CN217485509U - 一种燃料电池集成端板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池集成端板，包括：集成端板、氢气喷射器、调节组件及分水器，集成端板连接于电堆，集成端板开设有氢气入口腔、氢气出口腔及空气入口腔，氢气入口腔和氢气出口腔与至少两个电堆的内部均相连通，空气入口腔具有第一进气孔和至少两个第一出气孔，至少两个第一出气孔与至少两个电堆的内部分别相连通，氢气喷射器连接于集成端板，用于驱动氢气沿指定路径实现循环流动，调节组件连接于集成端板，用于调节经至少两个第一出气孔进入至少两个电堆内部的空气的流量，分水器连接于集成端板，用于分离经氢气出口腔流出的氢气中的水分，并将干燥后的氢气通入氢气入口腔。本实用新型能解决集成端板集成率低和体积大的问题。

Description

一种燃料电池集成端板

技术领域

本实用新型涉及氢气燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池集成端板。

背景技术

燃料电池工作时，涉及氢气、空气、冷却液等多个流体进出气腔，需要安装各种传感器用于监测进堆气体条件，导致接口众多，且需要大量管路进行连接，系统结构复杂、体积庞大，且增加氢气、冷却液等流体泄漏风险。

为了减少燃料电池系统管路，降低燃料电池体积，关于燃料电池集成端板的研究应运而生，例如申请号为：CN201810853975.7的中国发明专利，名称为：一种集成燃料电池端板，其具有设有空气进气口与氢气排气口的封闭箱体结构的端板，所述氢气进气口端安装有氢进电磁阀，所述氢气进气口连接压力传感器采集氢气进反应堆时的压力，所述氢进电磁阀通过连接通道连接氢气引射器，所述氢气引射器通过连接通道连接燃油电池反应堆，所述空气进气口上设有压力传感器安装孔和温度传感器安装孔；所述压力传感器安装孔前端安装空进压力传感器，所述温度传感器安装孔前端安装空进温度传感器。缩减了系统体积，减小了系统泄漏风险，简化了系统结构，减低系统成本。但上述结构仅将电磁阀、传感器等单个零件进行集成，为了实现系统管路的循环利用和正常使用，辅助模块中仍有较多的管路，使得装置的集成度低。

因此，亟需一种燃料电池集成端板，用于解决现有技术中燃料电池集成端板的集成度低，从而导致集成端板的体积大的问题。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种燃料电池集成端板，解决现有技术中燃料电池集成端板的集成度低，从而导致集成端板的体积大的技术问题。

为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案提供一种燃料电池集成端板，包括：

集成端板，所述集成端板连接于电堆，所述集成端板开设有氢气入口腔、氢气出口腔及空气入口腔，所述氢气入口腔和氢气出口腔与至少两个电堆的内部均相连通，所述空气入口腔具有第一进气孔和至少两个第一出气孔，至少两个所述第一出气孔与至少两个电堆的内部分别相连通；

氢气喷射器，所述氢气喷射器连接于所述集成端板，用于驱动氢气沿指定路径实现循环流动；

调节组件，所述调节组件连接于所述集成端板，用于调节经至少两个所述第一出气孔进入至少两个电堆内部的空气的流量；

分水器，所述分水器连接于所述集成端板，用于分离经所述氢气出口腔流出的氢气中的水分，并将干燥后的氢气通入所述氢气入口腔。

进一步的，至少两个第一出气孔沿所述第一进气孔的轴向相互平行且间隔设置，并与所述空气入口腔均相连通，一所述第一出气孔相对另一所述出气孔靠近所述第一进气孔设置，所述调节组件连接于所述空气入口腔的内壁，并与所述空气入口腔的内壁围合形成至少一个气体间隙，且所述气体间隙的大小可调，流入所述空气入口腔的部分空气经所述气体间隙进入另一所述第一出气孔。

进一步的，所述调节组件包括至少一个挡板，所述挡板转动连接于所述空气入口腔的内壁，并相对另一所述第一出气孔设置，且所述挡板的两侧壁与所述空气入口腔的内壁围合形成两个所述气体间隙，用于调节分别经至少两个第一出气孔进入至少两个电堆的内部的空气的流量，以使得至少两个电堆的电性能维持平衡。

进一步的，所述调节组件还包括驱动件，所述驱动件具有固定端和活动端，所述驱动件的固定端连接于所述集成端板、活动端连接于所述挡板，用于驱动所述挡板与所述空气入口腔的内壁连接处的转轴转动。

进一步的，所述氢气喷射器包括筒体、第一管体及第二管体，所述筒体的内部中空，并形成有氢气通道，所述氢气通道具有进气端和出气端，所述氢气通道的进气端与气瓶的出气端相连通，且其出气端与所述氢气入口腔相连通，所述第一管体和第二管体沿所述氢气通道的流动方向依次相互间隔设置，并连接于所述筒体的内壁，且所述第一管体沿靠近所述氢气通道的出气端的方向开口不断减小，所述第二管体沿靠近所述氢气通道的出气端的方向开口先减小后增大。

进一步的，所述筒体的侧壁还开设有贯穿孔，且所述贯穿孔设置于所述第一管体和第二管体之间，并与所述第一管体和第二管体的内部均相连通，所述氢气喷射器还包括循环泵，所述循环泵的出气端插设于所述贯穿孔，用于将氢气压入所述筒体的内部，以使得气瓶内的氢气经加压后被压入至少两个电堆的内部。

进一步的，所述分水器的进气端与所述氢气出口腔相连通，且其出气端经所述循环泵与所述氢气入口腔相连通，用于分离经至少两个电堆的内部反应后流出的氢气中的水分。

进一步的，还包括传感器组件，所述传感器组件包括第一传感器，所述第一传感器连接于所述氢气入口腔的内壁，并相对所述氢气入口腔的进气端设置，用于监测流经所述氢气入口腔的氢气的压力。

进一步的，所述集成端板还开设有用于供冷却水流动的冷却水入口腔和冷却水出口腔，所述燃料电池集成端板还包括传感器组件，所述传感器组件包括第二传感器和第三传感器，所述第二传感器相对所述冷却水入口腔设置，用于监测流经所述冷却水入口腔的液体的温度和压力，所述第三传感器相对所述冷却水出口腔设置，用于监测经所述冷却水出口腔流出的液体的温度和压力。

进一步的，所述集成端板还开设有空气出口腔，所述空气出口腔与至少两个电堆的内部均相连通，用于排出至少两个电堆的内部的气体。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：集成端板上分别开设有用于供氢气流动的氢气入口腔和氢气出口腔，以及用于供空气进入至少两个电堆的内部的空气入口腔，其中氢气喷射器连接于集成端板，用于实现氢气进入电堆后的循环流动，且空气在空气入口腔内经调解组件的调节后分别以不同的流速进入至少两个电堆，用于调节至少两个电堆的电性能维持在平衡状态，同时进入电堆后未发生反应的氢气由氢气出口腔进入分水器，用于分离氢气中混有的水分，并将干燥后的氢气再次经氢气入口氢通入电堆的内部，以此来实现电堆中氢气的循环供应和使用，能用于解决现有技术中燃料电池集成端板的集成度低，从而导致集成端板的体积大的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的一种燃料电池集成端板的结构示意图；

图2是本实用新型实施例所提供的挡板与空气入口腔相连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

请参阅图1及图2，本实用新型提供了一种燃料电池集成端板，包括：集成端板1、氢气喷射器2、调节组件3及分水器4，集成端板1连接于电堆，集成端板1开设有氢气入口腔11、氢气出口腔12及空气入口腔13，氢气入口腔11和氢气出口腔12与至少两个电堆的内部均相连通，空气入口腔13具有第一进气孔131和至少两个第一出气孔132，至少两个第一出气孔132与至少两个电堆的内部分别相连通，氢气喷射器2连接于集成端板1，用于驱动氢气沿指定路径实现循环流动，调节组件3连接于集成端板1，用于调节经至少两个第一出气孔132进入至少两个电堆内部的空气的流量，分水器4连接于集成端板1，用于分离经氢气出口腔12流出的氢气中的水分，并将干燥后的氢气通入氢气入口腔11。

本装置中，集成端板1上分别开设有用于供氢气流动的氢气入口腔11和氢气出口腔12，以及用于供空气进入至少两个电堆的内部的空气入口腔13，其中氢气喷射器2连接于集成端板1，用于实现氢气进入电堆后的循环流动，且空气在空气入口腔13内经调解组件的调节后分别以不同的流速进入至少两个电堆，用于调节至少两个电堆的电性能维持在平衡状态，同时进入电堆后未发生反应的氢气由氢气出口腔12进入分水器4，用于分离氢气中混有的水分，并将干燥后的氢气再次经氢气入口氢通入电堆的内部，以此来实现电堆中氢气的循环供应和使用。

进一步地，集成端板1还开设有空气出口腔14，空气出口腔14与至少两个电堆的内部均相连通，用于排出至少两个电堆的内部的气体。

进一步地，本装置中的集成端板1由PPA+35％GF注塑而成，温压一体传感器通过金属螺纹嵌套集成到集成端板1上，氢喷射器通过在预留空腔内集成文丘里管和扩散器而成，氢气分水器4通过在预留空腔内设计挡水片形成，电控挡片焊接在空气腔入口，设有氢气入口腔11、氢气出口口腔，空气入口腔13、空气出口腔14，冷却水入口腔及冷却水出口腔，三种腔体流道空间上分两层设计，不会产生几何干扰。

如图2所示，至少两个第一出气孔132沿第一进气孔131的轴向相互平行且间隔设置，并与空气入口腔13均相连通，一第一出气孔132相对另一出气孔靠近第一进气孔131设置，调节组件3连接于空气入口腔13的内壁，并与空气入口腔13的内壁围合形成至少一个气体间隙133，且气体间隙133的大小可调，流入空气入口腔13的部分空气经气体间隙133进入另一第一出气孔132。

可以理解，通过调整气体间隙133的大小来控制，空气进入至少两个电堆中的流量和速度，当两个或多个电堆出现一致性差异后使入堆空气可主动地控制和调节进入两个或多个电堆的空气流量和压力，用于两个或多个电堆的电输出性能的平衡，同时可制造产生周期性或脉冲性的流量和压力主动扰动，当电堆发生水淹后，有利于电堆阴极侧内部空气流道排水。

其中作为一种实施方式，调节组件3包括至少一个挡板31，挡板31转动连接于空气入口腔13的内壁，并相对另一第一出气孔132设置，且挡板31的两侧壁与空气入口腔13的内壁围合形成两个气体间隙133，用于调节分别经至少两个第一出气孔132进入至少两个电堆的内部的空气的流量，以使得至少两个电堆的电性能维持平衡。

进一步地，调节组件3还包括驱动件，驱动件具有固定端和活动端，驱动件的固定端连接于集成端板1、活动端连接于挡板31，用于驱动挡板31与空气入口腔13的内壁连接处的转轴转动。

进一步地，本装置中调节组件3中还应该包括控制驱动件工作的控制件，以实现对气体间隙133大小的控制和调节。

如图1所示，氢气喷射器2包括筒体21、第一管体22及第二管体23，筒体21的内部中空，并形成有氢气通道，氢气通道具有进气端和出气端，氢气通道的进气端与气瓶的出气端相连通，且其出气端与氢气入口腔11相连通，第一管体22和第二管体23沿氢气通道的流动方向依次相互间隔设置，并连接于筒体21的内壁，且第一管体22沿靠近氢气通道的出气端的方向开口不断减小，第二管体23沿靠近氢气通道的出气端的方向开口先减小后增大。

可以理解，第一管体22和第二管体23相互间隔设置，并相连通，其中第一管体22沿靠近氢气通道的出气端的方向开口不断减小，第二管体23沿靠近氢气通道的出气端的方向开口先减小后增大，使得氢气依次经过第一管体22和第二管体23形成流速的加速，用于将氢气从瓶中压入电堆中。

其中作为一种实施方式，筒体21的侧壁还开设有贯穿孔24，且贯穿孔24设置于第一管体22和第二管体23之间，并与第一管体22和第二管体23的内部均相连通，氢气喷射器2还包括循环泵，循环泵的出气端插设于贯穿孔24，用于将氢气压入筒体21的内部，以使得气瓶内的氢气经加压后被压入至少两个电堆的内部。

可以理解，筒体21的侧壁预留有氢气循环离心泵的接口，构成整个氢气回路，并一体化地集成在端板内，无需额外设计氢气管路，循环泵、筒体21、第一管体22及第二管体23的配合形类似于文丘里管的原理，有利于氢气的流动，此处文丘里管原理为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。

如图1所示，分水器4的进气端与氢气出口腔12相连通，且其出气端经循环泵与氢气入口腔11相连通，用于分离经至少两个电堆的内部反应后流出的氢气中的水分。

可以理解，分水器4的设置可根据电堆特性设置在电堆阴极空气流道侧、电堆阳极氢气流道侧、或电堆阴极阳极两侧分别布置，从电堆出来的氢气直接进入分水器4进行分水后经循环泵再次进入氢气喷射器2回流至氢气入口腔11。

其中，如图1所示，本装置还包括传感器组件5，传感器组件5包括第一传感器51，第一传感器51连接于氢气入口腔11的内壁，并相对氢气入口腔11的进气端设置，用于监测流经氢气入口腔11的氢气的压力。

进一步地，集成端板1还开设有用于供冷却水流动的冷却水入口腔和冷却水出口腔，燃料电池集成端板1还包括传感器组件5，传感器组件5包括第二传感器52和第三传感器53，第二传感器52相对冷却水入口腔设置，用于监测流经冷却水入口腔的液体的温度和压力，第三传感器53相对冷却水出口腔设置，用于监测经冷却水出口腔流出的液体的温度和压力。

可以理解，本装置中氢气入口腔11、冷却水入口腔及冷却水出口腔分别设置有传感器，其中本装置中的传感器集成有温度传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器、电导率传感器或具备上述两种或多种功能的一体化传感器，监控进出电堆的氢气和冷却液流体的物理参数。

进一步地，本装置还在氢气出口腔12、空气入口腔13及空气出口腔14均设置有传感器，用于方便使用者对电堆中的反应进行监测，此处不作过多阐述。

本实用新型的具体工作流程，集成端板1上分别开设有用于供氢气流动的氢气入口腔11和氢气出口腔12，以及用于供空气进入至少两个电堆的内部的空气入口腔13，其中氢气喷射器2连接于集成端板1，用于实现氢气进入电堆后的循环流动，且空气在空气入口腔13内经调解组件的调节后分别以不同的流速进入至少两个电堆，用于调节至少两个电堆的电性能维持在平衡状态，同时进入电堆后未发生反应的氢气由氢气出口腔12进入分水器4，用于分离氢气中混有的水分，并将干燥后的氢气再次经氢气入口氢通入电堆的内部，以此来实现电堆中氢气的循环供应和使用。

进一步地，当两个或多个电堆出现一致性差异后，挡板31使入堆空气可主动地控制和调节的进入两个或多个电堆的空气流量和压力，用于两个或多个电堆的电输出性能的平衡，同时可制造产生周期性或脉冲性的流量和压力主动扰动，当电堆发生水淹后，有利于电堆阴极侧内部空气流道排水；集成端板1内部还内嵌了多个传感器，包括但不限于温度传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器、电导率传感器或具备上述两种或多种功能的一体化传感器，监控进入电堆的空气、氢气和冷却液流体的物理参数；集成端板1还内嵌有分水器4，根据电堆特性可设置在电堆阴极空气流道侧、电堆阳极氢气流道侧、或电堆阴极阳极两侧分别布置；集成端板1还内嵌氢气循环装置，包括氢气喷射器2或氢气引射器，同时设有氢气循环泵进出预留接口，与上述氢气循环装置串联地或并联地构成整个氢气回路，并一体化地集成在端板内，无需额外设计氢气管路。燃料电池集成端板1具有结构紧凑，功能多样的优点，能有效提高燃料电池发动机紧凑型并优化电堆性能。

通过上述结构，能用于解决现有技术中燃料电池集成端板1的集成度低，从而导致集成端板1的体积大的技术问题。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池集成端板，其特征在于，包括：

集成端板，所述集成端板连接于电堆，所述集成端板开设有氢气入口腔、氢气出口腔及空气入口腔，所述氢气入口腔和氢气出口腔与至少两个电堆的内部均相连通，所述空气入口腔具有第一进气孔和至少两个第一出气孔，至少两个所述第一出气孔与至少两个电堆的内部分别相连通；

氢气喷射器，所述氢气喷射器连接于所述集成端板，用于驱动氢气沿指定路径实现循环流动；

调节组件，所述调节组件连接于所述集成端板，用于调节经至少两个所述第一出气孔进入至少两个电堆内部的空气的流量；

分水器，所述分水器连接于所述集成端板，用于分离经所述氢气出口腔流出的氢气中的水分，并将干燥后的氢气通入所述氢气入口腔。

2.根据权利要求1所述燃料电池集成端板，其特征在于，至少两个第一出气孔沿所述第一进气孔的轴向相互平行且间隔设置，并与所述空气入口腔均相连通，一所述第一出气孔相对另一所述出气孔靠近所述第一进气孔设置，所述调节组件连接于所述空气入口腔的内壁，并与所述空气入口腔的内壁围合形成至少一个气体间隙，且所述气体间隙的大小可调，流入所述空气入口腔的部分空气经所述气体间隙进入另一所述第一出气孔。

3.根据权利要求2所述燃料电池集成端板，其特征在于，所述调节组件包括至少一个挡板，所述挡板转动连接于所述空气入口腔的内壁，并相对另一所述第一出气孔设置，且所述挡板的两侧壁与所述空气入口腔的内壁围合形成两个所述气体间隙，用于调节分别经至少两个第一出气孔进入至少两个电堆的内部的空气的流量，以使得至少两个电堆的电性能维持平衡。

4.根据权利要求3所述燃料电池集成端板，其特征在于，所述调节组件还包括驱动件，所述驱动件具有固定端和活动端，所述驱动件的固定端连接于所述集成端板、活动端连接于所述挡板，用于驱动所述挡板与所述空气入口腔的内壁连接处的转轴转动。

5.根据权利要求1所述燃料电池集成端板，其特征在于，所述氢气喷射器包括筒体、第一管体及第二管体，所述筒体的内部中空，并形成有氢气通道，所述氢气通道具有进气端和出气端，所述氢气通道的进气端与气瓶的出气端相连通，且其出气端与所述氢气入口腔相连通，所述第一管体和第二管体沿所述氢气通道的流动方向依次相互间隔设置，并连接于所述筒体的内壁，且所述第一管体沿靠近所述氢气通道的出气端的方向开口不断减小，所述第二管体沿靠近所述氢气通道的出气端的方向开口先减小后增大。

6.根据权利要求5所述燃料电池集成端板，其特征在于，所述筒体的侧壁还开设有贯穿孔，且所述贯穿孔设置于所述第一管体和第二管体之间，并与所述第一管体和第二管体的内部均相连通，所述氢气喷射器还包括循环泵，所述循环泵的出气端插设于所述贯穿孔，用于将氢气压入所述筒体的内部，以使得气瓶内的氢气经加压后被压入至少两个电堆的内部。

7.根据权利要求6所述燃料电池集成端板，其特征在于，所述分水器的进气端与所述氢气出口腔相连通，且其出气端经所述循环泵与所述氢气入口腔相连通，用于分离经至少两个电堆的内部反应后流出的氢气中的水分。

8.根据权利要求1所述燃料电池集成端板，其特征在于，还包括传感器组件，所述传感器组件包括第一传感器，所述第一传感器连接于所述氢气入口腔的内壁，并相对所述氢气入口腔的进气端设置，用于监测流经所述氢气入口腔的氢气的压力。

9.根据权利要求8所述燃料电池集成端板，其特征在于，所述集成端板还开设有用于供冷却水流动的冷却水入口腔和冷却水出口腔，所述燃料电池集成端板还包括传感器组件，所述传感器组件包括第二传感器和第三传感器，所述第二传感器相对所述冷却水入口腔设置，用于监测流经所述冷却水入口腔的液体的温度和压力，所述第三传感器相对所述冷却水出口腔设置，用于监测经所述冷却水出口腔流出的液体的温度和压力。

10.根据权利要求1所述燃料电池集成端板，其特征在于，所述集成端板还开设有空气出口腔，所述空气出口腔与至少两个电堆的内部均相连通，用于排出至少两个电堆的内部的气体。

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