CN113555579A - 一种燃料电池电堆集流板 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池电堆集流板，其一端设置有氧化剂流入口、冷却液流出口以及氢气流入口，另一端设置有氧化剂流出口、冷却液流入口以及氢气流出口，燃料电池电堆集流板包括第一集流板和第二集流板，第一集流板与第二集流板间叠合形成多条冷却流道，冷却流道的两端分别与冷却液流入口和冷却液流出口相连通，第一集流板和第二集流板中的一个为导电部，另一个为绝缘部。本发明的燃料电池电堆集流板内部具备冷却流道，与燃料电池内部电堆共用同一冷却液，利于降低集流板的温升效应，第二集流板由绝缘材料制成，无需另外加设绝缘构件，有效缩减燃料电池体积，该燃料电池电堆集流板具备冷却与绝缘双功能。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆集流板。
背景技术
燃料电池作为一种新型的能源转换装置，以其能量转换率高、可靠性强、清洁、无噪声等诸多优点受到越来越广泛的关注。燃料电池主要由膜电极、双极板、集流板、端板及若干个电池单元串联而成，集流板作为电堆正、负极输出的重要部件，主要负责电堆正、负极电流的收集与导出。
目前，行业内主要采用导电材质(紫铜、不锈钢或镍等)制作集流板，呈金属片状结构，成对设置于电堆两端，夹设于双极板与外侧端板之间，由外侧端板压紧以实现电堆内部流场的密封及电流传导。由于现有的集流板结构单一，仅具备良好的导电功能，为使电堆的绝缘强度达到标准，通常都会在集流板与外侧端板间设置有高强度绝缘件，通过增加绝缘件的厚度或在集流板与外侧端板的接触处涂覆绝缘涂层来提高电堆的绝缘强度。但上述设置方式既会增加电堆的体积和成本，不利于电堆功率密度提高，又会严重影响集流板的散热问题，致使集流板温升大，降低了集流板的可靠性和耐久性，集流板温度与电堆内部温度温差较大，致使电堆整体热稳定性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆集流板，具备冷却与绝缘双功能，能够降低集流板的温升效应，有效缩减燃料电池体积，提高功率密度，降低生产制造成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃料电池电堆集流板，其一端设置有氧化剂流入口、冷却液流出口以及氢气流入口，另一端设置有氧化剂流出口、冷却液流入口以及氢气流出口，所述燃料电池电堆集流板包括叠合固定的第一集流板和第二集流板，所述第一集流板与所述第二集流板间叠合形成多条冷却流道，所述冷却流道的两端分别与所述冷却液流入口和所述冷却液流出口相连通，所述第一集流板和所述第二集流板中的一个为导电部，另一个为绝缘部。
进一步地，所述冷却流道包括第一冷却流道，所述第一集流板与所述第二集流板贴合的一侧设置有所述第一冷却流道，所述第一冷却流道的两端与所述第一集流板上的所述冷却液流入口和所述冷却液流出口连通，所述第二集流板与所述第一集流板贴合的一侧为平面。
进一步地，所述冷却流道包括第二冷却流道，所述第二冷却流道设置于与所述第一集流板贴合的所述第二集流板的一侧，所述第二冷却流道与所述第一冷却流道相对设置。
进一步地，所述第一冷却流道与所述第二冷却流道均为蛇形流道。
进一步地，所述燃料电池电堆集流板还包括有密封件，所述第一集流板靠近所述第二集流板的一侧或所述第二集流板靠近所述第一集流板的一侧开设有密封槽，所述密封槽绕所述第一集流板或所述第二集流板的周边设置，所述密封件安装于所述密封槽内，所述第一集流板与所述第二集流板通过所述密封件密封连接。
进一步地，所述第二集流板为绝缘部，且所述第二集流板远离所述第一集流板的另一侧设置有绝缘层。
进一步地，所述第一集流板为导电部，且所述第一集流板的远离所述第二集流板的另一侧设置有导电镀层。
进一步地，所述第一集流板与所述第二集流板间通过焊接、铆接或螺接固定。
进一步地，所述第一集流板上设置有第一引出部，所述第二集流板上设置有第二引出部，所述第一引出部与所述第二引出部重叠形成输出端，用于输出电流。
进一步地，所述第一引出部上开设有第一接线孔，所述第二引出部上开设有第二接线孔，所述第一集流板与所述第二集流板叠合固定时，所述第一接线孔与所述第二接线孔正对。
本发明的有益效果：本发明的燃料电池电堆集流板由第一集流板和第二集流板重合拼接而成，第一集流板与第二集流板间叠合形成多条冷却流道，当冷却液从冷却液流入口流入至电堆内部时，部分冷却液会流入第一集流板与第二集流板间的多条冷却流道，使得燃料电池电堆集流板内部具备冷却功能，且与燃料电池内部电堆共用同一冷却液，既保证了燃料电池电堆集流板的冷却效果，又缩减了燃料电池电堆集流板与内部电堆的温差，使燃料电池电堆集流板与内部电堆处于同一温区，利于降低集流板的温升效应。此外，由于本发明的第二集流板为绝缘部，第二集流板与燃料电池端板间无需另外加设绝缘构件，减少了燃料电池的配件数量，能够有效缩减燃料电池体积，提高功率密度，降低了生产制造成本。
附图说明
图1是本发明实施例中的燃料电池电堆集流板的结构示意图；
图2是本发明实施例中的第一集流板的正面结构主视图；
图3是本发明实施例中的第一集流板的背面结构主视图；
图4是图2中A处的局部放大示意图；
图5是本发明实施例中的第二集流板的正面结构主视图；
图6是本发明实施例中的第二集流板的背面结构主视图。
图中：
1、第一集流板；11、密封槽；12、第一引出部；121、第一接线孔；
2、第二集流板；21、第二引出部；211、第二接线孔；
3、冷却流道；31、第一冷却流道；32、第二冷却流道；
100、氧化剂流入口；101、氧化剂流出口；
200、氢气流入口；201、氢气流出口；
300、冷却液流入口；301、冷却液流出口；
400、输出端。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
目前，现有的集流板均为薄片状单层结构，由导电材料制成，集流板成对设置，分别设置于电堆的阴、阳极处，集流板一面与电堆双极板接触采集电流，集流板另一面与绝缘构件贴合，被外侧端板压装固定。现有集流板未考虑到集流板的散热问题，集流板温升大会影响集流板的可靠性、耐久性，以及电堆整体的热稳定性；现有集流板与外侧端板加设绝缘构件，增加了电堆的体积及成本，不利于电堆功率密度的提高，且集流板的导电性与绝缘性是两个矛盾问题，亟待解决。
对此，如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池电堆集流板，该燃料电池电堆集流板一端设置有氧化剂流入口100、氢气流入口200和冷却液流出口301，另一端设置有氧化剂流出口101、氢气流出口201和冷却液流入口300，供氧化剂、氢气及冷却液从外部流入或流出电堆内部。
本实施例相对于现有技术而言，本实施例的燃料电池电堆集流板采用双板结构，包括重叠固定的第一集流板1和第二集流板2，在本实施例中，第一集流板1为导电部，由导电材料制成，第一集流板1的背面(图3)镀金，加强导电性，其具体结构如图2-图3所示，第一集流板1的一端开设有氧化剂流入口100、氢气流入口200和冷却液流出口301，另一端开设有氧化剂流出口101、氢气流出口201和冷却液流入口300。第二集流板2的一端也相应地开设有氧化剂流入口100、氢气流入口200和冷却液流出口301，第二集流板2的另一端也相应地开设有氧化剂流出口101、氢气流出口201和冷却液流入口300，第二集流板2结构如图5和图6所示。第一集流板1与第二集流板2叠合固定时，第一集流板1与第二集流板2上的氧化剂流入口100、氧化剂流出口101、氢气流入口200、氢气流出口201、冷却液流入口300和冷却液流出口301一一正对，供外部氧化剂、氢气及冷却液流入或流出电堆内部。具体地，在本实施例中，第一集流板1的一侧开设有多条第一冷却流道31，第一冷却流道31的两端分别与第一集流板1上的冷却液流入口300和冷却液流出口301连通。第二集流板2第二集流板2作为绝缘部，由绝缘材料制成，第二集流板2的背面(图6)涂覆有高强度绝缘层，如导热硅胶，PA9T、PPS、PA66等材料，增强第二集流板2与外侧端板间的绝缘效果，也可根据电堆的绝缘性要求，调整第二集流板2的厚度以及材质，实现电堆的柔性和冗余设计。本实施例中的第二集流板2的一侧开设有多条第二冷却流道32，第二冷却流道32的两端与第二集流板2上的冷却液流入口300和冷却液流出口301连通，第一冷却流道31与第二冷却流道32呈槽型结构，槽口相对设置。第一集流板1与第二集流板2固定拼接时，多条第一冷却流道31与多条第二冷却流道32一一对应且相对设置，当冷却液通过冷却液流入口300流入电堆内部时，部分冷却液能够通过第一冷却流道31与第二冷却流道32形成的冷却通道3从冷却液流出口301流出，使得第一集流板1与第二集流板2间具备冷却功能。
在本实施例中，燃料电池电堆集流板分别设置于电堆的阴、阳极，燃料电池电堆集流板的第一集流板1与电堆双极板接触采集电流，第二集流板2与外侧端板接触，起绝缘隔绝作用，第一集流板1与第二集流板2间密封固定连接。具体地，在第一集流板1的一侧开设有密封槽11，密封槽11绕第一集流板1周边设置，密封件安装于密封槽11内，第一集流板1与第二集流板2通过密封件密封连接，防止第一集流板1与第二集流板2间的冷却液泄漏。此外，还可选择在第二集流板2靠近第一集流板1的一侧开设密封槽11，通过密封件与第一集流板1密封连接，不以本实施例为限。当冷却液通过冷却液流入口300流入电堆内部时，部分冷却液会流经第一集流板1与第二集流板2间的多条冷却流道3内，为第一集流板1与第二集流板2降温，使得燃料电池电堆集流板内部具备冷却功能且与内部电堆共用相同冷却液，缩减了燃料电池电堆集流板与内部电堆的温差。
可选地，除上述在第一集流板1上开设第一冷却流道31，在第二集流板2上开设第二冷却流道32的方式之外，还可仅在第一集流板1上开设第一冷却流道31，令第二集流板2与第一集流板1相贴合的一面为平面结构，减少了加工制作工序，也能达到相同的冷却功用。同理，也可在第二集流板2上开设第二冷却流道32，令第一集流板1与第二集流板2相贴合的一面为平面结构。
在本实施例中，第一冷却流道31与第二冷却流道32为直线形流道，除此种形式外，第一冷却流道31与第二冷却流道32还可为蛇形流道，能够延长冷却液的流通路径，增加冷却面积，进一步加强冷却效果。此外，第一冷却流道31与第二冷却流道32流道截面形状相同，可以为半圆形、方形等，或者其他能均匀分配流体的流道，本实施例不再举例，第一冷却流道31与第二冷却流道32的设置数量、流经路径随实际情况而定，不以本实施为限。
具体地，如图4所示，第一集流板1上氧化剂流入口100、氢气流入口200、氧化剂流出口101及氢气流出口201周边也分别设置有密封槽11，密封件安装于密封槽11内，密封槽11与密封件配合，保障第一集流板1与第二集流板2间氧化剂进、出口区域及氢气进、出口区域的密封性，防止氧化剂及氢气泄漏。密封槽11还可选择在第二集流板2上的氧化剂流入口100、氢气流入口200、氧化剂流出口101及氢气流出口201的周边开设，同样能够保障第一集流板1与第二集流板2间氧化剂进、出口区域及氢气进、出口区域的密封性。
可选地，除上述密封固定方式外，第一集流板1与第二集流板2间还可通过焊接、铆接或螺接固定连接，具体可采用钎焊对第一集流板1与第二集流板2间进行密封，防止冷却液泄露，此外还可为其它密封固定方式，不以本实施例为限。
可选地，第一集流板1上设置有第一引出部12，第二集流板2上设置有第二引出部21，第一引出部12与第二引出部21重叠形成输出端400，输出端400能够将第一集流板1所采集的电流引出。
可选地，第一引出部12上开设有第一接线孔121，第二引出部21上开设有第二接线孔211，第一集流板1与第二集流板2密封固定时，第一接线孔121与第二接线孔211重合，导线或其它导电元件穿过第一接线孔121与第二接线孔211，传输第一集流板1采集到的电流。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池电堆集流板，其一端设置有氧化剂流入口(100)、冷却液流出口(301)以及氢气流入口(200)，另一端设置有氧化剂流出口(101)、冷却液流入口(300)以及氢气流出口(201)，其特征在于，所述燃料电池电堆集流板包括叠合固定的第一集流板(1)和第二集流板(2)，所述第一集流板(1)与所述第二集流板(2)间叠合形成多条冷却流道(3)，所述冷却流道(3)的两端分别与所述冷却液流入口(300)和所述冷却液流出口(301)相连通，所述第一集流板(1)和所述第二集流板(2)中的一个为导电部，另一个为绝缘部。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆集流板，其特征在于，所述冷却流道(3)包括第一冷却流道(31)，所述第一集流板(1)与所述第二集流板(2)贴合的一侧设置有所述第一冷却流道(31)，所述第一冷却流道(31)的两端与所述第一集流板(1)上的所述冷却液流入口(300)和所述冷却液流出口(301)连通，所述第二集流板(2)与所述第一集流板(1)贴合的一侧为平面。
3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆集流板，其特征在于，所述冷却流道(3)包括第二冷却流道(32)，所述第二冷却流道(32)设置于与所述第一集流板(1)贴合的所述第二集流板(2)的一侧，所述第二冷却流道(32)与所述第一冷却流道(31)相对设置。
4.根据权利要求3所述的燃料电池电堆集流板，其特征在于，所述第一冷却流道(31)与所述第二冷却流道(32)均为蛇形流道。
5.根据权利要求1-4任一项所述的燃料电池电堆集流板，其特征在于，所述燃料电池电堆集流板还包括有密封件，所述第一集流板(1)靠近所述第二集流板(2)的一侧或所述第二集流板(2)靠近所述第一集流板(1)的一侧开设有密封槽(11)，所述密封槽(11)绕所述第一集流板(1)或所述第二集流板(2)的周边设置，所述密封件安装于所述密封槽(11)内，所述第一集流板(1)与所述第二集流板(2)通过所述密封件密封连接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的燃料电池电堆集流板，其特征在于，所述第二集流板(2)为绝缘部，且所述第二集流板(2)远离所述第一集流板(1)的另一侧设置有绝缘层。
7.根据权利要求1-4任一项所述的燃料电池电堆集流板，其特征在于，所述第一集流板(1)为导电部，且所述第一集流板(1)的远离所述第二集流板(2)的另一侧设置有导电镀层。
8.根据权利要求1-4任一项所述的燃料电池电堆集流板，其特征在于，所述第一集流板(1)与所述第二集流板(2)间通过焊接、铆接或螺接固定。
9.根据权利要求1-4任一项所述的燃料电池电堆集流板，其特征在于，所述第一集流板(1)上设置有第一引出部(12)，所述第二集流板(2)上设置有第二引出部(21)，所述第一引出部(12)与所述第二引出部(21)重叠形成输出端(400)，用于输出电流。
10.根据权利要求9所述的燃料电池电堆集流板，其特征在于，所述第一引出部(12)上开设有第一接线孔(121)，所述第二引出部(21)上开设有第二接线孔(211)，所述第一集流板(1)与所述第二集流板(2)叠合固定时，所述第一接线孔(121)与所述第二接线孔(211)正对。
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