CN114464830B - 一种燃料电池端板以及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种燃料电池端板，端板作用于燃料电池堆的压紧面，端板包括：第一端板件，第一端板件作用于压紧面的第一区域，第一区域对应于燃料电池堆的密封区域；以及第二端板件，第二端板件作用于压紧面的第二区域，第二区域对应于燃料电池堆的反应区域，第一端板件、第二端板件沿与压紧面相交的直线方向滑动接触，以通过第一端板件与第二端板件分别对第一区域、第二区域施加不同的作用力。本申请通过将端板进行分体式设计，每块端板件分别作用于压紧面的不同区域，在保证密封性以及为电堆提供适当压力的同时，降低了每块端板件的受压力以及剪切力，减少了端板本身的变形与载荷。

Description

一种燃料电池端板以及燃料电池

技术领域

本申请涉及新能源技术领域，具体涉及一种燃料电池端板以及燃料电池。

背景技术

燃料电池端板是燃料电池的一种重要结构，其作用为对整体电堆进行封装，满足极板间密封压力，同时为极板整体电堆提供适当的压力，以减少接触电阻。

但是，目前现有的燃料电池端板材料一般采用铝合金、不锈钢或工程塑料，紧固方式为螺栓紧固，抗拉杆紧固和绑带紧固等紧固件进行锁紧，而在装配过程和电堆的工作过程当中，由于紧固件锁紧端板的边缘，导致端板受力不均匀，同时发生不同程度的变形，最终使得整体电堆受到的压力不均匀，导致电流分布不均匀、局部水淹或者局部缺氢，最终导致燃料电池性能大幅降低。

因此，如何解决现有燃料电池端板变形进而导致密封压力不均匀的现象称为本领域技术人员努力的方向。

发明内容

本申请提供一种燃料电池端板以及燃料电池，旨在解决现有燃料电池端板变形进而导致密封压力不均匀的现象，本申请通过将端板进行分体式设计，每块端板件分别作用于压紧面的不同区域，在保证密封性以及为电堆提供适当压力的同时，降低了每块端板件的受压力以及剪切力，减少了端板本身的变形与载荷。

第一方面，本申请提供一种燃料电池端板，端板作用于燃料电池堆的压紧面，端板包括：

第一端板件，第一端板件作用于压紧面的第一区域，第一区域对应于燃料电池堆的密封区域；以及

第二端板件，第二端板件作用于压紧面的第二区域，第二区域对应于燃料电池堆的反应区域，第一端板件、第二端板件沿与压紧面相交的直线方向滑动接触，以通过第一端板件与第二端板件分别对第一区域、第二区域施加不同的作用力。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第一种可能的实施方式中，第一区域为压紧面的环形边缘区域；第二区域为压紧面的中心区域。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第二种可能的实施方式中，第一端板件包括作用于第一区域的第一板体，第一板体上设有沿与压紧面相交的直线方向贯穿的第一通槽；

第二端板件包括作用于第二区域的第二板体，第二板体上设有与第一通槽配合的第一导向柱，第一端板件与第二端板件通过第一通槽与第一导向柱的配合实现滑动接触。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第三种可能的实施方式中，第一通槽包括第一子通槽以及第二子通槽；

第一导向柱包括第一子导向柱、第二子导向柱，第一子导向柱与第一子通槽配合，第二子导向柱与第二子通槽配合。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第四种可能的实施方式中，第一导向柱表面设有第一限位槽。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第五种可能的实施方式中，第一板体侧面设有与第一通槽相对的第一凸台。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第六种可能的实施方式中，第一凸台上设有第二限位槽。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第七种可能的实施方式中，第一板体面向第二板体的一面设有第一凹槽，第一通槽贯穿第一凹槽内底面，第二板体嵌入第一凹槽内。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第八种可能的实施方式中，第二板体上还固定有导电板，第二端板件通过导电板作用于第二区域。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第九种可能的实施方式中，导电板包括电性连接导电体以及引线板，导电体固定于第二板体作用于第二区域的表面上，引线板固定于第一导向柱的侧面，并通过第一通槽伸出第一板体外部。

第二方面，本申请提供一种燃料电池，包括第一方面所述的燃料电池端板。

本申请通过将端板进行分体式设计，每块端板件分别作用于压紧面的不同区域，在保证密封性以及为电堆提供适当压力的同时，降低了每块端板件的受压力以及剪切力，减少了端板本身的变形与载荷，有利于降低材料成本，减少端板厚度，从而提高功率密度。同时，由于本申请通过端板分别对反应区域以及密封区域施加压力，降低端板所需的受压力，因此也降低了紧固件(例如绑带)的强度要求，并提高了紧固件的使用寿命；

此外，由于本申请分体式的端板设计，端板件分别作用于密封区域及反应区域，相对于传统的一体式端板，能够避免端板应力集中，保证反应区域的压力均匀性。同时，在电堆工作状态下，反应区质子交换膜发生膨胀时，由反应区的端板件对其进行调节，不会影响到密封区域，相对于一体化的端板反应区膨胀所产生的力会传递到到整体端板产生泄露的现象，减少了电堆的泄露风险；

另外，由于本申请将导电板固定在第二端板件上，由第二端板件的压力使得导电板与电堆主体的反应区域紧密接触，避免由于接触不良导致的电池接触电阻过大，进而可以顺利将反应电流导出至外部电路，从而提高电池内部的反应动力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的燃料电池端板的一种结构示意图；

图2是图1中燃料电池端板的俯视图；

图3是图2中燃料电池端板的A-A剖视示意图；

图4是本申请实施例提供的燃料电池端板的另一种结构示意图；

图5是图4中燃料电池端板的B-B剖视示意图；

图6是本申请实施例提供的燃料电池端板的另一种结构示意图；

图7是图6中燃料电池端板的C-C剖视示意图；

图8是本申请实施例提供的第一端板件的一个结构示意图；

图9是图8中第一端板件的底部示意图；

图10是本申请实施例提供的第二端板件的一个结构示意图；

图11是图10中第二端板件的底部示意图；

图12是本申请实施例提供的燃料电池的一个结构示意图。

1压紧面，11第一区域，12第二区域，2端板，21第一端板件，211第一板体，212第一通槽，2121第一子通槽，2122第二子通槽，213第一凸台，214第一限位槽，22第二端板件，221第二板体，222第一导向柱，2221第一子导向柱，2222第二子导向柱，223第二限位槽，3导电板，31导电体，32引线板，41第一固定件，42第二固定件，5放电主体。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本申请实施例提供一种燃料电池端板以及燃料电池，以下分别进行详细说明。

首先，参阅图1，图1示出了本申请实施例中燃料电池端板的一种结构示意图。该燃料电池端板可以包括：

第一端板件21，第一端板件21作用于压紧面1的第一区域11；

压紧面1是指电堆被压紧的表面，例如，电堆上下两端的表面。第一区域11是指燃料电池堆的密封区域，以便于第一端板件21作用于密封区域实现对燃料电池端板的进气歧管对接位置处的密封功能。在本申请的一些实施例中，由于进气歧管一般分别对准电堆的表面的左右两侧，因此第一区域11可以是压紧面1的左右两侧的区域。在本申请另外的一些实施例中，为了便于对密封区域的一体化密封，第一区域11可以是压紧面1的环形边缘区域，即第一区域包括压紧面1的左右两侧的区域以及上下两侧的区域，以便于第一端板件21一体化的对燃料电池堆的密封区域进行密封。

第一端板件21为燃料电池端板的组成部分，第一端板件21作用于压紧面1的一面与第一区域11吻合。在本申请的一些实施例中，例如对于第一区域11为压紧面1的环形边缘区域的实施例中，第一端板件21与压紧面1的环形边缘区域接触，实现对燃料电池堆的环形密封。

第二端板件22，第二端板件22作用于压紧面1的第二区域12，第二区域12为燃料电池堆的反应区域，第一端板件21、第二端板件22沿与压紧面1相交的直线方向滑动接触，以通过第一端板件21与第二端板件22对第一区域11、第二区域12施加不同的作用力。

第二区域12是指燃料电池堆的反应区域，具体的，对于常规堆叠成型的燃料电池堆，反应区域是指双极板间膜电极的质子交换膜的区域，更进一步的，反应区域亦可指质子交换膜涂有催化剂的区域，一般的，质子交换膜位于燃料电池堆每层双极板间的中心区域，因此，第二区域12可以是指压紧面1的中心区域，以便于第二端板件22对反应区域施加作用力保证燃料电池堆的反应压力分布均匀。

第二端板件22为燃料电池端板的组成部分，第二端板件22作用于压紧面1的一面与第二区域12所吻合。在本申请的一些实施例中，例如对于第二区域12为压紧面1的中心区域的实施例，第二端板件22可以与压紧面1的中心区域接触，以实现对燃料电池堆的反应区施加均匀压力的目的。

为了保证能够通过第一端板件21与第二端板件22对第一区域11、第二区域12施加不同的作用力，第一端板件21、第二端板件22沿与压紧面1相交的直线方向滑动接触，例如，参见图2及图3，图2示出了本申请实施例中燃料电池端板的一种结构示意图，图3示出了图2中燃料电池端板的A-A剖视示意图，第一端板件21与第二端板件22通过通槽与滑动柱的配合，实现沿与压紧面1相交的直线方向滑动接触；又例如，参见图4及图5，图5示出了本申请实施例中燃料电池端板的一种结构示意图，图5示出了图4中燃料电池端板的B-B剖视示意图，第一端板件21开设有通槽，第二端板件22整体嵌入第一端板件21的通槽内，以实现第一端板件21作用于压紧面1的环形边缘区域，第二端板件22作用于压紧面1的中心区域。

在本申请燃料电池端板结构作用于燃料电池时，由于第一端板件21与第二端板件22分别压装密封区域与反应区域，在保证燃料电池的密封性的同时，保证反应区域具有足够的压力以及压力分布的均匀性，与传统一体化端板相比，一体化端板通过抑制端板本身的变形来间接保持整堆的压力分布，本申请具有避免端板变形、保证反应区压力分布均匀以及避免密封区压力过大压毁密封圈而导致泄漏的特点。

值得注意的是，上述关于燃料电池端板的描述仅为示例性的，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述结构做出等同的修改设计，例如，参见图6及图7，图6示出了本申请实施例中燃料电池端板的一种结构示意图，图7示出了图6中燃料电池端板的B-B剖视示意图，第二端板件22还可以为多个，进而分别作用于不同区域，进一步实现燃料电池堆压力分布的可调节性。又例如，当燃料电池反应堆密封区域与反应区域左右分布时，第一端板件21与第二端板件22还可以左右配合式的分体式端板结构。再例如，当端板通过拉杆、螺栓连接锁紧时，第一端板件21、第二端板件22还可以包括拉杆孔、螺栓孔等。

继续参阅图8，图8为本申请实施例中第一端板件21的一个结构示意图。具体的，第一端板件21可以包括：

作用于第一区域11的第一板体211，第一板体211上设有沿与压紧面1相交的直线方向贯穿的第一通槽212。

为了便于第一端板件21作用于第一区域11，第一端板件21可以由第一板体211构成，示例性的，参见图9，图9为图8中第一端板件21的一个仰视图，第一板体211面向第一区域11的一面设有第一凹槽，进而第一板体211形成了环形的接触面与第一区域11配对，同时也便于第二端板件22的第二板体221嵌入第一凹槽内并形成密封，以防止外部灰尘、杂物等通过第一通槽212进入燃料电池内部。

为了便于与第二端板件22进行滑动接触，第一板体211上可以设有沿与压紧面1相交的直线方向(例如垂直压紧面1的方向)贯穿的第一通槽212，第二端板件22的第一导向柱222通过第一通槽212的配合实现滑动接触，保证第一端板件21与第二端板件22可相对运动，进而对不同区域施加不同的压力。在一些实施例中，第一通槽212还可以设置多个，例如第一子通槽2121可以包括第一子通槽2121以及第二子通槽2122，进而第一子导向柱2221与第一子通槽2121配合，第二子导向柱2222与第二子通槽2122配合，通过过个导向柱对第二端板件22的第二板体221传递承载力，保证第二板体221压力施加的均匀性。

当端板连接锁紧为绑带的方式锁紧时，为了改善绑带对于第一端板件21的作用力，在一些实施例中，第一板体211的侧面还可以设有与第一通槽212相对的第一凸台213，当绑带绕过第一凸台213、第一通槽212内的第一导向柱222时，绑带对于第一端板件21仅为水平方向的作用力，对第二端板件22仅为竖直方向的作用力，因此可以避免第一端板件21的弯曲变形，并避免第二端板件22对应绑带的作用力对第一端板件21产生竖直方向的作用力，从而实现第一端板件21、第一端板件22各自绑带在竖直方向上的作用力互不干涉的目的。示例的，为了便于对绑带进行限位，第一凸台213上还可以设置第二限位槽223，以避免绑带移动。

值得注意的是，上述关于第一端板件21的描述仅为示例性的，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述结构做出等同的修改设计，例如，可以将第一板体211上第一通槽212区域板体加厚，以增强第一端板件21的结构强度；又例如，可以将第一板体211背离压紧面1的一面进行倒角，以避免尖锐的边缘损坏绑带。

继续参阅图10，图10为本申请实施例中第二端板件22的一个结构示意图。具体的，第二端板件22可以包括：

作用于第二区域12的第二板体221，第二板体221上设有与第一通槽212配合的第一导向柱222，第一端板件21与第二端板件22通过第一通槽212与第一导向柱222的配合进行滑动接触。

为了便于第二端板件22作用于第二区域12，第二端板件22可以由第二板体221构成，示例性的，第二板体221可以是第二区域12的形状相同，还可以与第一端板件21的配合结构相同，例如，第二板体221的形状可以与第一凹槽相同，以便于第二板体221与第一凹槽配合形成密封。

同样的，与第一端板件21对应，为了便于与第一端板件21进行滑动接触，第二板体221上设有与第一通槽212配合的第一导向柱222，第一端板件21与第二端板件22通过第一通槽212与第一导向柱222的配合进行滑动接触，保证第一端板件21与第二端板件22可相对运动，进而对不同区域施加不同的压力。在一些实施例中，第一导向柱222还可以设置多个，例如第一导向柱222可以包括第一子导向柱2221、第二子导向柱2222，进而第一子导向柱2221与第一子通槽2121配合，第二子导向柱2222与第二子通槽2122配合，通过过个导向柱对第二端板件22的第二板体221传递承载力，保证第二板体221压力施加的均匀性。

当端板连接锁紧为绑带的方式锁紧时，在一些实施例中，为了便于对绑带进行限位，第一导向柱222还可以设置第一限位槽214，以避免绑带移动，保证绑带直接作用于第一导向柱222。

进一步的，为了便于燃料电池的电源接线，在一些实施例中，第二板体221上还可以固定有导电板3，第二端板件22通过导电板3作用于第二区域12，保证导线板与电堆的电性接触进而实现放电功能。示例性的，参见图11，图11为本申请图10中的第二端板件22一个仰视图，导电板3可以包括电性连接导电体31以及引线板32，导电体31固定于第二板体221作用于第二区域12的表面上，引线板32固定于第一导向柱222的侧面，并伸出通过第一通槽212伸出第一板体211外部，通过第一通槽212将导电结构伸出，保证导电板3的导电体31以及引线板32的稳定性。

值得注意的是，上述关于第二端板件22的描述仅为示例性的，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述结构做出等同的修改设计，例如，可以将第一导向柱222加厚，以增强第一导向柱222的结构强度，能够承载更大的压力；又例如，可以将第一导向柱222进行倒角，以避免尖锐的边缘损坏绑带。

为了更好实施本申请实施例中燃料电池端板，在燃料电池端板基础之上，本申请实施例中还提供一种燃料电池，如图12所示，燃料电池包括放电主体5、燃料电池端板、作用于燃料电池端板的固定件。其中：

放电主体5是燃料电池发生电化学反应放电的主要场所。示例性的，放电主体5可以是质子交换膜燃料电池的电堆。具体的，对于质子交换膜燃料电池而言，质子交换膜燃料电池的电堆主体主要由多层叠加的膜电极、密封圈、电极板组成，其中膜电极具有质子交换膜，质子交换膜传导氢离子，使得质子交换膜两侧失去电子或得到电子发生电化学反应进行放电，同时质子交换膜又作为隔膜隔离两极反应气体，保证质子交换膜燃料电池放电应用的良好进行。

燃料电池端板是密封放电主体5并对放电主体5施加压力降低电阻的密封件，具体的，燃料电池端板包括第一端板件21以及第二端板件22，第一端板件21作用于压紧面1的第一区域11，第一区域11对应于燃料电池堆的密封区域；第二端板件22作用于压紧面1的第二区域12，第二区域12对应于燃料电池堆的反应区域，第一端板件21、第二端板件22沿与压紧面1相交的直线方向滑动接触。

对燃料电池端板施加作用力的固定件。具体的，固定件包括第一固定件41以及第二固定件42，第一固定件41对第一端板件21施加作用力，以保证对第一区域11具有密封的压力，第二固定件42对第二端板件22施加作用力，以保证对第二区域12具有均匀的压力，从而实现对不同区域具有不同压力的目的。示例性的，固定可以是绑带、螺栓、拉杆等锁紧件。

值得注意的是，上述关于燃料电池的描述仅为示例性的，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述结构做出等同的修改设计，例如，燃料电池还可以包括外壳，又例如，端板可以仅处于燃料电池堆的上端或者下端。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

以上对本申请实施例所提供的一种燃料电池端板以及燃料电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种燃料电池端板，所述端板作用于燃料电池堆的压紧面，其特征在于，所述端板包括：

第一端板件，所述第一端板件作用于所述压紧面的第一区域，所述第一区域对应于燃料电池堆的密封区域；以及

第二端板件，所述第二端板件作用于所述压紧面的第二区域，所述第二区域对应于燃料电池堆的反应区域，所述第一端板件、所述第二端板件沿与所述压紧面相交的直线方向滑动接触，以通过所述第一端板件与所述第二端板件分别对所述第一区域、所述第二区域施加不同的作用力；

所述第一端板件包括作用于所述第一区域的第一板体，所述第一板体上设有沿与所述压紧面相交的直线方向贯穿的第一通槽；

所述第二端板件包括作用于所述第二区域的第二板体，所述第二板体上设有与所述第一通槽配合的第一导向柱，所述第一端板件与所述第二端板件通过所述第一通槽与所述第一导向柱的配合实现滑动接触；

所述第一板体侧面设有与所述第一通槽相对的第一凸台，绑带绕过所述第一凸台、所述第一通槽内的所述第一导向柱以连接锁紧所述端板。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池端板，其特征在于，

所述第一区域为所述压紧面的环形边缘区域；

所述第二区域为所述压紧面的中心区域。

3.如权利要求1所述的一种燃料电池端板，其特征在于，

所述第一通槽包括第一子通槽以及第二子通槽；

所述第一导向柱包括第一子导向柱、第二子导向柱，所述第一子导向柱与所述第一子通槽配合，所述第二子导向柱与所述第二子通槽配合。

4.如权利要求1所述的一种燃料电池端板，其特征在于，

所述第一导向柱表面设有第一限位槽。

5.如权利要求1所述的一种燃料电池端板，其特征在于，

所述第一凸台上设有第二限位槽。

6.如权利要求1所述的一种燃料电池端板，其特征在于，

所述第一板体面向所述第二板体的一面设有第一凹槽，所述第一通槽贯穿所述第一凹槽内底面，所述第二板体嵌入所述第一凹槽内。

7.如权利要求1所述的一种燃料电池端板，其特征在于，所述第二板体上还固定有导电板，所述第二端板件通过所述导电板作用于所述第二区域。

8.如权利要求7所述的一种燃料电池端板，其特征在于，所述导电板包括电性连接导电体以及引线板，所述导电体固定于所述第二板体作用于所述第二区域的表面上，所述引线板固定于所述第一导向柱的侧面，并通过所述第一通槽伸出所述第一板体外部。

9.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的燃料电池端板。