一种燃料电池堆用多功能端板及其工作方式制造技术

一种燃料电池堆用多功能端板，包括前端板和后端板，前端板与燃料电池堆前绝缘板贴合，后端板与后绝缘板贴合。前端板前端面上方有空气入口和氢气入口，下方设置有冷却液入口，前端板后端面上设置有与空气入口连通的第一空气导流腔、与氢气入口连通的第一氢气导流腔和与冷却液入口连通的第一冷却液导流腔。后端板后端面下方有空气出口和氢气出口，上方设置有冷却液出口，后端板前端面上设置有与空气出口连通的第二空气导流腔、与氢气出口连通的第二氢气导流腔和与冷却液出口连通的第二冷却液导流腔。本发明专利技术给出了多功能端板的工作方式。本发明专利技术能够满足大功率燃料电池堆使用需求，降低气体流量变化对电堆产生的冲击，简化了燃料电池系统构造。

A Multifunctional Endplate for Fuel Cell Reactor and Its Working Mode

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池堆用多功能端板及其工作方式
本专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池堆用多功能端板及其工作方式，属于燃料电池

技术介绍
燃料电池端板燃料电池堆的端板与紧固件配合，起到为内部组件提供封装力的作用,是决定电池堆综合性能的重要部件。常见的端板形式包括：方形端板、圆柱形端板、D形端板等。现有的燃料电池端板功能简单，直接通过圆形通道与燃料电池堆内部组件通道连通，反应介质由端板通道进入内部组件通道后，压力分布不均，将导致电堆内部反应不均匀，影响电堆性能和使用寿命；特别的当进一步提升电堆反应介质压力时，这种不均一性将更加明显，无法满足大功率燃料电池堆使用需求。且在大功率燃料电池堆工况变化时，气体流量变化对电堆产生的冲击较大，影响燃料电池堆性能和寿命。同时当前燃料电池发动机系统结构复杂，压力、温度传感器、连接组件均布置在电堆连接管道上，介质管路冗长，排布难度较大，电气接线复杂，泄漏点较多检修不便，且空间较大，难以满足未来燃料电池大规模推广需求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种燃料电池堆用多功能端板及其工作方式。本专利技术的技术解决方案是：一种燃料电池堆用多功能端板，包括前端板和后端板，前端板固定于燃料电池堆前绝缘板上，后端板固定于燃料电池堆后绝缘板上；前端板前端面上方有空气入口和氢气入口，下方中间处设置有冷却液入口，前端板后端面上设置有第一空气导流腔、第一氢气导流腔和第一冷却液导流腔，所述空气入口与第一空气导流腔连通，氢气入口与第一氢气导流腔连通，冷却液入口与第一冷却液导流腔连通，所述第一空气导流腔的导流出口与燃料电池系统前绝缘板上的空气通道贴合，第一氢气导流腔的导流出口与燃料电池系统前绝缘板上的氢气通道贴合，第一冷却液导流腔的导流出口与燃料电池系统前绝缘板上的冷却液通道贴合；后端板后端面下方有空气出口和氢气出口，上方中间处设置有冷却液出口，后端板前端面上设置有第二空气导流腔、第二氢气导流腔、第二冷却液导流腔，所述空气出口与第二空气导流腔连通，氢气出口与第二氢气导流腔连通，冷却液出口与第二冷却液导流腔连通，第二空气导流腔的导流入口与燃料电池系统后绝缘板上的空气通道贴合，第二氢气导流腔的导流入口与燃料电池系统后绝缘板上的氢气通道贴合，第二冷却液导流腔的导流入口与燃料电池系统后绝缘板上的冷却液通道贴合。所述第一空气导流腔、第一氢气导流腔、第一冷却液导流腔、第二空气导流腔、第二氢气导流腔和第二冷却液导流腔均为类扇形腔，所述类扇形腔截面积从端板介质通道向端板边缘逐渐变大，类扇形腔在端板边缘处设置有直线介质通道，且类扇形腔内部，从端板介质通道向直线介质通道之间设置有多个介质流道，类扇形腔除直线介质通道外的边缘为圆弧状；所述第一空气导流腔、第一氢气导流腔和第一冷却液导流腔的直线介质通道即为导流出口，所述第二空气导流腔、第二氢气导流腔和第二冷却液导流腔的直线介质通道即为导流入口。所述第一空气导流腔的截面积至少是第一氢气导流腔截面积的倍，第二空气导流腔额截面积至少是第二氢气导流腔截面积的倍。前端板的上表面，靠近空气入口处设置有空气入口温度传感器接口；前端板靠近空气入口的侧面设置有空气入口压力传感器接口；空气入口温度传感器接口和空气入口压力传感器接口均通过内部通道与空气入口连通；空气入口温度传感器接口前端安装空气入口温度传感器，空气入口压力传感器接口前端安装空气入口压力传感器；后端板的下表面，靠近空气出口处设置有空气出口温度传感器接口；后端板靠近空气出口的侧面设置有空气出口压力传感器接口，空气出口温度传感器接口和空气出口压力传感器接口均通过内部通道与空气出口连通；空气出口温度传感器接口前端安装空气出口温度传感器，空气出口压力传感器接口前端安装空气出口压力传感器。前端板的上表面，靠近氢气入口处设置有氢气入口温度传感器接口；前端板靠近氢气入口的侧面设置有氢气入口压力传感器接口，氢气入口温度传感器接口和氢气入口压力传感器接口均通过内部通道与氢气入口连通；氢气入口温度传感器接口前端安装氢气入口温度传感器，氢气入口压力传感器接口前端安装氢气入口压力传感器；后端板的下表面，靠近氢气出口处设置有氢气出口温度传感器接口；后端板靠近氢气出口的侧面设置有氢气出口压力传感器接口，氢气出口温度传感器接口和氢气出口压力传感器接口均通过内部通道与氢气出口连通；氢气出口温度传感器接口前端安装氢气出口温度传感器，氢气出口压力传感器接口前端安装氢气出口压力传感器。前端板的下表面，靠近冷却液入口处设有冷却液入口温度传感器接口；前端板的侧面，靠近冷却液入口处设有冷却液入口压力传感器接口，冷却液入口温度传感器接口、冷却液入口压力传感器接口均通过内部通道与冷却液入口连通；冷却液入口温度传感器接口前端安装冷却液入口温度传感器，冷却液入口压力传感器接口前端安装冷却液入口压力传感器；后端板的上表面，靠近冷却液出口处设有冷却液出口温度传感器接口；后端板的侧面，靠近冷却液出口处设有冷却液出口压力传感器接口，冷却液出口温度传感器接口、冷却液出口压力传感器接口均通过内部通道与冷却液出口连通；冷却液出口温度传感器接口前端安装冷却液出口温度传感器，冷却液出口压力传感器接口前端安装冷却液出口压力传感器。所述前端板和后端板的厚度均大于20mm；第一空气导流腔、第一氢气导流腔和第一冷却液导流腔的深度相同，均小于前端板厚度的50％，第二空气导流腔、第二氢气导流腔和第二冷却液导流腔的深度相同，均小于后端板厚度的50％。前端板和后端板上均设计有加强筋。后端板的氢气出口处连接有气水分离器。一种燃料电池堆用多功能端板的工作方式，步骤如下：(1)燃料电池运行时，空气经过滤、增压、降温和加湿后进入前端板上的空气入口，空气入口压力传感器采集空气进入燃料电池堆时的压力，空气入口温度传感器采集空气进入燃料电池堆时的温度；空气进入空气入口后进入前端板上的第一空气导流腔，经第一空气导流腔缓冲和导流后进入燃料电池堆空气通道反应；经燃料电池堆反应后，剩余气体经后端板第二空气导流腔缓冲和导流后，通过后端板空气出口流出，空气出口压力传感器采集空气离开燃料电池堆时的压力，空气出口温度传感器采集空气离开燃料电池堆时的温度；(2)冷却液经过系统温度调节和增压后进入前端板上的冷却液入口，冷却液入口压力传感器采集冷却液进入燃料电池堆时的压力，冷却液入口温度传感器采集冷却液进入燃料电池堆时的温度；冷却液进入冷却液入口后进入第一冷却液导流腔，经第一冷却液导流腔缓冲和导流后进入燃料电池堆；冷却液进入燃料电池堆带走反应热后，经后端板第二冷却液导流腔缓冲和导流后，通过后端板冷却液出口流出，冷却液出口压力传感器采集冷却液离开燃料电池堆时的压力，冷却液出口温度传感器采集冷却液离开燃料电池堆时的温度；(3)氢气经过减压后进入前端板上的氢气入口，氢气入口压力传感器采集氢气进入燃料电池堆时的压力，氢气入口温度传感器采集氢气进入燃料电池堆时的温度；氢气进入氢气入口后进入前端板第一氢气导流腔，经第一氢气导流腔缓冲和导流后进入燃料电池堆氢气通道反应；经燃料电池堆反应后，剩余气体经后端板第二氢气导流腔缓冲和导流后，通过后端板氢气出口流出，氢气出口压力传感器采集氢气离开燃料电池堆时的压力，氢气出口温度传感器采集剩余本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池堆用多功能端板，其特征在于：包括前端板(1)和后端板(2)，前端板(1)固定于燃料电池堆前绝缘板上，后端板(2)固定于燃料电池堆后绝缘板上；前端板(1)前端面上方有空气入口(11)和氢气入口(12)，下方中间处设置有冷却液入口(13)，前端板(1)后端面上设置有第一空气导流腔(14)、第一氢气导流腔(15)和第一冷却液导流腔(16)，所述空气入口(11)与第一空气导流腔(14)连通，氢气入口(12)与第一氢气导流腔(15)连通，冷却液入口(13)与第一冷却液导流腔(16)连通，所述第一空气导流腔(14)的导流出口与燃料电池系统前绝缘板上的空气通道贴合，第一氢气导流腔(15)的导流出口与燃料电池系统前绝缘板上的氢气通道贴合，第一冷却液导流腔(16)的导流出口与燃料电池系统前绝缘板上的冷却液通道贴合；后端板(2)后端面下方有空气出口(21)和氢气出口(22)，上方中间处设置有冷却液出口(23)，后端板(2)前端面上设置有第二空气导流腔(24)、第二氢气导流腔(25)、第二冷却液导流腔(26)，所述空气出口(21)与第二空气导流腔(24)连通，氢气出口(22)与第二氢气导流腔(25)连通，冷却液出口(23)与第二冷却液导流腔(26)连通，第二空气导流腔(24)的导流入口与燃料电池系统后绝缘板上的空气通道贴合，第二氢气导流腔(25)的导流入口与燃料电池系统后绝缘板上的氢气通道贴合，第二冷却液导流腔的导流入口与燃料电池系统后绝缘板上的冷却液通道贴合。...

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆用多功能端板，其特征在于：包括前端板(1)和后端板(2)，前端板(1)固定于燃料电池堆前绝缘板上，后端板(2)固定于燃料电池堆后绝缘板上；前端板(1)前端面上方有空气入口(11)和氢气入口(12)，下方中间处设置有冷却液入口(13)，前端板(1)后端面上设置有第一空气导流腔(14)、第一氢气导流腔(15)和第一冷却液导流腔(16)，所述空气入口(11)与第一空气导流腔(14)连通，氢气入口(12)与第一氢气导流腔(15)连通，冷却液入口(13)与第一冷却液导流腔(16)连通，所述第一空气导流腔(14)的导流出口与燃料电池系统前绝缘板上的空气通道贴合，第一氢气导流腔(15)的导流出口与燃料电池系统前绝缘板上的氢气通道贴合，第一冷却液导流腔(16)的导流出口与燃料电池系统前绝缘板上的冷却液通道贴合；后端板(2)后端面下方有空气出口(21)和氢气出口(22)，上方中间处设置有冷却液出口(23)，后端板(2)前端面上设置有第二空气导流腔(24)、第二氢气导流腔(25)、第二冷却液导流腔(26)，所述空气出口(21)与第二空气导流腔(24)连通，氢气出口(22)与第二氢气导流腔(25)连通，冷却液出口(23)与第二冷却液导流腔(26)连通，第二空气导流腔(24)的导流入口与燃料电池系统后绝缘板上的空气通道贴合，第二氢气导流腔(25)的导流入口与燃料电池系统后绝缘板上的氢气通道贴合，第二冷却液导流腔的导流入口与燃料电池系统后绝缘板上的冷却液通道贴合。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆用多功能端板，其特征在于：所述第一空气导流腔(14)、第一氢气导流腔(15)、第一冷却液导流腔(16)、第二空气导流腔(24)、第二氢气导流腔(25)和第二冷却液导流腔(26)均为类扇形腔，所述类扇形腔截面积从端板介质通道向端板边缘逐渐变大，类扇形腔在端板边缘处设置有直线介质通道，且类扇形腔内部，从端板介质通道向直线介质通道之间设置有多个介质流道，类扇形腔除直线介质通道外的边缘为圆弧状；所述第一空气导流腔(14)、第一氢气导流腔(15)和第一冷却液导流腔(16)的直线介质通道即为导流出口，所述第二空气导流腔(24)、第二氢气导流腔(25)和第二冷却液导流腔(26)的直线介质通道即为导流入口。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆用多功能端板，其特征在于：所述第一空气导流腔(14)的截面积至少是第一氢气导流腔(15)截面积的2倍，第二空气导流腔(24)额截面积至少是第二氢气导流腔(25)截面积的2倍。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆用多功能端板，其特征在于：前端板(1)的上表面，靠近空气入口(11)处设置有空气入口温度传感器接口(111)；前端板(1)靠近空气入口(11)的侧面设置有空气入口压力传感器接口(112)；空气入口温度传感器接口(111)和空气入口压力传感器接口(112)均通过内部通道与空气入口(11)连通；空气入口温度传感器接口前端安装空气入口温度传感器，空气入口压力传感器接口前端安装空气入口压力传感器；后端板(2)的下表面，靠近空气出口(21)处设置有空气出口温度传感器接口(211)；后端板(2)靠近空气出口(21)的侧面设置有空气出口压力传感器接口(212)，空气出口温度传感器接口(211)和空气出口压力传感器接口(212)均通过内部通道与空气出口(21)连通；空气出口温度传感器接口前端安装空气出口温度传感器，空气出口压力传感器接口前端安装空气出口压力传感器。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆用多功能端板，其特征在于：前端板(1)的上表面，靠近氢气入口(12)处设置有氢气入口温度传感器接口(121)；前端板(1)靠近氢气入口(12)的侧面设置有氢气入口压力传感器接口(122)，氢气入口温度传感器接口(121)和氢气入口压力传感器接口(122)均通过内部通道与氢气入口(12)连通；氢气入口温度传感器接口前端安装氢气入口温度传感器，氢气入口压力传感器接口前端安装氢气入口压力传感器；后端板(2)的下表面，靠近氢气出口(22)处设置有氢气出口温度传感器接口(221)；后端板(2)靠近氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：章丹亭，王国文，申帅帅，张娜，马骁，于继胜，孙凤焕，陈红，
申请(专利权)人：北京航天石化技术装备工程有限公司，北京航天创新专利投资中心有限合伙，
类型：发明
国别省市：北京,11