CN109786782A - 燃料电池双极板、燃料电池堆和车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种燃料电池双极板、燃料电池堆和车辆，该燃料电池双极板包括第一极板，该第一极板具有多个间隔布置的第一凸台，相邻的两个第一凸台之间形成有第一凹槽；第二极板，该第二极板具有多个间隔布置的第二凸台，相邻的两个第二凸台之间形成有第二凹槽，第一凹槽和第二凸台的空间均构成为用于供气体流通的气体流道；多个第二凸台与多个第一凸台数量一致且一一对应布置，第一凸台具有第一顶壁和连接在该第一顶壁两侧的两个第一侧壁，相应地，第二凸台具有第二顶壁和连接在该第二顶壁两侧的两个第二侧壁，两个第二侧壁分别对应连接到两个第一侧壁的内表面，以使第二凸台嵌设到第一凸台内部，保证燃料电池性能的前提下减少燃料电池体积。

Description

燃料电池双极板、燃料电池堆和车辆

技术领域

本公开涉及燃料电池领域，具体地，涉及一种燃料电池双极板、燃料电池堆和车辆。

背景技术

燃料电池发电技术由于其节能高效、无污染的优势，现已成为新能源汽车发展和研究的主要方向。然而，为应对乘用车空间有限的应用需求，燃料电池电堆的体积比功率一直非常关键，其中，电堆由单电池串联堆垛形成，因此，电堆中双极板的堆垛方式对电堆体积的影响也越来越重要。目前现有技术中，单电池主要由膜电极和对称式的阴极板、阳极板焊接构成的双极板组成，此种对称式双极板的堆垛方式导致电堆高度较大，从而导致体积比功率较小。

发明内容

本公开的目的是提供一种燃料电池双极板，能够保证燃料电池性能的前提下减少燃料电池电堆体积，以提高电堆体积比功率。

为了实现上述目的，本公开提供一种燃料电池双极板，其中，包括第一极板，该第一极板具有多个间隔布置的第一凸台，相邻的两个所述第一凸台之间形成有第一凹槽；以及第二极板，该第二极板具有多个间隔布置的第二凸台，相邻的两个所述第二凸台之间形成有第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凸台的空间均构成为用于供气体流通的气体流道；多个所述第二凸台与多个所述第一凸台数量一致且一一对应布置，所述第一凸台具有第一顶壁和连接在该第一顶壁两侧的两个第一侧壁，相应地，所述第二凸台具有第二顶壁和连接在该第二顶壁两侧的两个第二侧壁，两个所述第二侧壁分别对应连接到两个所述第一侧壁的内表面，以使所述第二凸台嵌设到所述第一凸台内部。

可选地，所述第一顶壁的宽度小于所述第二顶壁的宽度。

可选地，相互连接的所述第一侧壁和所述第二侧壁平行设置。

可选地，所述第一凸台和所述第二凸台的截面形状均形成为梯形。

可选地，所述燃料电池双极板一体成型。

可选地，所述第一极板为阳极板，所述第二极板为阴极板，所述第一凹槽的空间构成为用于供氢气流通的氢气流道，所述第二凸台的空间构成为用于供空气流通的空气流道。

可选地，所述第一极板和所述第二极板均为金属极板。

可选地，所述第一顶壁和所述第二顶壁间隔设置，且与两个所述第一侧壁配合围成用于供冷却液流通的第一冷却流道，所述第一凹槽的第一底壁与所述第二凹槽的第二底壁间隔设置，以与相邻的两个所述第二凸台之间的两个所述第二侧壁配合围成用于供冷却液流通的第二冷却流道。

本公开的另一方面，还提供一种燃料电池堆，包括多个膜电极单元，其中，还包括多个上述公开的燃料电池双极板，多个所述燃料电池双极板与多个所述膜电极单元相互交替堆叠。

本公开的再一方面，还提供一种车辆，包括上述公开的燃料电池堆。

本技术方案的有益效果是：实现了在保证燃料电池性能的前提下，通过采用嵌设式的方式，有效降低了双极板的高度，继而实现了降低电堆体积的目的。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是现有技术的燃料电池堆的部分结构图；

图2是本公开实施例提供的燃料电池双极板的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的燃料电池堆的部分结构图。

附图标记说明

1＇阳极板 2＇阴极板 1第一极板

2第二极板 11第一凸台 12第一凹槽

111第一顶壁 112第一侧壁 22第二凸台

221第二顶壁 222第二侧壁 3氢气流道

4空气流道 5第一冷却流道 6第二冷却流道

7膜电极单元

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

首先，如图1所示出的为现有技术中燃料电池堆中双极板的堆垛方式，其中，阳极板1＇和阴极板2＇是关于图示纸面的左右方向的中心线对称布置，也即采用了其中一个极板的凸起和另外一个极板的凹槽相对布置的方式。

而如图2所示，本公开实施例提供的一种燃料电池双极板，包括第一极板1，该第一极板1具有多个间隔布置的第一凸台11，相邻的两个所述第一凸台11之间形成有第一凹槽12；以及第二极板2，该第二极板2具有多个间隔布置的第二凸台21，相邻的两个所述第二凸台21之间形成有第二凹槽22，所述第一凹槽12和所述第二凸台21的空间均构成为用于供气体流通的气体流道；其中多个所述第二凸台21与多个所述第一凸台11数量一致且一一对应布置，所述第一凸台11具有第一顶壁111和连接在该第一顶壁111两侧的两个第一侧壁112，相应地，所述第二凸台21具有第二顶壁211和连接在该第二顶壁211两侧的两个第二侧壁212，两个所述第二侧壁212分别对应连接到两个所述第一侧壁112的内表面，以使所述第二凸台21嵌设到所述第一凸台11内部。

相比于现有技术中对称式的设计，本公开采用了嵌入式设计，具体地，首先，本公开中的多个第二凸台21与多个第一凸台11数量一致且一一对应布置，同理，多个第二凹槽22与多个第一凹槽12的数量一致且一一对应布置；进一步地，将第二凸台21插嵌到第一凸台11的内部，也即可以同时理解为第一凹槽12插嵌到第二凹槽22的内部。因此，通过此种嵌入式的堆垛方式，相比于现有技术的对称的堆垛方式，显著降低了双极板的堆垛高度，继而实现提高燃料电池堆体积比功率的目的。并且，采用嵌入式的堆垛方式，能够增强双极板的整体结构强度，耐冲击性和防撞击性较强。

除此之外，在本公开中，采用的是第二凸台21的第二侧壁212连接到第一凸台11的第一侧壁112的内表面的方式进行嵌入，也即，是通过两个极板的侧壁与侧壁之间的连接，实现插嵌的方式。因此，如图2所示，此种连接方式完全不会影响构成气体流道的第一凹槽12和第二凸台21的空间体积，换言之，不会造成气体流道的空间减小，也就不会造成供气不足的现象发生，因而能够保证燃料电池的性能。

基于此，本公开提供的燃料电池双极板，实现了在保证燃料电池性能的前提下，通过采用嵌设式的方式，有效降低了双极板的高度，继而实现了降低燃料电池堆体积的目的。

需要说明的是，上述的侧壁与侧壁之间的接触面积的大小，可以通过具体应用要求而适应改变。例如，可以通过调整极板侧壁与顶壁间的夹角，继而调整第二凸台21的嵌入深度。

进一步地，如图2所示，在本实施方式中，所述第一顶壁111的宽度小于所述第二顶壁211的宽度，进一步提升了气体流道占总流道的比例，在保证效率的前提下降低了电堆体积，提高了功率密度。具体地，一方面，第一顶壁111的设计宽度较小，可以反向增加第一凹槽12的空间体积，也即提高了气体流道的空间体积，保证气体供给充分；而另一方面，第二顶壁211的宽度较大，也进一步增大了第二凸台的空间体积，也即增加了第二凸台21的气体流道的空间体积，同样能够保证该侧的气体充分供给。

另外，在本实施方式中，相互连接的所述第一侧壁112和所述第二侧壁212平行设置。这样，保证了第二凸台21和第一凸台11之间满足面面接触，以具有足够的接触面积，不仅能够保证第二凸台21和第一凸台11之间的连接，还能够进一步增强双极板的整体结构强度，耐冲击性更强。

进一步地，在本实施方式中，第一凸台11和第二凸台21的截面形状形成为梯形。也即，侧壁形成为斜壁结构，这样，斜壁与斜壁的接触连接，进一步增大了接触面积，具有更强的防撞击性能。

在本实施方式中，燃料电池双极板一体成型。具体可以通过浇铸、刻蚀等方式一体加工成型，成型方便、快捷。当然，在其他实施方式中，也可以采用第一极板和第二极板分别加工后焊接的方式，对此本公开不作限制。

并且，在本实施方式中，第一极板1和第二极板2均为金属极板。金属极板的孔隙率较小，机械强度较高，并具有较成熟的防腐蚀技术。

具体地，燃料电池由燃料在阳极板一侧氧化，氧化剂在阴极板一侧还原。因此在本实施方式中，所述第一极板1为阳极板，所述第二极板2为阴极板，所述第一凹槽12的空间构成为用于供氢气流通的氢气流道3，所述第二凸台21的空间构成为用于供空气流通的空气流道4。其中，在阳极板上连续供给氢气燃料，而在阴极板上连续供给氧气或空气，就可以在电极上连续发生电化学反应，并产生电流，因而，保证气体流道的空间体积，也即能够保证燃料电池堆的性能。

在燃料电池中，膜电级是电化学反应的场所，也是产热的主要部件(质子膜的电阻最大)，因此冷却燃料电池以降低燃料电池的温度，对于保证燃料电池的性能方面尤为重要。因此，如图2所示，在本实施方式中，所述第一顶壁111和所述第二顶壁211间隔设置，且与两个所述第一侧壁112配合围成用于供冷却液流通的第一冷却流道5，所述第一凹槽12的第一底壁与所述第二凹槽22的第二底壁间隔设置，以与相邻的两个所述第二凸台21之间的两个所述第二侧壁212配合围成用于供冷却液流通的第二冷却流道6。

也即，本公开采用膜电极的两侧均设置冷却流道，相同质量流量下换热面积更大，更有利于散热。并且实现双侧控温，保证整个膜电极的温度分布更加均匀，不会存在温度差异。并且可以得知，上述的燃料电池双极板的高度的减小，是通过减小了冷却流道的空间体积实现的，因而不会影响气体流道在总流道中所占的比例。

本公开还提供一种燃料电池堆和包括该燃料电池堆的车辆，如图3所示，该燃料电池堆包括多个膜电极单元7，和上述公开的燃料电池双极板，多个所述燃料电池双极板与多个所述膜电极单元7相互交替堆叠。由于本公开的燃料电池双极板的高度减小，因而能够实现整个燃料电池堆的体积的减小，从而提高燃料电池堆的体积比功率，并且不影响燃料电池本身的性能。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种燃料电池双极板，其特征在于，包括：

第一极板(1)，该第一极板(1)具有多个间隔布置的第一凸台(11)，相邻的两个所述第一凸台(11)之间形成有第一凹槽(12)；

第二极板(2)，该第二极板(2)具有多个间隔布置的第二凸台(21)，相邻的两个所述第二凸台(21)之间形成有第二凹槽(22)，所述第一凹槽(12)和所述第二凸台(21)的空间均构成为用于供气体流通的气体流道；

多个所述第二凸台(21)与多个所述第一凸台(11)数量一致且一一对应布置，所述第一凸台(11)具有第一顶壁(111)和连接在该第一顶壁(111)两侧的两个第一侧壁(112)，相应地，所述第二凸台(21)具有第二顶壁(211)和连接在该第二顶壁(211)两侧的两个第二侧壁(212)，两个所述第二侧壁(212)分别对应连接到两个所述第一侧壁(112)的内表面，以使所述第二凸台(21)嵌设到所述第一凸台(11)内部。

2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一顶壁(111)的宽度小于所述第二顶壁(211)的宽度。

3.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，相互连接的所述第一侧壁(112)和所述第二侧壁(212)平行设置。

4.根据权利要求3所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一凸台(11)和所述第二凸台(12)的截面形状均形成为梯形。

5.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述燃料电池双极板一体成型。

6.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一极板(1)为阳极板，所述第二极板(2)为阴极板，所述第一凹槽(12)的空间构成为用于供氢气流通的氢气流道(3)，所述第二凸台(21)的空间构成为用于供空气流通的空气流道(4)。

7.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一极板(1)和所述第二极板(2)均为金属极板。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的燃料电池双极板，其特征在于，所述第一顶壁(111)和所述第二顶壁(211)间隔设置，且与两个所述第一侧壁(112)配合围成用于供冷却液流通的第一冷却流道(5)，所述第一凹槽(12)的第一底壁与所述第二凹槽(22)的第二底壁间隔设置，以与相邻的两个所述第二凸台(21)之间的两个所述第二侧壁(212)配合围成用于供冷却液流通的第二冷却流道(6)。

9.一种燃料电池堆，包括多个膜电极单元(7)，其特征在于，还包括多个根据权利要求1-8中任意一项所述的燃料电池双极板，多个所述燃料电池双极板与多个所述膜电极单元(7)相互交替堆叠。

10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求9所述的燃料电池堆。