一种提高电堆流体分配均一性的方法及电堆技术

本发明专利技术提供一种提高燃料电池电堆流体分配均一性的方法及电堆，所述方法具体为在加工所述燃料电池电堆使用的双极板和MEA边框时，使所述双极板的气体出口截面积大于气体入口截面积，且使所述MEA边框上对应至所述气体出口和所述气体入口位置处的开口形状及开口面积分别与所述气体出口和所述气体入口的形状及面积相同。本发明专利技术的技术方案能更直接简便的快速提高电堆流体分配均一性，以满足电堆正常运行及冷启动运行的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种提高电堆流体分配均一性的方法及电堆
本专利技术涉及燃料电池
，具体而言，尤其涉及一种提高电堆流体分配均一性的方法及电堆。
技术介绍
由于质子交换膜燃料电池单片电池的电压较低，约为0.7V，为了满足大功率车用燃料电池的需求，常将质子交换膜燃料电池各单电池并联起来形成电堆来实现车用大功率的目标。燃料电池电堆的公共通道及分配歧管结构对气体在电堆各单节电池中的流量分配起决定作用，而较大的流量差异会影响单节电池的性能、冷启动以及整个电堆的寿命。因此通过相应的结构优化设计来改善燃料电池电堆中各节单池流量分配的均一性，以确保电堆各节单池之间的温度分布与电性能分布的均一性是非常重要的。专利CN201610652485.1公开了一种多歧管流场的流量分配均匀度优化设计方法(公开日20161116)，采用理论分析与经验公式相结合的方法得到多歧管流量分配的均一性判断，但是其采用的公式是经验公式，与实际情况有差异。专利CN201710259904.X公开了一种可快速冷启动的长寿命燃料电池电堆模块(公开日20170912)，设计了一种可快速冷启动的长寿命的燃料电池模块电堆，通过改善公用通道中各单电池的气体分配、减小电堆中各单电池温度差异、增大两端膜电极的催化剂含量来提高了电堆各节电池流体的均一性；专利CN101436674B公开了一种燃料电池堆(公开日20081008)，在公共通道中设置U型挡板，并且将挡板总长度的约六分之一处存在横截面的过渡区，以提高电堆各节单池流体的均一性；专利CN200680040023.9公开了一种燃料电池堆的流体通路结构(公开日20081029)，将外部流体通路与内部歧管形成一个交叉角α，通过改变进气方向，提高进口端前几节单池的流量，提高了电堆各节单池流体的均一性；上述三篇专利都从数值仿真的角度给出流体优化的方向，并没有给出具体的理论优化方法，并且前两篇专利是通过公用通道添加挡板实现流体优化的目的，这种方法在结构实现上比较困难，且在燃料电池车用领域振动、冲击工况会对外加结构产生影响，从而干扰内部流体。
技术实现思路
针对现有技术缺少提高电堆流体分配均一性的优化方法，而提供一种可快速提高燃料电池电堆流体分配均一性的方法及电堆，首先对流体分配给出一种U型燃料电池电堆的优化方法，再通过改进的结构实现对电堆公用管路流体的分配均一性优化，并通过测试装置完成优化方法的验证，在整个优化过程中不需另外引入其他结构实现流体变化，且不会更改现有的组装工艺方法，对已设计定型的电堆几乎无机械匹配结构影响。本专利技术采用的技术手段如下：一种提高燃料电池电堆流体分配均一性的方法，在加工所述燃料电池电堆使用的双极板和MEA边框时，使所述双极板的气体出口截面积大于气体入口截面积，且使所述MEA边框上对应至所述气体出口和所述气体入口位置处的开口形状及开口面积分别与所述气体出口和所述气体入口的形状及面积相同。进一步地，所述气体出口包括空气出口和氢气出口，所述气体入口包括空气入口和氢气入口，所述空气出口的面积与所述空气入口的面积之比为1.56～1.67，所述氢气出口的面积与所述氢气入口的面积之比为1.67～2。进一步地，在加工所述燃料电池电堆使用的进气端板时，使所述进气端板的空气入口区的开口形状及开口面积与所述气体入口的形状及面积相同。本专利技术还提供了一种提高燃料电池电堆流体分配均一性的电堆，包括由双极板、MEA和MEA边框组成的单电池，所述MEA通过所述MEA边框安装于所述双极板内，所述双极板气体出口的截面积大于气体入口的截面积；所述MEA边框上对应至所述气体出口和所述气体入口位置处的开口形状及开口面积分别与所述气体出口和所述气体入口的形状及面积相同。进一步地，所述气体出口包括空气出口和氢气出口，所述气体入口包括空气入口和氢气入口，所述空气出口的面积与所述空气入口的面积之比为1.56～1.67，所述氢气出口的面积与所述氢气入口的面积之比为1.67～2。进一步地，所述电堆还包括进气端板，所述进气端板的气体入口区的开口形状及开口面积与所述气体入口的形状及面积相同。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的提高电堆流体分配均一性的方法及电堆，能更直接简便的快速提高电堆流体分配均一性，以满足电堆正常运行及冷启动运行的需要，为电堆设计流体流量分配均一性提供更直观的理论依据，并且该方法及装置简单、实用、有效。基于上述理由本专利技术可在燃料电池等领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述双极板及所述MEA边框结构示意图。图2为本专利技术所述电堆简化二维平面图。图3为电堆结构优化前后电堆各节单池流量分配差异的计算结果。图4为电堆结构优化前后在实验验证过程中电压均一性随着电堆节数的变化关系。图中：1、空气入口；2、氢气出口；3、氢气入口；4、空气出口。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。在本专利技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高燃料电池电堆流体分配均一性的方法，其特征在于，在加工所述燃料电池电堆使用的双极板和MEA边框时，使所述双极板的气体出口截面积大于气体入口截面积，且使所述MEA边框上对应至所述气体出口和所述气体入口位置处的开口形状及开口面积分别与所述气体出口和所述气体入口的形状及面积相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高燃料电池电堆流体分配均一性的方法，其特征在于，在加工所述燃料电池电堆使用的双极板和MEA边框时，使所述双极板的气体出口截面积大于气体入口截面积，且使所述MEA边框上对应至所述气体出口和所述气体入口位置处的开口形状及开口面积分别与所述气体出口和所述气体入口的形状及面积相同。


2.根据权利要求1所述的提高燃料电池电堆流体分配均一性的方法，其特征在于，所述气体出口包括空气出口和氢气出口，所述气体入口包括空气入口和氢气入口，所述空气出口的面积与所述空气入口的面积之比为1.56～1.67，所述氢气出口的面积与所述氢气入口的面积之比为1.67～2。


3.根据权利要求1所述的提高燃料电池电堆流体分配均一性的方法，其特征在于，在加工所述燃料电池电堆使用的进气端板时，使所述进气端板的空气入口区的开口形状及开口面积与所述气体入口的形状及面积相同。

【专利技术属性】
技术研发人员：徐家慧，刘雪婷，陈敏，姜炜，邢丹敏，赵洋洋，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21