一种燃料电池集成式电堆端板结构的制作方法

本技术涉及氢燃料电池，特别涉及一种燃料电池集成式电堆端板结构。

背景技术：

1、在氢燃料电池系统中，电堆组的工作需要输入空气、氢气和冷却液，同时排出未反应完全的废气，需要使用冗杂的管路。为了更加适应电堆反应条件需要对进入堆内的氧化剂及燃料进行压力、温度及湿度控制，然而现有的电堆组装置并未对上述因素进行研究，针对上述问题，本专利对电堆进出的氧化剂、燃料及冷却液管理进行全新集成设计。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种燃料电池集成式电堆端板结构。

2、为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

3、一种燃料电池集成式电堆端板结构，包括：电堆、电堆端板；所述电堆端板包括燃料控制管理功能区和氧化剂控制管理功能区；

4、所述氧化剂控制管理功能区包括：氧化剂增湿机构、氧化剂换热区域；所述氧化剂换热区域设有中冷器，用于给进入氧化剂换热区域的氧气降温；所述氧化剂增湿机构用于给进入氧化剂换热区域的氧化剂进行增湿；所述氧化剂换热区域与电堆连通，能将降温、增湿后的氧化剂送入电堆中；

5、所述燃料控制管理功能区包括燃料压力调节阀、循环燃料缓冲腔、循环燃料引射单元、燃料汽水分离器区域、燃料换热区域；

6、所述燃料换热区域用于对送入的燃料进行加热；所述燃料换热区域经燃料压力调节阀与循环燃料引射单元连通，将加热后的燃料经过燃料压力调节阀调整为引射需求的压力送入循环燃料引射单元；

7、所述燃料汽水分离器区域分别与循环燃料缓冲腔、电堆连通，该燃料汽水分离器区域用于分离电堆送出的未反应完全燃料，分离后送入循环燃料缓冲腔中；

8、所述循环燃料引射单元还分别与循环燃料缓冲腔、电堆连通，将循环燃料缓冲腔中已经经过燃料汽水分离器区域分水后的燃料进行混合后送入电堆内部。

9、优选的，所述电堆端板上还开设有端板燃料入口、端板氧化剂出口、端板冷却水出口、端板氧化剂入口、端板冷却液入口、端板废气出口；所述端板燃料入口、端板氧化剂出口、端板冷却水出口开设在电堆端板一端，所述端板冷却液入口开设在电堆端板另一端，所述端板氧化剂入口、端板废气出口开设在电堆端板下端。

10、优选的，所述氧化剂换热区域一端设有中冷器冷却液出口，另一端设有中冷器冷却液进口；所述中冷器冷却液进口与端板冷却液入口连通；所述冷器冷却液出口还与端板冷却水出口连通；所述氧化剂换热区域还与端板氧化剂入口连通；该端板氧化剂入口处还设有氧化剂进出截止阀动力单元。

11、优选的，所述氧化剂增湿机构包括氧化剂增湿液主管、氧化剂增湿液雾化喷嘴、氧化剂增湿液备用进口、氧化剂增湿液压力开关单元；所述氧化剂增湿液主管一端与端板冷却液入口连通；所述氧化剂增湿液雾化喷嘴安装在氧化剂增湿液主管上，所述氧化剂增湿液雾化喷嘴与氧化剂换热区域连通；所述氧化剂增湿液备用进口开设在氧化剂增湿液主管上，用于添加外部增湿液；所述增湿液压力开关单元用于平衡增湿液与氧化剂的压力差以便于进入氧化剂增湿液主管。

12、优选的，所述燃料控制管理功能区还包括燃料进口、燃料进口开关阀、燃料排水阀；所述燃料进口设置在端板燃料入口处，该燃料进口经燃料进口开关阀与燃料换热区域连通；所述燃料排水阀与燃料汽水分离器区域连通。

13、优选的，所述电堆上还设有电堆燃料入口、电堆冷却液入口、电堆废气出口、电堆氧化剂入口、电堆燃料出口；所述电堆燃料入口与循环燃料引射单元连通；所述电堆冷却液入口与端板冷却液入口连通；所述电堆废气出口与端板废气出口连通；所述电堆氧化剂入口与端板氧化剂出口连通；所述电堆燃料出口与燃料汽水分离器区域连通。

14、采用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

15、1、将内外部的空气、氢气、冷却水路集成在一起，省去了冗杂的管路，提升了整个系统的集成度；

16、2、通过合理利用电堆端板流体进出口之间的空间将系统必要的辅助零件高度集成化，有利于提高系统整体的能量密度；

17、3、减少了各部分流体分接头，减少泄露风险点，增加系统自动化生产可行性；

18、4、氧化剂增湿由物理固定增湿方式改为可控增湿方式，有利于提高系统效率；

19、5、氧化剂、燃料及冷却液集成在高导热材料腔体内，有利于提高系统热管理效率；

20、6、燃料热交换区域给燃料加热有利于提高堆内反应效率。

技术特征：

1.一种燃料电池集成式电堆端板结构，其特征在于，包括：电堆(2)、电堆端板(1)；所述电堆端板(1)包括燃料控制管理功能区(13)和氧化剂控制管理功能区(14)；

2.根据权利要求1所述的燃料电池集成式电堆端板结构，其特征在于，所述电堆端板(1)上还开设有端板燃料入口(11)、端板氧化剂出口(10)、端板冷却水出口(9)、端板氧化剂入口(8)、端板冷却液入口(7)、端板废气出口(6)；所述端板燃料入口(11)、端板氧化剂出口(10)、端板冷却水出口(9)开设在电堆端板(1)一端，所述端板冷却液入口(7)开设在电堆端板(1)另一端，所述端板氧化剂入口(8)、端板废气出口(6)开设在电堆端板下端。

3.根据权利要求2所述的燃料电池集成式电堆端板结构，其特征在于，所述氧化剂换热区域(21)一端设有中冷器冷却液出口(22)，另一端设有中冷器冷却液进口(19)；所述中冷器冷却液进口(19)与端板冷却液入口(7)连通；所述冷器冷却液出口(22)还与端板冷却水出口(9)连通；所述氧化剂换热区域(21)还与端板氧化剂入口(8)连通；该端板氧化剂入口(8)处还设有氧化剂进出截止阀动力单元(20)。

4.根据权利要求1所述的燃料电池集成式电堆端板结构，其特征在于，所述氧化剂增湿机构包括氧化剂增湿液主管(15)、氧化剂增湿液雾化喷嘴(16)、氧化剂增湿液备用进口(17)、氧化剂增湿液压力开关单元(18)；所述氧化剂增湿液主管(15)一端与端板冷却液入口(7)连通；所述氧化剂增湿液雾化喷嘴(16)安装在氧化剂增湿液主管(15)上，所述氧化剂增湿液雾化喷嘴(16)与氧化剂换热区域(21)连通；所述氧化剂增湿液备用进口(17)开设在氧化剂增湿液主管(15)上，用于添加外部增湿液；所述增湿液压力开关单元(18)用于平衡增湿液与氧化剂的压力差以便于进入氧化剂增湿液主管(15)。

5.根据权利要求2所述的燃料电池集成式电堆端板结构，其特征在于，所述燃料控制管理功能区(13)还包括燃料进口(23)、燃料进口开关阀(24)、燃料排水阀(28)；所述燃料进口(23)设置在端板燃料入口(11)处，该燃料进口(23)经燃料进口开关阀(24)与燃料换热区域(31)连通；所述燃料排水阀(28)与燃料汽水分离器区域(30)连通。

6.根据权利要求5所述的燃料电池集成式电堆端板结构，其特征在于，所述电堆(2)上还设有电堆燃料入口(3)、电堆冷却液入口(4)、电堆废气出口(5)、电堆氧化剂入口(12)、电堆燃料出口(29)；所述电堆燃料入口(3)与循环燃料引射单元(27)连通；所述电堆冷却液入口(4)与端板冷却液入口(7)连通；所述电堆废气出口(5)与端板废气出口(6)连通；所述电堆氧化剂入口(12)与端板氧化剂出口(10)连通；所述电堆燃料出口(29)与燃料汽水分离器区域(30)连通。

技术总结
本技术公开一种燃料电池集成式电堆端板结构，包括：电堆、电堆端板；所述电堆端板包括燃料控制管理功能区和氧化剂控制管理功能区；所述氧化剂控制管理功能区包括：氧化剂增湿机构、氧化剂换热区域；所述氧化剂换热区域设有中冷器，用于给进入氧化剂换热区域的氧气降温；所述氧化剂增湿机构用于给进入氧化剂换热区域的氧化剂进行增湿；所述氧化剂换热区域与电堆连通，能将降温、增湿后的氧化剂送入电堆中。本技术将内外部的空气、氢气、冷却水路集成在一起，省去了冗杂的管路，提升了整个系统的集成度；通过合理利用电堆端板流体进出口之间的空间将系统必要的辅助零件高度集成化，有利于提高系统整体的能量密度。

技术研发人员：李高灿
受保护的技术使用者：深圳氢时代新能源科技有限公司
技术研发日：20230423
技术公布日：2024/1/15