CN113437324A - 一种燃料电池电堆用的端板 - Google Patents

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陈建山
刘志洋
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Abstract

本发明提出了一种燃料电池电堆用的端板，包括端板结构，所述端板结构包括固定板和绝缘板，所述固定板、绝缘板和极板的两端均设有液体进出口，所述分配阀上设有若干个凸台，所述凸台依次穿过固定板、绝缘板和极板上的液体进出口，所述固定板靠近绝缘板一侧的中部设有镂空区域，所述绝缘板远离固定板的一侧的中部设有安装槽，所述安装槽内设有集流板，所述安装槽的底部设有第二镂空区域，所述镂空区域和第二镂空区域内部设有若干个加强筋。端板结构采用双层结构，利用绝缘材料的绝缘板和金属制备的固定板，提高电堆的绝缘性和结构强度；提升了电堆极板的整体固定强度和绝缘性，保证电堆的抗振性、安全性等。

Description

一种燃料电池电堆用的端板
技术领域
本发明涉及燃料电池电堆部件设计技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆用的端板。
背景技术
燃料电池电堆由双极板、膜电极组件、集流板、前后端板、固定组件等部件组成，其中前后端板是整个电堆的重要组装部分，起到对于电堆的芯体固定、整堆的绝缘、流体的进出口构成、整堆的支撑结构安装和其他附件的安装结构。
目前燃料电池的前端板是电堆的结构辅助部件，没有引起充分的重视，绝大部分国内外厂商仍然在使用单纯的环氧树脂板等材料制造单层端板或铝合金的单层端板，在绝缘和结构强度等方面有明显的的不足。
目前燃料电池的前端板一般采用环氧树脂等塑料型材料单层端板、由金属材料制备的固定板+树脂型材料的薄层绝缘板或采用金属材料固定骨架+注塑成型的附着的绝缘层等结构：采用环氧树脂等塑料型材料单层端板的设计由于高绝缘性材料的抗振动差、抗冲击差、机械强度低和加工固定螺纹等结构可行性低，需要更大的材料用量和嵌套螺纹等；由金属材料制备的固定板+树脂型材料的薄层绝缘板存在运行过程中水汽外泄导致的绝缘失效、金属散热过快导致的强烈的端板效应、金属材料和塑料材料不同的膨胀系数导致的内部应力和低的高低温适应性；采用金属材料固定骨架+注塑成型的附着的绝缘层等结构存在一次性费用高、不能适应变更要求、材料存在空隙等导致绝缘失效、金属材料和塑料材料不同的膨胀系数导致的内部应力和低的高低温适应性等问题、内部金属材料的导热性好而导致端板效应较高。
燃料电池电堆的前端板在材料和结构设计上需要有足够的刚度和强度、非常高的绝缘性、较低的生产成本和制造工艺、适合大范围的温度适用范围-40℃~95℃，需要有精巧的结构设计用于分布流体进出口和集成流体分配、分离、回流等结构，具有一定的保温绝缘特性，用降低端板的温度效应。
发明内容
本发明旨在提供一种制造和生产价格低、具有高绝缘性和防绝缘失效性、低导热效果和低端板效应、能够容纳不同的膨胀系数的金属材料和塑料材料的结构的端板，提高电堆的可靠性、可安装性、抗振动性等。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请公开了一种燃料电池电堆用的端板，包括端板结构、极板、集流板和分配阀，所述端板结构包括固定板和绝缘板，所述固定板与绝缘板均为平板结构，所述固定板、绝缘板和极板的两端均设有液体进出口，所述分配阀上设有若干个凸台，所述凸台依次穿过固定板、绝缘板和极板上的液体进出口，所述固定板靠近绝缘板一侧的中部设有第一镂空区域，所述固定板上设有若干个用于安装附件、固定电堆的连接螺纹孔，所述绝缘板远离固定板的一侧的中部设有安装槽，所述安装槽内设有集流板，所述安装槽的底部设有第二镂空区域，所述第一镂空区域和第二镂空区域内部设有若干个加强筋。
作为优选，所述固定板采用金属材料制造，包括但不限于铝合金、不锈钢，所述绝缘板采用塑料材料制造，包括但不限于FR-4环氧树脂、PPS、PEI。
作为优选，所述固定板上靠近绝缘板的一侧的两端设有侧向避让槽，所述固定板上的液体进出口的一端位于侧向避让槽的内部。
作为优选，所述绝缘板的液体进出口上靠近固定板的一侧设有密封槽，所述固定板的液体进出口的尺寸略大于密封槽的尺寸。
作为优选，所述第一镂空区域和第二镂空区域的尺寸大小均大于等于集流板的尺寸大小；
作为优选，所述第一镂空区域内的加强筋与第二镂空区域内的加强筋之间采用交错布置。
作为优选，所述绝缘板的两端边缘处设有若干个椭圆形通孔，所述椭圆形通孔的轴向与绝缘板的长度方向一致，所述固定板的两端边缘处设有若干个固定螺纹孔，所述椭圆形通孔和固定螺纹孔之间一一对应，所述绝缘板和固定板之间采用螺纹连接。
作为优选，所述固定板上远离绝缘板的一侧的两端设有侧向避让槽，所述固定板上的液体进出口的一端位于侧向避让槽的内部，所述绝缘板的液体进出口采用凸台结构，所述凸台结构穿过所述固定板的液体进出口。
作为优选，所述绝缘板的厚度大于等于10mm，所述固定板的厚度包括但不限于10mm、15mm和20mm。
本发明的有益效果：
1、端板结构采用双层结构，利用绝缘材料的绝缘板和金属制备的固定板，提高电堆的绝缘性和结构强度；提升了电堆极板的整体固定强度和绝缘性，保证电堆的抗振性、安全性等；
2、端板的固定板开有侧向的避让槽，可以有效排出流体进出口泄露出来的液态水等，防止液态水堆积导致的端板绝缘失效，采用集流板内埋与绝缘板内较小爬电失效的风险；
3、绝缘板的镂空区域尺寸大小采用大于等于集流板的尺寸大小，并采用加强筋结构，减小接触面积，防止绝缘材料的缺陷导致失效的风险，减小散热，减轻失效风险；
4、固定板的第一镂空区域尺寸大小采用大于等于集流板的尺寸大小，并采用加强筋结构，减小接触面积，防止绝缘材料的缺陷导致失效的风险，减小散热，减小失效风险，并且减轻整体的重量；
5、第一镂空区域内的加强筋与第二镂空区域内的加强筋之间采用交错布置，提高端板强度，进一步减小绝缘失效的风险，进一步减小端板散热，减小端板效应；
6、绝缘板设计椭圆形通孔用于固定不同材料的固定板和绝缘板，并且椭圆孔的轴向与端板长度方向一致，提升电堆温度变化时固定板和绝缘板的相对移动能力，减轻热应力，提高高低温适应性；
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明一种燃料电池电堆用的端板的整体结构爆炸图；
图2是本发明实施例一一种燃料电池电堆用的端板的立体结构示意图；
图3是本发明实施例二一种燃料电池电堆用的端板的立体结构示意图；
图4是本发明的固定板的立体结构示意图；
图5是本发明的固定板的正面结构示意图；
图6是本发明的绝缘板的立体结构示意图；
图7是本发明的绝缘板的正面结构示意图；
图8是采用现有技术中的端板结构的电堆启动测试图；
图9是采用本发明的电堆启动测试图；
图中：1-固定板、11-第一镂空区域、12-连接螺纹孔、13-侧向避让槽、14-固定螺纹孔、2-绝缘板、21-安装槽、22-第二镂空区域、23-椭圆形通孔、3-分配阀、4-集流板、5-极板、6-液体进出口、61-密封槽、7-加强筋、8-凸台结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例一：
参阅图1-2、图4-7，本发明实施例提供一种燃料电池电堆用的端板，包括端板结构、极板5、集流板4和分配阀3，所述端板结构包括固定板1和绝缘板2，所述固定板1与绝缘板2均为平板结构，所述固定板1、绝缘板2和极板5的两端均设有若干个液体进出口6，所述分配阀3上设有若干个凸台，所述凸台依次穿过固定板1、绝缘板2和极板5上的液体进出口6，所述固定板1靠近绝缘板2一侧的中部设有第一镂空区域11，所述固定板1上设有若干个用于安装附件、固定电堆的连接螺纹孔12，所述绝缘板2远离固定板1的一侧的中部设有安装槽21，所述安装槽21内设有集流板4，所述安装槽21的底部设有第二镂空区域22，所述第一镂空区域11和第二镂空区域22内部设有若干个加强筋7。所述固定板1采用金属材料制造，包括但不限于铝合金、不锈钢，所述绝缘板2采用塑料材料制造，包括但不限于FR-4环氧树脂、PPS、PEI。所述固定板1上靠近绝缘板2的一侧的两端设有侧向避让槽13，所述固定板1上的液体进出口6的一端位于侧向避让槽13的内部。所述绝缘板2的液体进出口6上靠近固定板1的一侧设有密封槽61，所述固定板1的液体进出口6的尺寸略大于密封槽61的尺寸。所述第一镂空区域11和第二镂空区域22的尺寸大小均大于等于集流板4的尺寸大小；所述第一镂空区域11内的加强筋7与第二镂空区域22内的加强筋7之间采用交错布置。所述绝缘板2的两端边缘处设有若干个椭圆形通孔23，所述椭圆形通孔23的轴向与绝缘板2的长度方向一致，所述固定板1的两端边缘处设有若干个固定螺纹孔14，所述椭圆形通孔23和固定螺纹孔14之间一一对应，所述绝缘板2和固定板1之间采用螺纹连接。所述绝缘板2的厚度大于等于10mm，所述固定板1的厚度包括但不限于10mm、15mm和20mm。
实施例二：
参阅图3，本实施例与实施例一的区别在于：所述固定板1上远离绝缘板2的一侧的两端设有侧向避让槽13，所述固定板1上的液体进出口6的一端位于侧向避让槽13的内部，所述绝缘板2的液体进出口6采用凸台结构8，所述凸台结构8穿过所述固定板1的液体进出口6。本实施例绝缘板2采用凸台结构8用于延伸流体的进出口长度，延伸至与固定板1前端面齐平或高于固定板1前端面，将固定板1的侧向避让槽13移动至固定板1的前端面或在分配阀3的底部增加液态水避让槽，用于排放的液态水。
测试性能数据：
参阅图8，采用现有技术中的端板结构的电堆启动测试图中，存在首片单体电压低的情况，参阅图9，采用本发明的电堆启动测试图中，首片单体电压保持正常，有效改善端板效应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池电堆用的端板，其特征在于：包括端板结构、极板（5）、集流板（4）和分配阀（3），所述端板结构包括固定板（1）和绝缘板（2），所述固定板（1）与绝缘板（2）均为平板结构，所述固定板（1）、绝缘板（2）和极板（5）的两端均设有若干个液体进出口（6），所述分配阀（3）上设有若干个凸台，所述凸台依次穿过固定板（1）、绝缘板（2）和极板（5）上的液体进出口（6），所述固定板（1）靠近绝缘板（2）一侧的中部设有第一镂空区域（11），所述固定板（1）上设有若干个用于安装附件、固定电堆的连接螺纹孔（12），所述绝缘板（2）远离固定板（1）的一侧的中部设有安装槽（21），所述安装槽（21）内设有集流板（4），所述安装槽（21）的底部设有第二镂空区域（22），所述第一镂空区域（11）和第二镂空区域（22）内部设有若干个加强筋（7）。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的端板，其特征在于：所述固定板（1）采用金属材料制造，包括但不限于铝合金、不锈钢，所述绝缘板（2）采用塑料材料制造，包括但不限于FR-4环氧树脂、PPS、PEI。
3.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的端板，其特征在于：所述固定板（1）上靠近绝缘板（2）的一侧的两端设有侧向避让槽（13），所述固定板（1）上的液体进出口（6）的一端位于侧向避让槽（13）的内部。
4.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的端板，其特征在于：所述绝缘板（2）的液体进出口（6）上靠近固定板（1）的一侧设有密封槽（61），所述固定板（1）的液体进出口（6）的尺寸略大于密封槽（61）的尺寸。
5.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的端板，其特征在于：所述第一镂空区域（11）和第二镂空区域（22）的尺寸大小均大于等于集流板（4）的尺寸大小。
6.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的端板，其特征在于：所述第一镂空区域（11）内的加强筋（7）与第二镂空区域（22）内的加强筋（7）之间采用交错布置。
7.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的端板，其特征在于：所述绝缘板（2）的两端边缘处设有若干个椭圆形通孔（23），所述椭圆形通孔（23）的轴向与绝缘板（2）的长度方向一致，所述固定板（1）的两端边缘处设有若干个固定螺纹孔（14），所述椭圆形通孔（23）和固定螺纹孔（14）之间一一对应，所述绝缘板（2）和固定板（1）之间采用螺纹连接。
8.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的端板，其特征在于：所述固定板（1）上远离绝缘板（2）的一侧的两端设有侧向避让槽（13），所述固定板（1）上的液体进出口（6）的一端位于侧向避让槽（13）的内部，所述绝缘板（2）的液体进出口（6）采用凸台结构（8），所述凸台结构（8）穿过所述固定板（1）的液体进出口（6）。
9.如权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的端板，其特征在于：所述绝缘板（2）的厚度大于等于10mm，所述固定板（1）的厚度包括但不限于10mm、15mm和20mm。
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