一种双极板、燃料电池电堆以及车辆制造技术

本申请公开了一种双极板、燃料电池电堆以及车辆，用于解决现有技术的双极板存在难以兼顾流体分配均匀性以及压损小的技术问题。本申请提供的双极板，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流道，所述流道包括沿所述流道的延伸方向交替分布的至少两种形状和/或特征参数不同的流道段，且至少一种所述流道段为直线流道，直流道段有利于减小流体介质的流动阻力，在不同流道段的连接处会导致局部压降增加，增加对流体介质的扰动，进而促使反应介质在膜电极的表面均匀分布，以及反应生成的液态水排出流道，提高燃料电池的性能，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]燃料电池电动汽车由于续驶里程长、燃料加注方便、性能与传统汽车相近等诸多优点，被认为是新能源汽车最重要的发展技术路线之一。
[0003]电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用紧固组件紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。双极板是质子交换膜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。以氢燃料电池为例，电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
[0004]因此，双极板的流场设计关系到单电池的性能输出。现有技术中的双极板通常采用直线流道，例如技术专利CN201820979877.3
‑
质子交换膜燃料电池双极板及质子交换膜燃料电池，直线流道保证流体介质在流道中流通时压力损失尽可能小，但是流体介质容易从中间流道流动，导致极板两侧边缘活性差。
[0005]综上，现有技术的双极板存在难以兼顾流体分配均匀性以及压损小的技术问题。

技术实现思路

[0006]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、燃料电池模块、燃料电池系统、燃料电池动力系统和车辆，通过改进阳极板和阴极板的流道结构，使得反应介质和冷却剂均能够均匀分配，且压损小。
[0007]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流道，所述流道包括沿所述流道的延伸方向交替分布的至少两种形状和/ 或特征参数不同的流道段，且至少一种所述流道段为直线流道。
[0008]在某些实施例中，所述流道包括形状不同的第一流道段和第二流道段。
[0009]在某些实施例中，所述第一流道段为所述直线流道；所述第二流道段为波浪线流道或折线流道。
[0010]在某些实施例中，各所述流道段的数量均为两段以上。
[0011]在某些实施例中，所述流道段的周期长度为20～60mm。
[0012]在某些实施例中，所述流道的数量为60～150；所述流道的长度为200～250mm；所述 60～150根流道的总宽度为120～150mm。
[0013]在某些实施例中，所述流道设置为：流道周期为0.8～1.2mm；深度为0.25～
0.55mm；流道倾角为10
°
～20
°
；脊槽比为0.8～1.2；流道圆角不大于0.2mm。
[0014]在某些实施例中，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沿所述长边方向依次分布的分配区、活性区和汇流区。
[0015]在某些实施例中，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。
[0016]在某些实施例中，所述宽度尺寸h2为0.9h1≤h2＜h1。
[0017]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；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。
[0018]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。
[0019]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种车辆，包括至少一个上述的燃料电池电堆。
[0020]由上述技术方案可知，本申请提供的双极板，将阳极板和阴极板上的流道设计为混合流道，流道包括交替分布的至少两种不同的流道段，可将不同的流道段的形状和/或特征参数设为不同。其中，至少一种流道段为直线流道，直流道段有利于减小流体介质的流动阻力，在不同流道段的连接处会导致局部压降增加，增加对流体介质的扰动，进而促使反应介质在膜电极的表面均匀分布，以及反应生成的液态水排出流道，提高燃料电池的性能。
[0021]由此，本申请提供的双极板，通过设置不同的流道段，既减小流体介质的流动阻力，又能够形成局部压降增加，促使流体介质分配均匀，确保燃料电池堆性能可靠。
附图说明
[0022]图1为本申请实施例1的双极板的结构示意图。
[0023]图2为图1的双极板中活性区的结构示意图。
[0024]图3为本申请实施例2的双极板的结构示意图。
[0025]图4为本申请实施例3的双极板的结构示意图。
[0026]图5为图4的A
‑
A剖面图。
[0027]图6为本申请实施例4的燃料电池电堆的结构示意图。
[0028]图7为本申请实施例5的车辆的结构框图。
[0029]附图标记说明：
[0030]100
‑
双极板；101
‑
氧化剂进口，102
‑
还原剂进口，103
‑
冷却剂进口，104
‑
氧化剂出口，105
‑ꢀ
还原剂出口，106
‑
冷却剂出口，107
‑
分配区，108
‑
活性区，109
‑
汇流区；110
‑
流道，110a
‑
流道段， 111
‑
第一流道段，112
‑
第二流道段；113
‑
导流结构；114
‑
进气边；115
‑
出气边；116
‑
凹陷区；117
‑ꢀ
凹部；118
‑
凸部。
[0031]1000
‑
燃料电池电堆；1100
‑
进气端板；1200
‑
进气端绝缘板；1300
‑
进气端集流板；1400
‑ꢀ
堆芯；1500
‑
盲端集流板；1600
‑
盲端绝缘板；1700
‑
盲端端板；1800
‑
紧固组件；1900
‑
碟簧支撑板。
具体实施方式
[0032]为了使本申请所属
中的技术本文档来自技高网...

【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流道，其特征在于：所述流道包括沿所述流道的延伸方向交替分布的至少两种形状和/或特征参数不同的流道段，且至少一种所述流道段为直线流道。2.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述流道包括形状不同的第一流道段和第二流道段。3.如权利要求2所述的双极板，其特征在于：所述第一流道段为所述直线流道；所述第二流道段为波浪线流道或折线流道。4.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：各所述流道段的数量均为两段以上。5.如权利要求4所述的双极板，其特征在于：所述流道段的周期长度为20～60mm。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述的双极板，其特征在于：所述流道的数量为60～150；所述流道的长度为200～250mm；所述60～150根流道的总宽度为120～150mm。7.如权利要求6所述的双极板，其特征在于：所述流道设置为：流道周期为0.8～1.2mm；深度为0.25～0.55mm；流道倾角为10
°
～20
°
；脊槽比为0.8～1.2；流道圆角不大于0.2mm。8.如权利要求1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：覃博文，王手龙，
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：