CN115548403A - 一种用于燃料电池电堆的进气端板结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，包括金属端板和绝缘端板，所述金属端板和绝缘端板为上下两层配合式结构，一端设有空气入口、氢气出口，另一端设有空气出口、氢气入口，上、下两端分别为冷却剂入口和冷却剂出口；金属端板包含加强筋凸台、流体进出口通孔、定位孔和紧固孔；绝缘端板包含加强筋凹槽、流体进出口凸台、空气入口通孔、氢气入口凹槽、冷却剂入口槽、空气出口通孔、氢气出口凹槽、冷却剂出口槽、定位孔和密封槽。本发明的有益效果是，本发明通过在金属端板与绝缘端板之间设置加强筋，增加了燃料电池电堆端板结构强度，减小其变形量，使得电堆内部双极板与膜电极接触压力分布均匀。

Description

一种用于燃料电池电堆的进气端板结构

技术领域

本发明涉及燃料电池电堆端板领域，特别是一种用于燃料电池电堆的进气端板结构。

背景技术

端板是燃料电池电堆的主要部件之一，端板主要起固定燃料电池电堆与流体分配的作用，绝缘板主要起燃料电池的绝缘作用；端板和绝缘板均有氢气进出口，空气进出口，冷却剂进出口，因此端板和绝缘板会根据流体分配进行开口和沟槽设计，同时，大多数电堆紧固受力点分布在端板四周，燃料电池电堆端板容易出现形变大、整体刚度低的问题。在长期使用过程中，燃料电池堆端板容易因受力不均或外力难以连续传递和分散而变形，从而导致燃料电池电堆密封性能下降。除维持密封效果外，还需维持活性区受力均匀性，电流通过接触在双极板和膜电极之间传递，接触界面处产生接触电阻。若端板出现大的局部形变，会导致双极板和膜电极间接触压力分布不均匀，接触电阻变大，从而影响燃料电池电堆的整体输出性能。此外，当气体和冷却剂进入端板内部时，需要考虑均匀分布，端板进出口的水量分布不均匀，会导致冷却效果下降，另外端板上也要相应地设置冷却剂流体分配通道，端板局部强度下降，流阻也会增大，增加电堆外所需功率。同时，如果水和气体与金属端板直接接触，电堆的绝缘电阻将不达标。因此，如何设计端板具备优异的力学性能、防腐性能、绝缘性能和低功耗与均匀分配流体性能，是本领域技术人员所需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种用于燃料电池电堆的进气端板结构。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，包括金属端板和绝缘端板，所述金属端板和绝缘端板为上下两层配合式结构，一端设有空气入口、氢气出口、另一端设有空气出口、氢气入口；

所述金属端板和绝缘端板的上、下两端分别为冷却剂入口和冷却剂出口；

所述金属端板包含加强筋凸台、流体进出口通孔、定位孔和紧固孔；

所述绝缘端板包含加强筋凹槽、流体进出口凸台、空气入口通孔、氢气入口凹槽、冷却剂入口槽、空气出口通孔、氢气出口凹槽、冷却剂出口槽、定位孔和密封槽。

所述金属端板流体进出口通孔位置设有加强筋，所述绝缘端板设有若干个流体进出口凸台，所述绝缘端板流体进出口凸台位置设有加强筋凹槽，金属端板与绝缘端板上下配合时，每个加强筋插入位置对应的加强筋凹槽中，所述加强筋凹槽深度大于或等于加强筋凸台高度，使金属端板与绝缘端板上下完全配合。

所述金属端板设有若干个流体进出口通孔，金属端板与绝缘端板上下配合时，每个流体进出口凸台插入位置对应的流体进出口通孔中，所述流体进出口凸台高度大于或等于金属端板厚度。

所述绝缘端板设有两个冷却剂入口槽和两个冷却剂出口槽，截面呈喇叭状，冷却剂入口槽和冷却剂出口槽均设有隔挡，将槽室一分为二，隔挡上方设有三角形分流结构。

所述三角形分流结构角度与冷却剂入口槽喇叭状角度相同，即三角形分流结构上方界面与冷却剂入口槽下方界面平行。

所述绝缘端板中空气入口和空气出口为通孔，氢气入口和氢气出口设有凹槽，凹槽截面呈直角梯形形状，该直角梯形的直角边与空气进出口通孔一条边平行。

所述氢气入口凹槽和氢气入口凸台的贯通连接处位于直角三角形中的锐角位置；所述氢气出口凹槽和氢气出口凸台的贯通连接处位于直角三角形中的锐角位置。

所述绝缘端板流体进出口凸台上表面设有密封槽，用于连接外置的密封管道和密封胶线，所述绝缘端板下表面设有密封槽，用于连接集流板和密封胶线。

所述金属端板和绝缘端板设有两个相同位置的定位孔，用于金属端板和绝缘端板配合时定位。

利用本发明的技术方案制作的一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，本发明通过在金属端板与绝缘端板之间设置加强筋，增加了燃料电池电堆端板结构强度，减小其变形量，使得电堆内部双极板与膜电极接触压力分布均匀。

本发明通过在流体进出口密封处设置加强筋，降低了密封区域整体变形，保证了燃料电池电堆的密封性能。

本发明冷却剂进出口槽设置了隔挡，且入口处设有三角分流结构，流体平均一分二分配，以保证冷却剂进入电堆内部均匀分配，实现更好的热管理。

本发明冷却剂入口槽设置三角分流结构，冷却剂可直接进入电堆公共通道，相较于沟槽形流道，流动阻力较小，大幅度减小了冷却剂入口压力，降低电堆外所需功率。

本发明空气进出口为通孔结构，氢气进出口为直角梯形凹槽结构，氢气入口属于放口设计，释放了流体进入燃料电池电堆的瞬间压力，降低电堆外所需功率。

本发明设有绝缘端板流体进出口凸台，反应气体与冷却剂进出燃料电池过程中只接触绝缘端板，与金属端板完全隔离，因此进气端板不会受腐蚀影响，安全性高，有效延伸了燃料电池使用寿命。

附图说明

图1是本发明所述一种用于燃料电池电堆的进气端板结构的结构示意图。

图2是本发明所述一种用于燃料电池电堆的进气端板结构上视图。

图3是本发明所述一种用于燃料电池电堆的进气端板结构下视图。

图4是本发明所述一种用于燃料电池电堆的进气端板结构的图2中A-A截面剖面图。

图5是本发明所述一种用于燃料电池电堆的进气端板结构的图2中B-B截面剖面图。

图6是本发明所述一种用于燃料电池电堆的进气端板结构的金属端板示意图。

图7是本发明所述一种用于燃料电池电堆的进气端板结构的的绝缘端板示意图。

图中：1-金属端板、2-绝缘端板、3-空气入口、4-氢气入口、5-冷却剂入口、6-空气出口、7-氢气出口、8-冷却剂出口、9-定位孔、10-空气入口通孔、11-氢气入口凹槽、12-冷却剂入口槽、13-空气出口通孔、14-氢气出口凹槽、15-冷却剂出口槽、16-密封槽、17-冷却剂分流块、18-隔挡、19-加强筋、20-流体进出口通孔、21-加强筋凹槽、22-流体进出口凸台、23-紧固孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-7所示，一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，包括金属端板1和绝缘端板2，金属端板1和绝缘端板2为上下两层配合式结构，一端设有空气入口3、氢气出口7、另一端设有空气出口6、氢气入口4；

金属端板1和绝缘端板2的上、下两端分别为冷却剂入口5和冷却剂出口8；

金属端板1包含加强筋凸台、流体进出口通孔20、定位孔9和紧固孔23；

绝缘端板2包含加强筋凹槽、流体进出口凸台22、空气入口通孔10、氢气入口凹槽11、冷却剂入口槽12、空气出口通孔13、氢气出口凹槽14、冷却剂出口槽15、定位孔9和密封槽16。

作为优选的技术方案，更进一步地，金属端板1流体进出口通孔20位置设有加强筋19，绝缘端板2设有若干个流体进出口凸台22，绝缘端板2流体进出口凸台22位置设有加强筋凹槽21，金属端板1与绝缘端板2上下配合时，每个加强筋19插入位置对应的加强筋凹槽21中，加强筋凹槽21深度大于或等于加强筋凸台高度，使金属端板1与绝缘端板2上下完全配合。

作为优选的技术方案，更进一步地，金属端板1设有若干个流体进出口通孔20，金属端板1与绝缘端板2上下配合时，每个流体进出口凸台22插入位置对应的流体进出口通孔20中，流体进出口凸台22高度大于或等于金属端板1厚度。

作为优选的技术方案，更进一步地，绝缘端板2设有两个冷却剂入口槽12和两个冷却剂出口槽15，截面呈喇叭状，冷却剂入口槽12和冷却剂出口槽15均设有隔挡18，将槽室一分为二，隔挡18上方设有三角形分流结构17。

作为优选的技术方案，更进一步地，三角形分流结构17角度与冷却剂入口槽12喇叭状角度相同，即三角形分流结构17上方界面与冷却剂入口槽12下方界面平行。

作为优选的技术方案，更进一步地，绝缘端板2中空气入口3和空气出口6为通孔，氢气入口4和氢气出口7设有凹槽，凹槽截面呈直角梯形形状，该直角梯形的直角边与空气进出口通孔一条边平行。

作为优选的技术方案，更进一步地，氢气入口凹槽11和氢气入口4凸台的贯通连接处位于直角三角形中的锐角位置；氢气出口凹槽14和氢气出口7凸台的贯通连接处位于直角三角形中的锐角位置。

作为优选的技术方案，更进一步地，绝缘端板2流体进出口凸台22上表面设有密封槽16，用于连接外置的密封管道和密封胶线，绝缘端板2下表面设有密封槽16，用于连接集流板和密封胶线。

作为优选的技术方案，更进一步地，金属端板1和绝缘端板2设有两个相同位置的定位孔9，用于金属端板1和绝缘端板2配合时定位。

本实施方案的特点为，

1、金属端板1与绝缘端板2之间设置加强筋，增加燃料电池电堆端板结构强度，减小其变形量，既使得电堆内部双极板与膜电极接触压力分布均匀，又保证了燃料电池电堆的密封性能。

2、冷却剂进出口槽设置了隔挡18，且入口处设有三角分流结构17，冷却剂进入电堆内部可实现一分二均匀分配，实现更好的热管理。同时，冷却剂直接进入电堆公共通道，流动阻力较小，降低了电堆外所需功率。

3、空气进出口为通孔结构，氢气进出口为直角梯形凹槽结构，氢气入口(4)属于放口设计，释放了流体进入燃料电池电堆的瞬间压力，降低了电堆外所需功率。

实施例1：

本发明实施例提供的进气端板设有加强筋结构，金属端板1采用AL6061材料制成，绝缘端板2采用环氧树脂材料制成，金属端板1加强筋高度为4.9mm，绝缘板加强筋凹槽深度为5mm，电堆功率为150kw，施加电堆所需的装配力后，与未设置加强筋的进气端板相比，形变量减小了45.8%。

实施例2：

本发明实施例提供的进气端板四周分布10个端板紧固孔23，端板可采取拉杆紧固方式，紧固孔23为Φ8螺纹孔，或采取螺栓紧固方式，紧固孔23为Φ11通孔，在实施例1工况下，采取这两种方案，进气端板变形量均在0.1mm范围以下，为电堆安全运行工作提供了有效保障。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，其特征在于，包括金属端板（1）和绝缘端板（2），所述金属端板（1）和绝缘端板（2）为上下两层配合式结构，一端设有空气入口（3）、氢气出口（7）、另一端设有空气出口（6）、氢气入口（4）；

所述金属端板（1）和绝缘端板（2）的上、下两端分别为冷却剂入口（5）和冷却剂出口（8）；

所述金属端板（1）包含加强筋凸台、流体进出口通孔（20）、定位孔（9）和紧固孔（23）；

所述绝缘端板（2）包含加强筋凹槽、流体进出口凸台（22）、空气入口通孔（10）、氢气入口凹槽（11）、冷却剂入口槽（12）、空气出口通孔（13）、氢气出口凹槽（14）、冷却剂出口槽（15）、定位孔（9）和密封槽（16）。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，其特征在于，所述金属端板（1）流体进出口通孔（20）位置设有加强筋（19），所述绝缘端板（2）设有若干个流体进出口凸台（22），所述绝缘端板（2）流体进出口凸台（22）位置设有加强筋凹槽（21），金属端板（1）与绝缘端板（2）上下配合时，每个加强筋（19）插入位置对应的加强筋凹槽（21）中，所述加强筋凹槽（21）深度大于或等于加强筋凸台高度，使金属端板（1）与绝缘端板（2）上下完全配合。

3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，其特征在于，所述金属端板（1）设有若干个流体进出口通孔（20），金属端板（1）与绝缘端板（2）上下配合时，每个流体进出口凸台（22）插入位置对应的流体进出口通孔（20）中，所述流体进出口凸台（22）高度大于或等于金属端板（1）厚度。

4.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，其特征在于，所述绝缘端板（2）设有两个冷却剂入口槽（12）和两个冷却剂出口槽（15），截面呈喇叭状，冷却剂入口槽（12）和冷却剂出口槽（15）均设有隔挡（18），将槽室一分为二，隔挡（18）上方设有三角形分流结构（17）。

5.根据权利要求4所述的一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，其特征在于，所述三角形分流结构（17）角度与冷却剂入口槽（12）喇叭状角度相同，即三角形分流结构（17）上方界面与冷却剂入口槽（12）下方界面平行。

6.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，其特征在于，所述绝缘端板（2）中空气入口（3）和空气出口（6）为通孔，氢气入口（4）和氢气出口（7）设有凹槽，凹槽截面呈直角梯形形状，该直角梯形的直角边与空气进出口通孔一条边平行。

7.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，其特征在于，所述氢气入口凹槽（11）和氢气入口（4）凸台的贯通连接处位于直角三角形中的锐角位置；所述氢气出口凹槽（14）和氢气出口（7）凸台的贯通连接处位于直角三角形中的锐角位置。

8.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，其特征在于，所述绝缘端板（2）流体进出口凸台（22）上表面设有密封槽（16），用于连接外置的密封管道和密封胶线，所述绝缘端板（2）下表面设有密封槽（16），用于连接集流板和密封胶线。

9.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池电堆的进气端板结构，其特征在于，所述金属端板（1）和绝缘端板（2）设有两个相同位置的定位孔（9），用于金属端板（1）和绝缘端板（2）配合时定位。

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