CN211700448U - 一种高可靠性车用燃料电池的双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高可靠性车用燃料电池的双极板，包括进气端板、进气绝缘板、进气端集流板、极板组件、盲端集流板、盲端绝缘板和盲端端板，所述进气端板、进气绝缘板、进气端集流板、极板组件、盲端集流板、盲端绝缘板和盲端端板从左到右依次贴合连接，进气端板和盲端端板的上端和下端均匀设有通孔，该高可靠性车用燃料电池的双极板，既有效利用重力进行流道内的排水，又优化了电堆水管理，结构相对紧凑，密封区域相对减小，同时结合分配区将中间活性区域与外界环境进行隔绝，有效避免了密封失效风险和环境突变对电堆性能的影响，冷却剂流场主要覆盖活性区域，并流通路径相对较短，降低了冷却剂流阻，有效改善电堆热管理。

Description

一种高可靠性车用燃料电池的双极板

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体为一种高可靠性车用燃料电池的双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种电化学发电装置，直接将化学能转化成电能，能量转化效率高；其反应产物是水，环境友好；低温（温度低于100℃）快速启动响应快；正是由于这些优势，质子交换膜燃料电池作为动力装置越来越多的应用于交通领域，双极板作为燃料电池电堆核心零部件之一，主要提供支撑膜电极、分配流体、传导电流和传导热量等功能，现有的双极板三腔口分布的设计中普遍存在四周分布及两端分布的方式，但通常的两端分布结构是三腔口与分配区相邻，而活性区域部分则直接与外界环境接触，而三腔口分布于四周又带来了密封区域过大，密封失效风险大，极板有效面积利用率低的问题；如专利CN110212213A提供了一种金属双极板结构，实现了阳极气体和阴极气体的对向流动，但其三腔口处于四周分布，密封区域相对较大，密封失效的风险较大；又如专利CN102306805A提供了一种改善流体分配的金属双极板结构，该极板分配流道改善了反应气体和冷却剂的分配情况，提高电堆性能优化了水管理，但分配区与三腔口均分布于相同的两端，其活性区域两侧与外界环境直接接触的区域面积更大，更易受外界环境的影响。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高可靠性车用燃料电池的双极板，既有效利用重力进行流道内的排水，又优化了电堆水管理，结构相对紧凑，密封区域相对减小，同时结合分配区将中间活性区域与外界环境进行隔绝，有效避免了密封失效风险和环境突变对电堆性能的影响，冷却剂流场主要覆盖活性区域，并流通路径相对较短，降低了冷却剂流阻，有效改善电堆热管理，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高可靠性车用燃料电池的双极板，包括进气端板、进气绝缘板、进气端集流板、极板组件、盲端集流板、盲端绝缘板和盲端端板，所述进气端板、进气绝缘板、进气端集流板、极板组件、盲端集流板、盲端绝缘板和盲端端板从左到右依次贴合连接，所述进气端板和盲端端板的上端和下端均匀设有通孔，进气端板上的通孔与盲端端板上的通孔一一对应，相对的通孔内部之间设有螺杆，螺杆的两端通过螺纹连接有螺母。

进一步的，所述极板组件包括阳极板和阴极板，阳极板位于靠近进气端板一侧，且阳极板和阴极板之间设有膜电极，通过膜电极可以实现离子的交换，由阳极板和阴极板通过冲压的方式均加工有气场流道和冷却剂流道。

进一步的，所述阳极板和阴极板相对的一侧加工有气场流道，且气场流道的脊背面为冷却剂流道，通过阳极板和阴极板上的气场流道可以分别供氢气和空气通过，通过冷却剂流道可以有效降低冷却剂流阻，有助于流体均匀分布，提高电堆热管理。

进一步的，所述气场流道为波纹状结构，气场流道的一端上侧设有进口，气场流道的另一端下侧为出口，阳极板和阴极板的气场流道进口一个位于左端且另一个位于右端，两个气场流道形成网状结构，气场流道采用上进下出的方式，在流体进出分配区域有效的利用重力提高流道排水能力，氢气和空气在气场流道内的流向整体呈逆向流动，氢气/空气进口分别对应空气/氢气出口，分别利用各气体出口的水分保证质子交换膜的湿润，有效改善电堆水管理效果。

进一步的，所述冷却剂流道的下端为进口，且冷却剂流道的上端为出口，进气端板和进气绝缘板的上端和下端设有与冷却剂流道的进口和出口对应的通槽，通过两个气场流道形成交错重叠分布，以此使冷却剂流道也形成网状结构，保证了冷却剂在反应区域的均匀分配，有效改善了电堆散热不均的问题，通过冷却剂流道采用下进和上出的方式可以减小流道的路径，以此可以降低冷却剂的流阻，提供电堆散热能力。

进一步的，所述进气绝缘板的一侧设有与进气端集流板对应的凹槽，进气端集流板位于凹槽的内部，进气端集流板右侧与进气绝缘板的右侧位于同一平面，通过进气绝缘板的凹槽对进气端集流板卡接。

进一步的，所述进气端集流板和盲端集流板的一端设有连接耳板，连接耳板上设有外部导线连接孔，通过连接耳板上的外部导线连接孔可以和外部导线连接，以此对用电器进行供电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本高可靠性车用燃料电池的双极板，具有以下好处：

1、本实用新型上设置了膜电极，通过膜电极可以实现离子的交换，由阳极板和阴极板通过冲压的方式均加工有气场流道和冷却剂流道，通过阳极板和阴极板上的气场流道可以分别供氢气和空气通过，通过冷却剂流道可以有效降低冷却剂流阻，有助于流体均匀分布，提高电堆热管理。

2、本实用新型上设置了气场流道，气场流道采用上进下出的方式，在流体进出分配区域有效的利用重力提高流道排水能力，氢气和空气在气场流道内的流向整体呈逆向流动，氢气/空气进口分别对应空气/氢气出口，分别利用各气体出口的水分保证质子交换膜的湿润，有效改善电堆水管理效果，通过两个气场流道形成交错重叠分布，以此使冷却剂流道也形成网状结构，保证了冷却剂在反应区域的均匀分配，有效改善了电堆散热不均的问题，通过冷却剂流道采用下进和上出的方式可以减小流道的路径，以此可以降低冷却剂的流阻，提供电堆散热能力。

3、本实用新型上设置了进气绝缘板，通过进气绝缘板的凹槽对进气端集流板卡接，通过连接耳板上的外部导线连接孔可以和外部导线连接，以此对用电器进行供电，该高可靠性车用燃料电池的双极板，既有效利用重力进行流道内的排水，又优化了电堆水管理，结构相对紧凑，密封区域相对减小，同时结合分配区将中间活性区域与外界环境进行隔绝，有效避免了密封失效风险和环境突变对电堆性能的影响，冷却剂流场主要覆盖活性区域，并流通路径相对较短，降低了冷却剂流阻，有效改善电堆热管理。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型阳极板结构示意图；

图3为本实用新型阴极板结构示意图；

图4为本实用新型气场流道分解结构示意图；

图5为本实用新型气场流道整体结构示意图；

图6为本实用新型冷却剂流道分解结构示意图；

图7为本实用新型冷却剂流道整体结构示意图；

图8为本实用新型A处放大结构示意图。

图中：1进气端板、2进气绝缘板、3进气端集流板、4极板组件、41阳极板、42阴极板、5膜电极、6盲端集流板、7盲端绝缘板、8盲端端板、9螺母、10螺杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-8，本实用新型提供一种技术方案：一种高可靠性车用燃料电池的双极板，包括进气端板1、进气绝缘板2、进气端集流板3、极板组件4、盲端集流板6、盲端绝缘板7和盲端端板8，进气端板1、进气绝缘板2、进气端集流板3、极板组件4、盲端集流板6、盲端绝缘板7和盲端端板8从左到右依次贴合连接，进气端板1和盲端端板8的上端和下端均匀设有通孔，进气端板1上的通孔与盲端端板8上的通孔一一对应，相对的通孔内部之间设有螺杆10，螺杆10的两端通过螺纹连接有螺母9，通过螺杆10和螺母9可以将进气端板1和盲端端板8之间固定，通过进气端板1和盲端端板8可以将进气绝缘板2、进气端集流板3、极板组件4、盲端集流板6和盲端绝缘板7进行夹紧固定，使得安装更方便。

进一步的，极板组件4包括阳极板41和阴极板42，阳极板41位于靠近进气端板1一侧，且阳极板41和阴极板42之间设有膜电极5，通过膜电极5可以实现离子的交换，由阳极板41和阴极板42通过冲压的方式均加工有气场流道和冷却剂流道，燃料电池电堆运行是反应气体和冷却剂通过进气端板1进入电堆，氢气和空气分别进入各自极板中的气体流场，分别在膜电极5的两侧的催化剂作用下发生反应产生电流电压输出，所产生的热量通过极板中流通的冷却剂带出。

进一步的，阳极板41和阴极板42相对的一侧加工有气场流道，且气场流道的脊背面为冷却剂流道，通过阳极板41和阴极板42上的气场流道可以分别供氢气和空气通过，通过冷却剂流道可以有效降低冷却剂流阻，有助于流体均匀分布，提高电堆热管理。

进一步的，气场流道为波纹状结构，气场流道的一端上侧设有进口，气场流道的另一端下侧为出口，阳极板41和阴极板42的气场流道进口一个位于左端且另一个位于右端，两个气场流道形成网状结构，气场流道采用上进下出的方式，在流体进出分配区域有效的利用重力提高流道排水能力，氢气和空气在气场流道内的流向整体呈逆向流动，氢气/空气进口分别对应空气/氢气出口，分别利用各气体出口的水分保证质子交换膜的湿润，有效改善电堆水管理效果，氢气和空气整体逆流，通过氢气和空气的出口高度来保证对应入口的质子交换膜的润湿及渗透到对侧给相应气体进行加湿，有利于电堆的水平衡，提高电堆水管理，同时也避免了膜电极5入口侧过干的情况，另外阳极板41和阴极板42上下两端为流体进出口，左右两端为分配区域，反应活性区域完全处于中间与外界环境无直接接触，可避免外界环境的突变对活性区域的影响从而影响电堆性能。

进一步的，冷却剂流道的下端为进口，且冷却剂流道的上端为出口，进气端板1和进气绝缘板2的上端和下端设有与冷却剂流道的进口和出口对应的通槽，通过两个气场流道形成交错重叠分布，以此使冷却剂流道也形成网状结构，保证了冷却剂在反应区域的均匀分配，有效改善了电堆散热不均的问题，通过冷却剂流道采用下进和上出的方式可以减小流道的路径，以此可以降低冷却剂的流阻，提供电堆散热能力，冷却剂流道结构由气场流道结构的背面形成，阳极板41和阴极板42的两侧冷却流道中间的波纹流道呈现交错分布，阴极板42上的每根冷却剂流道至少要跨越阳极板41上的冷却剂流道两个根以上，即阴极板42的冷却剂流道振幅大于阳极板41的冷却剂流道振幅，这样才能保证冷却剂能通过该交错分布的结构均匀分布流通于活性区域，保证了电堆热管理。

进一步的，进气绝缘板2的一侧设有与进气端集流板3对应的凹槽，进气端集流板3位于凹槽的内部，进气端集流板3右侧与进气绝缘板2的右侧位于同一平面，通过进气绝缘板2的凹槽对进气端集流板3卡接。

进一步的，进气端集流板3和盲端集流板6的一端设有连接耳板，连接耳板上设有外部导线连接孔，通过连接耳板上的外部导线连接孔可以和外部导线连接，以此对用电器进行供电。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高可靠性车用燃料电池的双极板，包括进气端板（1）、进气绝缘板（2）、进气端集流板（3）、极板组件（4）、盲端集流板（6）、盲端绝缘板（7）和盲端端板（8），其特征在于：所述进气端板（1）、进气绝缘板（2）、进气端集流板（3）、极板组件（4）、盲端集流板（6）、盲端绝缘板（7）和盲端端板（8）从左到右依次贴合连接，所述进气端板（1）和盲端端板（8）的上端和下端均匀设有通孔，进气端板（1）上的通孔与盲端端板（8）上的通孔一一对应，相对的通孔内部之间设有螺杆（10），螺杆（10）的两端通过螺纹连接有螺母（9）。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠性车用燃料电池的双极板，其特征在于：所述极板组件（4）包括阳极板（41）和阴极板（42），阳极板（41）位于靠近进气端板（1）一侧，且阳极板（41）和阴极板（42）之间设有膜电极（5）。

3.根据权利要求2所述的一种高可靠性车用燃料电池的双极板，其特征在于：所述阳极板（41）和阴极板（42）相对的一侧加工有气场流道，且气场流道的脊背面为冷却剂流道。

4.根据权利要求3所述的一种高可靠性车用燃料电池的双极板，其特征在于：所述气场流道为波纹状结构，气场流道的一端上侧设有进口，气场流道的另一端下侧为出口，阳极板（41）和阴极板（42）的气场流道进口一个位于左端且另一个位于右端，两个气场流道形成网状结构。

5.根据权利要求3所述的一种高可靠性车用燃料电池的双极板，其特征在于：所述冷却剂流道的下端为进口，且冷却剂流道的上端为出口，进气端板（1）和进气绝缘板（2）的上端和下端设有与冷却剂流道的进口和出口对应的通槽。

6.根据权利要求1所述的一种高可靠性车用燃料电池的双极板，其特征在于：所述进气绝缘板（2）的一侧设有与进气端集流板（3）对应的凹槽，进气端集流板（3）位于凹槽的内部，进气端集流板（3）右侧与进气绝缘板（2）的右侧位于同一平面。

7.根据权利要求1所述的一种高可靠性车用燃料电池的双极板，其特征在于：所述进气端集流板（3）和盲端集流板（6）的一端设有连接耳板，连接耳板上设有外部导线连接孔。

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