具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

为了解决现有双极板制造工艺存在生产成本高、制备周期长、产量低的技术问题，以及制备得到的双极板耐久性及密封性能较差的技术问题。本发明实施例提供一种单极板、双极板组件及制造工艺、电堆以及燃料电池车辆，通过改进单极板的结构，在密封线上设置带注塑工艺孔的密封槽，使得双极板的制造工艺大大简化，并且提高双极板的耐久性及密封性能。

下面结合附图以及具体实施例对本发明的内容进行详细介绍：

实施例1：

本发明实施例提供一种单极板100，单极板100上设置有凸起的流道110和用于装配密封圈的密封线。其中，流道110沿单极板100的长度方向延伸，流道110向外突出，内部供冷却液流通，为膜电极降温。单极板100的两端分别设置3个流体出/入口，分别为氢气入口101、空气入口102、冷却液入口103、氢气出口104、空气出口105和冷却液出口106。密封线的路径本发明未做改进，也即，本发明所述密封线，意指现有技术中双极板上用于安装密封圈的位置。双极板的密封主要包含阴极板220与阳极板230之间水场c的密封，以及阴、阳极板与膜电极之间的密封，防止氢气、空气窜气产生安全隐患。

具体参见图1至图4，单极板100的密封线上设置有凸起的密封槽120，密封槽120的凸起方向与流道110的凸起方向相同，当将两片单极板100组装为双极板时，两片单极板100的流道110开口相对、且密封槽120开口相对，使得阴极板220和阳极板230之间形成一个板间密封腔250。密封槽120的槽壁中设置至少一个注塑工艺孔130，注塑工艺孔130贯通密封槽120的槽壁，使得密封槽120的槽内和槽外能够通过注塑工艺孔130导通。

密封槽120的凸起高度小于流道110的凸起高度，使得密封槽120的槽外具有一定空间能够容纳密封材料，综合考虑密封效果，本实施例中，密封槽120的凸起高度h为流道110的凸起高度H的0.25～0.75倍，密封槽横截面呈梯形，密封槽的侧槽壁的拔模角度为5°～15°。

由于注塑工艺孔130能够连通单极板100的正反两面，在注塑时，设置有注塑工艺孔130的密封线处的正反两面均存在密封材料。因此，注塑工艺孔130适合开设在单极板100正反两面均需要密封的区域，例如冷却液出入口内框处，气场侧需要设置密封圈防止冷却液进入氢气场a/空气场b，而水场c侧则不能设置密封圈，否则会阻挡冷却液的流入、流出，因此冷却液出入口内框处密封线则不能开设注塑工艺孔130。

由此，参见图1，本实施例中，密封槽120包括氢气口内框密封槽121、空气口内框密封槽122以及外框密封槽123，氢气口内框密封槽121、空气口内框密封槽122、外框密封槽123中至少一个上设置有注塑工艺孔130，注塑工艺孔130在密封槽宽度方向上的尺寸为密封槽120的槽底宽度的1/4～3/4，注塑工艺孔130的孔间距为5～50mm，避免间距过大影响注塑效果，过小影响双极板强度。

注塑工艺孔130的数量、孔形状、孔面积、孔间距等根据双极板的实际尺寸、密封材料的流动性而定，本发明不做限制。本实施例中，氢气口内框密封槽121、空气口内框密封槽122和外框密封槽123上均设置有注塑工艺孔130，注塑工艺孔130采用圆孔，且注塑工艺孔130均匀分布，孔径为密封槽120的槽底宽度的一半，孔间距为20～40mm，具体数值根据双极板的实际尺寸、密封材料的流动性而定。

此外，由于注塑工艺孔130能够连通单极板100的正反两面，在注塑时，设置有注塑工艺孔130的密封线处的正反两面均存在密封材料。使得密封材料既能密封阴极板220与阳极板230之间水场c，又能密封阴、阳极板与膜电极之间间隙，满足了双极板的密封要求，因此在极板的外边缘可以不设置密封线，单极板100上仅设置上述密封槽120，如图2所示。

考虑到极板的边缘需要一定支撑，在某些实施例中，单极板100的边缘设置有凸起的加强筋140，如图3所示。加强筋140的形状与流道110相似，均为突出于单极板100表面的结构，加强筋140的凸起高度与流道110的凸起高度相等，使得装堆后加强筋140和流道110能够同时与膜电极接触，以支撑膜电极，并且保证端板对重复单元(双极板+膜电极)均匀施压。

为了缩小单极板100面积，提高整堆的体积功率密度，在某些实施例中，单极板100的边缘设置有凸起的折弯部150，如图4所示。折弯部150为单极板100边缘发生折弯的部分材料，由于发生折弯，使得折弯部150同样突出于单极板100表面，当两片单极板100对接组装后，两个折弯部150之间能够形成一个具有开口的容纳腔，可以容纳密封材料。折弯部150的凸起高度应小于流道110的凸起高度，使得折弯部150的气场侧具有一定空间能够容纳密封材料，从而实现双极板密封。

并且，由于折弯部150在两块单极板100组装后仍然具有开口，且开口朝外，在折弯部150注塑密封材料时，密封材料可以同时填充于容纳腔内部和外部，因此折弯部150可充当单极板100的外边缘密封线。也即折弯部150构成外框密封槽123，因此对应实施例中，仅在氢气口内框密封槽121和空气口内框密封槽122上均设置有注塑工艺孔130即可。

为了简化该单极板100装堆时的工艺操作，本实施例中单极板100为预涂层金属板，如SANDVIK(山特维克集团)提供的预涂层处理钢带产品，经卷对卷涂层技术处理的带材上自带涂层，不需要在极板成型后进行涂层处理，可取消现有工艺中的涂层步骤。

由此，本实施例提供的单极板100，允许两块单极板100组装后通过注塑一体成型密封组件210，两块单极板100通过密封组件210连接为一体，密封组件210充当焊线，由此可以取消现有双极板制造工艺中的焊接步骤，避免激光焊接对预涂层的破坏而影响双极板的耐腐蚀性能；并且板件密封圈与气场侧密封圈一体成型，此结构可解决现有技术中密封圈粘固失效、移位所产生的密封失效问题。

实施例2：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种双极板组件200，不同于现有技术中双极板仅包括两块无连接关系的单极板100，参见图5至图7，本实施例提供的双极板组件200包括两块由密封组件210连接为一体的单极板100，本实施例中单极板100采用上述实施例1的单极板100，两片单极板100以流道110开口相对的姿态贴合，分别构成阴极板220和阳极板230。阴极板220和阳极板230的密封槽120开口相对，位置相对的两个密封槽120构成封闭的板间密封腔250，由于注塑工艺孔130的存在，使得板间密封腔250的腔内和腔外导通。

密封组件210包括通过注塑工艺孔130一体注塑成型的氢气场密封圈211、空气场密封圈212和板间密封圈213。其中，氢气场密封圈211和空气场密封圈212的高度应当大于流道110的凸起高度H，使得装堆时氢气场密封圈211和空气场密封圈212能够被挤压。为了保证压力均匀，氢气场密封圈211和空气场密封圈212的高度应当相等，本实施例中，氢气场密封圈211和空气场密封圈212的高度均为流道110的凸起高度H的1.2～1.5倍。

氢气场密封圈211和空气场密封圈212分别包覆于两片单极板100上密封槽120的气场侧，具体是氢气场密封圈211包覆于阳极板230的密封槽120的氢气场a侧，且整个密封槽120的槽壁完全嵌入氢气场密封圈211，用于密封阳极板230与膜电极之间的氢气场a；空气场密封圈212包覆于阴极板220的密封槽120的空气场b侧，且整个密封槽120的槽壁完全嵌入空气场密封圈212，用于密封阴极板220与膜电极之间的空气场b。板间密封圈213填充于板间密封腔250中，用于密封双极板内部的水场c。

密封组件210中氢气场密封圈211和空气场密封圈212分别包覆在密封槽120外，密封槽120对氢气场密封圈211和空气场密封圈212起到限位作用，进一步防止密封圈移位、导致密封失效。

实施例3：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种双极板组件200，同实施例2，本实施例的双极板组件200同样包括两块由密封组件210连接为一体的单极板100，且本实施例中单极板100采用上述实施例1的单极板100。本实施例的双极板组件200包含实施例2的双极板组件200的所有技术特征，因此相同的部分此处不再赘述，具体参考实施例2。

具体参见图8和图9，本实施例中，双极板组件200的外边缘设置有外边缘绝缘密封圈240，外边缘绝缘密封圈240包覆于阴极板220和阳极板230的外边缘上，即外边缘绝缘密封圈240不仅可以实现阴极板220、阳极板230和膜电极之间的绝缘和密封，同时还可实现双极板组件200的边缘与电堆紧固件之间的绝缘和密封。并且，外边缘绝缘密封圈240也可起到支撑双极板和膜电极边缘的作用。外边缘绝缘密封圈240为一体式结构，其整体高度为流道110的凸起高度H的2.4～3倍，也即氢气场a和空气场b中外边缘绝缘密封圈240各凸出1.2H～1.5H的高度。

由于增加外边缘绝缘密封圈240，可防止双极板漏电，提高了电堆的绝缘性能。此外，即使密封组件210失效，外边缘绝缘密封圈240也能起到密封作用，防止气体泄漏，进一步提高了燃料电池堆的安全可靠性。

实施例4：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种制造工艺，用于制造上述实施例2或实施例3的双极板组件200。

参见图5至图9，该制造工艺包括如下步骤：

冲压工序：在基材上冲压成型流道110和密封槽120，在密封槽120的槽壁中开设注塑工艺孔130，得到单极板100。

具体的，本实施例中基材采用预涂层金属板，在流道110的冲压工序中同步完成密封槽120的冲压成型以及注塑工艺孔130的冲孔操作。然后进入密封工序。

密封工序；将两片单极板100以流道110开口相对的姿态贴合，组装为双极板；将双极板放入注塑模具，注射密封材料，密封材料通过注塑工艺孔130充填板间密封腔250的腔内和腔外，完成氢气场密封圈211、空气场密封圈212和板间密封圈213的一体化注塑成型；待密封材料固化后，得到双极板组件200。

具体的，注塑前在阴极板220和阳极板230的与密封材料相接触的面上预先涂覆接着剂，便于后续一体化注塑密封圈粘接在双极板上。

将阴极板220和阳极板230按装配要求组装为双极板，放入注塑模具压紧，均匀注射密封材料，具体的密封材料可采用三元乙丙橡胶、硅橡胶或氟橡胶。通过注塑工艺孔130，完成氢气场密封圈211、空气场密封圈212和板间密封圈213三部分的一体化单次注塑。待注塑完成后，将双极板从注塑模具中取出，待固化后装堆使用。

对于带外边缘绝缘密封圈240的双极板组件200，则在对密封组件210进行注塑成型时，同步完成外边缘绝缘密封圈240的注塑成型。

本实施例提供的双极板组件200制造工艺仅包括冲压工序和密封工序两个步骤，相比于现有技术中双极板制造工艺“冲压成型→激光焊接→涂层→密封”，本发明的双极板组件200制造工艺得到简化，有利于实现双极板的低成本、高效率生产。

实施例5：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种电堆，典型的电堆结构依次包括进气端板、进气端绝缘板、进气端集流板、重复单元、盲端集流板、盲端绝缘板、盲端端板。通过电堆紧固件将整堆固定，并使得两端端板向重复单元提供一定的压力，使得密封圈受压变形，实现良好的密封效果。

参见图10，本实施例提供的电堆中，重复单元中设置有至少一个上述实施例2的双极板组件200，因而本实施例提供的电堆具有上述实施例2的全部优点。本实施例中电堆的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，此处不展开说明。

装堆时，将数百片双极板组件200与膜电极300交叉堆叠在一起，通过两端端板400以及紧固件施加紧固力，使氢气场密封圈211、空气场密封圈212和板间密封圈213受到压缩变形，将水、氢气、空气密封在各自的流场中，完成燃料电池电堆的组装。

实施例6：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种电堆，参见图11，本实施例的电堆中，重复单元中设置有至少一个上述实施例3的双极板组件200，因而本实施例提供的电堆具有上述实施例3的全部优点。本实施例中电堆的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，此处不展开说明。

实施例7：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种燃料电池车辆，包括燃料电池，燃料电池以氢气为燃料，直接将化学能转换为电能，高压电能通过DCDC转化为三相交流电，驱动电动机转动，输出动力。

燃料电池中可以设置单个电堆，也可采用多个电堆集成在一起，提高燃料电池输出功率。本实施例的燃料电池包括至少一个上述实施例5或实施例6的电堆，因而本实施例提供的燃料电池车辆具有上述实施例5或实施例6的全部优点。本实施例中燃料电池车辆的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，此处不展开说明。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。