CN1815792A - 一种燃料电池堆的前/后端板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料电池堆的前/后端板，该前/后端板由一矩形平板和设置在该矩形平板一侧面的加强筋组成，在矩形平板的上下两端分别设有一排安装孔，所述的加强筋设置在两排安装孔之间。本发明燃料电池堆的前/后端板，用于装配燃料电池堆，在保证其抗拉强度的同时，还具有美观、降低燃料电池堆的体积和重量以及增加燃料电池堆的功率密度的优点。

Description

一种燃料电池堆的前/后端板

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池堆的前/后端板。

背景技术

燃料电池是一种能够将燃料与氧化剂发生电化学反应时产生的化学能转变成电能的装置。该装置的核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极由一张质子交换膜和夹在膜两面的两张可导电多孔性扩散材料(如碳纸)组成，在膜电极与导电材料接触的两边界面上均匀分布有细小分散的可引发电化学反应的催化剂(如金属铂)。膜电极两边用导电物体将发生电化学反应过程中产生的电子通过外电路引出，就构成了电流回路。

在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(如碳纸)，并在催化剂表面发生电化学反应，失去电子形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端—阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体(如空气)，通过渗透穿过多孔性扩散材料(如碳纸)，并在催化剂表面发生电化学反应，得到电子形成负离子，该负离子进一步与从阳极端迁移过来的正离子结合，形成反应产物。

在以氢气为燃料、以含有氧气的空气为氧化剂(或以纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区发生失去电子的催化电化学反应，形成氢正离子(质子)，其电化学反应方程式为：

氧气在阴极区发生得到电子的催化电化学反应，形成负离子，该负离子进一步与从阳极端迁移过来的氢正离子结合，形成反应产物水。其电化学反应方程式为：

燃料电池中的质子交换膜除了用于发生电化学反应以及迁移交换反应中产生的质子外，其作用还包括将含有燃料氢气的气流与含有氧化剂(氧气)的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆炸式反应。

在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极一般放在两块导电的极板之间，两极板上均开设有导流槽，因此又称作导流极板。导流槽开设在与膜电极接触的表面上，通过压铸、冲压或机械铣刻形成，其数量在一条以上。导流极板可以由金属材料制成，也可以由石墨材料制成。导流极板上的导流槽的作用是将燃料或氧化剂分别导入膜电极两边的阳极区或阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极和两块导流极板，两块导流极板分设在膜电极两边，一个作为阳极燃料的导流极板，另一个作为阴极氧化剂的导流极板。这两块导流极板既作为电流集流板，也是膜电极两边的机械支撑。导流极板上的导流槽既是燃料或氧化剂进入阳极或阴极表面的通道，也是将电池运行过程中生成的水带走的出水通道。

为了增大质子交换膜燃料电池的功率，通常将两个或两个以上的单电池通过直叠的方式或平铺的方式连在一起组成电池组，或称作电池堆。这种电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。在电池组中，位于两质子交换膜之间的极板的两面都设有导流槽，称为双极板。双极板的其中一面作为一个膜电极的阳极导流面，另一面则作为另一个相邻膜电极的阴极导流面。一个典型的电池组通常还包括：1)燃料及氧化剂气体的进口和导流通道。其作用是将燃料(如氢气、甲醇或由甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；2)冷却流体(如水)的进、出口与导流通道。其作用是将冷却流体均匀地分布到各个电池组内的冷却通道中，吸收燃料电池内产生的反应热并将其带出电池组进行散热；3)燃料与氧化剂气体的出口与导流通道。其作用是将没有参与反应的多余燃料气体和氧化剂排出，同时将反应生成的液态或气态的水带出。上述燃料进出口、氧化剂进出口和冷却流体的进出口通常都开设在燃料电池组的一个端板上或分别开设在两个端板上。

质子交换膜燃料电池可用作车、船等运载工具的动力系统，又可制作成移动式或固定式的发电系统。

燃料电池堆的组成如图1所示，将多个单电池通过直叠的方式或平铺的方式连在一起，组成燃料电池堆本体11，通过前端板12、后端板13及拉杆14将燃料电池堆本体11紧固在一起。这种连接方式一方面可使燃料电池堆本体11里的电极与双极板充分接触，均匀受力，减少整个燃料电池堆的内电阻，另一方面还可提高燃料电池堆的抗震动性能。因此，要求前端板和后端板必须具有足够的强度，保证其在拉杆的坚固拉力下不变形。但是，如果为了提高前端板和后端板的强度而将其做得太厚，又将增加整个燃料电池堆的重量，降低其功率密度。必须设计出一种在保证强度的情况下重量尽可能轻的的燃料电池堆前/后端板。

发明内容

本发明的目的，就是为了提供一种燃料电池堆的前/后端板，可在保证强度的情况下减轻重量，增加燃料电池堆的功率密度。

本发明的目的是这样实现的：一种燃料电池堆的前/后端板，由一矩形平板和设置在该矩形平板一侧面的加强筋组成，在矩形平板的上下两端分别设有一排安装孔，所述的加强筋设置在两排安装孔之间。

所述的加强筋是由一块较厚的金属板或复合增强材料板通过机械加工方法铣去某些区域而留下的，或者直接采用模具金属压铸或注塑成型的。

所述的加强筋包括由四根长筋条组成的矩形框和连接在矩形框内的多根短筋条，矩形框的大小至少能覆盖燃料电池堆本体的端面。

所述的连接在矩形框内的多根短筋条相互垂直相交，各短筋条之间及各短筋条与矩形框各长筋条之间围合形成多个矩形。

所述的连接在矩形框内的多根短筋条相互斜交叉相交，各短筋条之间及各短筋条与矩形框各长筋条之间围合形成多个三角形。

所述的矩形框的四根长筋条与前/后端板四侧边的距离相等。

所述的矩形框的四根长筋条与前/后端板四侧边的距离不相等，其左右两侧长筋条与前/后端板的左右两侧边平齐。

所述的矩形框的左右两侧长筋条外还连接有两根短筋条，该两根短筋条分别垂直于左右两侧长筋条并设置在前/后端板的中间且分别延伸至前/后端板左右两侧的边缘。

所述的加强筋由一矩形板内开设几个圆孔形成，该加强筋的大小至少能覆盖燃料电池堆本体的端面。

所述的开设在矩形板内的圆孔包括开设在矩形板四角的四个大圆孔和开设在矩形板中间的一个小圆孔。

本发明燃料电池堆的前/后端板，用于装配燃料电池堆，在保证其抗拉强度的同时，还具有美观、降低燃料电池堆的体积和重量以及增加燃料电池堆的功率密度的优点。

附图说明

图1为现有技术燃料电池堆的结构示意图；

图2为本发明燃料电池堆的前/后端板一实施例的结构示意图；

图3为由图2所示燃料电池堆的前/后端板连接组成的燃料电池堆的结构示意图；

图4为本发明燃料电池堆的前/后端板另一实施例的结构示意图；

图5为由图4所示燃料电池堆的前/后端板连接组成的燃料电池堆的结构示意图；

图6为本发明燃料电池堆的前/后端板又一实施例的结构示意图；

图7为由图6所示燃料电池堆的前/后端板连接组成的燃料电池堆的结构示意图。

具体实施方式

请参见图2，配合参见图4、图6。本发明的10KW燃料电池堆的前/后端板，由一矩形平板2和设置在矩形平板2一侧的加强筋3组成，加强筋是由一块较厚的金属板或复合增强材料板(板材尺寸是：长×高×厚＝210×250×30mm)通过机械加工方法铣去某些区域而留下的。在矩形平板2的上下两端分别设有一排安装孔4，加强筋3设置在两排安装孔之间。由本发明燃料电池堆的前/后端板连接组成的燃料电池堆如图3、图5、图7所示。

本发明燃料电池堆的前/后端板，该前/后端板尺寸是长×高×厚＝210×250×30mm，可以设计成如图2、图4所示的结构形式，在矩形平板2上设置一个由四根长筋条31组成的矩形框和连接在矩形框内的多根短筋条32、33，多根短筋条可以如图2所示为相互垂直相交的短筋条32，各短筋条32之间及各短筋条与矩形框各长筋条31之间围合形成多个矩形。多根短筋条也可以如图4所示为相互斜交叉相交的短筋条33，各短筋条33之间及各短筋条与矩形框各长筋条31之间围合形成多个三角形。矩形框的大小至少能覆盖燃料电池堆本体的端面，其四根长筋条31与前/后端板四侧边的距离可以相等，如图2所示；也可以不相等，如图4所示；在不相等时，仍需保证矩形框的大小能覆盖燃料电池堆本体的端面，其左右两侧长筋条可以放宽至与前/后端板的左右两侧边平齐。在如图2所示四根长筋条与前/后端板四侧边的距离相等的情况下，可以在左右两侧长筋条外再连接两根短筋条34，两根短筋条34分别垂直于左右两侧长筋条31设置在前/后端板的中间并分别延伸至前/后端板左右两侧的边缘。这样可进一步增加前/后端板的抗拉强度。

本发明燃料电池堆的前/后端板，该前/后端板尺寸是长×高×厚＝210×250×30mm，还可以设计成如图6所示的结构形式，在矩形平板2上设置一个由一矩形板内开设几个圆孔形成的加强筋35，该加强筋35的大小也至少能覆盖燃料电池堆本体的端面。开设在矩形板内的圆孔应根据矩形框的大小和形状确定，在矩形框如图6所示为方形时，可以在矩形板的四角开设四个大圆孔351，另在四个大圆孔351之间再开设一个小圆孔352。以进一步减轻前/后端板的重量。由图6所示燃料电池堆的前/后端板连接组成的燃料电池堆的结构如图7所示。

Claims (10)

1、一种燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的前/后端板由一矩形平板和设置在该矩形平板一侧面的加强筋组成，在矩形平板的上下两端分别设有一排安装孔，所述的加强筋设置在两排安装孔之间。

2、如权利要求1所述的燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的加强筋是由一块较厚的金属板或复合增强材料板通过机械加工方法铣去某些区域而留下的，或者直接采用模具金属压铸或注塑成型的。

3、如权利要求1所述的燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的加强筋包括由四根长筋条组成的矩形框和连接在矩形框内的多根短筋条，矩形框的大小至少能覆盖燃料电池堆本体的端面。

4、如权利要求3所述的燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的连接在矩形框内的多根短筋条相互垂直相交，各短筋条之间及各短筋条与矩形框各长筋条之间围合形成多个矩形。

5、如权利要求3所述的燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的连接在矩形框内的多根短筋条相互斜交叉相交，各短筋条之间及各短筋条与矩形框各长筋条之间围合形成多个三角形。

6、如权利要求3或4或5所述的燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的矩形框的四根长筋条与前/后端板四侧边的距离相等。

7、如权利要求3或4或5所述的燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的矩形框的四根长筋条与前/后端板四侧边的距离不相等，其左右两侧长筋条与前/后端板的左右两侧边平齐。

8、如权利要求4所述的燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的矩形框的左右两侧长筋条外还连接有两根短筋条，该两根短筋条分别垂直于左右两侧长筋条并设置在前/后端板的中间且分别延伸至前/后端板左右两侧的边缘。

9、如权利要求1所述的燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的加强筋由一矩形板内开设几个圆孔形成，该加强筋的大小至少能覆盖燃料电池堆本体的端面。

10、如权利要求9所述的燃料电池堆的前/后端板，其特征在于：所述的开设在矩形板内的圆孔包括开设在矩形板四角的四个大圆孔和开设在矩形板中间的一个小圆孔。

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