氢燃料电池电堆的制作方法

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1.本发明属于氢燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池电堆。

背景技术：

2.氢燃料电池是一项非常有前景的能源技术，与现有的传统能量转化技术相比，燃料电池具有许多优点，包括更高的能量转化效率、污染物零排放、无运动部件工作安静等。
3.质子交换膜氢燃料电池电堆要想性能好，膜电极上的碳纸必须要受到一定的压缩，保证碳纸和质子交换膜以及双极板充分接触，以起到充分传质(此处传质指氢气、空气透过碳纸，抵达膜电极)和降低接触电阻的效果。要想膜电极有一定的压缩，需要电堆两端的端板对端板以内的膜电极和双极板施加较大的压紧力，并且每个单位面积上的压力要相等或接近，保证膜电极被均匀压缩，这就要求两端板要有较大的刚度，受紧固螺栓或其他紧固结构作用时不变形。

技术实现要素：

4.因此，本发明要解决氢燃料电池电堆刚度差，容易发生变形，而不能保证膜电极被均匀压缩的技术问题，从而提供一种氢燃料电池电堆。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种氢燃料电池电堆，包括：电堆端板和采电板，电堆端板具有金属骨架，金属骨架能够提高电堆端板的刚性，金属骨架的外侧设置有绝缘层，电堆端板和采电板贴合设置，绝缘层至少设置在采电板和金属骨架之间，电堆端板上设置有介质流入流出接头。
6.在一些实施例中，绝缘层以浇铸的方式形成于金属骨架的外侧。
7.在一些实施例中，绝缘层采用绝缘材料制成，绝缘材料具有弹性。
8.在一些实施例中，介质流入流出接头与绝缘层采用一体浇铸成型。
9.在一些实施例中，绝缘层的一侧设置有采电板安装槽，采电板设置在采电板安装槽内。
10.在一些实施例中，采电板远离电堆端板的一侧贴合设置有端部极板，端部极板与采电板贴合的一面为平面，另一面构造有流道。
11.在一些实施例中，端部极板采用机加工工艺制作；或，端部极板采用焊接工艺制作。
12.在一些实施例中，电堆端板具有两个，一个为第一端板，另一个为第二端板，第一端板和第二端板平行设置，介质流入流出接头包括氢气流入接头、空气流入接头、冷却液流入接头、氢气流出接头、空气流出接头和冷却液流出接头，同一种介质对应的流入接头和流出接头均设置在第一端板或第二端板上；或，同一种介质对应的流入接头设置在第一端板和第二端板中的其中一个，流出接头设置在第一端板和第二端板中的另外一个。
13.在一些实施例中，介质流入流出接头朝向端部极板的口部构造有密封垫放置槽，密封垫放置槽内设置密封垫。
14.本发明提供的氢燃料电池电堆具有下列有益效果：
15.本发明提供了本发明提供了一种氢燃料电池电堆，包括：电堆端板和采电板，电堆端板具有金属骨架，金属骨架能够提高电堆端板的刚性，金属骨架的外侧设置有绝缘层，电堆端板和采电板贴合设置，绝缘层至少设置在采电板和金属骨架之间，电堆端板上设置有介质流入流出接头，因此保证了电堆端板与采电板之间能够绝缘，同时金属骨架在装配后能够保证电堆端板不变形或在预设变形范围内，保证了电堆端板的刚性，因此膜电极能够被电堆端板均匀压缩，使碳纸和质子交换膜以及双极板充分接触，达到了充分传质和降低接触电阻的效果，提高了电堆的性能。
附图说明
16.图1为本发明实施例的氢燃料电池电堆的结构示意图；
17.图2为本发明实施例的氢燃料电池电堆的介质流入接头和介质流出接头分布结构示意图；
18.图3为本发明实施例的氢燃料电池电堆的介质流入接头和介质流出接头分布结构示意图；
19.图4为本发明实施例的氢燃料电池电堆的介质流入接头和介质流出接头分布结构示意图；
20.图5为氢燃料电池(质子交换膜燃料电池)电堆在一实施例中的结构原理示意图(不含电堆端板等部分部件)。
21.附图标记表示为：
22.1、第一端板；11、氢气流入接头；12、空气流入接头；13、冷却液流入接头；14、氢气密封垫放置槽；15、空气密封垫放置槽；16、冷却液密封垫放置槽；17、氢气密封垫；18、空气密封垫；19、冷却液密封垫；2、第二端板；21、氢气流出接头；22、空气流出接头；23、冷却液流出接头；3、采电板安装槽；4、采电板；5、端部极板；6、中间极板；7、膜电极。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
24.结合图1-5所示，一种氢燃料电池电堆，包括：电堆端板和采电板4，电堆端板具有金属骨架，金属骨架能够提高电堆端板的刚性，金属骨架的外侧设置有绝缘层，电堆端板和采电板4贴合设置，绝缘层至少设置在采电板4和金属骨架之间，电堆端板上设置有介质流入流出接头。
25.金属骨架可采用不锈钢等金属材料；绝缘材料可以是非金属材料，例如尼龙等。
26.本实施例的电堆端板具有金属骨架，金属骨架能够提高电堆端板的刚性，金属骨架的外侧设置有绝缘层，电堆端板和采电板4贴合设置，绝缘层至少设置在采电板4和金属骨架之间，因此保证了电堆端板与采电板4之间能够绝缘，同时金属骨架在装配后能够保证电堆端板不变形或在预设变形范围内，保证了电堆端板的刚性，使膜电极能够被电堆端板
均匀压缩，使碳纸和质子交换膜以及双极板充分接触，达到了充分传质和降低接触电阻的效果，提高了电堆的性能。
27.在一些实施例中，绝缘层以浇铸的方式形成于金属骨架的外侧。
28.本实施例的绝缘层以浇铸的方式形成于金属骨架的外侧，这种结构具有良好的密封性能和绝缘性能。
29.在一些实施例中，绝缘层采用绝缘材料制成，绝缘材料具有弹性。
30.本实施例的绝缘材料可以是尼龙、环氧树脂、pom等，绝缘材料具有弹性能均匀而持久对电堆端板进行施加压力，使膜电极能够被电堆端板均匀压缩，使碳纸和质子交换膜以及双极板充分接触，达到了充分传质和降低接触电阻的效果，提高了电堆的性能。
31.在一些实施例中，介质流入流出接头与绝缘层一体浇铸成型。
32.本实施例的介质流入流出接头与绝缘层一体浇铸成型，杜绝了分离部件组装的不利，保证了介质流入流出接头的密封性，杜绝了介质的泄露，提高了电堆的性能。
33.在一些实施例中，绝缘层的一侧设置有采电板安装槽3，采电板4设置在采电板安装槽3内。
34.本实施例通过在绝缘层的一侧设置有采电板安装槽3，方便采电板4的安装定位。
35.在一些实施例中，采电板4远离电堆端板的一侧贴合设置有端部极板5，端部极板5与采电板4贴合的一面为平面，另一面构造有流道。
36.本实施例通过在采电板4远离电堆端板的一侧贴合设置有端部极板5，端部极板5与采电板4贴合的一面为平面，使采电板4与端部极板5贴合更紧密，降低接触电阻，另一面构造有流道，用于流通介质。
37.在一些实施例中，端部极板5采用机加工工艺制作；或，端部极板5采用焊接工艺制作。
38.本实施例的端部极板5可以是石墨双极板和金属双极板，石墨双极板采用机加工方式在石墨板上一面加工出流道，一面加工为平面；金属双极板采用在不锈钢或是钛上加工出一面流道，一面平整平面的结构；或者采用冲压好的单极板和平整的不锈钢或钛板通过激光焊接在一起，形成一面是流道，一面是平整平面的结构，端部极板5是金属双极板时，采用机加工或焊接工艺制作，避免了为端部极板5单独制作冲压或模压模具，降低了成本和加工难度。
39.在一些实施例中，电堆端板具有两个，一个为第一端板1，另一个为第二端板2，第一端板1和第二端板2平行设置，介质流入流出接头包括氢气流入接头11、空气流入接头12、冷却液流入接头13、氢气流出接头21、空气流出接头22和冷却液流出接头23，同一种介质对应的流入接头和流出接头均设置在第一端板1或第二端板2上；或，同一种介质对应的流入接头设置在第一端板1和第二端板2中的其中一个，流出接头设置在第一端板1和第二端板2中的另外一个。
40.本实施例的电堆端板具有两个，一个为第一端板1，另一个为第二端板2，第一端板1和第二端板2平行设置，介质流入流出接头包括氢气流入接头11、空气流入接头12、冷却液流入接头13、氢气流出接头21、空气流出接头22和冷却液流出接头23，同一种介质对应的流入接头和流出接头均设置在第一端板1或第二端板2上；或，同一种介质对应的流入接头设置在第一端板1和第二端板2中的其中一个，流出接头设置在第一端板1和第二端板2中的另
外一个，这种介质进出口布置形式能进行灵活的调整，充分的满足电堆在燃料电池发动机中的介质进出口布置的各种安装要求，另外，同一种介质入口和出口在不同端板上，有利于电堆在系统或整车上管路布置；气流流经的通道不用走u型路线，能降低气体压力损失。
41.在一些实施例中，介质流入流出接头朝向端部极板5的口部构造有密封垫放置槽，密封垫放置槽内设置密封垫。
42.本实施例可以在氢气流入接头11和氢气流出接头21朝向端部极板5的口部均构造氢气密封垫放置槽14，氢气密封垫放置槽14内设置氢气密封垫17，可以在空气流入接头12和空气流出接头22朝向端部极板5的口部均构造空气密封垫放置槽15，空气密封垫放置槽15内设置空气密封垫18，可以在冷却液流入接头13和冷却液流出接头23朝向端部极板5的口部均构造冷却液密封垫放置槽16，冷却液密封垫放置槽16内设置冷却液密封垫19，保证了介质流入流出接头的密封性，杜绝了介质的泄露，提高了电堆的性能。
43.在一些实施例中，氢燃料电池电堆包括中间极板6和膜电极7，第一端板1和第二端板2相对设置，两个采电板4分别设置在第一端板1的采电板安装槽3内和第二端板2的采电板安装槽3内，两个采电板4均贴合设置有端部极板5，两个端部极板5之间还设置有多个中间极板6和多个膜电极7，多个中间极板6和多个膜电极7交替设置，端部极板5构造有流道的一面与膜电极7贴合设置，中间极板6的两面均构造有流道。
44.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式可以自由地组合、叠加。
45.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种氢燃料电池电堆，其特征在于，包括：电堆端板和采电板(4)，所述电堆端板具有金属骨架，所述金属骨架能够提高所述电堆端板的刚性，所述金属骨架的外侧设置有绝缘层，所述电堆端板和采电板(4)贴合设置，所述绝缘层至少设置在所述采电板(4)和所述金属骨架之间，所述电堆端板上设置有介质流入流出接头。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆，其特征在于，所述绝缘层以浇铸的方式形成于所述金属骨架的外侧。3.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆，其特征在于，所述绝缘层采用绝缘材料制成，所述绝缘材料具有弹性。4.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆，其特征在于，所述介质流入流出接头与所述绝缘层一体浇铸成型。5.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆，其特征在于，所述绝缘层的一侧设置有采电板安装槽(3)，所述采电板(4)设置在所述采电板安装槽(3)内。6.根据权利要求5所述的氢燃料电池电堆，其特征在于，所述采电板(4)远离所述电堆端板的一侧贴合设置有端部极板(5)，所述端部极板(5)与所述采电板(4)贴合的一面为平面，另一面构造有流道。7.根据权利要求6所述的氢燃料电池电堆，其特征在于，所述端部极板(5)采用机加工工艺制作；或，所述端部极板(5)采用焊接工艺制作。8.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆，其特征在于，所述电堆端板具有两个，一个为第一端板(1)，另一个为第二端板(2)，所述第一端板(1)和所述第二端板(2)平行设置，所述介质流入流出接头包括氢气流入接头(11)、空气流入接头(12)、冷却液流入接头(13)、氢气流出接头(21)、空气流出接头(22)和冷却液流出接头(23)，同一种介质对应的流入接头和流出接头均设置在所述第一端板(1)或所述第二端板(2)上；或，同一种介质对应的流入接头设置在所述第一端板(1)和所述第二端板(2)中的其中一个，流出接头设置在所述第一端板(1)和所述第二端板(2)中的另外一个。9.根据权利要求6所述的氢燃料电池电堆，其特征在于，所述介质流入流出接头朝向所述端部极板(5)的口部构造有密封垫放置槽，所述密封垫放置槽内设置密封垫。

技术总结

本发明提供了一种氢燃料电池电堆，包括：电堆端板和采电板，电堆端板具有金属骨架，金属骨架能够提高电堆端板的刚性，金属骨架的外侧设置有绝缘层，电堆端板和采电板贴合设置，绝缘层至少设置在采电板和金属骨架之间，电堆端板上设置有介质流入流出接头，因此保证了电堆端板与采电板之间能够绝缘，同时金属骨架在装配后能够保证电堆端板不变形或在预设变形范围内，保证了电堆端板的刚性，因此膜电极能够被电堆端板均匀压缩，使碳纸和质子交换膜以及双极板充分接触，达到了充分传质和降低接触电阻的效果，提高了电堆的性能。提高了电堆的性能。提高了电堆的性能。