本申请公开了一种双极板、燃料电池电堆以及车辆，用于解决现有双极板存在压损大、介质分配不均的技术问题。本申请提供的双极板，包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板均包括分配区、活性区和汇流区，分配区和/或汇流区向双极板的内部凹陷，形成凹陷区，凹陷区的凹陷深度小于活性区中流道的深度，凹陷区中设有向双极板的内部凹陷的凹部以及向双极板的外部凸起的凸部。本申请提供的双极板，通过设置直通式的分配区/汇流区，取消分配区/汇流区中的流道，使得流体介质在分配区/汇流区中流动时的流阻显著降低，并且凹陷区中设置的凹部和凸部均起到均匀分配流体介质的作用，使得介质均匀性好，确保燃料电池堆性能可靠。确保燃料电池堆性能可靠。确保燃料电池堆性能可靠。
【技术实现步骤摘要】
一种双极板、燃料电池电堆以及车辆
[0001]本申请属于燃料电池
，具体涉及一种双极板，以及配置有该双极板的燃料电池电堆和车辆。
技术介绍
[0002]质子交换膜燃料电池，是一种以氢气为燃料，直接将化学能转换为电能的发电装置。燃料电池的能量密度高、启动速度快、操作温度低、产物无污染等优点，使得其在新能源汽车领域具有潜在的应用价值。燃料电池堆的结构，通常为数百片膜电极、双极板和密封件堆叠而成，通过两侧的端板、绝缘板和集流板施加紧固力，组成燃料电池堆。在燃料电池电堆内部，反应气体(氢气和空气)以及冷却剂通过双极板的总管口分配至每片单电池，因此，总管口的尺寸大小直接影响电堆三腔流阻大小。在每片单电池内部，氢气和空气分别通过阳极侧和阴极侧流道分布均匀，传递给膜电极，发生电化学反应，冷却剂则通过冷却通道均匀分布，移出电化学反应的废热。
[0003]双极板是氢燃料电池的重要部件，起到气体分配、水热管理、收集电流、支撑电堆的作用。目前双极板的常用材料为316L不锈钢，厚度0.07～0.1mm，通常先将原材料冲压为具有精微流道的阴极板和阳极板，然后再将两块单极板连接在一起，形成“两板三场”的结构。因此，双极板的流场设计对于提升燃料电池的工作性能至关重要。
[0004]常规的双极板设计方案如图1所示：该方案中，将氢气入口1a、空气出口2a和冷却水入口3a设计在双极板的一端，氢气出口4a、空气入口5a和冷却水出口6a设计在双极板的另一端，采用平行流场7a。冷却水通过冷却水入口流入，扩散至整个双极板夹层中的冷却水流场，带走热量并从冷却水出口流出。由于双极板宽度方向尺寸有限，导致入口侧和出口侧的3个开口的面积都比较小，进气及排水的压损较大，反应气体和冷却水容易从中间流道流动，导致极板两侧边缘活性差，且冷却效果不佳。
[0005]为解决反应气体和冷却水的分布问题，部分双极板上设置了流体分配区，流体分配区虽然一定程度上解决了分配均匀性的问题，但是流体分配区中流道的流阻较大，介质均匀性较差。
[0006]综上，现有技术的双极板存在压损大、介质分配不均的技术问题。
技术实现思路
[0007]为解决上述技术问题，本申请提供一种双极板，以及配置有该双极板的燃料电池电堆和车辆，通过改进阳极板和阴极板的分配区结构，使得反应介质和冷却剂均能够均匀分配，且压损小。
[0008]实现本申请目的所采用的技术方案为，一种双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板上均设置有至少两个流体通口，所述至少两个流体通口对称分布于所述双极板的长边方向的两端；所述阳极板和所述阴极板的流体场均包括分配区、活性区和汇流区，所述分配区、所述活性区和所述汇流区沿所述双极板的长边方向依次分布；所述分配
区和/或汇流区为向所述双极板的内部凹陷的凹陷区，所述凹陷区的凹陷深度小于所述活性区中流道的深度；
[0009]所述凹陷区中设有向所述双极板的内部凹陷的凹部和向所述双极板的外部凸起的凸部，位于所述阳极板上的所述凹部与位于所述阴极板上的所述凹部位置相对、且相互抵接。
[0010]在某些实施例中，所述阳极板的凹陷区的凹陷深度与所述阴极板的凹陷区的凹陷深度相同，均为h1，且H*1/2≤h1≤H*3/4；所述凹部的凹陷深度h2为H*1/4≤h2≤H*1/2；其中H为所述活性区中流道的深度。
[0011]在某些实施例中，所述凸部的凸起高度h3与所述凹陷深度h1相同；或者，所述凸部的上表面与所述活性区的上表面齐平。
[0012]在某些实施例中，所述阳极板和所述阴极板上均设置六个所述流体通口，六个所述流体通口呈中心对称，六个所述流体通口分别为氧化剂进口、还原剂进口、冷却剂进口、氧化剂出口、还原剂出口和冷却剂出口。
[0013]在某些实施例中，所述还原剂进口的面积与所述还原剂出口的面积相同，且均为a，0.005S≤a≤0.01S；所述氧化剂进口的面积与所述氧化剂出口的面积相同，且均为b，0.02S≤b≤0.04S；所述冷却剂进口的面积与所述冷却剂出口的面积相同，且均为c，0.02S≤b≤0.045S；其中，S为所述双极板的面积。
[0014]在某些实施例中，所述面积a、所述面积b与所述面积c设置为a：b：c＝1：3：3～1：5：5。
[0015]在某些实施例中，所述阳极板上设有供还原剂流通的还原剂导流结构，所述还原剂导流结构位于所述还原剂进口与所述分配区之间和/或所述还原剂出口与所述汇流区之间；
[0016]所述阴极板上设有供氧化剂流通的氧化剂导流结构，所述氧化剂导流结构位于所述氧化剂进口与所述分配区之间和/或所述氧化剂出口与所述汇流区之间。
[0017]在某些实施例中，所述还原剂导流结构和/或所述氧化剂导流结构包括两个以上间隔分布的导流凸台。
[0018]在某些实施例中，所述还原剂导流结构和/或所述氧化剂导流结构包括两排凸台组，每排所述凸台组均包括两个以上所述导流凸台；所述两排凸台组沿介质流通方向间隔设置，位于同一所述凸台组中的所述两个以上导流凸台沿垂直于介质流通方向的方向间隔分布。
[0019]在某些实施例中，所述氧化剂进口和还原剂进口的靠近于所述分配区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置；所述氧化剂出口和还原剂出口的靠近于所述汇流区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置。
[0020]在某些实施例中，沿所述双极板的短边方向，所述流体通口所在区域的所述双极板的宽度尺寸h1大于所述活性区所在区域的所述双极板的宽度尺寸h2。
[0021]在某些实施例中，所述宽度尺寸h2为0.9h1≤h2＜h1。
[0022]在某些实施例中，所述活性区的流道的数量为80～100；所述流道的流道周期为1.2～1.5mm；所述流道的长度为250～280mm。
[0023]在某些实施例中，所述流道设置为：深度为0.3～0.5mm，流道倾角为10
°
～30
°
，脊
槽比为0.8～1.2，流道圆角不大于0.2mm。
[0024]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种燃料电池电堆，包括至少一个上述的双极板。
[0025]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种燃料电池模块，包括至少一个上述的燃料电池电堆。
[0026]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种燃料电池系统，包括：
[0027]上述的燃料电池模块；
[0028]空气供应子系统，与所述燃料电池模块的各个所述燃料电池电堆连通，以提供空气；
[0029]燃料供应子系统，与所述燃料电池模块的各个所述燃料电池电堆连通，以提供燃料；
[0030]热管理子系统，与所述燃料电池模块的各个所述燃料电池电堆连通，以提供冷却液从而对所述燃料电池电堆进行冷却和/或加热；
[0031]自动控制系统，与所述燃料电池模块、所述空气供应子系统、所述燃料供应子系统和所述热管理子系统分别电连接。
[0032]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板上均设置有至少两个流体通口，所述至少两个流体通口对称分布于所述双极板的长边方向的两端；所述阳极板和所述阴极板的流体场均包括分配区、活性区和汇流区，所述分配区、所述活性区和所述汇流区沿所述双极板的长边方向依次分布，其特征在于：所述分配区和/或汇流区为向所述双极板的内部凹陷的凹陷区，所述凹陷区的凹陷深度小于所述活性区中流道的深度；所述所述凹陷区中设有向所述双极板的内部凹陷的凹部和向所述双极板的外部凸起的凸部，位于所述阳极板上的所述凹部与位于所述阴极板上的所述凹部位置相对、且相互抵接。2.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述阳极板的凹陷区的凹陷深度与所述阴极板的凹陷区的凹陷深度相同，均为h1，且H*1/2≤h1≤H*3/4；所述凹部的凹陷深度h2为H*1/4≤h2≤H*1/2；其中H为所述活性区中流道的深度。3.如权利要求2所述的双极板，其特征在于：所述凸部的凸起高度h3与所述凹陷深度h1相同；或者，所述凸部的上表面与所述活性区的上表面齐平。4.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述阳极板和所述阴极板上均设置六个所述流体通口，六个所述流体通口呈中心对称，六个所述流体通口分别为氧化剂进口、还原剂进口、冷却剂进口、氧化剂出口、还原剂出口和冷却剂出口。5.如权利要求4所述的双极板，其特征在于：所述还原剂进口的面积与所述还原剂出口的面积相同，且均为a，0.005S≤a≤0.01S；所述氧化剂进口的面积与所述氧化剂出口的面积相同，且均为b，0.02S≤b≤0.04S；所述冷却剂进口的面积与所述冷却剂出口的面积相同，且均为c，0.02S≤b≤0.045S；其中，S为所述双极板的面积。6.如权利要求5所述的双极板，其特征在于：所述面积a、所述面积b与所述面积c设置为a：b：c＝1：3：3～1：5：5。7.如权利要求4所述的双极板，其特征在于：所述阳极板上设有供还原剂流通的还原剂导流结构，所述还原剂导流结构位于所述还原剂进口与...
【专利技术属性】
技术研发人员：王手龙，王慧，欧兵兵，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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