【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种燃料电池极板的流场结构、燃料电池单电池、燃料电池堆及车辆。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池具有发电效率高和环境友好等优点，有广泛的应用前景。高效的水热管理系统对提高燃料电池的性能，延长其寿命有很重要的意义。双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件，双极板上的流场一方面可以把气体均匀分配到气体扩散层，从而使电化学反应产生的电流密度和温度均匀分布；另一方面把生成的水及时排出电堆，因此流场的合理设计对提高燃料电池水热管理的性能非常重要。
2、目前，质子交换膜燃料电池常见的流场主要有平行流场、蛇形流场和交指流场等。交指流道的特点是流道是不连续的，气体在流动的过程中，由于通道堵死，迫使气体向周围流道扩散，这个过程使更多的气体进入催化层进行反应，有利于提高气体利用率，提高功率密度，但气体经过扩散层强制扩散，会产生较大的压降，如果气流过大，强制对流可能会损伤气体扩散层，从而降低电池性能；平行流场在燃料电池中应用广泛，但其较小的压降和较多分支流道使整个流场中的反应气体流动很不均匀，流场中的反应气体的传质较差，严重影响电池的输出功率，并且，当平行流场的流道过宽时，容易造成气体分配不均匀、排水困难等问题；蛇型流场的排水效果较好，但其流道长、压降大，而且气体主要在蛇形流道的前段进行电化学反应，而流道后段反应气体不足，影响了燃料电池的性能。
3、因此，亟需提出一种燃料电池的流场结构，以克服气体进入燃料电池反应区流场后存在气体分配不均匀、排水困难以及温度分布不均匀等问题，从而提升燃料电池性能。p>
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种燃料电池极板的流场结构，以解决现有的燃料电池极板的流场结构存在气体分配不均匀、排水困难以及温度分布不均匀等问题；目的之二在于提供一种燃料电池单电池；目的之三在于提供一种燃料电池堆；目的之四在于提供一种车辆。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种燃料电池极板的流场结构，包括：设置在极板上的反应流场区，所述反应流场区包括沿极板的宽度方向并排设置的多个基础流道，所述基础流道包括沿所述极板的长度方向间隔排布的多个直流段和多个变径流段，相邻的两个所述基础流道上的所述变径流段沿所述极板的长度方向交错分布，且所述基础流道上的多个所述变径流段沿气体的流动方向排布逐渐密集。
4、可选地，相邻两个所述基础流道之间的间隔宽度为0.99～1.2mm，所述基础流道的长度为220～245mm，所述基础流道的条数为70～85条，所述反应流场区的长度和宽度的比值为2.4：1～3.3：1。
5、可选地，位于所述直流段，所述基础流道的深度为0.3～0.4mm，所述直流段沿所述极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述基础流道的宽度为0.55～0.7mm，脊宽度为0.4～0.5mm，所述的基础流道的宽度与脊宽度的比值为1.25：1～1.75：1。
6、可选地，所述变径流段上具有最窄点，所述变径流段的起始端和末尾端均与直流段连接，由所述变径流段的起始端和末尾端至最窄点，所述基础流道的深度和宽度逐渐变小，位于所述变径流段的最窄点，所述基础流道的深度为0.12～0.25mm，所述变径流段沿所述极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述变径流段最窄点的宽度为0.14～0.25mm。
7、可选地，所述变径流段沿气体流动方向延伸长度为4～8mm，每根所述基础流道包括6～10个变径流段，6～10个变径流段沿气体的流动方向逐渐密集，且呈等差排布，距离公差为1～5mm。
8、可选地，沿气体的流动方向，位于第一个所述变径流段前的直流段长度为10～70mm，位于最后一个所述变径流段后的直流段长度为1～10mm，且所述反应流场区相邻两条基础流道上的变径流段为交替排布，交替排布的间隔距离为0.5～2.5mm。
9、可选地，还包括设置在所述极板上的气体分配区，所述气体分配区包括沿极板的长度方向设置在所述反应流场区两端的进气分配区和出气分配区，所述进气分配区与所述出气分配区关于所述反应流场区中心对称设置，所述进气分配区用于使气体均匀分布流入所述反应流场区，所述出气分配区用于将所述反应流场区内的气体均匀排出。
10、可选地，所述进气分配区和所述出气分配区均包括多个并排排列设置的分级导流结构、分支导流结构，所述分级导流结构至少包括一级导流流道和二级导流流道，所述分支导流结构至少包括第一分支结构和第二分支结构；所述第一分支结构用于将所述二级导流流道分流为第一分支流道和第二分支流道，所述第二分支结构用于将所述第一分支流道或第二分支流道分流为第三分支流道和第四分支流道，所述一级导流流道、所述二级导流流道、所述第一分支流道、所述第二分支流道、所述第三分支流道和所述第四分支流道在所述进气分配区、所述出气分配区形成气体分配流道，所述极板上并排排列设置的所述气体分配流道的尺寸均相同，且所述气体分配流道的深度为0.32～0.45mm。
11、可选地，所述一级导流流道与极板的长轴之间的夹角为α1，α1为0～15°；所述二级导流流道与极板的短轴之间的夹角为α2，α2为5～20°；
12、位于所述第一分支结构处，所述第一分支流道与所述第二分支流道之间的夹角为β1，β1为55～85°；位于所述第二分支结构处，所述第三分支流道与所述第四分支流道之间的夹角为β2，β2为15～40°，所述第一分支流道、所述第二分支流道与所述基础流道之间的夹角β3为5～20°。
13、可选地，相邻的两条所述一级导流流道之间的间隔宽度为1.5～2mm，所述一级导流流道沿所述极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述一级导流流道的宽度为0.8～1.5mm，脊宽度为0.5～0.9mm，所述一级导流流道的宽度与脊宽度的比值为1.1:1～2.4:1。
14、可选地，相邻的两条所述二级导流流道之间的间隔宽度为1.2～1.8mm，所述二级导流流道沿所述极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述二级导流流道的宽度为0.8～1.5mm，脊宽度为0.45～0.8mm，所述二级导流流道的宽度与脊宽度的比值为1.5:1～3:1。
15、可选地，所述第一分支流道和所述第二分支流道之间的间隔宽度为1.9～2.4mm，所述第一分支流道和所述第二分支流道沿极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述第一分支流道、所述第二分支流道的宽度均为0.55～0.9mm，脊宽度为1～1.85mm，所述第一分支流道、所述第二分支流道的宽度与脊宽度的比值均为1.7：1～3.3：1。
16、一种燃料电池单电池结构，包括阴极板、膜电极和阳极板，所述阴极板、所述膜电极与所述阳极板依次堆叠形成所述燃料电池单电池结构，其特征在于：还包括如上所述的燃料电池极板的流场结构，所述燃料电池极板的流场结构设置在所述阴极板上；
17、或所述阴极板、所述阳极板上均设置所述燃料电池极板的流场结构。
18、一种燃料电池堆，包括多个如上所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池极板的流场结构，其特征在于，包括：设置在极板上的反应流场区，所述反应流场区包括沿极板的宽度方向并排设置的多个基础流道，所述基础流道包括沿所述极板的长度方向间隔排布的多个直流段和多个变径流段，相邻的两个所述基础流道上的所述变径流段沿所述极板的长度方向交错分布，且所述基础流道上的多个所述变径流段沿气体的流动方向排布逐渐密集。
2.根据权利要求1所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：相邻两个所述基础流道之间的间隔宽度为0.99～1.2mm，所述基础流道的长度为220～245mm，所述基础流道的条数为70～85条，所述反应流场区的长度和宽度的比值为2.4：1～3.3：1。
3.根据权利要求2所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：位于所述直流段，所述基础流道的深度为0.3～0.4mm，所述直流段沿所述极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述基础流道的宽度为0.55～0.7mm，脊宽度为0.4～0.5mm，所述的基础流道的宽度与脊宽度的比值为1.25：1～1.75：1。
4.根据权利要求1所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：所述
5.根据权利要求4所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：所述变径流段沿气体流动方向延伸长度为4～8mm，每根所述基础流道包括6～10个变径流段，6～10个变径流段沿气体的流动方向逐渐密集，且呈等差排布，距离公差为1～5mm。
6.根据权利要求5所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：沿气体的流动方向，位于第一个所述变径流段前的直流段长度为10～70mm，位于最后一个所述变径流段后的直流段长度为1～10mm，且所述反应流场区相邻两条基础流道上的变径流段为交替排布，交替排布的间隔距离为0.5～2.5mm。
7.根据权利要求1所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：还包括设置在所述极板上的气体分配区，所述气体分配区包括沿极板的长度方向设置在所述反应流场区两端的进气分配区和出气分配区，所述进气分配区与所述出气分配区关于所述反应流场区中心对称设置，所述进气分配区用于使气体均匀分布流入所述反应流场区，所述出气分配区用于将所述反应流场区内的气体均匀排出。
8.根据权利要求7所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：所述进气分配区和所述出气分配区均包括多个并排排列设置的分级导流结构、分支导流结构，所述分级导流结构至少包括一级导流流道和二级导流流道，所述分支导流结构至少包括第一分支结构和第二分支结构；所述第一分支结构用于将所述二级导流流道分流为第一分支流道和第二分支流道，所述第二分支结构用于将所述第一分支流道或第二分支流道分流为第三分支流道和第四分支流道，所述一级导流流道、所述二级导流流道、所述第一分支流道、所述第二分支流道、所述第三分支流道和所述第四分支流道在所述进气分配区、所述出气分配区形成气体分配流道，所述极板上并排排列设置的所述气体分配流道的尺寸均相同，且所述气体分配流道的深度为0.32～0.45mm。
9.根据权利要求8所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：所述一级导流流道与极板的长轴之间的夹角为α1，α1为0～15°；所述二级导流流道与极板的短轴之间的夹角为α2，α2为5～20°；
10.根据权利要求8所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：相邻的两条所述一级导流流道之间的间隔宽度为1.5～2mm，所述一级导流流道沿所述极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述一级导流流道的宽度为0.8～1.5mm，脊宽度为0.5～0.9mm，所述一级导流流道的宽度与脊宽度的比值为1.1:1～2.4:1。
11.根据权利要求8所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：相邻的两条所述二级导流流道之间的间隔宽度为1.2～1.8mm，所述二级导流流道沿所述极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述二级导流流道的宽度为0.8～1.5mm，脊宽度为0.45～0.8mm，所述二级导流流道的宽度与脊宽度的比值为1.5:1～3:1。
12.根据权利要求8所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：所述第一分支流道和所述第二分支流道之间的间隔宽度为1.9～2.4mm，所述第一分支流道和所述第二分支流道沿极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述第一分支流道、所述第二分支流道的宽度均为...
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池极板的流场结构，其特征在于，包括：设置在极板上的反应流场区，所述反应流场区包括沿极板的宽度方向并排设置的多个基础流道，所述基础流道包括沿所述极板的长度方向间隔排布的多个直流段和多个变径流段，相邻的两个所述基础流道上的所述变径流段沿所述极板的长度方向交错分布，且所述基础流道上的多个所述变径流段沿气体的流动方向排布逐渐密集。
2.根据权利要求1所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：相邻两个所述基础流道之间的间隔宽度为0.99～1.2mm，所述基础流道的长度为220～245mm，所述基础流道的条数为70～85条，所述反应流场区的长度和宽度的比值为2.4：1～3.3：1。
3.根据权利要求2所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：位于所述直流段，所述基础流道的深度为0.3～0.4mm，所述直流段沿所述极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述基础流道的宽度为0.55～0.7mm，脊宽度为0.4～0.5mm，所述的基础流道的宽度与脊宽度的比值为1.25：1～1.75：1。
4.根据权利要求1所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：所述变径流段上具有最窄点，所述变径流段的起始端和末尾端均与直流段连接，由所述变径流段的起始端和末尾端至最窄点，所述基础流道的深度和宽度逐渐变小，位于所述变径流段的最窄点，所述基础流道的深度为0.12～0.25mm，所述变径流段沿所述极板的厚度方向的截面在1/2h处，所述变径流段最窄点的宽度为0.14～0.25mm。
5.根据权利要求4所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：所述变径流段沿气体流动方向延伸长度为4～8mm，每根所述基础流道包括6～10个变径流段，6～10个变径流段沿气体的流动方向逐渐密集，且呈等差排布，距离公差为1～5mm。
6.根据权利要求5所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：沿气体的流动方向，位于第一个所述变径流段前的直流段长度为10～70mm，位于最后一个所述变径流段后的直流段长度为1～10mm，且所述反应流场区相邻两条基础流道上的变径流段为交替排布，交替排布的间隔距离为0.5～2.5mm。
7.根据权利要求1所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：还包括设置在所述极板上的气体分配区，所述气体分配区包括沿极板的长度方向设置在所述反应流场区两端的进气分配区和出气分配区，所述进气分配区与所述出气分配区关于所述反应流场区中心对称设置，所述进气分配区用于使气体均匀分布流入所述反应流场区，所述出气分配区用于将所述反应流场区内的气体均匀排出。
8.根据权利要求7所述的燃料电池极板的流场结构，其特征在于：所述进气分配区和所述出气分配...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，樊敏，陈骁，钟立阳，
申请(专利权)人：深蓝汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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