一种用于燃料电池的集成式多功能集流板的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的集成式多功能集流板。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能量转换装置，其中燃料气体与空气或氧气分别在阳极侧与阴极侧发生电化学反应，产生水、热与电力输出。由于在实际应用过程中，单片电池难以满足电压与功率需求，因此需要将多片单池堆叠形成燃料电池电堆，而电堆的正负极两端则需要集流板进行电流的收集与输出。
3.现有的典型技术方案中，通常采用导电性高的金属板作为集流板的材料，形状与单池形状相符，并采用表面处理进一步提高起导电性与耐蚀性。但是目前的技术方案存在着如下问题：由于集流板与电堆的端板均为金属材质，需要额外的绝缘措施，同时由于电堆的反应气体与冷却剂与集流板直接接触，电堆的绝缘性能无法得到保障，同时与反应流体的直接接触更易发生腐蚀现象，对电堆关键组件膜电极造成离子污染，从而对电堆的性能与耐久性产生影响。中国专利cn111082120a与专利cn 211829032 u采用了相似的解决方案，将集流板内嵌到包塑端板之中，可以解决集流板与反应流体接触的问题，但是其嵌接的部分采用胶接或螺栓进行固定，存在着密封失效的风险。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于燃料电池的集成式多功能集流板。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
6.一种用于燃料电池的集成式多功能集流板，包括集流板内芯和塑料壳体，所述塑料壳体采用包塑或喷塑的工艺包裹在集流板内芯外部；所述集流板内芯一侧外壁的中央区域设有导流凸台，所述塑料壳体因此而外壁设置有与导流凸台相适配的凸台开口，所述导流凸台紧密嵌入于凸台开口内；所述导流凸台远离集流板内芯的一侧外壁与燃料电池电堆的活性区域相接触，所述集流板内芯的一侧外壁设有用于连接电堆高压接线的输出铜排，所述集流板内芯和塑料壳体的边缘处分别设置有空气流通结构、氢气流通结构和冷却剂流通结构。
7.优选的：所述冷却剂流通结构包括两个冷却剂流通口和两个冷却剂进出口，两个所述冷却剂流通口设置于集流板内芯的两个对角处，且两个冷却剂进出口设置于塑料壳体的两个对角处，冷却剂流通口的位置与冷却剂进出口对应。
8.进一步的：所述氢气流通结构包括两个氢气流通口和两个氢气进出口，两个所述氢气流通口设置于集流板内芯的另外两个对角处，且两个氢气进出口设置于塑料壳体的另外两个对角处，氢气流通口的位置与氢气进出口对应。
9.进一步优选的：所述空气流通结构包括两个空气流通口和两个空气进出口，两个
所述空气流通口对称的设置于集流板内芯的两侧，且两个空气进出口对称的设置于塑料壳体的两侧，空气流通口的位置与空气进出口对应。
10.作为本实用新型一种优选的：所述集流板内芯顶部两侧外壁开设有均匀分布的工艺加强孔。
11.作为本实用新型进一步优选的：所述塑料壳体一侧外壁一体式向外侧延伸有铜排端罩，所述铜排端罩包裹于输出铜排外部。
12.作为本实用新型再进一步的方案：所述塑料壳体一侧外壁设置有等距分布的肋条，所述肋条之间构成气体流场。
13.在前述方案的基础上：所述肋条的横截面呈矩形结构或等腰三角形结构。
14.在前述方案的基础上优选的：塑料壳体采用尼龙材质，并添加玻纤作为增强剂。
15.在前述方案的基础上进一步优选的：所述集流板内芯和塑料壳体构成了正极集流板或负极集流板，所述正极集流板和负极集流板呈对称设置，所述正极集流板和负极集流板之间设置有堆芯，所述正极集流板远离堆芯的一侧设置有正极端板，所述负极集流板远离堆芯的一侧设置有负极端板。
16.本实用新型的有益效果为：
17.1.本实用新型通过设置塑料壳体采用包塑、喷塑等工艺包裹在集流板内芯外部，既可以将电堆电流进行收集导出，又可以保障反应物质与内芯不发生接触，起到完全绝缘的作用；避免了密封失效的风险，提高了电堆整体的绝缘可靠性。
18.2.通过设置工艺加强孔，能够在塑料壳体包塑或喷塑时，使物料粉末在工艺加强孔内聚集成型，从而很大的提升了集流板内芯与塑料壳体之间连接的牢固度。
19.3.通过设置铜排端罩，能够起到保护和加固输出铜排的目的，提升了结构牢固度和可靠性；通过设置肋条，在肋条之间构成气体流场，能够缓解电堆操作过程中的端板效应，具有提高电堆性能的作用。
20.4.将目前市面上普通燃料电池电堆的绝缘板、集流板、假电极等零部件进行了集成设计，降低电堆零件数量，提高了电堆的装配性；采用与堆芯相同结构的集流板设计，无需对各端板、堆芯等零部件进行额外设计，无拼接的密封面提高了电堆的密封可靠性。
附图说明
21.图1为本实用新型提出的一种用于燃料电池的集成式多功能集流板的结构示意图；
22.图2为本实用新型提出的一种用于燃料电池的集成式多功能集流板另一侧的结构示意图；
23.图3为本实用新型提出的一种用于燃料电池的集成式多功能集流板内芯的结构示意图；
24.图4为本实用新型提出的一种用于燃料电池的集成式多功能集流板塑料壳体的结构示意图；
25.图5为本实用新型提出的一种用于燃料电池的集成式多功能集流板塑料壳体另一侧的结构示意图；
26.图6为图5中a处的放大图；
27.图7为本实用新型实施例2提出的一种用于燃料电池的集成式多功能集流板塑料壳体局部的结构示意图；
28.图8为本实用新型实施例3提出的一种用于燃料电池的集成式多功能集流板电堆的结构示意图。
29.图中：1集流板内芯、11导流凸台、12输出铜排、13冷却剂流通口、14空气流通口、15氢气流通口、16工艺加强孔、2塑料壳体、21凸台开口、22铜排端罩、23冷却剂进出口、24空气进出口、25氢气进出口、26肋条、3正极端板、4正极集流板、5堆芯、6负极集流板、7负极端板。
具体实施方式
30.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
31.下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
32.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利和简化描述，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专利的限制。
33.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。
34.实施例1：
35.一种用于燃料电池的集成式多功能集流板，如图1-6所示，包括集流板内芯1和塑料壳体2，所述塑料壳体2采用包塑或喷塑的工艺包裹在集流板内芯1外部；所述集流板内芯1一侧外壁的中央区域设有导流凸台11，所述塑料壳体2因此而外壁设置有与导流凸台11相适配的凸台开口21，所述导流凸台11紧密嵌入于凸台开口21内；所述导流凸台11远离集流板内芯1的一侧外壁与燃料电池电堆的活性区域相接触，所述集流板内芯1的一侧外壁设有用于连接电堆高压接线的输出铜排12，所述集流板内芯1和塑料壳体2的边缘处分别设置有空气流通结构、氢气流通结构和冷却剂流通结构；通过设置塑料壳体2采用包塑、喷塑等工艺包裹在集流板内芯1外部，既可以将电堆电流进行收集导出，又可以保障反应物质与内芯不发生接触，起到完全绝缘的作用；避免了密封失效的风险，提高了电堆整体的绝缘可靠性。
36.为了便于冷却剂流通；如图1-5所示，所述冷却剂流通结构包括两个冷却剂流通口13和两个冷却剂进出口23，两个所述冷却剂流通口13设置于集流板内芯1的两个对角处，且两个冷却剂进出口23设置于塑料壳体2的两个对角处，冷却剂流通口13的位置与冷却剂进出口23对应；通过设置冷却剂流通口13和冷却剂进出口23，为冷却剂的流通提供了通道，提升了可靠性。
37.为了便于氢气流通；如图1-5所示，所述氢气流通结构包括两个氢气流通口15和两个氢气进出口25，两个所述氢气流通口15设置于集流板内芯1的另外两个对角处，且两个氢
气进出口25设置于塑料壳体2的另外两个对角处，氢气流通口15的位置与氢气进出口25对应；通过设置氢气流通口15和氢气进出口25，为氢气的流通提供了通道，提升了可靠性。
38.为了便于空气流通；如图1-5所示，所述空气流通结构包括两个空气流通口14和两个空气进出口24，两个所述空气流通口14对称的设置于集流板内芯1的两侧，且两个空气进出口24对称的设置于塑料壳体2的两侧，空气流通口14的位置与空气进出口24对应；通过设置空气流通口14和空气进出口24，为空气的流通提供了通道，提升了可靠性。
39.为了提升结构牢固度；如图3所示，所述集流板内芯1顶部两侧外壁开设有均匀分布的工艺加强孔16；通过设置工艺加强孔16，能够在塑料壳体2包塑或喷塑时，使物料粉末在工艺加强孔16内聚集成型，从而很大的提升了集流板内芯1与塑料壳体2之间连接的牢固度。
40.为了提升可靠性；如图2、图4所示，所述塑料壳体2一侧外壁一体式向外侧延伸有铜排端罩22，所述铜排端罩22包裹于输出铜排12外部；通过设置铜排端罩22，能够起到保护和加固输出铜排12的目的，提升了结构牢固度和可靠性。
41.为了便于气体流动；如图6所示，所述塑料壳体2一侧外壁设置有等距分布的肋条26，所述肋条26之间构成气体流场；通过设置肋条26，在肋条26之间构成气体流场，能够缓解电堆操作过程中的端板效应，具有提高电堆性能的作用。
42.为了便于气体流动；如图6所示，所述肋条26的横截面呈矩形结构。
43.实施例2：
44.一种用于燃料电池的集成式多功能集流板，如图7所示，为了易于气体流动；本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：所述肋条26的横截面呈等腰三角形结构。
45.实施例3：
46.一种用于燃料电池的集成式多功能集流板，如图8所示，本实施例在实施例1或2的基础上作出以下改进：所述集流板内芯1和塑料壳体2构成了正极集流板4或负极集流板6，所述正极集流板4和负极集流板6呈对称设置，所述正极集流板4和负极集流板6之间设置有堆芯5，所述正极集流板4远离堆芯5的一侧设置有正极端板3，所述负极集流板6远离堆芯5的一侧设置有负极端板7；塑料壳体2采用尼龙材质，并添加玻纤作为增强剂。
47.本实施例通过设置正极端板3、正极集流板4、堆芯5、负极集流板6、负极端板7等结构，构成了燃料电池电堆结构，在使用时，需保障导流凸台11远离集流板内芯1的一侧外壁与燃料电池电堆的活性区域相接触，将高压接线接于输出铜排12上使用，此外塑料壳体2采用尼龙材质，并添加玻纤作为增强剂，具有强度好、吸水性低、绝缘性能好等优点。
48.以上所述，为本实用新型较佳的具体实施方式，但并非本实用新型唯一的具体实施方式，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内结合现有技术或公众常识，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同、等效替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。