一种复合集流板结构及其燃料电池的制作方法

1.本实用新型属于燃料电池领域，尤其是一种复合集流板结构及其燃料电池。


背景技术：

2.一般而言，参阅附图1，燃料电池(简称“电堆”)通常由膜电极11和双极板12的重复单元、两侧的流场单极板13、两侧的集流板14和两侧的端板15组成，在双极板 12和膜电极11之间、膜电极11和流场单极板13之间有密封结构16；上述部件在螺栓的预紧力作用下构成电堆。膜电极11两边可用导电物体(集流板14)将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。将数个串联或并联的燃料电池单电池或整个燃料电池堆的电流引出来，构成导通外电路电流的正、负极。
3.其中，为了将集流板中的电流导出，现有技术中的复合集流板一般包括端板，在所述端板的一侧设置有集流板，在所述集流板和端板之间设置有绝缘板；由于板材的厚度较大，导致复合集流板的为体积相对较大，不利于燃料电池的一体化设计。而且一般采会在集流板的一侧设置突出部分，形成电流引出端的耳子。当燃料电池组装箱体结构时，耳子部分将在箱体外部，耳子在箱体外部时易与其他金属配件接触碰撞而损坏，不利于燃料电池的安装、维修及使用。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本实用新型提供一种复合集流板结构及其燃料电池，以解决背景技术所涉及的问题。
5.第一方面，本实用新型提供一种复合集流板结构，包括：
6.端板；
7.绝缘层，为在所述端板一侧的表面上喷涂、涂覆或浸渍的一层绝缘材料；
8.集流层，为在绝缘层表面上粘贴、喷涂、涂覆或浸渍的一层导电材料；
9.固定柱，穿过并固定在所述端板、绝缘层和集流层；
10.绝缘套圈，套装在所述固定柱外部，使得所述固定柱与端板、绝缘层和集流层之间留有预定间隙；
11.铜线圈，套装在所述绝缘套圈外部，且与所述集流层相接触。
12.优选地或可选地，所述端板、绝缘层和集流层为集成化的一体化结构。
13.优选地或可选地，所述集流层与极板接触并在极板外部引出突出部分，形成耳子。
14.优选地或可选地，所述耳子上设置有通孔，适于安装所述固定柱。
15.优选地或可选地，所述固定柱包括：穿过所述复合集流板的螺钉，以及固定在所述螺钉的另一端的螺母。
16.优选地或可选地，所述铜线圈与螺钉的螺帽之间、所述铜线圈与螺母之间均设置有平垫圈和弹簧垫圈。
17.优选地或可选地，所述螺钉和螺母之间的安装扭矩为定值。
18.优选地或可选地，所述绝缘套圈包括分别位于所述复合集流板两侧、镜像分布的两个绝缘套管，且两个绝缘套管之间在轴向留有预定间隙。
19.优选地或可选地，所述绝缘套管的截面形状为“t”字型；其底部套装在所述复合集流板内部，其上部下压所述铜线圈，使得所述铜线圈与集流板相贴合。
20.第二方面，本实用新型还提供一种结构紧凑空冷型燃料电池，包含上述的复合集流板结构。
21.本实用新型涉及一种复合集流板结构及其燃料电池，相较于现有技术，具有如下有益效果：
22.1、本实用新型通过在端板表面喷涂、涂覆、浸渍等方法形成绝缘层，再在绝缘层表面通过粘贴、喷涂、涂覆、浸渍等方式附着集流层。可以实现端板、绝缘板和集流板的集成化，另一方面能够有效的降低集流板的厚度，提高燃料电池的一体化设计。
23.2、将端板、绝缘板和集流板集成在一个部件上，可以大大提高端板的安装结构稳定，提高装配精度，减小装配难度。
24.3、由于耳子位于端板内，无向外凸起的部分，不会与其他金属配件接触碰撞而损坏。而且，整个燃料电池在整体上为规整形状，方便燃料电池的安装、维修及使用。
25.4、将所述绝缘套圈安装在所述耳子的通孔内，用于安装固定柱。
26.5、采用螺纹连接方式形成固定柱，大大降低装配的复杂性与生产成本，同时提高了产品的稳定性与生产效率。
27.6、弹簧垫圈用于防止螺母自动回松，平垫圈主要用于减小压强，并使受力均匀，保证产品的稳定性。
28.7、将所述螺钉和螺母之间的安装扭矩为定值，保证铜线圈与集流板的接触电阻的一致性，保证产品的稳定性。
29.8、通过镜像分布的两个绝缘套管，形成绝缘间隙，保证所述固定柱与复合集流板之间留有预定间隙，使得两端的绝缘套管不能接触。目的是在施加扭矩时，避免当两端绝缘套管接触后，影响铜线圈与集流层的接触效果，从而加大接触电阻，降低燃料电池电堆输出效率。
30.9、将所述绝缘套管设计为“t”字型，主要是为了既能够有效固定铜线圈又避免固定柱与铜线圈接触形成短路。
31.10、通过将端板集成化能够减小电堆体积，减少了电堆部件，电堆结构简化，可靠性提升，也提升了电堆体积功率密度，同时也提高了电堆生产效率；而且所得到的燃料电池的结构更为紧凑。
附图说明
32.图1是现有燃料电池的结构示意图。
33.图2是本实用新型中实施例1的引流端子结构示意图。
34.图3是本实用新型中实施例1的绝缘套管局部放大图。
35.图4是本实用新型中实施例1的复合集流板结构示意图。
36.附图标记为：膜电极11、双极板12、单极板13、集流板14、端板15、密封结构 16、铜线圈21、螺钉22、螺母23、绝缘套管24、平垫圈25、弹簧垫圈26、绝缘层32、集流层33、耳子34、
通孔35。
具体实施方式
37.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
38.实施例1
39.参阅附图2至4，本实施例提供一种复合集流板结构，包括：端板15、绝缘层32 和集流层33、固定柱、绝缘套圈、铜线圈21。
40.所述端板15用于支撑电堆的封装载荷；绝缘层32为在所述端板15一侧的表面上喷涂、涂覆或浸渍的一层绝缘材料；集流层33为在绝缘层32表面上粘贴、喷涂、涂覆或浸渍的一层导电材料，用于收集所述电堆所产生的电流。一方面，可以实现端板15、绝缘层32和集流层33的集成化，能够有效的降低复合集流板14、燃料电池的厚度，所得到的燃料电池的结构更为紧凑。所述端板15、绝缘层32和集流层33为集成化的一体化结构。通过将端板15、绝缘板和集流板14集成在一个部件上，可以大大提高端板15 的安装结构稳定，提高装配精度，减小装配难度。
41.其中，所述固定柱穿过并固定在所述端板15、绝缘层32和集流层33；绝缘套圈套装在所述固定柱外部，使得所述固定柱与端板15、绝缘层32和集流层33之间留有预定间隙；铜线圈21套装在所述绝缘套圈外部，且与所述集流层33相接触。
42.所述固定柱包括：穿过所述复合集流板14的螺钉22，以及固定在所述螺钉22的另一端的螺母23。所述螺钉22为内六角圆柱头螺钉22，所述螺母23为1型六角螺母23m4。通过采用螺纹连接方式形成固定柱，大大降低装配的复杂性与生产成本，同时提高了产品的稳定性与生产效率。
43.所述绝缘套圈套装在所述固定柱外部，使得所述固定柱与复合集流板14之间留有预定间隙；所述绝缘套圈包括分别位于所述复合集流板14两侧、镜像分布的两个绝缘套管24，保证所述固定柱与复合集流板14之间留有预定间隙，参阅附图3，所述绝缘套管24的截面形状为“t”字型；其底部套装在所述复合集流板14内部，形成绝缘间隙，其上部下压所述铜线圈21，使得所述铜线圈21与集流板14相贴合，用于固定铜线圈 21。其中所述绝缘套管24的内径与螺钉22圆杆尺寸相匹配，长度根据集流板14和端板15厚度进行设计，使得两个绝缘套管24之间在轴向留有预定间隙，不能接触。由于两端绝缘套管24接触后，易造成套管的破裂，从而影响绝缘效果。
44.铜线圈21，套装在所述绝缘套圈外部，且与所述集流板14相接触。所述铜线圈21 与导线相连，除设计为圆环“o”型，为方便装配及测试要求，可将铜线圈21/铜鼻子(导线端子、导线接头)设计为“u”形、“y”形等可拆卸式接头。或者在导线上设有导线快插结构，方便测试、装配、调试等。
45.所述导线快插结构为电线快接接头、对接插头、接线端子或缆虫的一种。现以电线快接接头为例进行说明，所述导线快插结构包括：子快接接头和母快接接头；所述子快接接头包括子快接接头固定体，子快接接头固定体连接导线，子快接接头固定体设有若干个带
金属凹槽的凹槽；母快接接头包括母快接接头筒体，母快接接头筒体的内部固定安装有固定块，固定块的内部设有若干个与金属凹槽相适配的金属探针，母快接接头的一端与铜线圈21相连。导线快插结构能够在几秒内完成一对接头的连接，提高导线连接的效率90％以上，同时兼具防水功能。
46.所述铜线圈21与螺钉22的螺帽之间、所述铜线圈21与螺母23之间均设置有平垫圈25和弹簧垫圈26。弹簧垫圈26用于防止螺母23自动回松，平垫圈25主要用于减小压强，并使受力均匀，保证产品的稳定性。另外，所述螺钉22和螺母23之间的安装扭矩为定值，保证铜线圈21与集流板14的接触电阻的一致性，保证产品的稳定性。
47.在进一步实施例中，所述集流层33与极板接触并在极板外部引出突出部分，形成耳子34。所述极板主要作用为支撑mea、提供反应气体和冷却液流体通道并分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量。在所述耳子34上设置有通孔35，适于安装所述固定柱。由于耳子34位于端板15内，无向外凸起的部分，不会与其他金属配件接触碰撞而损坏。而且，整个燃料电池在整体上为规整形状，方便燃料电池的安装、维修及使用。
48.为了方便理解复合集流板结构的技术方案，对其装配过程做出简要说明：装配时，依次在螺栓上套入弹簧垫圈26、平垫圈25、绝缘套管24、铜线圈21后，再穿过通孔 35，在端板15的另一侧依次往圆杆上套入绝缘垫圈、平垫圈25、弹簧垫圈26；绝缘套管24内径与螺钉22圆杆尺寸相匹配，长度根据端板15厚度进行设计，使两端的绝缘套管24不能接触，要保持一定间距。最后通过螺母23将螺钉22固定，与复合集流板 14机构形成一个整体。
49.实施例2
50.在实施例1的基础上，本实施例提供一种结构紧凑空冷型燃料电池，包含实施例2 中的复合集流板14结构。
51.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

技术特征：
1.一种复合集流板结构，其特征在于，包括：端板；绝缘层，为在所述端板一侧的表面上喷涂、涂覆或浸渍的一层绝缘材料；集流层，为在绝缘层表面上粘贴、喷涂、涂覆或浸渍的一层导电材料；固定柱，穿过并固定在所述端板、绝缘层和集流层；绝缘套圈，套装在所述固定柱外部，使得所述固定柱与端板、绝缘层和集流层之间留有预定间隙；铜线圈，套装在所述绝缘套圈外部，且与所述集流层相接触。2.根据权利要求1所述的复合集流板结构，其特征在于，所述端板、绝缘层和集流层为集成化的一体化结构。3.根据权利要求1所述的复合集流板结构，其特征在于，所述集流层与极板接触并在极板外部引出突出部分，形成耳子。4.根据权利要求3所述的复合集流板结构，其特征在于，所述耳子上设置有通孔，适于安装所述固定柱。5.根据权利要求1所述的复合集流板结构，其特征在于，所述固定柱包括：穿过所述复合集流板的螺钉，以及固定在所述螺钉的另一端的螺母。6.根据权利要求5所述的复合集流板结构，其特征在于，所述铜线圈与螺钉的螺帽之间、所述铜线圈与螺母之间均设置有平垫圈和弹簧垫圈。7.根据权利要求5所述的复合集流板结构，其特征在于，所述螺钉和螺母之间的安装扭矩为定值。8.根据权利要求1所述的复合集流板结构，其特征在于，所述绝缘套圈包括分别位于所述复合集流板两侧、镜像分布的两个绝缘套管，且两个绝缘套管之间在轴向留有预定间隙。9.根据权利要求8所述的复合集流板结构，其特征在于，所述绝缘套管的截面形状为“t”字型；其底部套装在所述复合集流板内部，其上部下压所述铜线圈，使得所述铜线圈与集流板相贴合。10.一种结构紧凑空冷型燃料电池，其特征在于，包含权利要求1至9任一项所述的复合集流板结构。

技术总结
本实用新型公开了一种复合集流板结构及其燃料电池，属于燃料电池领域。所述复合集流板包括端板、喷涂、涂覆或浸渍所述端板一侧的绝缘层；粘贴、喷涂、涂覆或浸渍在绝缘层表面上的集流层；穿过并固定在所述端板、绝缘层和集流层的固定柱；套装在所述固定柱外部的绝缘套圈；套装在所述绝缘套圈外部、且与所述集流层相接触的铜线圈。本实用新型通过喷涂形成层状结构，实现端板、绝缘板和集流板的集成化，一方面提高燃料电池电堆的一体化设计；另一方面能够有效的降低燃料电池电堆的体积，提升燃料电池体积功率密度。池体积功率密度。池体积功率密度。


技术研发人员：黄浩 黄得云 蒋剑
受保护的技术使用者：永安行常州氢能动力技术有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/5/25