一种集流板的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种集流板。


背景技术：

2.燃料电池作为一种新型的能源转换装置，以其能量转换率高、可靠性强、清洁度高、无噪声等诸多优点迅速引起相关领域人们的关注。燃料电池由膜电极、双极板、集流板和端板将若干个单电池串联组成，其中集流板是燃料电池的重要组件之一，不仅要求具有良好的导电性和灵活性，还要求具有优良的耐电化学腐蚀性能。
3.专利申请号202010076638.9公开了一种包塑式集流板和燃料电池，其包括集流板本体和包塑壳体，集流板本体的中央区域设为反应区，包塑壳体包裹在集流板本体外，包塑壳体上设有凸台开口，反应区嵌入凸台开口，使得包塑壳体和反应区整体形成一个平面。该专利申请虽然能够提高集流板的密封性和绝缘性，使得电池在工作过程中气体和液体均不和第一连接区和第二连接区发生接触，起到完全隔离的作用。但是，集流板在工作时，会有热量的产生，包塑壳体包裹集流板后，会阻止集流板的散热，进而容易导致集流板的热失控。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：提供一种集流板，以解决相关技术中包塑壳体包裹集流板后，会阻止集流板的散热，进而容易导致集流板的热失控的问题。
5.一方面，本发明提供一种集流板，该集流板包括集流板本体，所述集流板本体包括反应区和位于所述反应区两侧的第一连接区和第二连接区，所述第一连接区设置有第一进出气口和第一进出液口，所述第二连接区设置有第二进出气口和第二进出液口；
6.还包括第一包覆层和第二包覆层，所述第一连接区和所述第二连接区的表面分别贴设有所述第一包覆层和所述第二包覆层，所述第一包覆层设置有第一冷却腔，所述第二包覆层设置有第二冷却腔，所述第一冷却腔和所述第二冷却腔通过流道连通，且所述第一进出液口与所述第一冷却腔连通，所述第二进出液口与所述第二冷却腔连通。
7.作为集流板的优选技术方案，所述流道为多条，多条所述流道的一端分别与所述第一冷却腔连通，多条所述流道的另一端分别与所述第二冷却腔连通。
8.作为集流板的优选技术方案，所述反应区凹设有多条安装槽，多条所述流道一一对应设置于多条所述安装槽内。
9.作为集流板的优选技术方案，所述第一包覆层、所述第二包覆层和所述流道一体成型制成。
10.作为集流板的优选技术方案，所述第一包覆层预埋有第一进出液管，所述第一进出液管将所述第一进出液口与所述第一冷却腔连通；所述第二包覆层预埋有第二进出液管，所述第二进出液管将所述第二进出液口与所述第二冷却腔连通。
11.作为集流板的优选技术方案，所述集流板还包括第一密封组件第二密封组件，所
述第一密封组件用于将所述第一进出液口分别与所述端板和所述双极板的第一进出液道密封连接，所述第一密封组件还用于将所述第一进出气口分别与所述端板和所述双极板的第一进出气道密封连接；
12.所述第二密封组件用于将所述第二进出液口分别与所述端板和所述双极板的第二进出液道密封连接，所述第二密封组件还用于将所述第二进出气口分别与所述端板和所述双极板的第二进出气道密封连接。
13.作为集流板的优选技术方案，所述第一密封组件包括多个第一密封圈和多个第二密封圈，多个所述第一密封圈和多个所述第二密封圈分别设置于所述第一包覆层相背的两个面上；
14.多个所述第一密封圈分别套设于所述第一进出液口和所述第一进出气口的外侧；多个所述第二密封圈分别套设于所述第一进出液口和所述第一进出气口的外侧。
15.作为集流板的优选技术方案，所述第一密封组件还包括两个第三密封圈，两个所述第三密封圈分别凸设于所述第一包覆层相背的两个侧面上，一个所述第三密封圈套设于多个所述第一密封圈外侧且与多个所述第一密封圈间隔设置；另一个所述第三密封圈间隔套设于多个所述第二密封圈外侧且与多个所述第二密封圈间隔设置。
16.作为集流板的优选技术方案，所述第一密封组件还包括多个第一加强筋和多个第二加强筋，多个所述第一加强筋凸设于所述第一包覆层，且间隔设置于所述第一密封圈和一个所述第三密封圈之间，且每个所述第一加强筋分别与所述第一密封圈和一个所述第三密封圈固接；
17.多个所述第二加强筋凸设于所述第一包覆层，且间隔设置于所述第二密封圈和另一个所述第三密封圈之间，且每个所述第二加强筋分别与所述第二密封圈和另一个所述第三密封圈固接。
18.作为集流板的优选技术方案，所述第一冷却腔位于所述第一连接区与所述端板相对的一侧；所述第二冷却腔位于所述第二连接区与所述端板相对的一侧。
19.本发明的有益效果为：
20.本发明提供的集流板包括集流板本体、第一包覆层和第二包覆层，第一包覆层和第二包覆层分别将集流板本体的第一连接区的外表面和第二连接区的外表面包覆，可以防止位于第一进出气口和第一进出液口中的气体或液体对第一连接区的腐蚀，同时也可防止位于第二进出气口和第二进出液口中的气体或液体对第二连接区的腐蚀。第一包覆层和第二包覆层分别设置有第一冷却腔和第二冷却腔，第一冷却腔和第二冷却腔通过流道连通，且第一进出液口与第一冷却腔连通，第二进出液口与第二冷却腔连通，冷却液通过第一进出液口进入第一冷却腔，然后通过流道进入第二冷却腔，最终第二冷却腔内的冷却液流入第二进出液口，在此过程中，第一冷却腔和第二冷却腔分别对第一连接区和第二连接区进行降温冷却，反应区直接暴露在空气中。该集流板可以及时带走自身产生的热量，防止集流板出现散热失效，提高燃料电池的工作效率。
附图说明
21.图1为本发明实施例中集流板的结构示意图一；
22.图2为本发明实施例中集流板的结构示意图二；
23.图3为本发明实施例中集流板的结构示意图三；
24.图4为本发明实施例中第一包覆层、第二包覆层及流道的剖视图；
25.图5为图3中a-a处的剖视图；
26.图6为图5中c处的局部放大图；
27.图7为图3中b-b处的剖视图；
28.图8为图7中d处的局部放大图；
29.图9为图7中e处的局部放大图；
30.图10为图7中f处的局部放大图；
31.图11为图10中的局部放大图；
32.图12为图3中的局部放大图；
33.图13为本发明实施例中集流板本体的结构示意图一；
34.图14为本发明实施例中集流板本体的结构示意图二。
35.图中：
36.1、集流板本体；11、反应区；111、安装槽；12、第一连接区；121、第一进出液口；122、第一进出气口；123、第一容纳槽；124、第二容纳槽；13、第二连接区；131、第二进出液口；132、第二进出气口；133、第三容纳槽；134、第四容纳槽；
37.2、第一包覆层；21、第一冷却腔；22、第一进出液管；3、第二包覆层；31、第二冷却腔；32、第二进出液管；4、流道；
38.51、第一密封圈；52、第二密封圈；53、第三密封圈；54、第一加强筋；55、第二加强筋；
39.61、第四密封圈；62、第五密封圈；63、第六密封圈；64、第三加强筋；65、第四加强筋；7、保护层。
具体实施方式
40.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.在本发明的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.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，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
44.当前的集流板大多只包括集流板本体1，集流板本体1包括反应区11和设置于反应区11两端的第一连接区12和第二连接区13，第一连接区12设置有第一进出液口121和第一进出气口122，其中第一进出气口122包括氢气入口和氧气入口，第一进出液口121为冷却液入口。第二连接区13设置有第二进出液口131和第二进出气口132，其中第二进出气口132包括氢气出口和氧气出口，第二进出液口131为冷却液出口。当气体长时间从第一进出气口122流入且从第二进出气口132流出，冷却液长时间从第一进出液口121流入且从第二进出液口131流出时，气体或液体会对第一连接区12和第二连接区13造成腐蚀。
45.专利申请号202010076638.9公开了一种包塑式集流板和燃料电池，其包括集流板本体和包塑壳体，集流板本体的中央区域设为反应区，包塑壳体包裹在集流板本体外，包塑壳体上设有凸台开口，反应区嵌入凸台开口，使得包塑壳体和反应区整体形成一个平面。本发明虽然能够提高集流板的密封性和绝缘性，使得电池在工作过程中气体和液体均不和第一连接区和第二连接区发生接触，起到完全隔离的作用。但是，集流板在工作时，会有热量的产生，包塑壳体包裹集流板后，会阻止集流板的散热，进而容易导致集流板的热失控。
46.如图1～14所示，本实施例提供一种集流板，该集流板既可以防止长时间使用中气体及液体对集流板的腐蚀，又可以防止集流板发生热失控的现象。
47.该集流板设置在双极板和端板之间，且分别与双极板和端板抵紧。其中，第一连接区12的第一进出液口121的两端分别与端板和双极板上的第一进出液道密封连通，第一连接区12的第一进出气口122的两端分别与端板和双极板上的第一进出气道密封连通；第二连接区13的第二进出液口131的两端分别与端板和双极板上的第二进出液道密封连通，第二连接区13的第二进出气口132的两端分别与端板和双极板上的第二进出气道密封连通。
48.该集流板包括集流板本体1、第一包覆层2和第二包覆层3，第一包覆层2和第二包覆层3分别将集流板本体1的第一连接区12的外表面和第二连接区13的外表面包覆，该设置可以防止进入第一进出气口122和第一进出液口121的气体或液体对第一连接区12的腐蚀，同时也可防止流出第二进出气口132和第二进出液口131的气体或液体对第二连接区13的腐蚀。第一包覆层2设置有第一冷却腔21，第二包覆层3设置有第二冷却腔31，第一冷却腔21和第二冷却腔31通过流道4连通，且第一进出液口121与第一冷却腔21连通，第二进出液口131与第二冷却腔31连通，冷却液通过第一进出液口121进入第一冷却腔21，然后通过流道4进入第二冷却腔31，最终第二冷却腔31内的冷却液流入第二进出液口131，再此过程中，第一冷却腔21和第二冷却腔31分别对第一连接区12和第二连接区13进行降温冷却，反应区11直接暴露在空气中。该集流板可以及时带走自身产生的热量。因此，该集流板即防止长时间使用中气体及液体对集流板的腐蚀，又防止集流板出现热失效。
49.对于流道4，可选地，流道4为多条，多条流道4的一端分别与第一冷却腔21连通，多条流道4的另一端分别与第二冷却腔31连通。本实施例中，设置多条流道4可以提升冷却液从第一冷却腔21流向第二冷却腔31的流量。
50.对于第一包覆层2、第二包覆层3和流道4之间的连接关系，可选地，第一包覆层2、第二包覆层3和流道4一体成型制成。本实施例中，第一包覆层2、第二包覆层3和流道4通过注塑工艺制成，在其他实施例中，也可以通过3d打印制成。
51.可选地，第一包覆层2预埋有第一进出液管22，第一进出液管22将第一进出液口121与第一冷却腔21连通；第二包覆层3预埋有第二进出液管32，第二进出液管32将第二进出液口131与第二冷却腔31连通。本实施例中，第一进出液管22和第二进出液管32均为硬质塑料管，该设置防止第一包覆层2和第二包覆层3受挤压时，第一进出液管22和第二进出液管32受挤压变形。同时，第一进出液管22的个数为1个、2个、3个等。第二进出液管32的个数为1个、2个、3个等。第一进出液管22和第二进出液管32的个数相同。可选地，第一进出液管22和第二进出液管32上可设置阀门，用于控制冷却液的进出。
52.为了防止气体或液体从集流板与双极板之间的缝隙或集流板与端板之间的缝隙流入。可选地，集流板还包括第一密封组件，第一密封组件用于将第一进出液口121分别与端板和双极板的第一进液道密封连接，第一密封组件还用于将第一进出气口122分别与端板和双极板的第一进气道密封连接。
53.对于第一密封组件的具体结构，可选地，第一密封组件包括多个第一密封圈51和多个第二密封圈52，第一包覆层2与双极板相对的面凸设有多个第一密封圈51，第一包覆层2与端板相对的面凸设有多个第二密封圈52；多个第一密封圈51分别套设于第一进出液口121和第一进出气口122的外侧；多个第二密封圈52分别套设于第一进出液口121和第一进出气口122的外侧。
54.本实施例中，第一密封圈51设置有三个，三个第一密封圈51分别凸设于冷却液入口、氢气入口和氧气入口的外侧，且三个第一密封圈51分别与双极板抵紧，进而使第一连接区12的冷却液入口、氢气入口和氧气入口分别与双极板的冷却液流道、氢气流道和氧气流道密封连通。第二密封圈52设置有三个，三个第二密封圈52分别凸设于冷却液入口、氢气入口和氧气入口的外侧，且三个第二密封圈52分别与端板抵紧，进而使第一连接区12的冷却液入口、氢气入口和氧气入口分别与端板的冷却液流道、氢气流道和氧气流道密封连通。
55.为进一步提升第一密封组件的密封效果，可选地，第一密封组件还包括两个第三密封圈53，两个第三密封圈53凸设于第一包覆层2分别与双极板和端板相对的两侧，一个第三密封圈53套设于多个第一密封圈51外侧且与多个第一密封圈51间隔设置；另一个第三密封圈53间隔套设于多个第二密封圈52外侧且与多个第二密封圈52间隔设置。本实施例中，第一密封圈51和第二密封圈52外分别套设第三密封圈53，第三密封圈53可以提升第一进出气口122和第一进出液口121分别与端板和双极板的气密性。在其他实施例中，也可以将第三密封圈53设置为多个，每个第一密封圈51的外侧和每个第二密封圈52的外侧均间隔套设有第三密封圈53。
56.为了进一步提高第一密封组件的密封性，可选地，第一密封组件还包括多个第一加强筋54和多个第二加强筋55，多个第一加强筋54凸设于第一包覆层2，且间隔设置于第一密封圈51和一个第三密封圈53之间，且每个第一加强筋54分别与第一密封圈51和一个第三密封圈53固接。本实施例中，第一密封圈51和一个第三密封圈53同时受双极板抵紧时，第一加强筋54防止第一密封圈51和一个第三密封圈53发生向一侧倾斜的现象，进而影响第一密封组件的密封效果。
57.多个第二加强筋55凸设于第一包覆层2，且间隔设置于第二密封圈52和另一个第三密封圈53之间，且每个第二加强筋55分别与第二密封圈52和另一个第三密封圈53固接。本实施例中，第二密封圈52和另一个第三密封圈53同时受端板抵紧时，第二加强筋55防止第二密封圈52和另一个第三密封圈53发生向一侧倾斜的现象，进而影响第一密封组件的密封效果。
58.对于第二进出气口132分别与端板和双极板的第二进出气道间的密接方式，以及第二进出液口131分别与端板和双极板的第二进出气道间的密接方式。可选地，集流板还包括第二密封组件，第二密封组件用于将第二进出液口131分别与端板和双极板的第二进出液道密封连接，第二密封组件还用于将第二进出气口132分别与端板和双极板的第二进出气道密封连接。对于第二密封组件的具体结构，本实施例中，第二密封组件的结构与第一密封组件的结构相同。具体地，第二密封组件包括多个第四密封圈61、多个第五密封圈62和两个第六密封圈63，第二包覆层3与双极板相对的面凸设有第四密封圈61，第二包覆层3与端板相对的面凸设有第五密封圈62；多个第四密封圈61分别套设于第二进出液口131和第二进出气口132的外侧；第五密封圈62分别套设于第二进出液口131和第二进出气口132的外侧。一个第六密封圈63同时间隔套设于第四密封圈61的外侧；另一个第六密封圈63同时间隔套设于第五密封圈62的外侧。多个第三加强筋64凸设于第二包覆层3，且间隔设置于第四密封圈61和一个第六密封圈63之间，且每个第三加强筋64分别与第四密封圈61和一个第六密封圈63固接；多个第四加强筋65凸设于第二包覆层3，且间隔设置于第五密封圈62和另一个第六密封圈63之间，且每个第四加强筋65分别与第五密封圈62和另一个第六密封圈63固接。在其他实施例中，第六密封圈63可设置多个，多个第六密封圈一一对应间隔套设于第四密封圈61和第五密封圈62的外侧。
59.为进一步防止第一包覆层2或第二包覆层3破裂或存在缝隙时，气体或液体通过缝隙或破裂处对第一连接区12和第二连接区13造成腐蚀。可选地，还包括保护层7，第一连接区12和第一包覆层2之间设置有保护层7；第二连接区13和第二包覆层3之间设置有保护层7。本实施例中，该保护层7为无机非金属保护层7，具体为绝缘耐高温纳米陶瓷材料，在第一连接区12和第二连接区13的外表面形成致密结合膜，可耐盐雾3000小时以上，可有效防止气体或液体渗透第一包覆层2或第二包覆层3后对第一连接区12或第二连接区13造成腐蚀，大大增加集流板整体的环境适应性。
60.为使第一连接区12上的第一进出液口121和第一进出气口122分别与端板和双极板的第一进出液道和第一进出气道密封连接，以及使第二连接区13上的第二进出液口131和第二进出气口132分别与端板和双极板的第二进出液道和第二进出气道密封连接。需要使第一密封圈51和第三密封圈53分别与双极板抵紧，第二密封圈52和第四密封圈61分别与端板抵紧。
61.具体地，第一连接区12的厚度小于反应区11的厚度，且第一连接区12与反应区11围设成相背的第一容纳槽123和第二容纳槽124，第一包覆层2部分设置于第一容纳槽123和第二容纳槽124内，且位于第一容纳槽123内的第一包覆层2的厚度大于第一容纳槽123的厚度，位于第二容纳槽124内的第一包覆层2的厚度大于第二容纳槽124的厚度。本实施例中，集流板本体1与双极板和端板抵接时，第一包覆层2和凸设于其上的第一密封圈51、第二密封圈52和第三密封圈53均处于压缩状态，进而第一包覆层2的反作用力可以为第一密封圈
51和一个第三密封圈53分别与双极板抵紧提供足够的压紧力，同时还可以为第二密封圈52和另一个第三密封圈53分别与端板抵紧提供足够的压紧力。
62.具体地，第二连接区13的厚度小于反应区11的厚度，且第二连接区13与反应区11围设成相背的第三容纳槽133和第四容纳槽134，第二包覆层3部分设置于第三容纳槽133和第四容纳槽134内，且位于第三容纳槽133内的第二包覆层3的厚度大于第三容纳槽133的厚度，位于第四容纳槽134内的第二包覆层3的厚度大于第四容纳槽134的厚度。本实施例中，集流板本体1与双极板和端板抵接时，第二包覆层3和凸设于其上的第四密封圈61、第五密封圈62和第六密封圈63均处于压缩状态，进而第二包覆层3的反作用力可以为第四密封圈61和一个第六密封圈63分别与双极板抵紧提供足够的压紧力，同时还可以为第五密封圈62和另一个第六密封圈63分别与端板抵紧提供足够的压紧力。
63.为了防止第一连接区12和第二连接区13分别于双极板和端板抵紧时，第一冷却腔21和第二冷却腔31不会被压缩变形，进而导致第一冷却腔21和第二冷却腔31的容积变小。可选地，第一冷却腔21位于第一连接区12与端板相对的一侧；第二冷却腔31位于第二连接区13与端板相对的一侧；端板分别与第一冷却腔21和第二冷却腔31相对的位置设置有第一避让槽和第二避让槽。当第一连接区12和第二连接区13同时与双极板和端板抵紧时，第一避让槽的槽壁和第二避让槽的槽壁分别与对应的第一包覆层2和第二包覆层3间隔设置，因此，第一冷却腔21和第二冷却腔31的容积不会被压缩。
64.为进一步提高第一连接区12和第二连接区13分别与端板和双极板之间的密封性能，如图11所示，套设在第一连接区12上的第一包覆层2的厚度a可以调节，进而保证反应区11和双极板可以抵接的情况下，调节a的值来实现第一连接区12分别与端板和双极板之间的密封连通。第二包覆层13的厚度也可调节。
65.可选地，反应区11凹设有安装槽111，流道4设置于安装槽111内。本实施例中，流道4的个数可以为1个、2个、3个等，安装槽111的个数与流道4的个数相同，多个流道4和多个安装槽111一一对应设置，在其他实施例中，安装槽111可以设置有1个，多个流道4均设置在一个安装槽111内。
66.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。