CN108448149A - 一种分体式燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种分体式燃料电池，其包括输入分流板、燃料电池模块和输出集流板，流体从所述输入分流板分流，通过不同的流道进入燃料电池模块，并输出到所述输出集流板，其中，所述燃料电池模块为两个以上。所述分体式燃料电池可大幅度降低燃料电池总管与流道设计难度，减少因气体反冲造成的电堆前端缺气的问题，增加气体分布的均匀程度，提升电堆运行的耐久性与可靠性，且空压灵活的适应空间尺寸要求，有效保证前后单体的输出的一致性，通过随时监控电堆单体的状态，模块选择性的工作，保证电堆的整体寿命最大化。

Description

一种分体式燃料电池
技术领域
本发明属于燃料电池车用电堆总成技术领域，具体涉及到一种分体式燃料电池。
背景技术
燃料电池车用电堆目前普遍采用串联方式，如果需要大功率的电堆，则需要很多个单体串联，给设计、生产、装配带来极大的困难，同时单体串联数量增加，前后单体的燃气供应密度以及水含量等不一致，导致单体的寿命不一致，从而影响电堆整体的寿命，因此迫切需要解决大功率电堆问题，来突破大功率燃料电池电堆这一技术瓶颈。
现有技术一(CN103636045A)提供了一种多次注入燃料电池氢气的方法。将燃料电池电堆分成至少两组可被单独供应氢气的电堆，第一阶段，仅为第一组(GA)供应，但不为第二组(GB)供应氢气，然而，未消耗的氢气可以在两组之间的排气歧管(EVAN)间流动；第二阶段，对两组的供应进行反转，未消耗的氢气仍然能够在两组之间经由排出歧管流动；第三阶段，在最初两个阶段的一连串交替之后，首先同时为两组进行供应氢气，然后打开排出歧管的吹洗阀(VP)，最后关闭。
上述的供氢方法，能够减少系统在吹扫期间反应物(尤其是氢气)的消耗，并且不再需要复杂的氢循环系统，但氢气在排气歧管间的相互流动，难以保证其混合产物(氮气、液态水)完全分离，在另一组电堆的后端造成液滴聚集与局部欠气等问题，影响电堆寿命。
发明内容
本发明目的是在于提供一种可以实现分体式、长寿命的燃料电池。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种分体式燃料电池，其包括输入分流板、燃料电池模块和输出集流板，流体从所述输入分流板分流，通过不同的流道进入燃料电池模块，并输出到所述输出集流板；
其中，所述燃料电池模块为两个以上。
可选的，所述燃料电池模块包括至少两个电池单体，所述电池单体叠放。
可选的，所述流体包括氢气、空气和冷却液。
可选的，所述流道包括氢气流道、空气流道和冷却液流道，所述氢气通过所述氢气流道进入所述燃料电池模块，所述空气通过所述空气流道进入所述燃料电池模块，所述冷却液通过所述冷却液流道进入所述燃料电池模块。
可选的，所述氢气流道、所述空气流道和所述冷却液流道的数量与所述燃料电池模块的数量一致。
可选的，所述氢气流道、所述空气流道和所述冷却液流道均采用弯曲流道。
可选的，所述分体式燃料电池还包括氢气流道出口、空气流道出口和冷却液流道出口，所述氢气流出氢气流道出口进入所述输出集流板，所述空气流出空气流道出口进入所述输出集流板，所述冷却液流出冷却液流道出口进入所述输出集流板。
可选的，所述分体式燃料电池还包括一个或者多个电磁阀，所述电磁阀安装于所述氢气流道、所述空气流道和所述冷却液流道的入口端，用于调节流量。
本发明具有如下有益效果：本发明提供了一种分体式燃料电池，大幅度降低燃料电池总管与流道设计难度，减少因气体反冲造成的电堆前端缺气的问题，增加气体分布的均匀程度，提升电堆运行的耐久性与可靠性，且空压灵活的适应空间尺寸要求，有效保证前后单体的输出的一致性，通过随时监控电堆单体的状态，模块选择性的工作，保证电堆的整体寿命最大化。
附图说明
图1为本发明一种分体式燃料电池的结构示意图；
图2为本发明一种分体式燃料电池的输入分流板的结构示意图；
图中标记示意为：1-输入分流板；2-第一燃料电池模块；3-第二燃料电池模块；4-第三燃料电池模块；5-输出集流板；6-第一电池单体；7-第二电池单体；8-第一电磁阀；9-第二电磁阀；10-第三电磁阀；11-第一氢气流道；12-第一空气流道；13-第一冷却液流道；14-第一氢气流道出口；15-第一空气流道出口；16-第一冷却液流道出口；17-第四电磁阀；18-第五电磁阀；19-第六电磁阀；20-第二氢气流道；21-第二空气流道；22-第二冷却液流道；23-第二氢气流道出口；24-第二空气流道出口；25-第二冷却液流道出口；26-第七电磁阀；27-第八电磁阀；28-第九电磁阀；29-第三氢气流道；30-第三空气流道；31-第三冷却液流道；32-第三氢气流道出口；33-第三空气流道出口；34-第三冷却液流道出口。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种分体式燃料电池，结合图1所示，其包括输入分流板1、燃料电池模块和输出集流板5，流体从所述输入分流板1，经过燃料电池模块，输出到所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述燃料电池模块的数量为一个或者多个，假定为n，可根据燃料电池功率大小以及空间要求，选择合理的燃料电池模块数n，其中n为正整数，采用燃料电池模块设计，可大幅度降低燃料电池总管与流道设计难度，减少因气体反冲造成的电堆前端缺气的问题，增加气体分布的均匀程度，提升电堆运行的耐久性与可靠性。
在一些可选的实施例中，所述燃料电池模块的数量n为3个，其包括第一燃料电池模块2、第二燃料电池模块3和第三燃料电池模块4。
在一些可选的实施例中，所述第一燃料电池模块2、第二燃料电池模块3、第三燃料电池模块4均包括多个电池单体，例如第一电池单体6和第二电池单体7，所述第一电池单体6和所述第二电池单体7叠放，所述电池单体的数量一共为m个，其中m由燃料电池功率大小以及尺寸空间要求确定，且m为大于1的正整数。
在一些可选的实施例中，所述m可为5个，当然也可根据需要选择其他的数量。
在一些可选的实施例中，所述第一燃料电池模块2、所述第二燃料电池模块3和所述第三燃料电池模块4包含的电池单体的数量也可以不同，如所述第一燃料电池模块2包括2个电池单体，所述第二燃料电池模块3包括3个电池单体，所述第三燃料电池模块4包括4个电池单体。
在一些可选的实施例中，所述流体通过所述输入分流板1可以被分别输入到所述第一燃料电池模块2、所述第二燃料电池模块3和所述第三燃料电池模块4，其中输入到所述第一燃料电池模块2的流体为氢气、空气和冷却液，输入到所述第二燃料电池模块3的流体为氢气、空气和冷却液，输入到所述第三燃料电池模块4的流体为氢气、空气和冷却液。
在一些可选的实施例中，所述分体式燃料电池的输入分流板上形成有氢气流道、空气流道和冷却液流道，所述氢气流道、所述空气流道和所述冷却液流道的数量为一个或者多个，用于输送氢气、空气和冷却液。
在一些可选的实施例中，所述燃料电池还包括一个或者多个电磁阀，所述电磁阀安装于所述氢气流道、所述空气流道和所述冷却液流道的入口端，用于控制流体的流量。
在一些可选的实施例中，所述电磁阀包括第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10、第四电磁阀17、第五电磁阀18、第六电磁阀19、第七电磁阀26、第八电磁阀27和第九电磁阀28，所述流体在所述电磁阀调整后进入所述燃料电池模块，以调节输入流量，满足不同工况需求。
在一些可选的实施例中，所述流体通过调节所述电磁阀的开关，使其分模块工作，输出不同功率，满足不同工况需求。
在一些可选的实施例中，所述氢气从所述输入分流板1分流后，部分所述氢气在第一电磁阀8调整后从第一氢气流道11输入到所述第一燃料电池模块2后，从第一氢气流道出口14流出，进入所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述氢气从所述输入分流板1分流后，部分所述氢气在第四电磁阀17调整后从第二氢气流道20输入到所述第二燃料电池模块3，从第二氢气流道出口23流出，进入所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述氢气从所述输入分流板1分流后，部分所述氢气在第七电磁阀26调整后从第三氢气流道29输入到所述第三燃料电池模块4，从第三氢气流道出口32流出，进入所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述空气从所述输入分流板1分流后，部分所述空气在第二电磁阀9调整后从第一空气流道12输入到所述第一燃料电池模块2后，从第一空气流道出口15流出，进入所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述空气从所述输入分流板1分流后，部分所述空气在第五电磁阀18调整后从第二空气流道21输入到所述第二燃料电池模块3，从第二空气流道出口24流出，进入所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述空气从所述输入分流板1分流后，部分所述空气在第八电磁阀27调整后从第三空气流道30输入到所述第三燃料电池模块4，从第三空气流道出口33流出，进入所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述冷却液从所述输入分流板1分流后，部分所述冷却液在第三电磁阀10调整后从第一冷却液流道13输入到所述第一燃料电池模块2后，从第一冷却液流道出口16流出，进入所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述冷却液从所述输入分流板1分流后，部分所述冷却液在第六电磁阀19调整后从第二冷却液流道22输入到所述第二燃料电池模块3，从第二冷却液流道出口25流出，进入所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述冷却液从所述输入分流板1分流后，部分所述冷却液在第九电磁阀28调整后从第三冷却液流道31输入到所述第三燃料电池模块4，从第三冷却液流道出口34流出，进入所述输出集流板5。
在一些可选的实施例中，所述燃料电池模块之间共用所述输入分流板1和所述输出集流板5，减少供氢系统、供氧系统和热管理系统，降低成本。
在一些可选的实施例中，结合图2所述，所述第一氢气流道11、所述第一空气流道12和所述第一冷却液流道13均采用弯曲流道，所述弯曲流道使所述燃料电池模块之间的进气压力和流量保持一致，保证燃料电池单体一致性。
在一些可选的实施例中，所述第一氢气流道11、所述第一空气流道12和所述第一冷却液流道13均采用弯曲流道，所述弯曲流道使模块之间的进气压力和流量保持一致，保证燃料电池单体一致性。
在一些可选的实施例中，所述第二氢气流道20、所述第二空气流道21和所述第二冷却液流道22均采用弯曲流道，所述弯曲流道使模块之间的进气压力和流量保持一致，保证燃料电池单体一致性。
在一些可选的实施例中，所述第三氢气流道29、所述第三空气流道30和所述第三冷却液流道31均采用弯曲流道，所述弯曲流道使模块之间的进气压力和流量保持一致，保证燃料电池模块单体一致性。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种分体式燃料电池，其特征在于，包括输入分流板、燃料电池模块和输出集流板，流体从所述输入分流板分流，通过不同的流道进入燃料电池模块，并输出到所述输出集流板；
其中，所述燃料电池模块为两个以上。
2.根据权利要求1所述的一种分体式燃料电池，其特征在于，所述燃料电池模块包括至少两个电池单体，所述电池单体叠放。
3.根据权利要求1所述的一种分体式燃料电池，其特征在于，所述流体包括氢气、空气和冷却液。
4.根据权利要求3所述的一种分体式燃料电池，其特征在于，所述流道包括氢气流道、空气流道和冷却液流道，所述氢气通过所述氢气流道进入所述燃料电池模块，所述空气通过所述空气流道进入所述燃料电池模块，所述冷却液通过所述冷却液流道进入所述燃料电池模块。
5.根据权利要求4所述的一种分体式燃料电池，其特征在于，所述氢气流道、所述空气流道和所述冷却液流道的数量与所述燃料电池模块的数量一致。
6.根据权利要求5所述的一种分体式燃料电池，所述氢气流道、所述空气流道和所述冷却液流道均采用弯曲流道。
7.根据权利要求6所述的一种分体式燃料电池，其特征在于，还包括氢气流道出口、空气流道出口和冷却液流道出口，所述氢气流出氢气流道出口进入所述输出集流板，所述空气流出空气流道出口进入所述输出集流板，所述冷却液流出冷却液流道出口进入所述输出集流板。
8.根据权利要求7所述的一种分体式燃料电池，其特征在于，还包括一个或者多个电磁阀，所述电磁阀安装于所述氢气流道、所述空气流道和所述冷却液流道的入口端，用于调节流量。
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