条，采用拼装冲压条的方式形成湍流板中复杂的流道结构，这种方式一方面容 错率高，即使部分冲压条在排列时略微偏移也不会对湍流效果产生较大的影响， 另一方面，本申请中对于冲压的精度要求较低，制备冲压基础板非常容易，并 且即使冲压基础板上部分区域冲压效果不佳，也可只去除该部分的冲压基础板， 剩余部分仍可以通过切割后使用，而现有技术中采用多次冲压的方式，一旦部 分区域冲压失误，就会造成湍流板整体报废。并且本申请提出的方式，在改变 湍流板中流道的结构时，只需要改变组合板中冲压条的排列方式即可，无需更 换冲压的磨具，而现有技术中，当需要改变湍流板中流道的结构时，需要更换 冲压磨具造成制造成本高，本申请与现有技术相比，具有明显的成本优势，容 错率高，且适用于多种不同结构的湍流板。

在一些可选的实施例中，冲压基础板1沿第二方向Y包括第一端部和第二 端部，在切割步骤之前，还包括：将第一端部的边缘和/或第二端部的边缘切割 成预设波浪形或预设折线形；在排列步骤中，将多个冲压条2沿冲压条的宽度 方向并排贴合设置，并使冲压条的第一段端部或第二端部对齐形成组合板3。

具体的，如图11所示，在第一端部和第二端部是冲压基础板1在第二方向 Y上的两端，以图11中左侧的端部为第一端部为例，图11中左侧和右侧的黑色 加测实线为切割线，在一种情况下，在对冲压基础板进行切割得到冲压条2之 前沿图11中左侧的切割线将第一端部的边缘切割成预设的折线形，然后沿第二 方向Y将冲压基础板切割成多个冲压条，多个冲压条沿第二方向延伸，再将各 个冲压条的第一端部(即图11中的左侧端部，冲压条的第一端部与冲压接触板 的第一端部相对应，冲压条的第二端部与冲压基础板的第二端部相对应)对齐 成一条直线，这样多个冲压条即构成组合板，且组合板中的各个冲压条将自动 沿冲压条的延伸方向错位，各个冲压条的凹槽部连通形成弯折的流道，弯折的 流道的形状与预设波浪形或预设折线形相同。类似的，可以将第二端部的边缘 切割成预设波浪形或预设折线形，然后将各个冲压条第二端部对齐。或者将第 一端部和第二端部的边缘都切割成相同的预设波浪形或预设折线形，此时，各 个冲压条在切割后的长度将相同，沿一个端部对齐后各个冲压条形成的组合板 为矩形。本实施例提出的方法，只需要将第一端部或第二端部的边缘切割成想 要得到的流道的形状，再将对应于冲压条的第一端部或第二端部对齐成一条平 行于第一方向的直线，就使得组合板上流道的形状成为想要的流道形状，大大 减少了对冲压条进行排列的复杂度，提高了生产效率。

在一些可选的实施例中，在切割步骤中，采用激光切割机对冲压基础板1 进行切割；和/或，在切割时采用惰性气体进行保护和吹扫。激光切割机的寿命 可达上万小时，适于高精度切割，在切割时辅助以惰性气体保护和吹扫，惰性 气体可以是氮气或者氩气，从而防止在切割出高温氧化或者形成毛边，避免冲 压条出现电阻变大、腐蚀性降低、接触不良的问题。

在一些可选的实施例中，请查看图6，在排列步骤中，所述组合板3上相邻 的两个相互错位的冲压条沿所述冲压条的延伸方向上错位的距离为d1， d1<0.5*w1，d1<0.5*w2且d1不小于冲压基础板1的厚度，w1为凹槽外底面121 沿第二方向的长度，w2为相邻的两个凹槽12沿第二方向的间隔距离。

具体的，d1优选大于冲压基础板的厚度，此时相邻的冲压条上相互错位的 两个凹槽部之间将形成间隙，从而保证气流在凹槽部内流动的时候形成湍流， 并使得流道内因燃料电池反应生成的水不会产生堆积，可通过间隙流出，而当 d1大于w1的一半或w2的一半时，则会容易导致气流流动受阻，增加空气阻力， 造成燃料电池的反应效率降低。

在一些可选的实施例中，焊接步骤，包括：将组合板3用焊接夹具固定到 第二金属板4的预设位置，组合板3上各个冲压条的凹槽部21与第二金属板4 预设位置的表面相贴合；在组合板3上设置多道焊线，多道焊线沿冲压条的宽 度方向延伸，沿冲压条延伸方向间隔排布；沿焊线将组合板焊接至第二金属板。

具体的，如图12所示，图12中加粗的黑色直线为焊线，焊线优选设置在 组合板的边缘区域，通过设置多条并行的焊线，可以提高组合板与第二金属板 之间的连接强度。

在一些可选的实施例中，还包括：整形步骤，对湍流流场板5上组合板3 的边缘进行裁剪，将组合板3的形状裁剪为预设形状，和/或，对湍流流场板的 上表面和下表面进行锟压整形，以使湍流流场板的上表面和下表面平整且相互 平行。

具体的，如图13所示，在对湍流流场板5进行的上表面和下表面进行辊压 整形时，可以将湍流流场板5放入辊压机中利用辊压滚6对湍流流场板5进行 辊压，以使得湍流流场板的上表面和下表面平整，从而增大燃料电池中湍流流 场板与其他层之间的接触面积，提高燃料电池的性能。

在一些可选的实施例中，请参看图5，凹槽外底面121沿第二方向的长度为 w1，w1>0.3mm；和/或，冲压基础板上相邻的两个凹槽12沿第二方向的间隔距 离为w2，w2<1mm；和/或，凹槽外底面121沿第二方向的长度为w1，相邻的 两个凹槽12沿第二方向的间隔距离为w2，w1＝w2，w1等于0.8mm；和/或，凹 槽12的深度为h，0.2mm<h<0.5mm；优选h为4mm。和/或，当对第一金属板 进行冲压后，对凹槽内底面122与凹槽侧壁123之间的夹角α进行倒角以使α ≥90°，其中，凹槽内底面与冲压基础板的第一面朝向相同。和/或，冲压条的 宽度为d，0.5mm<d<10mm；

可选的，对凹槽内底面与凹槽侧壁之间的夹角α进行倒角时，倒角半径为 0.2mm～0.3mm，过大的倒角半径会导致上下接触面积占比不够，倒角半径过小 会导致冲压缺陷断裂。

实施例2：

本实施例提供一种湍流流场板的制造方法，整个方案可以分为四步。

第一步是冲压步骤，制备冲压基础板T-base。图4为T-base的参考设计。 应注意，T-base的设计存在多样性，本步骤的目的是为了实现第二步切割生成冲 压条T。T-base中形成多个并排设置的凹槽，这些凹糟将会形成气体流动的气道， 以及在部分高度方向提升，形成与膜电极的气体扩散层接触的表面和与底板接 触面两个表面。目前比较成熟的工艺为冲压成形，直接设计模具冲压一次，可 以形成较大面积的T-base冲压金属板，如果有需要，可以冲压完成后续进行根 据实际需要进行切割。

第二步是切割步骤，用于冲压条T的制作。冲压条T是形成湍流流场板的 基本组成单元，冲压边T由冲压基础板T-base切割实现，各个冲压条的宽度相 等。优选使用激光切割机对冲压基础板进行切割。一般激光器的寿命可达上万 小时，其经济型超过高精度模具切割。在切割时需要有惰性气体保护和吹扫， 例如氮气或者氩气，防止切割处被高温氧化或者形成毛边，造成电阻变大、耐 腐蚀性降低、接触不良、容易划破燃料电池的膜电极等缺陷。

第三步是排列步骤。将第二步制作的冲压条T横向错位排列，组成组合板 T-combo，参考图6-图8。建议冲压条T之间的错位距离d1应小于w1的1/2以 及w2的1/2，但是不应小于冲压基础板的厚度。考虑到如果冲压条T都向一个 方向错位，则会导致整体组合板T-combo形成一个倾斜的四边形，除非是湍流 流场板形状就是如此，否则需要在一定距离上改变错位方向，在边缘形成波浪 形，参考图7。为了方便边缘排列，如图11所示，可以在切割冲压基础板T的 同时，将冲压基础板的边缘使用激光切割成成波浪状，然后在直接将冲压条的 一端对齐即可。

第四步是焊接，将组合板T-combo的下接触面与第二金属板紧密接触，参 考图10。使用焊接夹具，将组合板T-combo固定，然后使用激光焊接机通过预 先设计好的焊缝焊接于第二金属上。需要注意，一道焊线不能将所有的冲压条T 边焊接在第二金属上，需要使用并行的多道焊线，多道焊线之间的间距小于 w1/2，可以将所有的冲压条T进行焊接。而焊线尽可能地处于组合板的边缘， 防止对流道造成影响。

第五步是湍流流场板的裁剪和整形。通过设计组合板T-combo错位距离d 和错位周期，可以控制T-combo边缘波浪的宽度，使其不会对整体造成影响。 如果对于边缘形状要求较高，则需要进行裁剪。另外由于组合板T-combo焊接 对齐时上表面不可能完全平行，需要使用辊压工艺进行平整，参考图13。通过 辊压机进行辊压之后，湍流流场板5上下边缘基本平行，在实际使用中可以获 得较大的接触面积，提升性能。

在一些可选的实施例中，在冲压基础板的厚度为0.1mm的情况下，冲压深 度选择0.4mm，即凹槽的深度为0.4mm，w1＝0.8mm，w2＝0.8mm，冲压后对凹 槽进行倒角，倒角半径0.2mm，冲压条的宽度统一为4mm。通过50个冲压条排 列组成宽度为200mm的组合板。当选择更大的冲压条宽度时大，则制备同样宽 度的流场板时所需的冲压条的个数减少，摆放难度降低，安装难度降低，但是 流场扭转角度更小，对于形成湍流不利。

在一些可选的实施例中，在对冲压基础板进行切割得到冲压条之前，先在 冲压基础板的边缘上切割出波浪形边缘，然后进行冲压基础板进行切割。然后 只需要将所得到的冲压条被切割出波浪形边缘的端部对齐即可。对于相互错位 的相邻的两个冲压条而言，其沿冲压条延伸方向上的错位距离d1可以选择w1 的1/2。例如w1＝0.8mm，w2＝0.8mm，冲压条宽度可选为4mm，则d1＝0.3mm。 本方案对于错位方向与距离无要求，可以根据实际的需求进行设计。本实施例 中16个冲压条T形成一个错位周期，即每16个冲压条的错位方向相同，也可 以选择8个或者4个冲压条形成一个错位周期。

在一些可选的实施例中，在焊接过程中，可以考虑激光焊接或者其他的焊 接方式。如果使用激光焊接，需要考虑的是冲压条突起部的上表面是不能焊接 到第二金属板板上的。如果刚好焊线经过的是冲压条凸起部的上表面，则这个 焊接点是不牢固的。优选以w1为间距设置的多个焊线，可以保证所有的冲压条 都有焊接点。

本申请提出的制备方法具有如下优点：

1)通过切割之后再组合，形成波浪形流道，同时流道内的气体也可以通过 错位产生的缝隙进入与膜电极接触的反应流道，形成湍流气体流场，提高燃料 电池的效率；

2)不直接通过冲压的方法形成复杂流道，而是通过先实现简单冲压基础板， 通过分割组合形成复杂流道，降低了整个工艺中要求最高的点。

3)在冲压基础板一端的边缘上预先形成波浪边缘，切割之后对齐，或者切 割之后然后按照波浪形排列组合，然后形成错位流道。该方案实现简单，对于 组合的误差要求也低，即使出现装配误差，某些冲压条偏离预定位置，也对于 最终安装效果没有特别大的影响。

4)通过两块金属板的组合来实现流场，一块金属板实现立体结构，另外一 块金属板实现空间隔离。

5)激光焊接组合板与第二金属板，采用多焊线并行焊接的方式。可以在流 场中间再加入新的焊线，以加强结构。

本申请还提出一种燃料电池，其特征在于，包括湍流流场板，湍流流场板 采用本申请提出的任一的方法制备。可选的，湍流流场板为燃料电池的阴极空 气流场板。

本申请制备的燃料电池中，因为采用了本申请提出的制备方法制备的湍流 流场板，所以燃料电池反应过程中生成的水可以从一个流道流动到相邻的另一 个流道中，相近的流道中的水可以相互汇聚，容易排除，因此不会出现流道被 水堵塞的问题，从而保证了燃料电池的安全可靠。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领 域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之 内。

Claims (21)

1.一种湍流流场板的制备方法，其特征在于，包括：

冲压步骤，对第一金属板进行冲压形成冲压基础板(1)，所述冲压基础板的第一面(11)上形成有多个沿第一方向延伸且沿第二方向间隔排布的凹槽(12)，所述凹槽上与所述第一面(11)相背的凹槽外底面(121)凸出所述冲压基础板的第二面(13)，所述第一方向与第二方向交叉；

切割步骤，沿所述第二方向对所述冲压基础板(1)进行多次切割得到多个冲压条(2)，所述冲压条(2)上具有多个沿冲压条延伸方向间隔设置的凹槽部(21)；

排列步骤，将多个所述冲压条(2)沿所述冲压条(2)的宽度方向并排贴合设置形成组合板(3)，所述组合板(3)上至少部分冲压条(2)与相邻的冲压条沿所述冲压条的延伸方向相互错位，所述组合板上沿冲压条(2)宽度方向相邻的凹槽部(21)相互连通形成弯折的流道；

焊接步骤，将所述组合板(3)焊接到第二金属板(4)的预设位置得到所述湍流流场板。

2.根据权利要求1所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

所述冲压基础板(1)沿第二方向包括第一端部和第二端部，在切割步骤之前，还包括：将所述第一端部的边缘和/或所述第二端部的边缘切割成预设波浪形或预设折线形；在所述排列步骤中，将多个所述冲压条(2)沿所述冲压条的宽度方向并排贴合设置，并使所述冲压条的第一段端部或第二端部对齐形成组合板(3)。

3.根据权利要求1-2任一项所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

在所述切割步骤中，采用激光切割机对所述冲压基础板(1)进行切割；

和/或，在切割时采用惰性气体进行保护和吹扫。

4.根据权利要求1-2任一项所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

在排列步骤中，所述组合板(3)上相邻的两个相互错位的冲压条沿所述冲压条的延伸方向错位的距离为d1，d1<0.5*w1，d1<0.5*w2且d1不小于冲压基础板(1)的厚度，w1为所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度，w2为相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离。

5.根据权利要求3所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

在排列步骤中，所述组合板(3)上相邻的两个相互错位的冲压条沿所述冲压条的延伸方向错位的距离为d1，d1<0.5*w1，d1<0.5*w2且d1不小于冲压基础板(1)的厚度，w1为所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度，w2为相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离。

6.根据权利要求1、2、5任一项所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，焊接步骤，包括：

将所述组合板(3)用焊接夹具固定到第二金属板(4)的预设位置，所述组合板(3)上各个冲压条的凹槽部(21)与所述第二金属板(4)预设位置的表面相贴合；

在所述组合板(3)上设置多道焊线，多道所述焊线沿所述冲压条的宽度方向延伸且沿所述冲压条延伸方向间隔排布；

沿所述焊线将所述组合板焊接至所述第二金属板。

7.根据权利要求3所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，焊接步骤，包括：

将所述组合板(3)用焊接夹具固定到第二金属板(4)的预设位置，所述组合板(3)上各个冲压条的凹槽部(21)与所述第二金属板(4)预设位置的表面相贴合；

在所述组合板(3)上设置多道焊线，多道所述焊线沿所述冲压条的宽度方向延伸且沿所述冲压条延伸方向间隔排布；

沿所述焊线将所述组合板焊接至所述第二金属板。

8.根据权利要求4所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，焊接步骤，包括：

将所述组合板(3)用焊接夹具固定到第二金属板(4)的预设位置，所述组合板(3)上各个冲压条的凹槽部(21)与所述第二金属板(4)预设位置的表面相贴合；

在所述组合板(3)上设置多道焊线，多道所述焊线沿所述冲压条的宽度方向延伸且沿所述冲压条延伸方向间隔排布；

沿所述焊线将所述组合板焊接至所述第二金属板。

9.根据权利要求1、2、5、7、8任一项所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，还包括：

整形步骤，对湍流流场板上的组合板(3)的边缘进行裁剪，将所述组合板(3)的形状裁剪为预设形状，和/或，对所述湍流流场板的上表面和下表面进行锟压整形，以使所述湍流流场板的上表面和下表面平整且相互平行。

10.根据权利要求3所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，还包括：

整形步骤，对湍流流场板上的组合板(3)的边缘进行裁剪，将所述组合板(3)的形状裁剪为预设形状，和/或，对所述湍流流场板的上表面和下表面进行锟压整形，以使所述湍流流场板的上表面和下表面平整且相互平行。

11.根据权利要求4所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，还包括：

整形步骤，对湍流流场板上的组合板(3)的边缘进行裁剪，将所述组合板(3)的形状裁剪为预设形状，和/或，对所述湍流流场板的上表面和下表面进行锟压整形，以使所述湍流流场板的上表面和下表面平整且相互平行。

12.根据权利要求6所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，还包括：

整形步骤，对湍流流场板上的组合板(3)的边缘进行裁剪，将所述组合板(3)的形状裁剪为预设形状，和/或，对所述湍流流场板的上表面和下表面进行锟压整形，以使所述湍流流场板的上表面和下表面平整且相互平行。

13.根据权利要求1、2、5、7、8、10-12任一项所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，w1>0.3mm；

和/或，所述冲压基础板上相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w2<1mm；

和/或，所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w1＝w2；

和/或，所述凹槽(12)的深度为h，0.2mm<h<0.5mm；

和/或，当对第一金属板进行冲压后，对凹槽内底面(122)与凹槽侧壁(123)之间的夹角α进行倒角以使α≥90°，其中，所述凹槽内底面(122)与所述冲压基础板(1)的第一面朝向相同；

和/或，所述冲压条的宽度为d，0.5mm<d<10mm。

14.根据权利要求3所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，w1>0.3mm；

和/或，所述冲压基础板上相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w2<1mm；

和/或，所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w1＝w2；

和/或，所述凹槽(12)的深度为h，0.2mm<h<0.5mm；

和/或，当对第一金属板进行冲压后，对凹槽内底面(122)与凹槽侧壁(123)之间的夹角α进行倒角以使α≥90°，其中，所述凹槽内底面(122)与所述冲压基础板(1)的第一面朝向相同；

和/或，所述冲压条的宽度为d，0.5mm<d<10mm。

15.根据权利要求4所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，w1>0.3mm；

和/或，所述冲压基础板上相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w2<1mm；

和/或，所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w1＝w2；

和/或，所述凹槽(12)的深度为h，0.2mm<h<0.5mm；

和/或，当对第一金属板进行冲压后，对凹槽内底面(122)与凹槽侧壁(123)之间的夹角α进行倒角以使α≥90°，其中，所述凹槽内底面(122)与所述冲压基础板(1)的第一面朝向相同；

和/或，所述冲压条的宽度为d，0.5mm<d<10mm。

16.根据权利要求6所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，w1>0.3mm；

和/或，所述冲压基础板上相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w2<1mm；

和/或，所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w1＝w2；

和/或，所述凹槽(12)的深度为h，0.2mm<h<0.5mm；

和/或，当对第一金属板进行冲压后，对凹槽内底面(122)与凹槽侧壁(123)之间的夹角α进行倒角以使α≥90°，其中，所述凹槽内底面(122)与所述冲压基础板(1)的第一面朝向相同；

和/或，所述冲压条的宽度为d，0.5mm<d<10mm。

17.根据权利要求9所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，w1>0.3mm；

和/或，所述冲压基础板上相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w2<1mm；

和/或，所述凹槽外底面(121)沿所述第二方向的长度为w1，相邻的两个凹槽(12)沿第二方向的间隔距离为w2，w1＝w2；

和/或，所述凹槽(12)的深度为h，0.2mm<h<0.5mm；

和/或，当对第一金属板进行冲压后，对凹槽内底面(122)与凹槽侧壁(123)之间的夹角α进行倒角以使α≥90°，其中，所述凹槽内底面(122)与所述冲压基础板(1)的第一面朝向相同；

和/或，所述冲压条的宽度为d，0.5mm<d<10mm。

18.根据权利要求13所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

对所述凹槽内底面与凹槽侧壁之间的夹角α进行倒角时，倒角半径为0.2mm～0.3mm。

19.根据权利要求14-17任一项所述的湍流流场板的制备方法，其特征在于，

对所述凹槽内底面与凹槽侧壁之间的夹角α进行倒角时，倒角半径为0.2mm～0.3mm。

20.一种燃料电池，其特征在于，包括湍流流场板，所述湍流流场板采用如权利要求1-19任一所述的方法制备。

21.根据权利要求20所述的燃料电池，其特征在于，所述湍流流场板为燃料电池的阴极空气流场板。

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