CN113241457B - 燃料电池分配端板和具有它的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池的分配端板，包括：板体，板体具有前表面、后表面和外周面，本体内设有氢气进入流道、氢气排出流道、空气进入流道、空气排出流道、冷却液进入流道、冷却液排出流道和吹扫流道，氢气进入流道的氢气出口、氢气排出流道的氢气进口、空气进入流道的空气出口、空气排出流道的空气进口、冷却液进入流道的冷却液出口、冷却液排出流道的冷却液进口和吹扫流道的吹扫气体出口形成在板体后表面上。本发明的燃料电池的分配端板，集成了多种流体通道，提高电池堆的集成度。

Description

燃料电池分配端板和具有它的燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池分配端板和具有它的燃料电池。

背景技术

燃料电池是将氢燃料中的化学能转化为电能，以其工作温度低、无污染、无腐蚀、能源转化率高、比功率大、启动迅速等诸多优点，在新能源领域受到广泛的关注，并在航空航天、运载交通和便携移动发电设备中具有良好的应用前景。燃料电池的商业化推广应用过程中要求燃料电池电堆能够实现大功率稳定输出，并且尽可能的具备质量轻、体积小，功率密度大的特点。因此，燃料电池电堆在设计和制造过程中所有的部件在满足其功能的同时需尽可能优化到体积最小，结构最紧凑，电堆结构最稳定可靠。

燃料电池一般通过独立的管道连接燃料电池电堆和辅助系统(BOP)的氢气供应系统、空气供应系统、水热管理系统，保证进入和流出电堆的流体互不掺混，并进行合理的绝缘和密封处理。

相关技术中，燃料电池的流体管路单独布置，导致电池电堆整体占用较大的体积空间，集成度较低。相关技术还提出了燃料电池电堆模块流体分配结构，通过设置具有转换部的分配歧管，实现各管路的连接和配合，并通过分配歧管的连接部件与端板和封装壳体连接，实现电堆结构的封装和绝缘防护，然而歧管对各流体工质对进入或流出的方向和腔室空间分配难度较大，同时未实现封装吹扫管路的集成。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种用于燃料电池的分配端板，该用于燃料电池的分配端板集成了多种流体通道，提高电池堆的集成度。

本发明的实施例还提出一种具有上述用于燃料电池的分配端板的燃料电池。

根据本发明实施例的用于燃料电池的分配端板，包括：板体，所述板体具有前表面、后表面和外周面，所述本体内设有氢气进入流道、氢气排出流道、空气进入流道、空气排出流道、冷却液进入流道、冷却液排出流道和吹扫流道，其中所述氢气进入流道的氢气进口、所述氢气排出流道的氢气出口、所述空气进入流道的空气进口、所述空气排出流道的空气出口、所述冷却液进入流道的冷却液进口、所述冷却液排出流道的冷却液出口和所述吹扫流道的吹扫气体进口形成在所述板体的前表面和外周面中的至少一者上，其中所述氢气进入流道的氢气出口、所述氢气排出流道的氢气进口、所述空气进入流道的空气出口、所述空气排出流道的空气进口、所述冷却液进入流道的冷却液出口、所述冷却液排出流道的冷却液进口和所述吹扫流道的吹扫气体出口形成在所述板体的后表面上。

根据本发明实施例的用于燃料电池的分配端板，集成了多种流体通道，提高电池堆的集成度。

在一些实施例中，所述氢气进入流道的氢气进口、所述氢气排出流道的氢气出口、所述冷却液排出流道的冷却液出口和所述吹扫流道的吹扫气体进口形成在所述板体的外周面上，所述空气进入流道的空气进口、所述空气排出流道的空气出口和所述冷却液进入流道的冷却液进口形成在所述板体的前表面上。

在一些实施例中，所述氢气进入流道的氢气进口和所述氢气排出流道的氢气出口位于所述板体的第一侧，所述冷却液排出流道的冷却液出口和所述吹扫流道的吹扫气体进口位于所述板体的与所述第一侧相对的第二侧。

在一些实施例中，所述吹扫流道包括第一吹扫流道和第二吹扫流道，所述冷却液排出流道的冷却液出口在上下方向上位于所述第一吹扫流道的第一吹扫气体进口和所述第二吹扫流道的第一吹扫气体进口之间。

在一些实施例中，所述空气进入流道沿所述板体的厚度方向延伸且所述空气进入流道的横截面沿从前向后的方向逐渐增大，所述冷却液进入流道沿所述板体的厚度方向延伸且所述冷却液进入流道的横截面积在所述板体厚度方向上恒定。

在一些实施例中，所述氢气进入流道的氢气进口形成在所述板体的外周面上，所述氢气进入流道包括第一氢气进入段和沿所述板体的厚度方向延伸且正交于所述第一氢气进入段的第二氢气进入段，所述第一氢气进入段的横截面积大于所述第二氢气进入段的横截面积。

在一些实施例中，所述吹扫流道的吹扫气体进口形成在所述板体的外周面上，所述吹扫流道包括第一吹扫气体进入段和沿所述板体的厚度方向延伸且正交于所述第一吹扫气体进入段的第二吹扫气体进入段，所述第二吹扫气体进入段为多个且彼此间隔布置。

在一些实施例中，所述燃料电池分配端板还包括氢气进口接头、氢气出口接头、空气进口接头、空气出口接头、冷却液进口接头、冷却液出口接头和吹扫气体进口接头，所述氢气进口接头、所述氢气出口接头、所述空气进口接头、所述空气出口接头、所述冷却液进口接头、所述冷却液出口接头和所述吹扫气体进口接头分别安装在所述板体上，所述氢气进口接头与所述氢气进入流道的氢气进口连通，所述氢气出口接头与所述氢气排出流道的氢气出口连通，所述空气进口接头与所述空气进入流道的空气进口连通，所述空气出口接头与所述空气排出流道的空气出口连通，所述冷却液进口接头与所述冷却液进入流道的冷却液进口连通，所述冷却液出口接头与所述冷却液排出流道的冷却液出口连通，所述吹扫气体进口接头与所述吹扫流道的吹扫气体进口连通。

在一些实施例中，所述空气进口接头、所述空气出口接头、所述氢气进口接头、所述氢气出口接头、所述冷却液进口接头和所述冷却液出口接头分别设有用于检测各个流道内的温度、湿度和压力的传感器。

根据本发明实施例的燃料电池，包括根据上述任一项实施例所述的用于燃料电池的分配端板。

附图说明

图1是本发明实施例的燃料电池分配端板的结构示意图。

图2是本发明实施例的燃料电池分配端板中板体的主视图。

图3是本发明实施例的燃料电池分配端板中板体的后视图。

图4是本发明实施例的燃料电池分配端板中空气进入流道的剖视示意图。

图5是本发明实施例的燃料电池分配端板中冷却液进入流道的剖视示意图。

图6是本发明实施例的燃料电池分配端板中氢气进入流道的剖视示意图。

图7是本发明实施例的燃料电池分配端板中吹扫流道的剖视示意图。

附图标记：

板体1，板体前表面101，板体后表面102，板体外周面103，

氢气进入流道2，第一氢气进入段201，第二氢气进入段202，

氢气排出流道3，空气进入流道4，空气排出流道5，冷却液进入流道6，冷却液排出流道7，

吹扫流道8，第一吹扫气体进入段801，第二吹扫气体进入段802，

氢气进口接头9，氢气出口接头10，空气进口接头11，空气出口接头12，冷却液进口接头13，冷却液出口接头14，吹扫气体进口接头15，传感器16。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图7所示，根据本发明实施例的用于燃料电池的分配端板，包括板体1。

需要说明的是，板体1的材质为绝缘材质，具体地，板体1的材质可以为四氟乙烯(TFE)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚碳酸酯(PC)。

板体1具有前表面、后表面和外周面，本体内设有氢气进入流道2、氢气排出流道3、空气进入流道4、空气排出流道5、冷却液进入流道6、冷却液排出流道7和吹扫流道8。

氢气进入流道2的氢气进口、氢气排出流道3的氢气出口、空气进入流道4的空气进口、空气排出流道5的空气出口、冷却液进入流道6的冷却液进口、冷却液排出流道7的冷却液出口和吹扫流道8的吹扫气体进口形成在板体1的前表面和外周面中的至少一者上。

具体地，如图1所示，氢气进入流道2的氢气进口、氢气排出流道3的氢气出口和冷却液排出流道7的冷却液出口位于板体外周面103，空气进入流道4的空气进口、空气排出流道5的空气出口、冷却液进入流道6的冷却液进口位于板体前表面101。

氢气进入流道2的氢气出口、氢气排出流道3的氢气进口、空气进入流道4的空气出口、空气排出流道5的空气进口、冷却液进入流道6的冷却液出口、冷却液排出流道7的冷却液进口和吹扫流道8的吹扫气体出口形成在板体后表面102上。

需要说明的是，空气进入流道4的空气出口的数量可以为多个，空气排出流道5的空气进口的数量可以为多个。

具体地，空气进入流道4的空气出口的数量可以为两个，空气排出流道5的空气进口的数量可以为两个。两个空气进入流道4的空气出口在左右方向上间隔布置，且两个空气进入流道4的空气出口在上下方向上位于同一平面。两个空气排出流道5的空气进口在左右方向上间隔布置，且两个空气排出流道5的空气进口在上下方向上位于同一平面。

根据本发明实施例的用于燃料电池的分配端板，在板体1内部集成了彼此之间相互独立的氢气进入流道2、氢气排出流道3、空气进入流道4、空气排出流道5、冷却液进入流道6、冷却液排出流道7和吹扫流道8，集成了多种流体通道，提高电池堆的集成度。

需要说明的是，氢气进入流道2的氢气出口的尺寸与形状与电堆内氢气进口的尺寸与形状均相同，氢气排出流道3的氢气进口的尺寸与形状与电堆内氢气出口的尺寸与形状均相同，空气进入流道4的空气出口的尺寸与形状与电堆内空气进口的尺寸与形状均相同，空气排出流道5的空气进口的尺寸与形状与电堆内空气出口的尺寸与形状均相同，冷却液进入流道6的冷却液出口的尺寸与形状与电堆内冷却液进口的尺寸与形状均相同，冷却液排出流道7的冷却液进口的尺寸与形状与电堆内冷却液出口的尺寸与形状均相同。

本发明实施例的燃料电池气流分配端板后表面各流道开口的尺寸与形状分别与电堆内各工质进口和出口的尺寸与形状相同。保证从各工质通过分配端板均匀进入或排出电堆。

在一些实施例中，氢气进入流道2的氢气进口、氢气排出流道3的氢气出口、冷却液排出流道7的冷却液出口和吹扫流道8的吹扫气体进口形成在板体1的外周面上，空气进入流道4的空气进口、空气排出流道5的空气出口和冷却液进入流道6的冷却液进口形成在板体1的前表面上。

在一些实施例中，氢气进入流道2的氢气进口和氢气排出流道3的氢气出口位于板体1的第一侧(如图1中所示板体1的左侧)，冷却液排出流道7的冷却液出口和吹扫流道8的吹扫气体进口位于板体1的与第一侧相对的第二侧(如图1中所示板体1的右侧)。

需要说明的是，氢气进入流道2的氢气进口和氢气排出流道3的氢气出口还可以分别位于板体1的左侧和右侧。冷却液排出流道7的冷却液出口和吹扫流道8的吹扫气体进口还可以分别位于板体1的左侧和右侧。

在一些实施例中，吹扫流道8包括第一吹扫流道8和第二吹扫流道8，冷却液排出流道7的冷却液出口在上下方向上位于第一吹扫流道8的第一吹扫气体进口和第二吹扫流道8的第一吹扫气体进口之间。

具体地，如图3所示，第一吹扫流道8设在第二吹扫流道8的上方，且第一吹扫流道8和第二吹扫流道8的出口均有两个，两个吹扫流道8的出口在左右方向上间隔布置，且两个吹扫流道8的出口在上下方向上处于同一平面上。

在一些实施例中，空气进入流道4沿板体1的厚度方向延伸且空气进入流道4的横截面沿从前向后的方向逐渐增大，冷却液进入流道6沿板体1的厚度方向延伸且冷却液进入流道6的横截面积在板体1厚度方向上恒定。

需要说明的是，空气排出流道5的横截面沿从后向前的方向逐渐减小。

在一些实施例中，氢气进入流道2的氢气进口形成在板体1的外周面上，氢气进入流道2包括第一氢气进入段201和沿板体1的厚度方向(如图1中所示的前后方向)延伸且正交于第一氢气进入段201的第二氢气进入段202，第一氢气进入段201的横截面积大于第二氢气进入段202的横截面积。

具体地，如图6所示，第一氢气进入段201与第二氢气进入段202相互连通，第一氢气进入段201和第二氢气进入段202的连接处为弧形过渡段，本申请实施例的燃料电池分配端板，通过设置弧形过渡段，使氢气的进入和排出更加均匀，提高燃料电池运行性能。

在一些实施例中，吹扫流道8的吹扫气体进口形成在板体1的外周面上，吹扫流道8包括第一吹扫气体进入段801和沿板体1的厚度方向(如图1中所示的前后方向)延伸且正交于第一吹扫气体进入段801的第二吹扫气体进入段802，第二吹扫气体进入段802为多个且彼此间隔布置。

需要说明的是，多个第二吹扫气体进入段802分别于与第一吹扫气体进入段801相连，多个第二吹扫气体进入段802在左右方向上间隔布置。

具体地，如图7所示，本申请实施例具有两个第二吹扫气体进入段802，可以理解的是，本申请实施例中的第二吹扫气体进入段802的数量并不限于此。

需要说明的是，吹扫流道8内的工质类型可以为空气或氮气。

在一些实施例中，燃料电池分配端板还包括氢气进口接头9、氢气出口接头10、空气进口接头11、空气出口接头12、冷却液进口接头13、冷却液出口接头14和吹扫气体进口接头15。

氢气进口接头9、氢气出口接头10、空气进口接头11、空气出口接头12、冷却液进口接头13、冷却液出口接头14和吹扫气体进口接头15分别安装在板体1上，氢气进口接头9与氢气进入流道2的氢气进口连通，氢气出口接头10与氢气排出流道3的氢气出口连通，空气进口接头11与空气进入流道4的空气进口连通，空气出口接头12与空气排出流道5的空气出口连通，冷却液进口接头13与冷却液进入流道6的冷却液进口连通，冷却液出口接头14与冷却液排出流道7的冷却液出口连通，吹扫气体进口接头15与吹扫流道8的吹扫气体进口连通。

需要说明的是，氢气进口接头9、氢气出口接头10、空气进口接头11、空气出口接头12、冷却液进口接头13、冷却液出口接头14和吹扫气体进口接头15可以与板体1一体铸造成型，当各个接头与板体1一体铸造成型时，可提高分配端板的整体性，提高分配端板的集成度，降低工质泄漏的风险。

具体地，如图4和5所示，板体1的前表面还设有第一密封凹槽和第二密封凹槽，第一密封凹槽和第二密封凹槽分别于空气进入流道4的空气进口和冷却液进入流道6的冷却液进口相对应，且第一密封凹槽和第二密封凹槽分别位于空气进入流道4的空气进口的外周和冷却液进入流道6的冷却液进口的外周，第一密封凹槽和第二密封凹槽内均设有密封圈。

如图6和图7所示，板体1的左表面设有第三密封凹槽，板体1的右表面设有第四密封凹槽，第三密封凹槽与氢气进入流道2的氢气进口相对应，且第三密封凹槽位于氢气进入流道2的氢气进口的外周，第四密封凹槽与吹扫流道8的吹扫气体进口相对应，且第四密封凹槽设在吹扫流道8的吹扫气体进口的外周，第三密封凹槽和第四密封凹槽内均设有密封圈。

根据本申请实施例的燃料电池分配端板，通过设在密封圈，能够提高各个接头与各流道进口之间的密封性，避免工质由接头与板体1之间泄漏。

在一些实施例中，空气进口接头11、空气出口接头12、氢气进口接头9、氢气出口接头10、冷却液进口接头13和冷却液出口接头14分别设有用于检测各个流道内的温度、湿度和压力的传感器16。

根据本申请实施例的燃料电池分配端板，通过设置温度、湿度和压力传感器16，能够监测各流道内工质的温度、湿度和压力，提高燃料电池分配端板的自动化程度，还可提高电堆使用的安全性和可靠性。

根据本发明实施例的燃料电池，包括根据上述任一项实施例的用于燃料电池的分配端板。

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”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的分配端板，其特征在于，包括：板体，所述板体具有前表面、后表面和外周面，所述板体内设有氢气进入流道、氢气排出流道、空气进入流道、空气排出流道、冷却液进入流道、冷却液排出流道和吹扫流道，

其中所述氢气进入流道的氢气进口、所述氢气排出流道的氢气出口、所述空气进入流道的空气进口、所述空气排出流道的空气出口、所述冷却液进入流道的冷却液进口、所述冷却液排出流道的冷却液出口和所述吹扫流道的吹扫气体进口形成在所述板体的前表面和外周面中的至少一者上，

其中所述氢气进入流道的氢气出口、所述氢气排出流道的氢气进口、所述空气进入流道的空气出口、所述空气排出流道的空气进口、所述冷却液进入流道的冷却液出口、所述冷却液排出流道的冷却液进口和所述吹扫流道的吹扫气体出口形成在所述板体的后表面上。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的分配端板，其特征在于，所述氢气进入流道的氢气进口、所述氢气排出流道的氢气出口、所述冷却液排出流道的冷却液出口和所述吹扫流道的吹扫气体进口形成在所述板体的外周面上，

所述空气进入流道的空气进口、所述空气排出流道的空气出口和所述冷却液进入流道的冷却液进口形成在所述板体的前表面上。

3.根据权利要求2所述的用于燃料电池的分配端板，其特征在于，所述氢气进入流道的氢气进口和所述氢气排出流道的氢气出口位于所述板体的第一侧，所述冷却液排出流道的冷却液出口和所述吹扫流道的吹扫气体进口位于所述板体的与所述第一侧相对的第二侧。

4.根据权利要求3所述的用于燃料电池的分配端板，其特征在于，所述吹扫流道包括第一吹扫流道和第二吹扫流道，所述冷却液排出流道的冷却液出口在上下方向上位于所述第一吹扫流道的第一吹扫气体进口和所述第二吹扫流道的第一吹扫气体进口之间。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池的分配端板，其特征在于，所述空气进入流道沿所述板体的厚度方向延伸且所述空气进入流道的横截面沿从前向后的方向逐渐增大，所述冷却液进入流道沿所述板体的厚度方向延伸且所述冷却液进入流道的横截面积在所述板体厚度方向上恒定。

6.根据权利要求1所述的用于燃料电池的分配端板，其特征在于，所述氢气进入流道的氢气进口形成在所述板体的外周面上，所述氢气进入流道包括第一氢气进入段和沿所述板体的厚度方向延伸且正交于所述第一氢气进入段的第二氢气进入段，所述第一氢气进入段的横截面积大于所述第二氢气进入段的横截面积。

7.根据权利要求1所述的用于燃料电池的分配端板，其特征在于，所述吹扫流道的吹扫气体进口形成在所述板体的外周面上，所述吹扫流道包括第一吹扫气体进入段和沿所述板体的厚度方向延伸且正交于所述第一吹扫气体进入段的第二吹扫气体进入段，所述第二吹扫气体进入段为多个且彼此间隔布置。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于燃料电池的分配端板，其特征在于，还包括氢气进口接头、氢气出口接头、空气进口接头、空气出口接头、冷却液进口接头、冷却液出口接头和吹扫气体进口接头，

所述氢气进口接头、所述氢气出口接头、所述空气进口接头、所述空气出口接头、所述冷却液进口接头、所述冷却液出口接头和所述吹扫气体进口接头分别安装在所述板体上，所述氢气进口接头与所述氢气进入流道的氢气进口连通，所述氢气出口接头与所述氢气排出流道的氢气出口连通，所述空气进口接头与所述空气进入流道的空气进口连通，所述空气出口接头与所述空气排出流道的空气出口连通，所述冷却液进口接头与所述冷却液进入流道的冷却液进口连通，所述冷却液出口接头与所述冷却液排出流道的冷却液出口连通，所述吹扫气体进口接头与所述吹扫流道的吹扫气体进口连通。

9.根据权利要求8所述的用于燃料电池的分配端板，所述空气进口接头、所述空气出口接头、所述氢气进口接头、所述氢气出口接头、所述冷却液进口接头和所述冷却液出口接头分别设有用于检测各个流道内的温度、湿度和压力的传感器。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的用于燃料电池的分配端板。

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