CN112768719A - 一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板和燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板，该集流板安装于燃料电池电堆中，并与负载连接，包括本体和突出部，所述的突出部设置于本体上，其上开设第一通孔，用于连接负载，所述的本体安装于燃料电池电堆中，其上开设多个均匀排列形成阵列的第二通孔，通过均匀的减少集流板面积提高在电堆运行过程中的电阻放热，增加产热，提高电堆端板热量，从而实现低温冷启动，与现有技术相比，本发明具有提高燃料电池性能、延长使用寿命以及操作简便等优点。

Description

一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板和燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池的低温冷启动，尤其是涉及一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板和燃料电池。
背景技术
为解决燃料电池低温启动失败现象，现有技术均是以在阴极和阳极两侧增加加热单元、电池外部增加加热单元等辅助装置来实现。
例如，在燃料电池电堆和两个端板之间增加辅助加热单元，采用燃料电池本身的电流加热燃料电池电堆，对原有燃料电池电堆结构改动较小，但是由于直接增加在燃料电池电堆中，因而需要额外增加集流板的数量。此外，由于辅助加热单元直接接入到正常的负载当中，导致在停止加热切换时需要先停止燃料电池的运行，然后在重新开启燃料电池，控制开关较多，致使操作复杂化，且燃料电池每次开启都会形成高电位，极易损坏燃料电池的性能，减少燃料电池使用的寿命，对电池系统的密封性有一定的影响。
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高燃料电池性能、延长使用寿命以及操作简便的燃料电池。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高燃料电池性能、延长使用寿命以及操作简便的适用于低温冷启动的燃料电池集流板和燃料电池。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板，该集流板安装于燃料电池电堆中，并与负载连接，包括本体和突出部，所述的突出部设置于本体上，其上开设第一通孔，用于连接负载，所述的本体安装于燃料电池电堆中，其上开设多个均匀排列形成阵列的第二通孔，通过均匀的减少集流板面积提高在电堆运行过程中的电阻放热，增加产热，提高电堆端板热量，从而实现低温冷启动。
进一步地，所述的多个第二通孔均匀排列形成矩形阵列，保证电堆双极板受力的均匀性。
更进一步地，其特征在于，所述的矩形阵列为5*7的矩形阵列，进一步提高电堆双极板受力的均匀性，减小对原有电堆的影响。
进一步地，所述的多个第二通孔均匀排列形成圆形阵列，保证电堆双极板受力的均匀性。
进一步优选地，所述的第二通孔为圆形通孔或矩形通孔，保证电堆双极板受力的均匀性的同时不影响其导电性。
进一步优选地，所述的矩形阵列中，各第二通孔之间的间隔d的范围为1～10mm，所述的第二通孔的直径D的范围为1～10mm，均匀的减少集流板面积，不影响其导电性和电堆双极板受力的均匀性，同时提高集流板的总电阻使其在电堆运行过程中的放热电阻提高。
一种适用于低温冷启动的燃料电池，包括端板及绝缘板组件、双极板及膜电极组件和如权利要求-任一项所述的第一集流板，所述的端板及绝缘板组件分别安装于双极板及膜电极组件的两侧，所述的第一集流板安装于端板及绝缘板组件和双极板及膜电极组件之间。
所述的第一集流板设置两块，分别安装于两侧的端板及绝缘板组件和双极板及膜电极组件之间，提高加热效果。
该燃料电池还包括第二集流板，所述的第一集流板安装于双极板及膜电极组件的阴极和端板及绝缘板组件之间，所述的第二集流板的本体为实心面板，其安装于双极板及膜电极组件的阳极和端板及绝缘板组件之间，第二集流板为现有集流板，仅改变阴极的集流板，就可实现低温冷启动，降低对电堆的影响。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过在集流板上均匀开设通孔，均匀地减少集流板面积，能够不影响其导电性和电堆双极板受力的均匀性，同时提高集流板的总电阻使其在电堆运行过程中的放热电阻提高，增加产热，提高电堆端板热量，从而实现低温冷启动，提高燃料电池性能、延长使用寿命无需额外增加辅助加热设备，操作简便。
附图说明
图1为现有技术中集流板的结构示意图；
图2为本发明集流板结构示意图；
图3为本发明实施例1燃料电池结构示意图；
图4为本发明实施例2燃料电池结构示意图；
图5为燃料电池电堆正常工作状态下不同集流板的电阻大小对比图；
图6为燃料电池电堆正常工作状态下不同集流板的温度大小对比图；
图7为在冷启动过程中，使用不同集流板的燃料电池电堆的近端板单片电池的实时电压数据图。
其中，1、第一集流板，11、本体，12、突出部，13、第一通孔，14、第二通孔，2、端板及绝缘板组件，3、双极板及膜电极组件，4、第二集流板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种适用于低温冷启动的燃料电池，包括端板及绝缘板组件2、双极板及膜电极组件3和第一集流板1，端板及绝缘板组件2分别安装于双极板及膜电极组件3的两侧，第一集流板1安装于端板及绝缘板组件2和双极板及膜电极组件3之间。
第一集流板1包括本体11和突出部12，突出部12设置于本体11上，其上开设第一通孔13，用于连接负载，本体11安装于燃料电池电堆中，其上开设多个均匀排列形成阵列的第二通孔14。
多个第二通孔14均匀排列形成的阵列可以为矩形阵列或圆形阵列，第二通孔14可以为圆形通孔或矩形通孔，本实施例中，第二通孔14采用圆形通孔，且均匀排列形成5*7的矩形阵列，且各第二通孔14之间的间隔d的范围为1～10mm，第二通孔14的直径D的范围为1～10mm。
本实施例中，该燃料电池还包括第二集流板4，第一集流板1安装于双极板及膜电极组件3的阴极和端板及绝缘板组件2之间，第二集流板4的本体11为实心面板，其安装于双极板及膜电极组件3的阳极和端板及绝缘板组件2之间。
实施例2
本实施例中，第一集流板1设置两块，分别安装于两侧的端板及绝缘板组件2和双极板及膜电极组件3之间，其余与实施例1相同。
如图5-7所示，为了证明本发明的集流板和燃料电池具有理想的提高电堆冷启动成功率，进行了试验验证，可以看到，本发明集流板在电堆运行过程中内阻明显高于现有集流板内阻，其测试温度也高于现有集流板温度，另外实际电堆冷启动运行过程中近端板单片电池的电压明显高于现有集流板下近端板单片电池的电压，证明本发明达到了预期效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板，该集流板安装于燃料电池电堆中，并与负载连接，其特征在于，包括本体(11)和突出部(12)，所述的突出部(12)设置于本体(11)上，其上开设第一通孔(13)，用于连接负载，所述的本体(11)安装于燃料电池电堆中，其上开设多个均匀排列形成阵列的第二通孔(14)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板，其特征在于，所述的多个第二通孔(14)均匀排列形成矩形阵列。
3.根据权利要求2所述的一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板，其特征在于，所述的矩形阵列为5*7的矩形阵列。
4.根据权利要求1所述的一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板，其特征在于，所述的多个第二通孔(14)均匀排列形成圆形阵列。
5.根据权利要求2所述的一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板，其特征在于，所述的第二通孔(14)为圆形通孔。
6.根据权利要求1所述的一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板，其特征在于，所述的第二通孔(14)为矩形通孔。
7.根据权利要求5所述的一种适用于低温冷启动的燃料电池集流板，其特征在于，所述的矩形阵列中，各第二通孔(14)之间的间隔d的范围为1～10mm，所述的第二通孔(14)的直径D的范围为1～10mm。
8.一种适用于低温冷启动的燃料电池，其特征在于，包括端板及绝缘板组件(2)、双极板及膜电极组件(3)和如权利要求1-7任一项所述的第一集流板(1)，所述的端板及绝缘板组件(2)分别安装于双极板及膜电极组件(3)的两侧，所述的第一集流板(1)安装于端板及绝缘板组件(2)和双极板及膜电极组件(3)之间。
9.根据权利要求8所述的一种适用于低温冷启动的燃料电池，其特征在于，所述的第一集流板(1)设置两块，分别安装于两侧的端板及绝缘板组件(2)和双极板及膜电极组件(3)之间。
10.根据权利要求8所述的一种适用于低温冷启动的燃料电池，其特征在于，该燃料电池还包括第二集流板(4)，所述的第一集流板(1)安装于双极板及膜电极组件(3)的阴极和端板及绝缘板组件(2)之间，所述的第二集流板(4)的本体(11)为实心面板，其安装于双极板及膜电极组件(3)的阳极和端板及绝缘板组件(2)之间。
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