阅读说明：本技术 双极板及燃料电池电堆 (Bipolar plate and fuel cell stack ) 是由 李建秋 甘全全 *** 徐梁飞 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种双极板及燃料电池电堆。双极板包括阳极单板和阴极单板。阳极单板包括设置有阳极流场的第一面以及第二面。阴极单板包括设置有阴极流场的第三面以及第四面。阳极流场的进口端和出口端分别延伸至阳极单板的外边缘。阴极流场的进口端和出口端分别延伸至阴极单板的外边缘,第二面和第四面固定贴合在一起,组成双极板。阳极单板和阴极单板的外边缘均设置有密封槽。利用密封槽可以实现流场通道的密封。双极板的平面内仅设置有流场和密封槽。削减了传统双极板中阳极燃料、阴极燃料以及冷却液的进出口外框的设计。可以确保燃料电池电堆的高效发电的基础上,提高双极板发电部分的有效面积率。(The present application relates to a bipolar plate and a fuel cell stack. The bipolar plate includes an anode single plate and a cathode single plate. The anode single plate comprises a first surface and a second surface, wherein the first surface is provided with an anode flow field. The cathode single plate comprises a third surface and a fourth surface which are provided with a cathode flow field. The inlet end and the outlet end of the anode flow field respectively extend to the outer edge of the anode single plate. The inlet end and the outlet end of the cathode flow field respectively extend to the outer edge of the cathode single plate, and the second surface and the fourth surface are fixedly attached together to form the bipolar plate. The outer edges of the anode single plate and the cathode single plate are provided with sealing grooves. The seal groove can be used for sealing the flow field channel. Only a flow field and a seal groove are arranged in the plane of the bipolar plate. The design of the inlet and outlet outer frames of anode fuel, cathode fuel and cooling liquid in the traditional bipolar plate is reduced. The effective area rate of the bipolar plate power generation part can be improved on the basis of ensuring the high-efficiency power generation of the fuel cell stack.)

双极板及燃料电池电堆

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，特别是涉及一种双极板及燃料电池电堆。

背景技术

当前，环保零排放新能源汽车正在全球高速发展，并且国际上许多发达国家均制定了传统汽油车退役时间表。在新能源汽车中，以燃料电池作为动力电源驱动的燃料电池电动汽车，用燃料氢气替代传统汽油作为能源，被认为是在各方面性能可以与传统汽油车相媲美的替代型新能源汽车。国际上许多著名汽车厂商均已推出商业化燃料电池汽车。

双极板是燃料电池的关键部件之一，在燃料电池中发挥着传输和分隔燃料和空气及冷却液、机械支撑、电子传导等重要作用。双极板除发挥上述作用外，其设计决定了燃料电池极板的有效面积率，进而决定燃料电池电堆的体积功率密度等。双极板设计包括气体和冷却液进出口设计、密封设计、流场设计、电池堆组装定位设计等。传统双极板设计一般将燃料、空气和冷却液进出口外框设计在双极板板材平面内，在密封上需要围绕这些进出口框进行设计，而发电有效部分流场则位于这些设计所包围的内部，从而这使得传统双极板的进出口及其密封的面积占比较大，发电部分的有效面积率较低。

发明内容

基于此，有必要针对传统双极板的进出口及其密封的面积占比较大，发电部分的有效面积率较低问题，提供一种双极板及燃料电池电堆。

一种双极板，包括：

阳极单板，包括第一面和第二面，所述第一面设置有阳极流场，所述阳极流场的进口端和出口端分别延伸至所述阳极单板的外边缘；以及

阴极单板，包括第三面和第四面，所述第三面设置有阴极流场，所述阴极流场的进口端和出口端分别延伸至所述阴极单板的外边缘，所述阳极单板的所述第二面与所述阴极单板的所述第四面固定贴合；

所述阳极单板和所述阴极单板的外边缘均设置有密封槽。

在其中一个实施例中，还包括：

阳极密封件，与所述阳极单板的密封槽卡合连接，以覆盖于所述阳极流场的四周。

在其中一个实施例中，还包括：

阴极密封件，与所述阴极单板的密封槽卡合连接，以覆盖于所述阴极流场的四周。

在其中一个实施例中，所述阳极单板还包括：

第一冷却流场，设置于所述阳极单板的所述第二面，所述第一冷却流场的进口端和出口端分别延伸至所述阳极单板的外边缘。

在其中一个实施例中，所述阴极单板还包括：

第二冷却流场，设置于所述阴极单板的所述第四面，所述第二冷却流场的进口端和出口端分别延伸至所述阴极单板的外边缘，当所述第二面和所述第四面固定贴合时，所述第一冷却流场和第二冷却流场完全重合，以形成冷却液通道。

一种燃料电池电堆，包括：

两个端板；

电池堆组件，设置于两个所述端板之间，所述电池堆组件包括多个如上述实施例中任一项所述的双极板，多个所述双极板贴合在一起，形成阳极燃料运输区、阴极燃料运输区以及冷却液运输区；以及

多个运输接口，分别通过法兰设置于所述阳极燃料运输区、所述阴极燃料运输区以及所述冷却液运输区。

在其中一个实施例中，还包括：

框架密封件，分别设置于所述阳极燃料运输区、所述阴极燃料运输区以及所述冷却液运输区，所述法兰通过所述框架密封件将所述多个运输接口分别设置于所述阳极燃料运输区、所述阴极燃料运输区以及所述冷却液运输区。

在其中一个实施例中，所述框架密封件从所述电池堆组件的边缘伸出。

在其中一个实施例中，所述电池堆组件还包括：

多个膜电极，每个膜电极设置于两个相邻的所述双极板之间。

在其中一个实施例中，所述膜电极和与所述膜电极相邻的所述双极板之间通过密封线固定连接，所述密封线连接至所述双极板的边缘，并从所述双极板的边缘伸出。

在其中一个实施例中，所述端板上设置有螺孔，两个所述端板之间的所述螺孔中穿入有螺杆梁。

上述双极板包括阳极单板和阴极单板。所述阳极单板包括设置有阳极流场的第一面以及第二面。所述阴极单板包括设置有阴极流场的第三面以及第四面。所述阳极流场的进口端和出口端分别延伸至所述阳极单板的外边缘。所述阴极流场的进口端和出口端分别延伸至所述阴极单板的外边缘，所述第二面和所述第四面固定贴合在一起，组成所述双极板。所述阳极单板和所述阴极单板的外边缘均设置有密封槽。利用所述密封槽可以实现流场通道的密封。所述双极板的平面内仅设置有流场和密封槽。削减了传统双极板中阳极燃料、阴极燃料以及冷却液的进出口外框的设计。可以确保燃料电池电堆的高效发电的基础上，提高双极板发电部分的有效面积率。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的阴极单板正面图；

图2为本申请一个实施例提供的阳极单板正面图；

图3为本申请一个实施例提供的阴极单板反面图；

图4为本申请一个实施例提供的阳极单板反面图；

图5为本申请一个实施例提供的双极板正面图；

图6为本申请一个实施例提供的双极板反面图；

图7为本申请一个实施例提供的双极板俯视图；

图8为本申请一个实施例提供的阴极密封件结构图；

图9为本申请一个实施例提供的阳极密封件结构图；

图10为本申请一个实施例提供的燃料电池电堆侧视图；

图11为本申请一个实施例提供的燃料电池电堆上端放大图；

图12为本申请一个实施例提供的燃料电池电堆侧边放大图；

图13为本申请一个实施例提供的燃料电池电堆侧视图；

图14为本申请一个实施例提供的燃料电池电堆正视图；

图15为本申请一个实施例提供的密封组件图；

图16为本申请一个实施例提供的带密封组件的燃料电池电堆侧视图。

主要元件附图标号说明

双极板 10

阳极单板 100

第一面 110

第二面 120

阳极流场 111

第一冷却流场 121

阴极单板 200

第三面 210

第四面 220

阴极流场 211

第二冷却流场 221

密封槽 230

阴极密封槽 231

阴极燃料运输接口侧边密封槽 232

阳极燃料运输接口侧边密封槽 233

冷却液运输接口侧边密封槽 234

阳极密封槽 235

阳极密封件 300

阴极密封件 400

燃料电池电堆 20

端板 500

电池堆组件 600

阳极燃料运输区 601

阴极燃料运输区 602

冷却液运输区 603

运输接口 604

框架密封件 605

带侧边密封槽的绝缘板 606

螺孔 607

膜电极 610

阳极运输接口法兰 611

阴极运输接口法兰 612

冷却液运输接口法兰 613

单电池密封件 614

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请一个实施例提供一种双极板10。双极板10由阳极单板10和阴极单板200背靠背贴合在一起组成。

请参见图1，阴极单板200包括第三面210和第四面220(即阴极单板200的正面和反面)。阴极单板200的正面为双极板10的正面。阴极单板200的正面设置有阴极流场211。阴极流场211可以是平行流场、蛇形流场、波浪流场或其他流场。阴极流场211的进口端和出口端分别延伸至阴极单板200的外边缘。阴极单板200的外边缘设置有密封槽230。阴极单板200上的密封槽230可以包括阴极密封槽231、阴极燃料运输接口侧边密封槽232、阳极燃料运输接口侧边密封槽233和冷却液运输接口侧边密封槽234。其中，阴极密封槽231包围阴极流场211。阴极燃料运输接口侧边密封槽232、阳极燃料运输接口侧边密封槽233和冷却液运输接口侧边密封槽234可以看成是阴极密封槽231上的凸槽。阴极燃料运输接口侧边密封槽232、阳极燃料运输接口侧边密封槽233和冷却液运输接口侧边密封槽234分别设置于各个运输接口的两侧。

请参见图2，阳极单板100包括第一面110和第二面120(即阳极单板100的正面和反面)。阳极单板100的正面为双极板10的反面。阳极单板100的正面设置有阳极流场111。阳极流场111可以是平行流场、蛇形流场、波浪流场或其他流场。阳极流场111的进口端和出口端分别延伸至阳极单板100的外边缘。阳极单板100的第二面120与阴极单板200的第四面220固定贴合。阳极单板100的外边缘设置有密封槽230。阳极单板100上的密封槽230可以包括阳极密封槽235、阴极燃料运输接口侧边密封槽232、阳极燃料运输接口侧边密封槽233和冷却液运输接口侧边密封槽234。其中，阳极密封槽235包围阳极流场111。阴极燃料运输接口侧边密封槽232、阳极燃料运输接口侧边密封槽233和冷却液运输接口侧边密封槽234可以看成是阳极密封槽235上的凸槽。阴极燃料运输接口侧边密封槽232、阳极燃料运输接口侧边密封槽233和冷却液运输接口侧边密封槽234分别设置于各个运输接口的两侧。

上述双极板10包括阳极单板100和阴极单板200。阳极单板100包括设置有阳极流场111的第一面110以及第二面120。阴极单板200包括设置有阴极流场211的第三面210以及第四面220。阳极流场111的进口端和出口端分别延伸至阳极单板100的外边缘。阴极流场211的进口端和出口端分别延伸至阴极单板200的外边缘，阳极单板100的第二面120和阴极单板200的第四面220固定贴合在一起，组成双极板10。阳极单板100和阴极单板200的外边缘均设置有密封槽230。利用密封槽230可以实现流场通道的密封。双极板10的平面内仅设置有流场和密封槽230。削减了传统双极板10中阳极燃料、阴极燃料以及冷却液的进出口外框的设计。可以确保燃料电池电堆的高效发电的基础上，提高双极板发电部分的有效面积率。

在其中一个实施例中，阳极单板100还包括第一冷却流场121。第一冷却流场121设置于阳极单板100的第二面120(阳极单板100的反面)。第一冷却流场121的进口端和出口端分别延伸至阳极单板100的外边缘。

阴极单板200还包括第二冷却流场221。第二冷却流场221设置于阴极单板200的第四面220(阴极单板200的反面)。第二冷却流场221的进口端和出口端分别延伸至阴极单板200的外边缘。如图3和图4所示，第一冷却流场121和第二冷却流场221为形状相同互为镜像的冷却流场。当第二面120和第四面220固定贴合时，第一冷却流场121和第二冷却流场221完全重合，以形成冷却液通道。

如图5和图6所示，当阴极单板200和阳极单板100贴合在一起，组成双极板10时，阴极单板200上的阳极燃料进/出处、阴极燃料进/出处和冷却液进/出处分别与阳极单板100上的阳极燃料进/出处、阴极燃料进/出处和冷却液进/出处重合。

图7为本申请一个实施例提供的双极板俯视图，由图中可知，阳极燃料进/出处正好分别与阳极流场的进端和出端相对应。冷却液进/出处正好分别与冷却液通道的进端和出端相对应。阳极燃料可以通过位于双极板10上面的阳极燃料进/出处进入阳极流场111，再经位于双极板10底部的阳极燃料进/出处流出。阴极燃料可以通过位于双极板10左面的阴极燃料进/出处进入阴极流场211，再经位于双极板10右面的阴极燃料进/出处流出。冷却液通过位于双极板10上面的冷却液进/出处进入冷却液通道，再经位于双极板10底部的冷却液进/出处流出。

在其中一个实施例中，双极板10还包括阳极密封件300和阴极密封件400。

阳极密封件300与阳极单板100的密封槽230卡合连接，以覆盖于阳极流场111的四周。阴极密封件400与阴极单板200的密封槽230卡合连接，以覆盖于阴极流场211的四周。如图8所示，阴极密封件400为对称的密封件，阴极密封件400可以正好卡合于阴极单板200的密封槽230中。如图9所示，阳极密封件300为中心对称的密封件，阳极密封件300可以正好卡合于阳极单板100的密封槽230中。利用阳极密封件300和阴极密封件400配合密封槽230可以实现流场通道的密封。

请参见图10，本申请一个实施例提供一种燃料电池电堆20。燃料电池电堆20包括两个端板500、电池堆组件600和多个运输接口604。

电池堆组件600设置于两个端板500之间。电池堆组件600包括多个如上述实施例中任一项的双极板10。多个双极板10贴合在一起，形成阳极燃料运输区601、阴极燃料运输区602以及冷却液运输区603。多个运输接口604分别通过法兰设置于阳极燃料运输区601、阴极燃料运输区602以及冷却液运输区603。

两个端板500将若干个双极板10组装成一个组。若干个双极板10中的每一个双极板10上的阳极燃料进/出处、阴极燃料进/出处和冷却液进/出处经组装后，分别形成阳极燃料运输区601、阴极燃料运输区602以及冷却液运输区603。具体的，请参见图11，阳极燃料运输区601和冷却液运输区603均可以设置在燃料电池电堆20的上面和底面。请参见图12，阴极燃料运输区602可以设置在燃料电池电堆20的侧面。

请参见图13和图14，可以采用法兰将阳极燃料运输区601、阴极燃料运输区602以及冷却液运输区603进行密封。法兰可以包括阳极运输接口法兰611、阴极运输接口法兰612和冷却液运输接口法兰613。阳极运输接口法兰611、阴极运输接口法兰612和冷却液运输接口法兰613分别设置于阳极燃料运输区601、阴极燃料运输区602以及冷却液运输区603。燃料电池电堆20的空气、氢气、冷却液均通过燃料电池电堆20侧面法兰以及设置于各个法兰上的运输接口604完成进堆和出堆流动。当流体进入入口法兰后，进一步经由燃料电池电堆20侧面双极板10的开孔(各运输区的进入端)进入燃料电池电堆20双极板10之间(冷却液)或膜电极和双极板10之间(氢气、空气)。同样再由电堆侧面双极板开孔(各运输区的出去端)进入出口法兰。

在其中一个实施例中，电池堆组件600还包括多个膜电极610和两个集流板。每个膜电极610设置于两个相邻的双极板10之间。即一个双极板10和一个膜电极610贴合在一起形成一个单电池。两个集流板间隔设置。多个单电池设置在两个集流板之间。两个端板500分别设置在两个集流板的外侧。集流板与其外侧的端板500之间可以通过面密封件进行密封。在一个可选的实施例中，膜电极610和与膜电极610相邻的双极板10之间通过密封线固定连接，密封线连接至双极板10的边缘，并从双极板10的边缘伸出。例如，密封线可以从双极板10的边缘伸出0.01mm至0.05mm。并且能够与安装在燃料电池电堆20侧面的端口密封线相连接，形成“T”型连接。密封线的材料可以为橡胶、硅胶或其他软密材料。膜电极610和与膜电极610相邻的双极板10也可以采用粘接的方式，实现双极板10和膜电极610的粘接，同样扩展至双极板10边缘，并在组装后燃料电池电堆20侧面形成连续的实体结构，并于燃料电池电堆20侧面的密封线形成侧面密封。为了完成上述密封线的功能，其成型工艺不限于液态注射成型、独立安装、电堆整体注塑、点胶、丝网印刷等。双极板10与膜电极610之间的密封线和燃料电池电堆20侧面端口密封线不限于独立成型后再组装、还是二者一次性成型。

请参见图15，在其中一个实施例中，燃料电池电堆20还包括框架密封件605和单电池密封件614。框架密封件605分别设置于阳极燃料运输区601、阴极燃料运输区602以及冷却液运输区603，法兰通过框架密封件605将多个运输接口604分别设置于阳极燃料运输区601、阴极燃料运输区602以及冷却液运输区603。法兰与运输区之间可以设置带侧边密封槽的绝缘板606。在一个可选的实施例中，框架密封件605从电池堆组件600的边缘伸出。以防止燃料或空气的溢出。通过单电池密封件614可以将一个膜电极610和一个双极板10密封，形成一个单电池。

请参见图16，在其中一个实施例中，为了进一步提高燃料电池电堆20的封装的密封性。端板500上设置有螺孔607，两个端板500之间的螺孔607中穿入有螺杆梁。螺杆梁在完成电堆拉杆轴向紧固的同时，也完成拉杆径向的法拉密封压紧。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。