CN114503314A - 紧凑的燃料电池模块和组件 - Google Patents

Abstract

用于燃料电池的流场板可以包括由内部边界界定的内部区域，该内部区域包含开口，当流场板堆叠时，该开口形成沿着燃料电池堆延伸的多个集箱。流场可以环绕内部边界。例如，集箱可以包括用于燃料的集箱、用于氧化剂的集箱和用于冷却剂的集箱。流场可以包括在径向方向上和/或在周向方向上引导反应剂流动的元件。燃料电池堆可以封围在压缩该堆的壳体中。在一些实施方式中，多个燃料电池组合在动力单元中，在动力单元中燃料电池堆被接纳在配备有流体歧管堆接口的燃料电池块内，该流体歧管堆接口为燃料电池堆的集箱提供流体接口。

Description

紧凑的燃料电池模块和组件

相关申请的交叉引用

本申请根据《巴黎公约》要求于2019年7月16日提交的题为“COMPACT FUEL CELLMODULE AND FUEL CELL ENGINE BLOCK”的序列号为10 2019 119 304.4的德国专利申请No.的优先权，该德国专利申请在此出于所有目的通过参引并入本文中。

技术领域

本发明涉及电化学燃料电池、集成燃料电池系统(例如动力单元)以及燃料电池部件(例如流场板和膜电极组件)。

背景技术

燃料电池是通过电化学反应将燃料(例如，氢气)和氧化剂(例如，氧气)的化学能转化为电能的电化学电池。平面燃料电池可以彼此串联组装以形成燃料电池堆(本文中也称为“堆”)。每个燃料电池通常包括膜电极组件(MEA)，该膜电极组件被压在本文中称为双极板的两个电流集电器之间。

燃料电池模块包括燃料电池堆和其他可选部件、例如壳体。燃料电池系统包括燃料电池模块和周边系统(balance of plant，BOP)部件，例如空气、燃料和控制系统。“周边系统”是指动力装置(例如，燃料电池动力装置)的除发电单元本身(例如，燃料电池堆或燃料电池模块)外的支承部件和辅助系统。

燃料电池的双极板可以包括将氢气燃料和氧气(通常是环境中的空气)输送至可以发生电化学反应以将反应气体转化为电能的地点的流场。双极板还可以包括流场以释放电化学反应的产物、例如水。

双极板可以用作一个电池的阳极和相邻电池的阴极，并且可以包括阳极板和阴极板。双极板可以由金属或导电聚合物(例如，导电聚合物可以是碳填充复合材料)制成。双极板通常包含用于流体馈送的流动通道，并且还可以包含用于热传递的导管。双极板通常在阳极板和阴极板的相对两侧具有用于反应气体(例如，氢气和空气)的分布的流场。通常存在另一组流动通道、本文中称为冷却剂通道，用于冷却剂的流动以冷却堆中的燃料电池。例如，冷却剂可以是水、水-乙二醇或空气。作为氧化剂供给燃料电池的空气也可以用作冷却剂。

需要紧凑且提供高功率密度的燃料电池以用于多种应用，比如为车辆提供动力。

发明内容

本技术具有许多方面。这些方面可以单独应用或者以适合的组合的方式应用。该技术的各方面包括但不限于：

·燃料电池布局；

·流场板设计；

·布局与流场板设计的组合；

·燃料电池模块的集成和封装；以及

·燃料电池动力单元。

本发明的一个示例方面提供了一种燃料电池堆。燃料电池堆包括多个燃料电池，燃料电池构造成提供沿着该堆延伸穿过多个燃料电池的氧化剂集箱、燃料输入集箱以及燃料输出集箱。多个燃料电池中的每个燃料电池包括置于第一流场板与第二流场板之间的膜电极组件。膜电极组件和流场板各自具有主表面，其中内部区域由内部周缘界定并且外部区域由内部周缘和包含内部周缘的外部周缘界定。内部区域形成有共同填充内部区域的大部分面积的多个开口。多个开口至少包括：氧化剂开口、燃料入口开口和燃料出口开口。流场板的氧化剂开口和膜电极组件的氧化剂开口对准以提供氧化剂集箱。流场板的燃料入口开口和膜电极组件的燃料入口开口对准以提供燃料输入集箱。流场板的燃料出口开口和膜电极组件的燃料出口开口对准以提供燃料输出集箱。第一流场板和第二流场板相应地形成以提供分别位于第一流场板的外部区域和第二流场板的外部区域中的第一流场和第二流场，这些第一流场板和第二流场板面向膜电极组件并且围绕内部区域大致周向地延伸。燃料输入集箱和燃料输出集箱两者都与第一流场处于流体连通。氧化剂集箱与第二流场处于流体连通。

在一些实施方式中，第一流场和第二流场各自涵盖外部区域的面积的至少90％。在一些实施方式中，外部区域的面积与内部区域的面积的比率至少为3:1。在一些实施方式中，第一流场和第二流场从内部周缘径向地向外延伸。在一些实施方式中，第一流场和第二流场各自具有环形构型。在一些实施方式中，第一流场和第二流场各自由内部周缘和外部周缘界定。在一些实施方式中，第一流场和第二流场径向地向外延伸至多边形外边界。

在一些实施方式中，外部周缘循着第一流场板的外侧边缘和第二流场板的外侧边缘。在一些实施方式中，内部周缘是圆形的。在其他实施方式中，内部周缘是多边形的。例如，内部周缘可以是六边形、矩形等。在一些实施方式中，内部周缘和外部周缘是同心圆。在一些实施方式中，外部周缘是圆形的。在其他实施方式中，外部周缘是多边形的。例如，外部周缘可以是六边形或矩形。

在一些实施方式中，第一流场板和第二流场板中的每个流场板中的氧化剂开口的面积至少等于燃料入口开口和燃料出口开口的组合面积。例如，氧化剂开口的面积可以至少是燃料入口开口和燃料出口开口的组合面积的两倍。

在一些实施方式中，第一流场包括位于与一个或更多个层中的第一层邻近的第一过渡区域。在这些实施方式中，一个或更多个层中的每个层包括相应的多个通道，其中，通道中的相邻的通道由相应的平台分开，并且其中，过渡区域构造成提供比第一层的液压阻力小的对流动的液压阻力。例如，第一过渡区域的液压阻力可以比第一层的液压阻力低至少10％。第一过渡区域的深度可以比第一层的通道的深度大。第一过渡区域可以基本上没有平台。一个或更多个层可以包括多个层，并且燃料电池堆可以可选地包括位于两个相邻层之间的一个或更多个附加过渡区域。一个或更多个附加过渡区域的深度比多个层中的相邻层的通道的平均深度大。一个或更多个附加过渡区域可以循着弧形路径。在一些实施方式中，第一流场为周向流场，并且一个或更多个层的通道是弯曲的以将流体流从围绕内部周缘的燃料输入集箱引导至燃料出口集箱。在一些实施方式中，第一过渡区域径向地延伸。例如，第一过渡区域可以从内部周缘延伸至外部周缘。在一些实施方式中，一个或更多个层包括围绕内部周缘周向地间隔的多个层。在一些实施方式中，第一流场为径向流场，一个或更多个层径向地间隔，每个层的相应的多个通道径向地定向，并且第一过渡区域是与内部周缘相邻并且环绕内部周缘的周向过渡区域。多个层中的每个层可以基本上填充第一流场的对应的环形区域。多个层中的每个层可以包括不同数目的通道。在一些实施方式中，一个或更多个层中的第二层的通道在宽度方面是渐缩的。在一些实施方式中，一个或更多个层中的第二层的平台在宽度方面是渐缩的。在一些实施方式中，第一流场的各层布置成通过以下步骤对来自燃料输入集箱的燃料流进行导引：沿着第一过渡区域分配燃料流，允许燃料流从第一过渡区域流动穿过一个或更多个层，收集该流并且将该流导引至燃料输出集箱。将燃料流导引至燃料输出集箱有时可以包括朝向燃料输出集箱径向地向内导引该流。

在一些实施方式中，共同填充内部区域的大部分面积的多个开口包括第一冷却剂开口，并且流场板的第一冷却剂开口与膜电极组件对准以提供沿着燃料电池堆延伸的第一冷却剂集箱，其中，第一冷却剂集箱与燃料电池中的每个燃料电池中的第三流场处于流体连通。共同填充内部区域的大部分面积的多个开口可以包括第二冷却剂开口，并且流场板的第二冷却剂开口可以与膜电极组件对准以提供沿着燃料电池堆延伸的第二冷却剂集箱，其中，第二冷却剂集箱与燃料电池中的每个燃料电池中的第三流场处于流体连通。

在一些实施方式中，燃料输入集箱和燃料输出集箱中的至少一者经过透过第一流场板的过渡区域与第一流场处于流体连通。在一些实施方式中，第二流场包括位于与第二流场的一个或更多个层中的第一层相邻的第一过渡区域，并且第二流场的一个或更多个层中的每个层包括相应的多个通道，其中，第二流场的通道中的相邻的通道由相应的平台分开，并且其中，第二流场的第一过渡区域构造成提供比第二流场的第一层的液压阻力小的对流动的液压阻力。

在一些实施方式中，第二流场的第一过渡区域的液压阻力比第二流场的第一层的液压阻力低至少10％。在一些实施方式中，第二流场的第一过渡区域的深度比第二流场的第一层的通道的深度大。在一些实施方式中，第二流场的第一过渡区域基本上没有平台。

在一些实施方式中，第二流场为径向流场，并且第二流场板限定围绕第二流场延伸的外表面并且外表面是有孔的以允许氧化剂穿过外表面。在一些实施方式中，第二流场的一个或更多个层包括多个层。在一些实施方式中，第二流场包括位于多个层中的两个相邻的层之间的一个或更多个附加过渡区域。例如，第二流场的一个或更多个附加过渡区域的深度可以比多个层中的相邻层的通道的平均深度大。第二流场的一个或更多个附加过渡区域可以循着弧形路径。

在一些实施方式中，第二流场为径向流场，第二流场的一个或更多个层径向地间隔，第二流场的每个层的相应的多个通道径向地定向，并且第二流场的第一过渡区域是与内部周缘相邻并且环绕内部周缘的周向过渡区域。在一些实施方式中，第二流场的多个层中的每个层基本上填充第二流场的相应环形区域。

在一些实施方式中，第一流场板和第二流场板是圆形的。在一些实施方式中，燃料电池堆包括封围燃料电池并且构造成对燃料电池堆的燃料电池施加轴向压力的壳体。燃料电池堆可以可选地包括壳体上的联接器，其中，联接器包括连接至燃料输入集箱、燃料输出集箱和氧化剂集箱以提供流体连接的端口。联接器可以包括扭锁联接器、快速连接联接器和/或卡口联接器。在一些实施方式中，壳体是筒形的。

在一些实施方式中，燃料电池堆包括燃料电池堆的一个端部处的端盖。在一些实施方式中，燃料电池堆包括端盖中的加湿器。在一些实施方式中，燃料电池堆包括端盖中的放气阀。在一些实施方式中，燃料电池堆包括端盖中的燃料泵并且燃料泵操作性地将燃料泵送到燃料入口集箱中或者将燃料泵送出燃料出口集箱。

本发明的另一方面涉及一种燃料电池组件。燃料电池组件包括燃料电池块和具有上述特征和/或本文中其他地方所述特征的至少一个燃料电池堆。燃料电池块包括：腔、燃料入口通道，该燃料入口通道用于将燃料引导至燃料电池堆的燃料入口集箱、燃料出口通道，该燃料出口通道用于从燃料电池堆的燃料出口集箱收集燃料排气流、以及氧化剂通道和流体歧管堆接口，该氧化剂通道用于将氧化剂引导至燃料电池堆的氧化剂集箱或从燃料电池堆的氧化剂集箱收集氧化剂排气流。燃料电池堆接纳在腔内并且流体歧管堆接口将燃料入口集箱流体联接至块中的燃料入口通道，将燃料出口集箱流体联接至块中的燃料出口通道，以及将氧化剂集箱流体联接至块中的氧化剂通道。

在一些实施方式中，燃料电池组件包括各自接纳在块内的对应腔中的多个燃料电池堆。在一些实施方式中，块中的每个相应的燃料电池堆包括相应的冷却剂入口集箱和相应的冷却剂出口集箱，并且燃料电池块包括用于将冷却剂引导至每个相应的燃料电池堆的冷却剂入口集箱的冷却剂入口通道；以及用于从每个相应的燃料电池堆的冷却剂出口集箱收集冷却剂排气流的冷却剂出口通道，其中，流体歧管堆接口将每个相应的燃料电池堆的冷却剂入口集箱流体联接至冷却剂入口通道并且将每个相应的燃料电池堆的冷却剂出口集箱流体联接至冷却剂出口通道。

在一些实施方式中，燃料电池块为第一块，并且燃料电池组件包括第二块并且第一块和第二块中的每个块接纳多个燃料电池堆。第二块和第一块可以布置成V形构型。第一块和第二块中的每个块可以经过相应的流体歧管堆接口联接至包含BOP设备的第三块，BOP设备联接至多个燃料电池堆。

本发明的另一方面涉及一种燃料电池动力单元。燃料电池动力单元包括至少一个燃料电池块、流体歧管堆接口以及多个燃料电池模块。燃料电池模块中的每个燃料电池模块包括相应的燃料电池堆，燃料电池堆包括多个燃料电池。相应的燃料电池堆中的每个燃料电池堆包括相应的燃料入口集箱、相应的燃料出口集箱以及相应的第一氧化剂集箱。燃料电池块包括用于将燃料引导至燃料入口集箱的燃料入口通道、用于从燃料出口集箱收集燃料排气流的燃料出口通道、以及用于将氧化剂引导至第一氧化剂集箱或从第一氧化剂集箱收集氧化剂排气流的氧化剂通道。对于燃料电池块中的燃料电池堆中的每个燃料电池堆，流体歧管堆接口将燃料入口集箱流体联接至燃料入口通道，将燃料出口集箱流体联接至燃料出口通道，以及将第一氧化剂集箱流体联接至第一氧化剂通道(在多个燃料电池堆中流体联接至燃料电池发动机组中的相应通道)。

在一些实施方式中，燃料电池堆中的每个燃料电池堆包括相应的冷却剂入口集箱和相应的冷却剂出口集箱，并且燃料电池块包括用于将冷却剂引导至冷却剂入口集箱的冷却剂入口通道以及用于从冷却剂出口集箱收集冷却剂排气流的冷却剂出口通道。在这些实施方式中，流体歧管堆接口将冷却剂入口集箱中的每个冷却剂入口集箱流体联接至冷却剂入口通道并且将冷却剂出口集箱中的每个冷却剂出口集箱流体联接至冷却剂出口通道。

在一些实施方式中，燃料电池堆中的每个燃料电池堆封围在壳体中。燃料电池堆中的每个燃料电池堆可以设置在模块中，该模块包括封围燃料电池堆的相应壳体。模块中的每个模块可以可选地包括用于轴向地压缩相应的燃料电池堆的装置。在一些实施方式中，壳体能够从作为单元的至少一个燃料电池块中移除。模块中的每个模块可以包括联接器，联接器构造成以可释放的方式将相应的模块机械联接至燃料电池块。模块中的每个模块可以可选地包括第一电触点，并且燃料电池块可以可选地包括与模块中的每个模块相对应的第二电触点，并且当模块通过联接器联接至燃料电池块时对应的第一电触点和第二电触点电接触。在一些实施方式中，模块包括多个第一流体联接器，并且对于模块中的每个模块，燃料电池块包括分别构造成与多个第一联接器中的一个第一联接器配合的多个第二流体联接器，并且当模块通过联接器联接至燃料电池块时对应的多个第一联接器和多个第二联接器联接至彼此。

在一些实施方式中，燃料电池块包括位于燃料电池堆中的每个燃料电池堆的相反端部处的板并且燃料电池堆被压缩在相应的板之间。在一些实施方式中，至少一个燃料电池块联接至包含周边系统部件的第二块。一个或更多个周边系统部件可以包括从下述各者中选取的一个或更多个部件：氧化剂压缩机、氧化剂加湿器、冷却剂泵、燃料泵、控制器、电力转换器、动力电子设备、阀、致动器和传感器。在一些实施方式中，至少一个燃料电池块包括接纳多个燃料电池堆中的每个燃料电池堆的室和覆盖室的可移除的盖。

在一些实施方式中，在多个燃料电池堆中的每个燃料电池堆中，相应的燃料入口集箱、燃料出口集箱和第一氧化剂集箱纵向地延伸穿过燃料电池堆的内部。在这些实施方式中，燃料电池动力单元可以可选地包括用于相应的燃料电池堆中的每个燃料电池堆的第二氧化剂集箱，第二氧化剂集箱位于设置在燃料电池堆与燃料电池块之间的间隙中。

在一些实施方式中，流体歧管堆接口连接成将氧化剂流馈送至燃料电池堆中的每个燃料电池堆中的第一氧化剂集箱的相反端部。在一些实施方式中，燃料电池堆中的每个燃料电池堆具有筒形构型。燃料入口集箱和燃料出口集箱以及第一氧化剂集箱可以位于燃料电池堆的中央筒形导管中。

在一些实施方式中，燃料电池动力单元包括两个至三十个燃料电池堆。在一些实施方式中，燃料电池动力单元包括安装至第二块的多个燃料电池块。多个燃料电池块中的每个燃料电池块可以包含多个燃料电池堆。在一些实施方式中，至少一个燃料电池块包括多个燃料电池块。在一些实施方式中，多个燃料电池块包括第一燃料电池块和第二燃料电池块并且第一燃料电池块和第二燃料电池块中的每个燃料电池块支承两个至五个燃料电池堆。第一燃料电池块和第二燃料电池块可以布置成V形构型。在一些实施方式中，燃料电池堆布置成垂直倾斜构型、垂直构型、V形构型、水平构型、对置构型、旋转构型或径向构型。

在一些实施方式中，一个或更多个燃料电池块中的每个燃料电池块和相应的多个燃料电池堆并排地布置成一列。在一些实施方式中，第一组燃料电池堆定向成它们的轴线平行于第一方向并且第二组燃料电池堆定向成它们的轴线平行于与第一方向不同的第二方向。

在一些实施方式中，燃料电池动力单元包括连接至燃料入口通道以供给燃料的燃料源。在一些实施方式中，燃料电池动力单元包括连接至第一氧化剂通道以供给压缩空气的压缩空气源。在一些实施方式中，燃料入口通道、燃料出口通道和第一氧化剂通道包括模制到至少一个燃料电池块中的通道。在一些实施方式中，燃料电池动力单元包括与至少一个燃料电池块热接触的电块加热器。在一些实施方式中，燃料电池动力单元包括公共分配系统，该公共分配系统：至少部分地容置在至少一个燃料电池块中，联接至燃料入口通道和第一氧化剂通道，联接至燃料电池堆以馈送反应剂，以及包括多个可选择性控制的阀，这些阀能够操作成相对于彼此控制、调节和/或平衡对燃料电池堆的反应剂供给。

在本发明的一些方面，本文中所描述的燃料电池动力单元的任何实施方式可以包括本文中所描述的燃料电池堆的任何实施方式。

本发明的另一方面涉及一种包括燃料电池块和至少一个燃料电池模块的燃料电池动力单元。燃料电池模块包括多个集箱，多个集箱包括：燃料入口集箱、燃料出口集箱、氧化剂入口集箱和氧化剂出口集箱。燃料电池块包括多个通道，多个通道包括：用于将燃料引导至燃料入口集箱的燃料入口通道、用于从燃料出口集箱收集燃料排气流的燃料出口通道、用于将氧化剂引导至氧化剂入口集箱的氧化剂入口通道、以及从氧化剂出口集箱收集氧化剂排气流的氧化剂出口通道。燃料电池模块经由联接装置机械联接至燃料电池块，联接装置构造成将燃料电池模块的多个集箱中的每个集箱流体联接至燃料电池块的多个通道中的对应的一个通道。

在一些实施方式中，联接装置包括快速连接紧固件。例如，快速连接紧固件可以包括旋转紧固件。在一些实施方式中，燃料电池模块包括上述燃料电池堆或在本文中其他地方所述的燃料电池堆。在一些实施方式中，燃料电池模块包括封围在壳体中的燃料电池堆。壳体可以具有筒形构型并且快速连接紧固件位于壳体的一个端部上。

本发明的另一方面涉及一种包括流场的流场板。流场包括一个或更多个层。每个层包括相应的多个通道。相应的多个通道中的每一对相邻的通道由相应的平台分开。一个或更多个层中的第一层具有沿着第一层的一个侧部延伸的相邻过渡区域，使得第一层的通道与相邻过渡区域处于流体连通。相邻过渡区域的宽度和深度使得相邻过渡区域的液压阻力小于第一层的液压阻力。

在一些实施方式中，相邻过渡区域的液压阻力比第一层的液压阻力低至少10％。在一些实施方式中，相邻过渡区域的横截面面积比第一层的通道的横截面面积低至少10％。在一些实施方式中，流场为包括一个或更多个层的径向流场，一个或更多个层是环形的并且径向地间隔，每个层的相应的多个通道径向地定向，并且相邻过渡区域是围绕一个或更多个层的曲率中心周向地延伸的周向过渡区域。在一些实施方式中，流场为包括一个或更多个层的周向流场，一个或更多个层周向地间隔，每个层的相应的多个通道周向地定向，并且相邻过渡区域径向地延伸。

在一些实施方式中，相邻过渡区域的深度大于第一层的多个通道的平均深度。在一些实施方式中，流场板是圆形的。在一些实施方式中，至少一个层包括第二层。在这些实施方式中，第二层的多个通道可以是会聚通道或发散通道，会聚通道或发散通道在第二层的第一端部处比它们在第二层的第二端部处窄。在一些实施方式中，第二层的平台是会聚平台或发散平台，会聚平台或发散平台在第二层的第一端部处比它们在第二层的第二端部处窄。第二层可以是一个或更多个层中的最内层。替代性地，第二层可以是一个或更多个层中的最外层。

本发明的另一方面涉及一种包括流场的流场板。流场包括一个或更多个层。每个层包括相应的多个通道。相应的多个通道中的每一对相邻的通道由相应的平台分开。一个或更多个层中的第一层具有沿着第一层的一个侧部延伸的第一相邻过渡区域和第一层的第二侧部上的第二相邻过渡区域。第一过渡区域具有第一宽度和第一深度。第二过渡区域具有第二宽度和第二深度，其中，第一相邻过渡区域和第二相邻过渡区域经过第一层的通道处于流体连通并且第一宽度与第二宽度不同以及/或者第一深度与第二深度不同。

在一些实施方式中，第一相邻过渡区域的深度和第二相邻过渡区域的深度大于第一层中的相应的多个通道的平均深度。

在本发明的一些方面中，本文中所描述的燃料电池堆的任何实施方式可以包括本文中所描述的多个流场板的任何实施方式。

本发明的另一方面提供了一种设备，所述设备具有如本文中所描述的任何新的和创造性的特征、特征的组合、或者特征的子组合。

本发明的另一方面提供了一种方法，所述方法具有如本文中所描述的任何新的和创造性的步骤、动作、步骤和/或动作的组合、或者步骤和/或动作的子组合。

在附图中图示和/或在以下描述中描述了其他方面和示例实施方式。

需要强调的是，本发明涉及上述特征的所有组合，即使这些特征在不同的权利要求中陈述。

附图说明

附图图示了本发明的非限制性示例实施方式。

图1A是以横截面示出的常规燃料电池堆的布局的示意图。

图1B是以横截面示出的常规燃料电池堆的另一布局的示意图。

图2是根据示例实施方式的以横截面示出的燃料电池堆的示意图。

图3是根据示例实施方式的以立体横截面示出的图2的燃料电池堆的流场板的示意图。

图4A和图4B分别为根据实施方式的图2的燃料电池堆的流场板的截面图和立体截面图。

图4C是根据示例实施方式的燃料电池堆的局部分解图。

图5是根据示例实施方式的包括燃料电池堆和壳体的燃料电池模块的部分透明的立体图。

图6A至图6D是根据示例实施方式的以横截面示出的筒形燃料电池堆(例如，图5的燃料电池模块的燃料电池堆)的布局的示意图。

图7A至图7E是根据示例实施方式的以横截面示出的六边棱柱形状的燃料电池堆的布局的示意图。

图8A至图8F是根据示例实施方式的以横截面示出的六边棱柱形状的燃料电池堆的布局的示意图。

图9A至图9C是根据示例实施方式的以横截面示出的矩形棱柱形状的燃料电池堆的布局的示意图。

图10A和图10B是根据示例实施方式的分层阴极流场板的示意图。

图11A和图11B是根据另一示例实施方式的分层阴极流场板的示意图。

图12A和图12B是根据另一示例实施方式的分层阴极流场板的示意图。

图13A和图13B是根据另一示例实施方式的分层阴极流场板的示意图。

图14A是根据示例实施方式的分层流场板的示意图。

图14B是根据示例实施方式的图14A的分层流场板的示意图，其中箭头表示流场中的流动方向。

图14C是根据另一示例实施方式的图14A的分层流场板的示意图，其中箭头表示流场中的流动方向。

图15A是根据示例实施方式的分层流场板的示意图。

图15B是根据示例实施方式的图15A的分层流场板的示意图，其中箭头表示流场中的流动方向。

图15C是根据另一示例实施方式的图15A的分层流场板的示意图，其中箭头表示流场中的流动方向。

图16A是根据示例实施方式的分层流场板的示意图。

图16B是根据示例实施方式的图16A的分层流场板的示意图，其中箭头表示流场中的流动方向。

图16C是根据另一示例实施方式的图16A的分层流场板的示意图，其中箭头表示流场中的流动方向。

图17A是根据示例实施方式的分层流场板的示意图。

图17B是图17A的分层流场板的示意图，其中箭头表示流场中的流动方向。

图18A和图18B是根据示例实施方式的提供了流场的过渡区域的近视图的示意图。

图19A和图19B是根据示例实施方式的示出了阳极板的特写图的示意图。

图20A和图20B是根据示例实施方式的燃料电池动力单元的示意图。

图20C至图20E是图20A和图20B的燃料电池动力单元的部分组件的示意图。

图20F是图20A的燃料电池动力单元的分解图。

图20G是根据另一示例实施方式的燃料电池动力单元的示意图。

图20H是燃料电池动力单元的经切除以经由块内部的通道暴露流体路径的示意图。

图21A至图21G是根据各种示例实施方式的燃料电池发动机构型的示意图。

具体实施方式

贯穿以下描述，阐述了具体的细节以提供对本发明的更透彻的理解。然而，可以在没有这些细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细示出或描述公知的元件以避免不必要地模糊本发明。因此，说明书和附图应当被视为说明性而非限制性意义。

本技术包括适用于高功率密度燃料电池的形状因数和流动分布布局，以及用于将燃料电池堆与周边系统部件集成以形成燃料电池组件的系统和方法。

图1A是以横截面示出的常规燃料电池堆的布局100a的示意图。横截面正交于燃料电池堆的纵向轴线、即正交于构成的燃料电池堆叠所沿的轴线。

燃料电池堆通常具有彼此相邻地堆叠的多个燃料电池。燃料电池堆的每个燃料电池通常包括膜电极组件(MEA)和一对双极板。双极板可以由相邻的燃料电池共用。燃料电池堆通常包括一对端板。

布局100a具有矩形横截面。布局100a的燃料电池堆中的燃料电池的MEA和双极板具有矩形横截面。布局100a包括流场/有效区102、用于反应剂和冷却剂进入流场/有效区102的分配器集箱104、以及用于反应剂和冷却剂退出流场/有效区102的收集器集箱106。流动方向108(由框形箭头108表示)是反应剂或冷却剂从分配器集箱104至收集器集箱106的流动方向。在布局100a中，分配器集箱104和收集器集箱106具有低的纵横比，并且在横截面方面大致呈方形或倒圆形。

布局100a的一个缺点是存在过渡区域110。增加分配器集箱104与流场/有效区102之间(以及流场/有效区102与收集器集箱106之间)的过渡区域110的宽度可以减少流场/有效区102占布局100a的总面积的比例，并且因此显著降低燃料电池堆的功率密度。

布局100a的另一缺点是流场/有效区102的常规纵横比。在流动方向108上增加流场/有效区102的长度(相对于流场/有效区102的宽度)会增加燃料电池堆的压力损耗。在常规布局100a中，过渡区域110的宽度的典型值和流场/有效区102的长度的典型值会导致低于期望的功率密度、大于期望的压力损耗、和/或低于期望的电流密度均匀性。

术语“过渡区域”是指流场板的一区域，流体在供给集箱与燃料电池的有效区之间、或多层流场板的各层之间的区域、或燃料电池的有效区与收集器集箱之间穿过该区域。在一些实现方式中，过渡区域是“开放的”，即没有通道或其他结构特征部(比如当堆处于压缩时为板或MEA提供支承所包括的那些结构特征部)。例如，过渡区域可以包括开放通道。

图1B是以横截面示出的常规燃料电池堆的另一布局100b的示意图。布局100b包括流场/有效区112、用于反应剂和冷却剂进入流场/有效区112的分配器集箱114、以及用于反应剂和冷却剂退出流场/有效区112的收集器集箱116。

流动方向118(由框形箭头118表示)是反应剂或冷却剂从分配器集箱114至收集器集箱116的流动方向。在流动方向118上，穿过流场/有效区112的反应剂和冷却剂比穿过图1A的流场/有效区102的反应剂和冷却剂行进较短的距离，因此导致与布局100a相比，压力损耗更低并且氧化剂流动均匀性得到改善。

布局100b的缺点是，分配器集箱114和收集器集箱116具有比图1A的分配器集箱104和收集器集箱106高的纵横比。较高的纵横比会导致反应剂和/或冷却剂在分配器集箱114、收集器集箱116和流场/有效区112内的分布更不均匀。此外，由于跨越流体空间的很长部段的材料窄带的存在，分配器集箱114和收集器集箱116在结构上可能是不利的，从而使集箱在燃料电池堆中易于破损和/或开裂。

本文中所描述的各种示例实施方式和实现方式提供了构造的特征，这些特征可以应用于实现贯穿流场的有效区的反应剂的更均匀的流动。一些实施方式单独地和/或以任何组合的方式应用这些特征以产生可以在跨越5％的有效区范围内提供均匀流动的流场板的构造。这种构造可以有利地提高燃料电池的效率、能量密度和/或使用寿命。

即使在没有明确描述的情况下，本文中所描述的任何燃料电池、燃料电池堆、燃料电池模块或燃料电池动力单元可以包括用于收集由燃料电池、燃料电池堆、燃料电池动力单元的燃料电池模块产生的电能的合适的装置。例如，可以在燃料电池堆的任一端部处包括集流板、触点或电导体以收集可以应用于为负载供电的电力。

图2是根据本技术的示例实施方式的以横截面示出的燃料电池堆200的示意图。燃料电池堆200为筒形燃料电池堆。在其他示例实施方式中，燃料电池堆具有不同的几何结构，例如，燃料电池堆可以是矩形棱柱或六边形棱柱。

燃料电池堆200包括由环形流场/有效区204环绕的内部区域202。内部区域202为中央内部区域，并且在与燃料电池堆200的纵向轴线正交的平面中是具有圆形横截面的筒形。在其他示例实施方式中，内部区域202可以偏心定位(即，相对于燃料电池堆200的纵向轴线离轴)，和/或内部区域202的横截面可以具有替代形状、比如矩形或六边形。

根据本文中所描述的实施方式中的任一实施方式的燃料电池堆可以可选地构造有流场板，其中，从流场板的区域的质心至流场板的外边缘测得的最大半径与流场板的最小半径的比率小于1.5:1(例如对于圆形流场板，该比率为1:1)。

燃料流/氧化剂流穿过MEA的相反侧部的有效区。冷却剂在堆中相邻电池的有效区之间的双极板中循环。例如，参见图4C，图4C示意性地示出了燃料电池堆的一部分。

流场/有效区204由形成在流场/有效区204的外周与壳体208之间的集箱206封围。如下面更详细描述的，壳体208可以具有各种形式，包括a)压缩护套、b)旋锁堆与压缩护套组合的封围件、以及c)燃料电池组件的块。

一对冷却剂集箱210和212、燃料入口集箱214和燃料出口集箱216位于内部区域202中。在燃料电池堆200的操作期间，冷却剂集箱210和212中的一个冷却剂集箱为冷却剂入口集箱和并且另一冷却剂集箱为冷却剂出口集箱。在一些实现方式中，燃料为氢气并且燃料入口集箱和燃料出口集箱分别为氢气入口集箱和氢气出口集箱。

在图2中图示的示例实施方式中，冷却剂集箱210和212、燃料入口集箱214和燃料出口集箱216示出为具有圆形横截面。在其他示例实施方式中，冷却剂集箱210和212、燃料入口集箱214和燃料出口集箱216可以具有与图2中所示示例和/或彼此不同的横截面形状。例如，冷却剂集箱210和212、燃料入口集箱214和燃料出口集箱216中的一者或更多者可以具有多边形横截面、特别是例如方形横截面或六边形横截面。

内部区域202可以包括或用作用于氧化剂路径220的第一氧化剂集箱218。第一氧化剂集箱218可以用于入口或出口。氧化剂可以是例如空气。在一些实现方式中，氧化剂路径220从第一氧化剂集箱218径向地延伸穿过流场/有效区204，氧化剂路径220可以从流场/有效区204通过用作第二氧化剂集箱的集箱206离开。径向地穿过流场/有效区204的氧化剂可以在燃料电池堆200的燃料电池中引起电化学反应，并且可以辅助释放反应产物(例如，水)。

有利地，在本文中所描述的任何实施方式中，流场相对于由内部区域(例如202)所占据的面积可以具有相对较高的面积，该内部区域主要由限定一个或更多个集箱的部分的开口组成。例如在一些实施方式中，位于内部周缘之外的外部区域的面积与内部区域的面积的比率(或流场的面积与内部区域的面积的比率)可以是至少2¹/₂:1或至少3:1或至少5:1。

在一些实施方式中，流场环绕内部区域或围绕内部区域周向地延伸。如果流场至少延伸了内部周缘的周长的85％或90％或97％或99％或100％，则流场可以被称为“环绕”内部区域或“围绕内部区域周向地延伸”。在一些实施方式中，流场涵盖内部周缘之外的流场板的大部分面积(例如，内部周缘之外的流场板的面积的至少75％或至少80％或至少90％或至少95％)。

在一些实施方式中，内部区域的主要面积由开口组成。例如，内部区域中的开口的集合面积可以至少占到内部区域的面积的至少60％或至少70％或至少80％或至少90％。

在燃料电池堆(例如，燃料电池堆200)的流场的上下文中，术语“径向”包括具有径向分量的流，这些流包括直线流、弯曲流、螺旋流、交叉流和曲折流。

更广泛地，本说明书描述了：a)流场，在流场中一次流是径向的并且其中流场还可以包括周向分配器以提供二次流，以及b)流场，在流场中一次流是周向的并且其中流场还可以包括径向分配器以提供二次流。周向分配器为环形分配器，其中围绕环引导二次流。周向分配器可以径向地间隔。下面提供了流场的更详细的描述，例如参照图10A至图10B、图11A至图11B、图12A至图12B、图13A至图13B、图14A至图14C、图15A至图15C、图16A至图16C、图17A至图17B。

下面参照图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F以及图9A至图9C提供了具有流场板(例如双极板)的燃料电池堆的各种示例实施方式的更详细描述，该流场板具有由流场/有效区环绕的内部区域。

在一些实施方式中，有效区204中的流场包括以内部区域202为中心的多个环形部段或层。每个层包括用于导引反应剂流通过有效区204的一组通道。各层在通道的数目方面可以不同。例如，外层可以比内层包括更多的通道。在一些实施方式中，通道径向地引导。

图3是可以在以立体横截面图示出的图2的燃料电池堆200中提供的示例流场板300的示意图。流场/有效区204包括三个流场同心层302、304和306。层302、304和306中的每个层包括多个径向通道(例如，通道308)。相邻的通道由相应的肋部分开(例如，肋部310)。通道的数目和通道宽度在一个层与另一层之间可以有所不同。例如，在板300中，层306的通道数目大约是层302的两倍。

在其他示例实施方式中，层的数目和几何形状可以与图3的示例不同。层的数目可以多于3个或者可以少于3个。例如，可以仅存在单个层。氧化剂从第一氧化剂集箱202引入(参见氧化剂流312)，并且氧化剂路径220沿壳体208的方向从第一氧化剂集箱202径向地向外延伸，其中，来自通道的氧化剂流可以经由第二氧化剂集箱206进行重组和排出。

图4A和图4B分别是可以在图2的燃料电池堆200中使用的示例流场板400的截面图和立体截面图。在本公开中，术语“流场板”是指包括流场的任何板。双极板是流场板的一示例。双极板可以在双极板的两个主面中的每个主面上包括流场。流场板可以包括一个主面上的阳极流场和第二主面上的冷却剂流场。流场板可以包括一个主面上的阴极流场和第二主面上的冷却剂流场。

流场板400可以用于例如导引燃料流(例如，氢气)或冷却剂流。在一些实施方式中，堆包括一些连接成分配燃料的流场板。在图4A和图4B中，板400连接成导引冷却剂流。

如参照图2所描述的，冷却剂集箱210和212位于内部区域202中。冷却剂集箱212流体联接至分配器402，在所示出的实施方式中，分配器402流体联接至分流器404。分配器402和分流器404中的箭头指示流体的流动方向。在一种操作模式下，分流器404处的冷却剂流被分成两股绕流场板400的外部周缘406流动的流。冷却剂可以经由流场408被径向向内导向内部区域202。

收集器410流体联接至冷却剂集箱210，并围绕内部区域202在外围延伸。在该操作模式下，收集器410收集冷却剂并将冷却剂排放至冷却剂集箱210。在另一种操作模式中，流动可以是反向的，并且冷却剂可以在冷却剂集箱210处供应并在冷却剂集箱212处排出。

在流场板400用于分配燃料流的情况下，分配器402和收集器410流体联接至燃料集箱214和216，并且燃料可以以类似于上述冷却剂流的方式引导成在流场408中流动。燃料电池堆(例如，图2的燃料电池堆200)中的冷却剂的流场的方向和燃料的流场的方向可以例如是相同的、彼此相反的或彼此交叉的。

图4C是根据示例实施方式的燃料电池堆400c的局部分解图。燃料电池堆400c包括重复单元的堆——每个单元412包括阳极燃料板414、膜电极组件(membrane electrodeassembly，MEA)416和阴极氧化剂/冷却剂板418。在所图示的实施方式中，冷却剂流场在氧化剂板的相反侧部上。在其他实施方式中，冷却剂流场在燃料板的相反侧部上。在又一实施方式中，在氧化剂板和燃料板两者的相反侧部上存在协同工作的冷却剂通道。

在本文对燃料电池、堆和燃料电池模块的描述中，可以在部件之间设置合适的密封件以防止燃料流、氧化剂流和冷却剂流的混合和泄漏。例如，流场板和/或MEA可以包括常规的垫圈和/或密封件。

阴极板的冷却剂侧可以相对于相对的阳极表面具有密封件。密封件可以通过化学方法(例如，通过胶粘)或通过热粘合(例如，焊接)来固定。可以提供任何合适的机械密封件(例如，可以提供下述密封件：在该密封件中，压条或垫圈被压缩在板之间)。

MEA 416可以具有外部框架和/或内部框架。至少部分取决于用于制造MEA 416的工艺，MEA 416可以是连续的或者被分割成具有小框架桥(例如，象限)的部段。

独立的燃料电池模块可以使用以上描述的布局和流场(图2、图3和图4A至图4C)以及在下面更详细地描述的布局和流场(图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F、图9A至图9C、图10A至图10B、图11A至图11B、图12A至图12B、图13A至图13B、图14至图14C、图15A至图15C、图16A至图16C以及图17A至图17B)进行组装。独立的燃料电池模块可以包括夹在一对端盖之间的燃料电池堆。例如，端盖可以是圆锥形或圆柱形、球形或半球形。

在一些实现方式中，可以使用附接至端盖的压缩护套来施加压缩。压缩护套可以在堆的纵向轴线的方向上压缩堆。压缩护套可以是弹簧或者可以包括弹簧。这种布置的弹簧性能可以接近恒力对位移弹簧的性能。在一些实现方式中，端盖包括加湿器、净化阀和/或被动燃料泵或主动燃料泵。压缩护套可以在堆与护套之间形成外部氧化剂集箱。

如在常规的燃料电池堆和燃料电池模块中一样，电能可以经由一对电传导式集流器板输送，该集流器板将燃料电池夹在堆中。每个集流器板可以在堆的相应端部收集电流。每个集流器板可以形成或电联接至相应的电气端子(一个正极和另一负极)，该电气端子又可以电联接至负载或另一燃料电池堆。

图5是包括燃料电池堆502(由虚线示出)和壳体504的燃料电池模块500的立体、局部透明视图。壳体504由端盖506终止在一个端部处。在一些实现方式中，类似的端盖设置在另一端部处。在一些实现方式中，壳体504包括壶形形状或杯形形状的基体，该基体由端盖506仅终止在一个端部处。

联接装置可以将燃料电池模块500机械且流体联接至外部系统(例如，燃料电池块)。在一些实现方式中，紧固件508设置成将壳体504固定至外部系统。在一些实现方式中，紧固件508是旋转紧固件。在一些实施方式中，紧固件508包括卡口机构。在一些实现方式中，紧固件508是扭锁紧固件。紧固件508可以存在于端盖506上，并且在一些实现方式中，紧固件508相对于中心轴线510位于端盖506的中心，如图5中所示。在其他实现方式中，紧固件508偏离中心轴线510离轴定位。紧固件508可以用于将燃料电池模块500机械连接至其他部件，例如周边系统(BoP)部件。紧固件508可以用于固定用于冷却剂、氧化剂和/或燃料的流入和流出的附接件。

在一些实施方式中，燃料电池组件包括一个或更多个燃料电池模块500。有利的是，燃料电池模块500可以通过使紧固件508断开联接而被快速移除和替换。然后，移除的燃料电池模块500可以被翻新。

壳体504可以容纳其他子系统(图5中未示出)，例如用于循环冷却剂和/或反应剂的循环泵，以及/或者用于供应作为氧化剂的压缩空气的压缩机。

下面例如参照图20A至图20H以及图21A至21G更详细地描述燃料电池组件中的燃料电池模块(例如，燃料电池模块500)的集成。

流体的供应和排放

如上参照图1所述，具有矩形布局的常规燃料电池设计通常具有位于燃料电池布局的相反端部处的用于反应剂和冷却剂流体的集箱。在这些设计中，用于反应剂和冷却剂流体的集箱占据了原本能够用于燃料电池的有效区的空间。减少能够用于燃料电池的有效区的空间可以降低燃料电池的功率密度。在其他常规燃料电池设计中(例如，具有圆形布局或六边形布局的设计)，用于反应剂和冷却剂流体的开口通常位于燃料电池的有效区之外或位于燃料电池的有效区本身内。在这些设计中，对于矩形布局，所述开口可以占据原本能够用于燃料电池的有效区的空间，这会降低燃料电池的功率密度。

本技术描述了燃料电池布局，其中，中央氧化剂集箱以及燃料入口和出口位于燃料电池布局的中央内部周缘内，从而增加了燃料电池的功率密度。在一个实现方式中，氧化剂流可以经由中央氧化剂集箱进入流场板，并在流场板的外部周缘处的表面处或外部周缘附近的表面处离开流场板。在另一种实现方式中，氧化剂流可以在流场板的外部周缘处的表面处或外部周缘附近的表面处进入流场板并经由中央氧化剂集箱离开流场板。在一些实现方式中，冷却剂入口和冷却剂出口中的一者或两者也位于中央氧化剂集箱内部，从而进一步增加燃料电池的功率密度。

在本公开中，“周缘”是指包含二维形状的路径。短语“外部周缘”是指包含燃料电池布局之外的二维形状的路径。燃料电池布局的外部周缘可以包括内部周缘。

圆形布局

图6A至图6D分别是以横截面示出的圆柱形燃料电池堆(例如，图5的燃料电池模块500的燃料电池堆)的示例布局600a至600d的示意图。该横截面正交于圆柱形燃料电池堆的纵向轴线、即正交于构成的燃料电池堆叠所沿着的轴线。布局600a至600d在本文中统称为布局600。无论圆柱形燃料电池堆的横截面穿过双极板、流场板还是MEA，布局600都基本上相同。

布局600a至600d中的每个布局包括下述两个区域：

a)相应的内部区域602a至602d(统称为602)，所述内部区域602a至602d由相应的内部周缘604a至604d(统称为604)界定，以及

b)相应的外部区域606a至606d(统称为606)，所述外部区域606a至606d由相应的内部周缘604a至604d和相应的外部周缘608a至608d(统称为608)界定。

燃料电池堆的元件可以具有布局600中的任何布局。因此，燃料电池堆中的双极板具有布局600中的一个布局，即每个主表面被分成两个区域——由内部周缘界定的内部区域，以及由内部周缘和外部周缘界定的外部区域，其中，外部周缘包围内部周缘。双极板的每个主表面位于正交于燃料电池堆的纵向轴线的相应平面中。燃料电池堆中的不同双极板的内部区域可以是共同延伸的。类似地，燃料电池堆中的不同双极板的外部区域可以是共同延伸的。

内部周缘604是圆形的。在其他实现方式中(例如，参见图8A至图8F、图9A至图9C)，内部周缘604是非圆形的。外部周缘608a和608b是圆形的，并且具有比内部周缘604a和604b大的直径。内部周缘604a和604b以及外部周缘608a和608b是同心圆。除了突出部610c之外，外部周缘608c是圆形的。除了一对突出部610d和612d之外，外部周缘608d是圆形的，所述一对突出部610d和612d可以位于布局600d的相反侧部。

外部区域606a和606b是由相应的圆形外部周缘608a和608b以及相应的圆形内部周缘604a和604b界定的环形区域。除了突出部610c之外，外部区域606c是环形区域。除了突出部610d和612d之外，外部区域606d是环形区域。

布局600中的每个布局包括位于内部区域602内的相应的中央氧化剂开口614a至614d(统称为614)。当具有布局600的双极板和MEA堆叠时，中央氧化剂开口614形成氧化剂集箱，用于将氧化剂流引入燃料电池堆中的MEA，或者从燃料电池堆中的MEA排出氧化剂流。氧化剂流包括通常为氧气的氧化剂。氧化剂流可以例如是空气。

中央氧化剂开口614可以形成为容纳布局600的内部区域602内的其他开口。例如，其他开口可以包括燃料开口和/或冷却剂开口。当具有布局600的双极板和MEA堆叠时，燃料开口形成集箱，用于将燃料流引入燃料电池堆中的MEA，或者从燃料电池堆中的MEA排出燃料流。类似地，冷却剂开口形成用于冷却剂流的集箱。

在一些实现方式中，中央氧化剂开口614的周缘包括一个或更多个容纳燃料开口和/或冷却剂开口的向内的突出部。在一些实现方式中，中央氧化剂开口614定形状成至少试图最大化内部区域602内的中央氧化剂开口614的面积，同时容纳其他开口。

布局600中的每个布局还包括各自的外部表面616a至616d(统称为616)，其中，当布局600是阴极流场板的布局时，氧化剂流可以被引入燃料电池堆中的MEA，或者从燃料电池堆中的MEA排出。例如，在这种情况下，氧化剂流场流体联接至形成在外部表面616与壳体或块状封围件之间的氧化剂集箱。

中央氧化剂开口614可以形成第一氧化剂集箱，用于将氧化剂流引入燃料电池堆中的MEA，或者用于从燃料电池堆中的MEA排出氧化剂流。第一氧化剂集箱流体联接至氧化剂流场(例如，参见图19B，示出了后馈/前馈过渡，以及氧化剂集箱与流场之间的后馈通道)。类似地，外部表面616与壳体或块状封围件合作可以形成第二氧化剂集箱，用于将氧化剂流引入燃料电池堆中的MEA，或者用于从燃料电池堆中的MEA排出氧化剂流。氧化剂流可以从入口横跨流场板径向流动至出口。

在一些实现方式中，氧化剂流经由中央氧化剂开口614被引入到MEA，并且经由表面616从MEA排出。在一些实现方式中，氧化剂流被同时从燃料电池堆的两端馈送至由中央氧化剂开口614形成的氧化剂集箱。在其他实现方式中，氧化剂流仅从燃料电池堆的一端馈送至氧化剂集箱。在其他实现方式中，氧化剂流部分地沿着燃料电池堆以及或者替代地在一端或两端被馈送至氧化剂集箱。

在一些实现方式中，氧化剂流经由表面616被引入至MEA，并且经由中央氧化剂开口614从MEA排出。在一些实现方式中，氧化剂流经由中央氧化剂开口614从燃料电池堆的两端排出。在其他实现方式中，氧化剂流经由中央氧化剂开口614仅从燃料电池堆的一端排出。

布局600中的每个布局还包括位于内部区域602内的相应的一对燃料开口618a至618d(统称为618)和620a至620d(统称为620)。当具有布局600的流场板和MEA堆叠时，燃料开口618形成用于将燃料引入燃料电池堆中的MEA的燃料入口集箱。燃料开口620类似地形成用于从燃料电池堆中的MEA排出燃料流的燃料出口集箱。

布局600a包括位于内部区域602a中的一对冷却剂开口622a和624a。布局600b包括两对位于内部区域602b中的冷却剂开口622b和624b以及626b和628b。布局600c包括一对冷却剂开口622c和624c。冷却剂开口622c位于内部区域602c中。冷却剂开口624c位于外部区域606c的突出部610c中。布局600d包括一对冷却剂开口622d和624d。冷却剂开口622d和624d分别位于外部区域606d的突出部612d和610d中。

冷却剂开口622a至622d在这里统称为冷却剂开口622。当具有布局600的双极板和MEA堆叠时，冷却剂开口622以及图6B的附加的冷却剂开口626b形成用于将冷却剂引入燃料电池堆中的冷却剂流场的冷却剂入口集箱。冷却剂开口624a至624d在这里统称为冷却剂开口624。当具有布局600的双极板和MEA堆叠时，冷却剂开口624以及图6B的附加的冷却剂开口628b形成用于从燃料电池堆中的冷却剂流场排出冷却剂的冷却剂出口集箱。

布局600中的每个布局包括位于外部区域606中的相应流场/有效区630a至630d(统称为630)。在具有布局600的板中，流场/有效区630各自包括相应的流场。流场通常将反应剂(例如，氢气或氧气)输送至气体扩散层(gas diffusion layer，GDL)和MEA的催化剂。可能希望将流场设计成以试图最小化穿过流场的压降的方式将反应剂输送至MEA。在具有布局600的MEA中，流场/有效区630各自包括相应的GDL和催化剂。

在燃料电池堆的流场板和MEA中，布局600的开口614、618、620、622、624与布局600b的开口626b和628b对准成以形成能够延伸穿过燃料电池堆的集箱。

六边形布局

图7A至图7E分别是以横截面示出的六角棱柱形燃料电池堆的示例布局700a至700e的示意图。该横截面正交于六角棱柱形燃料电池堆的纵向轴线、即正交于构成的燃料电池堆叠所沿着的轴线。布局700a至700e在本文中统称为布局700。无论六角棱柱形燃料电池堆的横截面穿过双极板、流场板还是MEA，布局700都基本上相同。

布局700a至700e中的每个布局包括下述两个区域：

a)相应的内部区域702a至702e(统称为702)，所述内部区域702a至702e由相应的内部周缘704a至704e(统称为704)界定，以及

b)相应的外部区域706a至706e(统称为706)，所述外部区域706a至706e由相应的内部周缘704a至704e和相应的外部周缘708a至708e(统称为708)界定。

内部周缘704是圆形的。在其他实现方式中(例如，参见图8A至图8F、图9A至图9C)，内部周缘704是非圆形的。外部周缘708a和708b是六边形的，并且具有比内部周缘704a和704b长的周缘。内部周缘704a和704b以及外部周缘708a和708b是同心形状。除了突出部710c之外,外部周缘708c是六边形的。除了相应的一对突出部710d和712d以及710e和712e之外，外部周缘708d和708e中的每个外部周缘都是六边形的，突出部710d和712d以及710e和712e可以分别位于布局700d和700e的相反侧。

外部区域706包围内部区域702。外部区域706a和706b在内侧由相应的圆形内部周缘704a和704b界定，并且在外侧由相应的六边形外部周缘708a和708b界定。除了突出部710c之外，外部区域706c在形状上类似于外部区域706a和706b。除了突出部710d和712d以及710e和712e之外，外部区域706d和706e在形状上类似于外部区域706a和706b。

布局700中的每个布局包括位于内部区域702内的相应的中央氧化剂开口714a至714e(统称为714)。当具有布局700的双极板和MEA堆叠时，中央氧化剂开口714形成氧化剂集箱，用于将氧化剂流引入燃料电池堆中的MEA，或者用于从电池堆中的MEA排出氧化剂。氧化剂流包括通常为氧气的氧化剂。氧化剂流可以例如是空气。

中央氧化剂开口714可以形成为容纳布局700的内部区域702内的其他开口。例如，其他开口可以包括燃料开口和/或冷却剂开口。在一些实现方式中，中央氧化剂开口714的周缘包括一个或更多个容纳燃料开口和/或冷却剂开口的向内的突出部。在一些实现方式中，中央氧化剂开口714定形状成至少试图最大化内部区域702内的中央氧化剂开口714的面积，同时容纳其他开口。

布局700中的每个布局还包括各自的外部表面716a至716e(统称为716)，其中，如参照布局600所描述的，氧化剂流可以从燃料电池堆中的MEA排出。

布局700中的每个布局还包括位于内部区域702内的相应的一对燃料开口718a至718e(统称为718)和720a至720e(统称为720)。当具有布局700的双极板和MEA被堆叠时，燃料开口形成集箱，用于将燃料流引入燃料电池堆中的MEA，或者从燃料电池堆中的MEA排出燃料流。类似地，冷却剂开口形成用于冷却剂流的集箱。

布局700a包括位于内部区域702a中的一对冷却剂开口722a和724a。布局700b包括两对位于内部区域702b中的冷却剂开口722b和724b以及726b和728b。布局700c包括一对冷却剂开口722c和724c。冷却剂开口722c位于内部区域702c中。冷却剂开口724c位于外部区域706c的突出部710c中。布局700d和700e各自分别包括一对冷却剂开口722d和724d以及722e和724e。冷却剂开口722d和724d分别位于外部区域706d的突出部712d和710d中。冷却剂开口722e和724e分别位于外部区域706e的突出部712e和710e中。

冷却剂开口722a至722e在这里统称为冷却剂开口722。当具有布局700的双极板和MEA堆叠时，冷却剂开口722以及图7B的附加的冷却剂开口726b形成用于将冷却剂引入燃料电池堆中的冷却剂流场的冷却剂入口集箱。冷却剂开口724a至724e在这里统称为冷却剂开口724。冷却剂开口724以及图7B的附加的冷却剂开口728b类似地形成用于从燃料电池堆中的冷却剂流场排出冷却剂流的冷却剂集箱。

布局700中的每个布局还包括位于外部区域706之内的相应流场/有效区730a至730d(统称为730)。在具有布局700的流场板中，流场/有效区730各自包括相应的流场。流场通常将反应剂(例如，氢气和氧气)输送至气体扩散层(GDL)和MEA的催化剂。可能希望将流场设计成以试图最小化压降的方式将反应剂输送至MEA。在具有布局700的MEA中，流场/有效区730各自包括相应的GDL和催化剂。

在燃料电池堆的流场板和MEA中，布局700的开口714、718、720、722、724与布局700b的开口726b和728b对准以形成可以延伸穿过燃料电池堆的集箱。

图8A至图8F分别是以横截面示出的六角棱柱形燃料电池堆的示例布局800a至800f的示意图。该横截面正交于六角棱柱形燃料电池堆的纵向轴线、即正交于构成的燃料电池堆叠所沿着的轴线。布局800a至800f在本文中统称为布局800。无论六角棱柱形燃料电池堆的横截面穿过流场板还是MEA，布局800都基本上相同。

布局800a至800f中的每个布局包括下述两个区域：

a)相应的内部区域802a至802f(统称为802)，所述内部区域802a至802f由相应的内部周缘804a至804d(统称为804)界定，以及

b)相应的外部区域806a至806f(统称为806)，所述外部区域806a至806f由相应的内部周缘804a至804f和相应的外部周缘808a至808f(统称为808)界定。

内部周缘804是六边形的。外部周缘808a至808c是六边形的，并且具有比内部周缘804a至804c长的周缘。内部周缘804a至804c以及内部周缘804a至804c对应的外部周缘808a至808c是同心六边形。除了突出部810d之外，外部周缘808d是六边形的。除了相应的一对突出部810e和812e以及810f和812f之外，外部周缘808e和808f中的每个外部周缘都是六边形的，突出部810e和812e以及810f和812f可以分别位于布局800e和800f的相反侧。

外部区域806包围内部区域802。外部区域806a至806c在内侧由各自的六边形内部周缘804a至804c界定，并且在外侧由各自的六边形外部周缘808a至808c界定。除了突出部810d之外，外部区域806d在形状上类似于外部区域806a至806c。除了突出部810e和812e以及810f和812f之外外部区域806e和806f在形状上类似于外部区域806a至806c。

布局800中的每个布局包括位于内部区域802内的相应的中央氧化剂开口814a至814f(统称为814)。当具有布局800的双极板和MEA堆叠时，中央氧化剂开口814形成氧化剂集箱，用于将氧化剂流引入燃料电池堆中的MEA，或者从燃料电池堆中的MEA排出氧化剂流。氧化剂流包括通常为氧气的氧化剂。氧化剂流可以例如是空气。

中央氧化剂开口814可以形成为容纳布局800的内部区域802内的其他开口。其他开口可以包括例如燃料开口和/或冷却剂开口，所述开口当堆叠时可以分别形成燃料集箱和冷却剂集箱，如上文参照图6A至图6D所描述的。在一些实现方式中，中央氧化剂开口814的周缘包括一个或更多个容纳燃料开口和/或冷却剂开口的向内的突出部。在一些实现方式中，中央氧化剂开口814定形状成至少试图最大化内部区域802内的中央氧化剂开口814的面积，同时容纳其他开口。

布局800中的每个布局还包括各自的外部表面816a至816f(统称为816)，其中，氧化剂流可以从燃料电池堆中的MEA排出。

布局800中的每个布局还包括位于内部区域802内的相应的一对燃料开口818a至818f(统称为818)和820a至820f(统称为820)。

布局800a和800b分别包括位于内部区域802a和802b中的一对冷却剂开口822a和824a以及822b和824b。布局800c包括两对位于内部区域802c中的两对冷却剂开口822c和824c以及826c和828c。布局800d包括一对冷却剂开口822d和824d。冷却剂开口822d位于内部区域802d中。冷却剂开口824d位于外部区域806d的突出部810d中。布局800e和800f各自分别包括一对冷却剂开口822e和824e以及822f和824f。冷却剂开口822e和824e分别位于外部区域806e的突出部812e和810e中。冷却剂开口822f和824f分别位于外部区域806f的突出部812f和810f中。

冷却剂开口822a至822f在这里统称为冷却剂开口822。当双极板和MEA堆叠时，冷却剂开口822以及图8C的附加冷却剂开口826c可以形成用于将冷却剂流引入燃料电池堆中的冷却剂板组件的冷却剂集箱。冷却剂开口824a至824f在这里统称为冷却剂开口824。类似地，冷却剂开口824以及图8c的附加冷却剂开口828c可以形成用于从燃料电池堆中的冷却剂流场排出冷却剂流的冷却剂集箱。

布局800中每个布局还包括位于外部区域806的相应外部区域中的相应流场/有效区830a至830f(统称为830)。在具有布局800的流场板中，流场/有效区830各自包括相应的流场。流场通常将反应剂(例如，氢气和氧气)输送至气体扩散层(GDL)和MEA的催化剂。可能希望将流场设计成以试图最小化穿过流场的压降的方式将反应剂输送至MEA，从而在整个有效区具有增加的均匀性。在具有布局800的MEA中，流场/有效区830各自包括相应的GDL和催化剂。

在燃料电池堆的流场板和MEA中，布局800的开口814、818、820、822、824与布局800c的开口826c和828c对准以形成可以延伸穿过燃料电池堆的集箱。

矩形布局

图9A至图9C分别是根据示例实施方式的以横截面示出的矩形棱柱形燃料电池堆的布局900a至900c的示意图。在下面的描述中，横截面以及内部周缘和外部周缘被描述为具有矩形形状。本领域技术人员将理解的是，当矩形横截面、内部周缘或外部周缘的两个相邻的边具有相等的长度时，相应的横截面、内部周缘或外部周缘在形状上也可以被描述为正方形。该横截面正交于矩形棱柱形燃料电池堆的纵向轴线、即正交于构成的燃料电池堆叠所沿着的轴线。布局900a至900c在本文中统称为布局900。无论矩形棱柱形燃料电池堆的横截面穿过流场板还是MEA，布局900都基本上相同。

布局900a至900c中的每个布局包括下述两个区域：

a)相应的内部区域902a至902c(统称为902)，所述内部区域902a至902cd由相应的内部周缘904a至904c(统称为904)界定，以及

b)相应的外部区域906a至906c(统称为906)，所述外部区域906a至906c由相应的内部周缘904a至904c和相应的外部周缘908a至908c(统称为908)界定。

内部周缘904是矩形的。在一些实现方式中，内部周缘904的内部周缘的两个相邻的边相等。外部周缘908a是矩形的，并且具有比内部周缘904a长的周缘。在图9A的示例实现方式中，内部周缘904a和外部周缘908a是同心正方形。除了突出部910b之外，外部周缘908b是矩形的的。除了相应的一对突出部910c和912c之外，外部周缘908c是矩形的，突出部910c和912c可以位于布局900c的彼此相反的两侧。

外部区域906封围内部区域902。外部区域906a在内侧由正方形内部周缘904a界定，并且在外侧由正方形外部周缘908a界定。除了突出部910d之外，外部区域906d在形状上类似于外部区域906a至906c。除了突出部910c和912c之外，外部区域906c在形状上类似于外部区域906a。

布局900中的每个布局包括位于内部区域902内的相应的中央氧化剂开口914a至914c(统称为914)。当双极板和MEA堆叠时，中央氧化剂开口914可以形成用于将氧化剂流引入燃料电池堆中的MEA的氧化剂集箱。氧化剂流包括通常为氧气的氧化剂。氧化剂流可以例如是空气。

中央氧化剂开口914可以形成为容纳布局900的内部区域902内的其他开口。例如，其他开口可以包括燃料开口和/或冷却剂开口。在一些实现方式中，中央氧化剂开口914的周缘包括一个或更多个容纳燃料开口和/或冷却剂开口的向内的突出部。在一些实现方式中，中央氧化剂开口914定形状成至少试图最大化内部区域902内的中央氧化剂开口914的面积，同时容纳其他开口。

布局900中的每个布局还包括各自的外部表面916a至916c(统称为916)，其中，氧化剂流可以从燃料电池堆中的MEA排出。

布局900中的每个布局还包括位于内部区域902的相应内部区域中的相应的一对燃料开口918a至918c(统称为918)和920a至920c(统称为920)。燃料开口918属于用于将燃料流引入燃料电池堆中的MEA中的燃料入口集箱。燃料开口920属于用于从燃料电池堆中的MEA排出燃料流的燃料出口集箱。

布局900a包括位于内部区域902a中的一对冷却剂开口922a和924a。布局900b包括一对冷却剂开口922b和924b。冷却剂开口922b位于内部区域902b中。冷却剂开口924b位于外部区域906b的突出部910b中。布局900c包括一对冷却剂开口922c和924c。冷却剂开口922c和924c分别位于外部区域906c的突出部912c和910c中。

冷却剂开口922a至922c在这里统称为冷却剂开口922。当双极板和MEA堆叠时，冷却剂开口922可以形成用于将冷却剂流引入燃料电池堆中的冷却剂流场的冷却剂入口集箱。冷却剂开口924a至924e在这里统称为冷却剂开口924。类似地，冷却剂开口924可以形成用于将冷却剂流从燃料电池堆中的冷却剂流场排出的冷却剂出口集箱。

布局900中的每个布局还包括位于外部区域906的相应外部区域中的相应流场/有效区930a至930c(统称为930)。在具有布局900的流场板中，流场/有效区930各自包括相应的流场。流场通常将反应剂(例如，氢气和氧气)输送至气体扩散层(GDL)和MEA的催化剂。可能希望将流场设计成以试图最小化穿过流场的压降的方式将反应剂输送至MEA。在具有布局900的MEA中，流场/有效区930各自包括相应的GDL和催化剂。

如上所述，当流场板和MEA堆叠时，在燃料电池堆的流场板和MEA中，布局900的开口914、918、920、922、924对准以形成可以延伸穿过燃料电池堆的集箱。

流场板

燃料电池的性能和耐久性可以通过以下方式来提高：a)有效管理液态水，和/或b)确保跨燃料电池有效区的均匀电流分布。燃料电池的有效区是燃料电池的具有电化学活性并且能够从供应的反应剂产生电能的区域。有效区通常包括GDL和催化剂。

流场板通常设计成将反应剂(燃料或氧化剂)输送至MEA，并带走产物水或未使用的反应剂。用于流场板的示例设计包括平行流、蛇形流和交叉流。并联设计很简单，通常在入口与出口之间具有低压降。蛇形设计比平行设计更有利于水管理，但由于压降较高，因此具有较高的寄生负载(parasitic load)。交叉设计可以为催化剂提供更好的反应剂入口，尽管它通常具有比平行设计高的压降。

流场板中的流体流动通道的横截面通常是矩形的，但并不总是这样。通道的大小和间距会影响性能。较宽的通道倾向于为催化剂提供更大的反应剂入口。通道之间更大的间距往往会产生相反的效果，并且可能还会引起更多的积水。通道由肋部(这里也称为平台或平台区域)间隔开。通常，随着反应剂被电化学反应消耗，反应剂浓度有沿着通道长度降低的趋势。这可能导致反应剂分布的不均匀性降低，并伴随着不太均匀的电流密度。在一些实现方式中，本技术可以减轻这个问题，例如通过经由流场中的过渡区域混合和重新分配反应剂。

理解从内部集箱向外部集箱辐射的流的流场的性能可能是复杂的，因为与流场的中心所对的每单位角度的有效区随着离中心的距离而增加。在保持肋部面积的同时扩大通道面积会导致流的减速和MEA突出到流动通道中。流的减速会导致流的停滞和液态水的积聚。MEA突出到通道中会导致通道堵塞和跨有效区的不均匀的接触阻抗。

本技术的一些实施方式通过提供构造有多层流场的流动板来改善这些缺点。多层流场的通道面积和肋部面积可以逐层调节。可以选择层数来提高性能和促进液态水的有效去除。可以选择通道宽度(或肋部宽度)并选择肋部的数目以获得期望的肋部宽度(或通道宽度)。以这种方式，可以调节跨流场的流动横截面，以在流场板的有效区上提供更均匀的电流分布、改善的水去除和/或MEA上更均匀的压缩(更均匀的接触阻抗分布)。

可以在每层之间提供过渡区。在过渡区中，在垂直于一次流方向的方向上的流动阻力可以小于一次流方向上的流动阻力，并且流动可以更加均匀。较低的流动阻力可以促进在过渡区产生二次流，这可以使一次流更加均匀。每一层之前的过渡区的大小可以通过其流动阻力与即将到来的层(这里也称为下游层)相匹配，从而产生二次流，该二次流的结果是一次流的更大均匀性。

在一些实施方式中，作为特殊类型的层或多层的限制器层包括在两个其他层之间、在最内层之内或在最外层之外。在限制器层中，肋部在这里被称为限制器。限制器层可以增加上游流动区域中的流动均匀性。流倾向于沿着阻力最小的路径移动；例如，限制器层可以设置在上游流动区域的下游(该上游流动区域可以例如包括一个或更多个层)。限制器层可以设计成提供比上游流动区域的流动阻力最大的元件的流动阻力稍高的流动阻力。这种结构有助于在上游流动区域中更均匀地分配流动。使用分层流场和/或带有限流器的分层流场可以提高燃料电池的性能、功率密度和耐用性。

限制器层中限制器的尺寸(包括高度、宽度、深度和沿着限制器长度的横截面轮廓)可以选择成产生大于上游层、过渡区和分配器的液压阻力的液压阻力。这可以迫使流动更均匀地(在周向上、在径向上或理想地在周向和径向两者上)分布在上游区域中。限制器的横截面轮廓可以被选择成使得限制器至少部分地基于限制器改善液态水去除的能力而发散、会聚或恒定。会聚型限制器(即、在流动方向上渐缩的一种限制器)可以增加流速，同时降低限制器层的出口附近的局部压力。发散型限制器(即，在流动方向上扩展的一种限制器)可以降低流速，同时恢复移动通过最窄部分的流动所损耗的一些压力。恒定的横截面可以提供两者的混合，这至少部分地取决于通道/肋部的间距。限制器的额外特征，比如倒圆的鼻状部或尾部，可以防止流动分离并形成瞬态不稳定性比如涡流。

一些实施方式提供了一种限制器，该限制器具有“会聚/发散”的通道，这意味着所述通道从每一端部分地沿着通道会聚至窄点。这种实施方式可以有利地为通过限流器的任一方向的流动提供期望的流动特性。在一些实施方式中，径向流场包括位于流场的径向最外部的会聚/发散型限流器。

限制器层的类型可以至少部分地基于堆的操作条件、操作的功率范围和其他特性来选择，其他特性比如流动通道的润湿性和水滴在GDL表面上的附着力。限制器层可以包括一种或更多种类型的限制器。限制器层可以包括多个层。在一些实现方式中，每层中的限制器是相同的类型。在一些实施方式中，层中所使用的限制器的类型在一个层与另一层之间有所不同。

一些实施方式使用流场的有效区中的一个或更多个层的下游限制器层与流场的有效层中的各层的上游过渡层的组合，以促进反应剂(例如，氧化剂或燃料)在整个流场中的均匀流动。

分层阴极流场

图10A和图10B是分层阴极流场板1000的示例实现方式的示意图。图10A是包括流场的流场板1000的侧部的视图。图10B是流场板1000的一个象限的放大视图。

流场板1000具有与图6A的布局600a相同或相似的布局。流场板1000的其他实现方式可以具有其他合适的布局，例如图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F以及图9A至图9C中所示的布局中的一个布局。图10A和图10B中的附图标记的最后两位与图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F以及图9A至图9C中的相同或相似元件的最后两位相同。

流场板1000包括由圆形内部周缘1004界定的内部区域1002，以及由内部周缘1004和外部周缘1008界定的环形外部区域1006。

流场板1000包括中央氧化剂开口1014、外部表面1016、一对燃料开口1018和1020以及一对冷却剂开口1022和1024。流场板1000还包括流场1030。当流场板和MEA堆叠时，开口1014可以形成第一氧化剂集箱，氧化剂可以通过第一氧化剂集箱被引入或排出。例如，第二氧化剂集箱可以形成在外部表面1016与壳体或块状封围件之间。第一氧化剂集箱和第二氧化剂集箱可以流体联接至氧化剂流场(例如，参见图19B，示出了后馈/前馈过渡，以及集箱与流场之间的后馈通道)。流场1030的边缘与外部表面1016之间的区域可以包括支承MEA的结构型特征部。

流场1030是分层流场(这里也称为多层流场1030)。流场1030具有四个层1030-1、1030-2、1030-3和1030-4。本领域技术人员将理解的是，其他实现方式可以少于四层或多于四层。流场1030还具有四个流动过渡区1032-1、1032-2、1032-3和1032-4。

在一些实现方式中，流动过渡区1032-1包括一个或更多个为MEA和/或相关密封件提供支承的结构型特征部。

流场1030的每层包括多个通道，相邻的通道由相应的肋部分开。层1030-1(最靠近流场板1000的中心的层)具有最宽的肋部和最宽的通道。层1030-1的与流场板1000的中心所对的每单位角度还具有最少的通道。层1030-2具有比层1030-1窄的肋部和比层1030-1窄的通道。层1030-2的每单位角度还具有比层1030-1多的通道。层1030-3具有比层1030-2窄的肋部和比层1030-2窄的通道。层1030-3的每单位角度还具有比层1030-2多的通道。层1030-4(离流场板1000中心最远的层)具有最窄的肋部和最窄的通道。层1030-4的每单位角度还具有最多的通道。

在一些实现方式中，将层的径向范围选择成在MEA中产生更均匀的电流密度分布并试图最小化穿过流场的压降。层的长度可以至少部分地基于由该层占据的流场区域中的质量流量的均匀度和局部电流密度来确定。当电流和/或质量流量的分布a)充分偏离周向部分中的平均流量(对于该流量)，或者b)充分偏离沿着层的长度的平均电流密度时，过渡区可以被引入流场中并相应地定尺寸。偏差的合适阈值是10％。优选地，偏差保持在小于5％。下游相邻层的尺寸可以至少部分地基于电损耗与传质电压损耗之间的平衡来确定。这种平衡可以被优化以使产生的电池电压最大化。

过渡区尺寸(包括过渡区的径向范围和深度)可以至少部分地基于使过渡区的液压阻力比上游层的液压阻力小至少10％来确定。

可以结合通道:平台的比率来选择通道的数量、通道的宽度和/或平台的宽度，以控制平台与通道之间电流密度分布的产生，从而在考虑动力学、欧姆损耗和质量传输损耗的优选位置产生电流。例如，这种损耗通常取决于局部反应剂、产物、温度和液态水条件。

可以选择若干通道来控制剩余的自由变量(例如，平台的宽度或通道的宽度)，使得在入口处、沿着一层以及在该层的出口处的连续圆周的总通道面积和/或总平台百分比或者增加每个连续下游层中的平台面积与通道面积的比率、或者减小该比率、或者保持该比率恒定。降低每层中的通道面积比率可以增加流向出口的流速。增加通道面积比率可以降低流速，同时恢复压力损耗。恒定的比率可以产生组合效果。

流场1030的一个层中的通道的液压直径可以不同于流场1030的另一层中的通道的液压直径。类似地，流场1030的一个层中的肋部的宽度可以不同于流场1030的另一层中的肋部的宽度。在一些实现方式中，通道的液压直径可以在层内不同。在一些实现方式中，肋部的宽度可以在层内不同。

每个层在径向方向上的宽度在径向方向上逐层增加。层1030-1在径向方向上的宽度比层1030-2短，以此类推。

如上所述参照图10A至图10B构造的流场可以当流动接近出口时使流动的平均速度增加。例如，这可以有助于清除流场中的水。

如图10A至图10B中所示的流场可以反向操作，使得当流从入口行进至出口时，可用于流动的横截面积增加。这种操作模式允许流在通过流场时减速并恢复压力。该技术可以用于使流场结构适应燃料电池堆的操作条件(例如，湿和冷、热和干等)，从而至少试图优化用于操作环境的水管理。燃料电池系统可以包括监测堆的高频电阻的控制器，在一些实现方式中，该控制器可以至少部分地用于确定是否反转了堆中的氧化剂流。例如，可以通过在动力单元中使用开关挡板或阀来使流动反向。

图11A和图11B是分层阴极流场板1100的另一示例实现方式的示意图。图11A是包括流场的流场板1100的侧部的视图。图11B是流场板1100的一个象限的放大视图。

流场板1100具有与图6A的布局600a相同或相似的布局。流场板1100的其他实现方式可以具有其他布局，例如上面在图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F以及图9A至图9C中所描述的布局中的一个布局。

流场板1100包括由圆形内部周缘1104界定的内部区域1102，以及由内部周缘1104和外部周缘1108界定的环形外部区域1106。

流场板1100包括中央氧化剂开口1114、外部表面1116、一对燃料开口1118和1120以及一对冷却剂开口1122和1124。流场板1100还包括流场1130。

流场1130是分层流场。流场1130具有五个层1130-1、11302、1130-3、1130-4和1130-5。流场1130还具有五个流动过渡区1132-1、1132-2、1132-3、1132-4和1132-5。

流场1130的每层包括多个通道，每对相邻的通道由相应的肋部分开。层1130-1(最靠近流场板1000的中心的层)具有最宽的肋部和最宽的通道。层1130-1的与流场板1100的中心所对的每单位角度还具有最少的通道。层1130-2具有比层1130-1窄的肋部和比层1130-1窄的通道。层1130-2的每单位角度还具有比层1130-1多的通道。层1130-3具有比层1130-2窄的肋部和比层1130-2窄的通道。层1130-3的每单位角度还具有比层1130-2多的通道。层1130-4(离流场板1100中心最远的层)具有最窄的肋部和最窄的通道。层1130-4的每单位角度还具有最多的通道。流场1130的通道具有在径向方向上逐层减小的液压直径。流场1130的肋部具有在径向方向上逐层减小的宽度。

除了层1130-5具有在径向方向上最短的宽度之外，每个层在径向方向上的宽度在径向方向上逐层增加。层1130-1在径向方向上的宽度比层1130-2短，层1130-2在径向方向上的宽度比层1130-3短，以及层1130-3在径向方向上的宽度比层1130-4短。

如上所述参照图11A至图11B构造的流场可以当流动接近出口时使流动的平均速度增加。例如，这可以有助于清除流场中的水。在另一实现方式中，该结构可以倒置，从而当流动从入口移动至出口时扩展，以使流动减速并恢复压力。该技术可以用于使流场结构适应燃料电池堆的操作条件(例如，湿和冷、热和干等)，从而至少试图优化用于操作环境的水管理。

图12A和图12B是分层阴极流场板1200的示例实现方式的示意图。图12A是包括流场的流场板1200的侧部的视图。图12B是流场板1200的一个象限的放大视图。

流场板1200具有与图6A的布局600a相同或相似的布局。流场板1200的其他实现方式可以具有其他布局，例如上面在图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F以及图9A至图9C中所描述的布局中的一个布局。

流场板1200包括由圆形内部周缘1204界定的内部区域1202，以及由内部周缘1204和外部周缘1208界定的环形外部区域1206。

流场板1200包括中央氧化剂开口1214、外部表面1216、一对燃料开口1218和1220以及一对冷却剂开口1222和1224。流场板1200还包括流场1230。

流场1230具有单个层和单个过渡区1232。流场1230包括多个通道，每对相邻的通道由相应的肋部分开。

图13A和图13B是分层阴极流场板1300的示例实现方式的示意图。图13A是包括流场的流场板1300的侧部的视图。图13B是流场板1300的一个象限的放大视图。

流场板1300具有与图6A的布局600a相同或相似的布局。流场板1300的其他实现方式可以具有其他布局，例如上面在图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F以及图9A至图9C中所描述的布局中的一个布局。

流场板1300包括由圆形内部周缘1304界定的内部区域1302，以及由内部周缘1304和外部周缘1308界定的环形外部区域1306。

流场板1300包括中央氧化剂开口1314、外部表面1316、一对燃料开口1318和1320以及一对冷却剂开口1322和1324。流场板1300还包括流场1330。

流场1330是分层流场。流场1330具有两个层1330-1和1330-2。流场1330还具有两个流动过渡区1332-1和1332-2。

流场1330的每层包括多个通道，每对相邻的通道由相应的肋部分开。层1330-1(最靠近流场板1300的中心的层)具有最宽的肋部和最宽的通道。层1330-1的与流场板1300的中心所对的每单位角度还具有最少的通道。层1330-2(离流场板1300中心最远的层)具有比层1330-1窄的肋部和比层1330-1窄的通道。层1330-2的单位角度还具有比层1330-1多的通道。

流场1330的通道是弯曲的。层1330-1的通道向左弯曲。层1330-2的通道向右弯曲。流场1330的通道具有在径向方向上逐层减小的液压直径。流场1330的肋部具有在径向方向上逐层减小的宽度。

如上所述参照图13A至图13B构造的流场可以增加接近出口的流动的平均速度。在另一实现方式中，该结构可以倒置，从而当流动从入口移动至出口时扩展，以使流动减速并恢复压力。该技术可以用于使流场结构适应燃料电池堆的操作条件(例如，湿和冷、热和干等)，从而至少试图优化用于操作环境的水管理。

在一些实现方式中，每个层在径向方向上的宽度可以有所不同，例如，每个层在径向方向上的宽度可以在径向方向上逐层增加。

分层冷却剂流场和阳极流场

图14A是根据示例实施方式的流场板1400的示意图。图14A是流场板1400的第一主侧部的视图，其中，该主侧部包括单层会聚肋部式冷却剂流场1402。

流场板1400具有与图6A的布局600a相同或相似的布局。流场板1400的其他实现方式可以具有其他布局，例如上面在图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F以及图9A至图9C中所描述的布局中的一个布局。

流场板1400包括由内部周缘1406界定的内部区域1404，以及由内部周缘1406和外部周缘1410界定的环形外部区域1408(由双头箭头指示)。在图14A中所示的示例中，内部周缘1406是圆形内部周缘，并且外部周缘1410是圆形外部周缘。

流场板1400包括中央氧化剂集箱1412、外部表面1414、一对燃料开口1416和1418以及一对冷却剂开口1420和1422。

流场板1402具有单个层。流场1402包括流动过渡区1424-1和1424-2。流动过渡区1424-1位于内部周缘1406的内侧并与内部周缘1406相邻。流动过渡区1424-2位于表面1414的内侧并与表面1414相邻。在一些实现方式中，在流动过渡区1424-2中的流体与外部表面1414之间存在附加的周缘壁1425。

流场1402包括多个通道，每对相邻的通道由相应的肋部分开。在图14A中所示的示例中，通道循着从流动过渡区1424-1延伸至流动过渡区1424-2的径向线。在一些实现方式中，比如图14A中所示的示例，肋部是会聚的。通道从流动过渡区1424-1到流动过渡区1424-2变宽。根据流体流动的方向(见下面的图14B和图14C)，通道在流动的方向上或者会聚或者发散。在一些实现方式中，肋部的宽度可以在一个方向或另一方向上渐缩，并且通道宽度可以保持恒定。在一些实现方式中，层内的肋部的长度有所不同，这可能使过渡区1424-1和1424-2的宽度(在径向方向上)有所不同。

当流场板和MEA堆叠时，开口1412、1416、1418、1420和1422可以形成集箱，流体可以通过该集箱被引入或排出。集箱可以流体联接至流场(例如，参见图19B，示出了后馈/前馈过渡，以及集箱与流场之间的后馈通道)。

图14B是根据示例实施方式的图14A的流场板1400的示意图，其中，箭头示出了冷却剂流场1402中的冷却剂流动的方向。流场1402引导流场板1400中的流动，如图14B中的箭头所指示的。流动路线1426a至1426m(统称为流动路线1426)由没有阴影线的框形箭头表示。流动路径1426携带流体，用于将流体从入口移动至出口。在图14B的示例中，入口是冷却剂开口1420，以及出口是冷却剂开口1422。当流场板和MEA堆叠时，冷却剂开口1420和1422可以形成集箱，以将冷却剂引入流场或从流场排出冷却剂。冷却剂流体联接至流场(例如，参见图19B，示出了后馈/前馈过渡，以及集箱和流场之间的后馈通道)。

图14C是根据另一示例实施方式的图14A的流场板1400的示意图，其中，箭头示出了冷却剂流场1402中的冷却剂流动的方向。流场1402引导流场板1402中的流动，如图14C中的箭头所示。如图14B中所示，流动路线1426由没有阴影线的框形箭头表示。图14C中的流动路线1426与图14B中的流动路线1426相反。如上所述，流动路径1426携带流体，用于将流体从入口移动至出口。在图14C的示例中，入口是冷却剂开口1422，以及出口是冷却剂开口1420。

图15A是根据示例实施方式的流场板1500的示意图。图15A是流场板1500的主侧部的视图，其中，主侧部包括单层发散肋部式冷却剂流场1502。

流场板1500具有与图6A的布局600a相同或相似的布局。流场板1500的其他实现方式可以具有其他布局，例如上面在图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F和图9A至图9C中所描述的布局中的一个布局。

流场板1500包括由内部周缘1506界定的内部区域1504，以及由内部周缘1506和外部周缘1510界定的环形外部区域1508(由双头箭头指示)。在图15A中所示的示例中，内部周缘1506是圆形内部周缘，并且外部周缘1510是圆形外部周缘。

流场板1500包括中央氧化剂开口1512、外部表面1514、一对燃料开口1516和1518以及一对冷却剂开口1520和1522。

流场板1502具有单个层。流场1502包括流动过渡区1524-1和1524-2。流动过渡区1524-1位于内部周缘1506的内侧并与内部周缘1506相邻。流动过渡区1524-2位于表面1514的内侧并与表面1514相邻。在一些实现方式中，在流动过渡区1424-2中的流体与外部表面1514之间存在附加的周缘壁1525。

流场1502包括多个通道，每对相邻的通道由相应的肋部分开。在图15A中所示的示例中，通道循着从流动过渡区1524-1延伸至流动过渡区1524-2的径向线。在一些实现方式中，比如图15A中所示的示例，肋部是分散的。通道从流动过渡区1524-1到流动过渡区1524-2渐缩。根据流体流动的方向(见下面的图15B和图15C)，通道在流动的方向上或者发散或者会聚。在一些实现方式中，肋部的宽度可以在一个方向或另一方向上渐缩，并且通道宽度可以保持恒定。在一些实现方式中，层内的肋部的长度有所不同，这可能使过渡区1524-1和1524-2的宽度(在径向方向上)有所不同。

当流场板和MEA堆叠时，开口1512、1516、1518、1520和1522可以形成集箱，流体可以通过该集箱被引入或排出。集箱可以流体联接至流场(例如，参见图19B，示出了后馈/前馈过渡，以及集箱与流场之间的后馈通道)。

图15B是根据示例实施方式的图15A的流场板1500的示意图，其中，箭头示出了冷却剂流场1502中的冷却剂流动的方向。流场1502引导流场板1500中的流动，如图15B中的箭头所指示的。流动路线1526a至1526m(统称为流动路线1526)由没有阴影线的框形箭头表示。流动路径1526携带流体，用于将流体从入口移动至出口。在图15B的示例中，入口是冷却剂端口1520，以及出口是冷却剂端口1522。

图15C是根据另一示例实施方式的图15A的流场板1500的示意图，其中，箭头示出了冷却剂流场1502中的冷却剂流动的方向。流场1502引导流场板1502中的流动，如图15C中的箭头所示。如图15B中所示，流动路线1526由没有阴影线的框形箭头表示。图15C中的流动路线1526与图15B中的流动路线1526相反。如上所述，流动路径1526携带流体，用于将流体从入口移动至出口。在图15C的示例中，入口是冷却剂端口1522，以及出口是冷却剂端口1520。

在流场的各种上述实施方式中，通道的数量、通道的宽度和/或肋部的宽度逐层不同。在一些实现方式中，通道的宽度和/或肋部的宽度在层内有所不同。肋部可以是恒定宽度的、会聚的或发散的。

径向场的几何形状可以在径向方向上具有扩大的周向横截面积。对于从流场的中心到外部周缘的流动，由于通道在周向横截面积上的径向增长，恒定宽度的肋部产生了发散的通道。发散肋部可以用于至少部分地克服横截面积增长，并且可以用于产生恒定的通道宽度或渐缩(会聚)的通道。

横截面积的变化以及在层的长度上的通道:平台的比率的变化可能影响控制MEA性能的各种过程，包括电(电荷)传输、传质、液态水去除和排热。当肋部发散时，肋部的宽度随着流动方向上的半径而增加，这可以增加用于来自MEA的电流收集的面积(从而减少电损耗)，同时减少暴露于气体通道的MEA的面积(从而增加传质阻力)。此外，传热得到改善，并且根据操作条件，由于通道中水的局部去除率降低，MEA的液态水含量可能会增加，这使得离子传输损耗较低，但传质损耗较高。发散肋部也可以构造成提供恒定的通道，但是扩大了平台面积，并且会聚肋部扩大了通道。在恒定通道的情况下，肋部扩展的效果与发散肋部相同。在会聚肋部的情况下，肋部沿着径向长度变小，通道变大，这允许更多的气体进入MEA、获得较高的水去除率，但是根据电池/堆的操作条件，MEA水合的水平可能较低。总的来说，这意味着较低的传质损耗，较高的电损耗以及潜在较高的离子损耗。热方面，肋部更小距离更远，因此热传输长度更长，因此通过热传导的排热率略低。

MEA可以有所不同，例如，MEA使用不同的材料、催化剂成分、面积负载和部件层的厚度。流场板的布置可以随MEA而不同。

当堆在干燥条件下以低电流密度(例如，小于0.3A/cm²)运行时，促进较高含水量并减少电损耗和离子损耗的流场区域可以是优选的。当堆在干燥条件和潮湿条件下均以中等电流密度(例如，0.3A/cm²至1.2A/cm²)运行时，可以使用混合区域来提高整体性能。当堆在高电流密度(>1.2A/cm²)下运行时，促进液态水去除和较高的传质率的区域可以是优选的。可能有益的是a)试图在堆的运行中可能遇到的电流密度的范围下最大化堆的输出电压，以及b)至少减少MEA和双极板中局部条件的不均匀性，以提高耐用性、减少热点并减少不希望的内部电流。

图16A是根据示例实施方式的分层流场板1600的示意图。图16A是流场板1600的主侧部的视图，其中，该主侧部包括带有周向分配器的径向分层的冷却剂流场1602。

流场板1600具有与图6A的布局600a相同或相似的布局。流场板1600的其他实现方式可以具有其他布局，例如上面在图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F和图9A至图9C中所描述的布局中的一个布局。

流场板1600包括由内部周缘1606界定的内部区域1604，以及由内部周缘1606和外部周缘1610界定的环形外部区域1608(由双头箭头指示)。在图16A中所示的示例中，内部周缘1606是圆形内部周缘，并且外部周缘1610是圆形外部周缘。

流场板1600包括中央氧化剂集箱1612、外部表面1614、一对燃料开口1616和1618以及一对冷却剂开口1620和1622。

流场1600是分层流场。流场1602具有四个径向布置的层1624-1、1624-2、1624-3和1624-4(统称为径向层1624)。流场1602包括五个流动过渡区1626-1、1626-2、1626-3、1626-4和1626-5(统称为流动过渡区1626)。流动过渡区1626在本文中也被称为周向分配器1626。径向分层的流场板(例如，冷却剂流场板)的其他实现方式可以多于四层或少于四层。径向分层的流场板的其他实现方式可以具有其他数量和布置的周向分配器。

流场1602的层1624中的每个层包括多个通道，每对相邻的通道由相应的肋部分开。在图16A中所示的示例中，通道绕流场板1600的中心以同心圆弧布置。在一些实现方式中，通道的数量、通道的宽度和/或肋部的宽度从一层到另一层是不同的。在一些实现方式中，通道的宽度和/或肋部的宽度在层内有所不同。肋部可以是恒定宽度的、会聚的或发散的。在图16A中所示的示例实施方式中，层1624-1具有比其他层更多数量、更紧密间隔的通道。层1624-1在这里也被称为限制器层。层1624-1可以引起内部区域1604中更均匀的流动分布。层1624-1对流动的影响可能取决于流动的方向。

流场1602在这里被称为径向分层的流场的示例，因为当流场径向移动穿过流场板1600时，层1624被顺序布置。

周向分配器的宽度可以沿着每个分配器的路径有所不同，以及/或者从一个分配器到另一个分配器有所不同。周向分配器1626是同心圆。在其他实现方式中，周向分配器1626可以具有其他几何形状，例如，周向分配器1626可以是波浪形的以及/或者周向分配器1626可以包括一个或更多个直线部段。周向分配器1626的数量和周向分配器的几何形状可以布置成使流动均匀地分布在流场板1600上。

分配器可以在流场中的下述位置处包括在流场中：在该位置处，各个通道的质量流量或压差超过径向横截面(对于周向通道)或周向横截面(对于径向通道)中的平均值多于5％。

以下对尺寸分配器的描述适用于周向分配器(例如，周向分配器1626)和径向分配器(例如，径向分配器1726)。分配器可以用于提供进入相邻下游层的更均匀的质量流量。分配器可以定尺寸成具有比相邻下游层的液压阻力小至少10％的液压阻力。对于层流，液压阻力可以表示为每单位流量的压降。对于在流场板的径向方向上传输一次流的层，这些层彼此流体平行，液压阻力可以定义为在径向方向上。对于在径向层之前传输二次流的分配器，液压阻力也可以定义为在周向方向上。用于层流的压降通常与体积流率成比例，并且体积流率通常等于流速乘以流动传输通过的横截面积。因此，液压阻力可以与横截面积成反比。对于流体平行的层，(为了更均匀的流动)希望分配器的横截面积比层中的通道的横截面积大至少10％。分配器的横截面积被定义为分配器的径向宽度与其穿过板的材料厚度方向的深度(即、分配器在垂直于分配器所位于的流场板的主表面的方向上的深度)的乘积。

同样的讨论适用于具有沿周向方向输送一次流的周向层和沿径向方向输送二次流的径向分配器的流场。

对于湍流，液压阻力与体积流量的比例可以是二次的。

周向分配器的宽度和深度可以定尺寸成使得分配器具有比相邻下游层中的液压阻力小至少10％的液压阻力。当满足这一条件时，当流体流出相邻的上游层时，分配器中更有可能出现二次流，从而改善进入相邻的下游层的流体质量的分布的均匀性。分配器的宽度和深度决定了二次流横截面和二次流的液压阻力，二次流的液压阻力至少(在径向方向上)比相邻上游层中的通道的液压阻力小10％。

图16B是根据示例实施方式的图16A的流场板1600的示意图，其中，箭头示出了流场1602中的流动方向。在一些实施方式中，流场板1600是冷却剂流场板，并且图16B的箭头指示冷却剂流动的方向。在其他实现方式中，流场板1600是燃料流场板。

在一个示例实现方式中，流场1602引导流场板1602中的流动，如图16B中的箭头所示。一次流路线1628a至1628m(统称为一次流路线1628)由不带阴影线的框形箭头表示。二次流路线1630a至1630h(统称为二次流路线1630)由带阴影线的框形箭头表示。一次流路线1628输送流体，目的是使流体从入口移动至出口，而二次流路线1630输送流体，目的是使流体流分布成使得穿过流场1602的流分布平衡且均匀。在图16B的示例中，入口是冷却剂端口1620，以及出口是冷却剂端口1622。

图16C是根据另一示例实施方式的图16A的流场板1600的示意图，其中，箭头示出了冷却剂流场1602中的冷却剂流动的方向。流场1602引导流场板1602中的流动，如图16C中的箭头所示。如图16B中所示，一次流路线1628由不带阴影线的框形箭头表示，二次流路线1630由带阴影线的框形箭头表示。

图16C的一次流路线1628相对于图16B中的一次流路线1628是反向的。如上所述，一次流路线1628携带流体，目的是使流体从入口移动至出口。在图16B的示例中，入口是冷却剂开口1620，以及出口是冷却剂开口1622。

图16C的二次流路线1630与图16B的二次流路线1630方向相同。

图17A是根据示例实施方式的分层流场板1700的示意图。图17A是流场板1700的主侧部的视图，其中，该主侧部包括周向分层的冷却剂流场1702。图17B是根据示例实施方式的图17A的流场板1700的示意图，其中，箭头示出了流场1702中的流动方向。在双极板的一些实施方式中，周向分层的流场1702可以用作阳极流场，在这种情况下，图17B的箭头指示燃料流的方向。图15的流场1502和图16的流场1602也可以分别用作阳极流场。在双极板的一些实现方式中，将周向阳极流场与径向阴极流场相结合可能是有利的。该组合可以为MEA提供交叉流动和改进的支承。

在一个实现方式中，双极板包括a)具有阳极流场的阳极板和平坦的相反侧部，以及b)具有阴极流场的阴极板和具有冷却剂场的相反侧部。在另一实现方式中，双极板包括a)具有阳极流场的阳极板和具有冷却剂场的相反侧部，以及b)具有阴极流场的阴极板和平坦的相反侧部。在又一实现方式中，双极板包括a)具有阳极流场的阳极板和具有冷却剂场的相反侧部，以及b)具有阴极流场的阴极板和具有冷却剂场的相反侧部。

流场板1700具有与图6A的布局600a相同或相似的布局。流场板1300的其他实现方式可以具有其他布局，例如上面在图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F和图9A至图9C中所描述的布局中的一个布局。

流场板1700包括由内部周缘1706界定的内部区域1704，以及由内部周缘1706和外部周缘1710界定的环形外部区域1708。在图17A中所示的示例中，内部周缘1706是圆形内部周缘，并且外部周缘1710是圆形外部周缘。

流场板1700包括中央氧化剂集箱1712、外部表面1714、一对燃料开口1716和1718以及一对冷却剂开口1720和1722。外表面1714是流场板1700的边缘。

流场1700是分层流场。流场1702具有八个周向布置的层，例如包括层1724-1和1724-2。为了清楚起见，图17A中只示出了两个层。流场1702的八个层在这里统称为层1724。流场1702包括径向分配器1726a至1726h(统称为径向分配器1726)。在一些实现方式中，径向分配器是弯曲的。在一些实现方式中，径向分配器1726的曲率半径至少部分地基于下述轨迹：该轨迹将每个通道中的局部压力联系在一起以在径向分配器1726中产生质量流量，该质量流量在通道之间重新分配质量，使得下游层接收均匀的质量流量。

在一些实现方式中，径向分配器1726是等间距的。在其他实现方式中，径向分配器1726至少部分地间隔开以平衡质量流量。例如，对于给定的MEA，可以根据计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)模拟的结果来确定间距。例如，CFD模拟确定了非均匀流动的区域，径向分配器可以放置在该位置的上游。

在一些实现方式中，径向分配器1726具有不同的宽度，这可以提供不同的液压阻力，并且可以促进流量朝向液压阻力较低的区域。在一些实现方式中，径向分配器1726可以包括将流量更均匀地分配至下游通道中的每个下游通道的特征部。在一些实现方式中，特征部定尺寸成使得它们的液压阻力小于各个通道的液压阻力，从而更均匀地分配流量。

周向分层的流场板(例如，冷却剂流场板或阳极流场板)的其他实现方式可以多于八层或少于八层。周向分层的流场板的其他实现方式可以具有其他数量和布置的过渡区和径向分配器。

流场1702的层1724中的每个层包括多个通道，每对相邻的通道由相应的肋部分开。在图17A中所示的示例中，通道绕流场板1700的中心循着同心圆弧。在一些实现方式中，通道的数量、通道的宽度和/或肋部的宽度从一层到另一层是不同的。在一些实现方式中，通道的宽度和/或肋部的宽度在层内有所不同。通道的宽度和/或肋部的宽度可以至少部分地决定电损耗和传质损耗的比率，以及影响液态水去除/MEA水合的速率和从MEA到通道的热传递。例如，相邻层中的通道可以对准也可以不对准，这取决于层和通道的几何形状，以及通道:平台的比率。

流场1702中的通道的横截面可以是矩形、半圆形、梯形或其他合适的形状。径向分配器1726可以放置在下述位置：在该位置，径向分配器可以增强流动均匀性并减小穿过流场1702的压降。当流场板1700是冷却剂流场板时，径向分配器1726可以放置在下述位置：在该位置，径向分配器可以增强流动均匀性和降低压降，并且改善整个流场1702的热均匀性。在一些实施方式中，流场构造成使得穿过流场的流量均匀到流场中平均流量的％/5％以内。

如参照图16A和图16B所述，分配器可以包括在流场中的下述位置处的流场中：在所述位置处，各个通道的质量流量或压差超过径向横截面(对于周向通道)或周向横截面(对于径向通道)中的平均值多于5％。

流场1702是本文中称为周向分层的流场的示例，因为层1724绕流场板1700的周向布置。

一些径向分配器1726是直的(例如，径向分配器1726b)，而其他径向分配器是弯曲的(例如，径向分配器1726a)。径向分配器1726的数量以及径向分配器1726的几何形状(直的、之字形的、弯曲的、波浪形的等)，可以布置成使流量均匀地分布在流场板1700上。通常希望实现更均匀的流动。为此，分配器(例如，周向流场1702中的径向分配器1726和径向流场1602中的周向分配器1626)可以放置成在一次流通道(或层)之间产生二次流，以在通道之间重新分配质量流量，从而增加流动均匀性。更高的流动均匀性可以产生更均匀的反应剂浓度和更好的热均匀性，更好的热均匀性可以驱动电流密度(或反应速率)均匀性，从而提高性能和耐久性。

在一些实现方式中，径向分配器1726(以及图16A中等效的周向分配器1626)可以放置在下述位置：在该位置，层或流场中的各个通道的质量流量预期偏离平均质量流量至少5％，例如至少部分地基于CFD模拟。

流场1702引导流场板1702中的流动，如图17B中的箭头所示。一次流方向1728a至1728f(统称为一次流方向1728)由不带阴影线的框形箭头表示。二次流方向1730a至1730h(统称为二次流方向1730)由带阴影的框形箭头表示。二次流可以携带来自进料过多或进料不足的一次流通道的过剩流量。二次流可以使一次流在过渡区处重新平衡(在某些情况下，不管操作条件如何)，并且可以驱动燃料电池的大范围操作，在该燃料电池中可以实现均匀的质量流量和电流产生。

流场板1700包括两个进料集箱1732-1和1732-2(这里也称为进料分配器1732-1和1732-2)。进料集箱1732-1和1732-2可以流体联接至冷却剂开口1720和1722(例如，参见图19B，其示出了后进料/前进料过渡，以及集箱与流场之间的后进料通道)。

再次参照图10A至图10B、图11A至图11B、图12A至图12B、图13A至图13B、图14A至图14C、图15A至图15C、图16A至图16C以及图17A至图17B，过渡区可以定尺寸(即，给定宽度和深度)成具有比下游流场层小的液压阻力。例如，过渡区的液压阻力可以比下游流动层的液压阻力小至少10％。可以在入口处、沿着长度方向或者在层或过渡区的出口处测定层或过渡区的液压阻力。液压阻力的测定可以是离散测定或平均测定。以这种方式在径向流场板(例如，图10A的流场板1000a)中对周向过渡区定尺寸可以至少有助于周向地驱动质量流量，从而改善流场板上下游层中的流动均匀性。以这种方式在周向流场板(例如，图17A的流场板1700)中对径向过渡区定尺寸可以至少有助于径向地驱动质量流量，从而改善流场板上下游层中的流动均匀性。在一些实现方式中，过渡区具有比下游层的通道低至少10％的液压阻力。

在一些实现方式中，通道:平台的比率和通道数量在流动方向上增加。通道:平台的比率是指通道宽度与平台宽度之比。如果通道或平台是渐缩的，则通道:平台的比率可以沿着通道的长度有利地不同。例如，渐缩的通道可以通过沿着通道长度引入电压和传质损耗的比率的变化来改善燃料电池性能。每个层的周向面积(即，由每个层占据的相应圆环扇区的面积)可以随着半径的增加而增加。通道:平台的比率和通道数量可以用于控制流场板中流体流动的参数。在示例实现方式中，通道:平台的比率可以在1:1与40:1之间变化。范围从1:1至40:1、并且优选地从1.25:1至40:1对于气体输送和液态水去除是有益的。范围从1:1至1:30、并且优选地从1:1.25至1:30对于电传输和接触阻抗是有益的。上面讨论的通道:平台的比率的范围假设通道尺寸和平台尺寸为：通道在大约0.1mm与3.5mm之间，平台在大约0.1mm与3.5mm之间。

图18A和图18B是根据示例实施方式的示意图，其分别提供了流场的部分1800a和1800b的过渡区域的更近的视图。部分1800a包括过渡区域1802和1804(这里也称为过渡区1802和1804)以及流场层1806和1808。流场1800a还包括通道区域、例如通道区域1810和1812。流场1800a还包括平台区域、例如平台区域1814和1816。

过渡区1802和1804(在宽度和深度上)可以定尺寸成为流动提供比相邻下游层的液压阻力至少小10％的液压阻力。希望尽可能低地使用板面积，并且不损害板强度或增加总电阻。在一些实现方式中，过渡区域1802定尺寸成具有比层1808小的液压阻力。

流场1800a还包括位于流场1800a的边缘1820的限流器1818。限流器1818是会聚型限流器，该限流器可以在氧化剂离开流场板1800a时增加氧化剂的流速。当液态水去除的动量并实现均匀流动至关重要时，会聚型限流器可以是特别有益的。在其他实现方式中，限流器1818是发散型限流器，该限流器可以在氧化剂离开流场板1800a时降低氧化剂的流速。当增加水滴或积水上的压降并实现均匀流动至关重要时，发散型限流器可以是特别有益的。限流器1818可以引起流场1800a的上游区域出现流量分配。

流场1800b包括过渡区域1822、1824和1826。流场1800b还包括层1828、1830、1832和1834。可以选择过渡区域1822、1824和1826中的每个过渡区域的宽度和深度以改善流场1800b中的流动。过渡区域的宽度可以选择成使液压阻力小于相邻下游层的液压阻力(参见上面参照图18A的描述)。过渡区域的深度可以有利地选择成大于相邻下游层的平均深度。例如，过渡区域1822的深度可以选择成大于层1830的平均深度。将过渡区域的深度选择成大于相应相邻下游层的平均深度可以改善流场板1800b中的流动均匀性。

分层阳极流场

图19A和图19B是根据示例实施方式的示出阳极板1900的特写图的示意图。阳极板1900是周向分层的流场板。

参照图19A，阳极板1900包括通道(例如通道1902)和平台(例如平台1904)。阳极板1900还包括沿径向方向延伸的过渡区域1906。过渡区域1906的宽度在径向方向上可以有所不同。在图19A中所示的示例中，过渡区域1906的宽度随着半径增加。阳极板1900还包括周向密封边缘1908和外部密封边缘1910。

参照图19B，阳极板1900包括集箱1912、后馈/前馈过渡1914和来自端口1918的后馈通道1916。

将分层流场(例如，如上文参照图10A至图10B、图11A至图11B、图12A至图12B、图13A至图13B、图14A至图14C、图15A至图15C、图16A至图16C以及图17A至图17B所述)与燃料电池布局相结合可能是有利的，在燃料电池布局中，中央氧化剂集箱以及燃料入口和出口集箱位于燃料电池布局的中央内部周缘内(例如，如上文参照图6A至图6D、图7A至图7E、图8A至图8F以及图9A至图9C所述)。分层流场中的过渡区域可以提供流体分布和再分布，以提高反应剂和/或冷却剂的流动均匀性，这可以使中央氧化剂集箱以及燃料入口和出口集箱位于中央内部周缘内，以提高整体性能(例如，燃料电池的功率密度)。

在一些实现方式中，减小了由中央内部周缘封围的区域，以减小燃料电池布局的整体尺寸，同时保持流场上的均匀流动和低压降。

燃料电池块

该技术的另一方面涉及燃料电池模块的集成和封装。如上所述，一些常规的双极板通常是平面矩形、正方形或扇形。其他常规的双极板可以是圆形或六边形的。双极板可以与其他部件组合——包括膜电极组件(MEA)和密封件——以形成燃料电池。燃料电池通常可以串联组装以形成燃料电池堆。构成的燃料电池的数量和构型可以选择成实现燃料电池堆的期望功率输出。可以组合以形成堆的燃料电池的数量存在限制。该限制可以包括尺寸稳定性、结构刚度、密封性和压缩均匀性。

当适合实际应用的功率输出超过单个堆的功率输出时，多个堆可以串联连接或者不太常见地并联连接。燃料电池周边系统(BOP)可以组装在堆周围。

堆通常封围在壳体中，BOP部件中的一些BOP部件可以集成在壳体内。例如，较大的部件可以集成在壳体周围。通常，燃料电池系统的布局和封装(即，燃料电池堆和周边系统)是基于期望的性能为每个应用定制的。常规的集成和封装方法的缺点是在定制和维护多个不同的产品平台上的非重复性工程工作的成本，并且从成本和制造的角度来看，大量分立部件包括管道、布线和/或配件以及连接器。

如先前参照图5所述，在本技术的一些实现方式中，具有诸如紧固件(也称为锁定机构)的联接装置的燃料电池模块可以插入到块中，并且锁定机构用于提供机械联接以将燃料电池模块固定在块中的适当位置。当燃料电池模块插入块中并锁定在适当位置时，可以在块中的流体歧管(这里也称为通道)与燃料电池模块中的对应集箱之间自动进行流体联接。同时，可以在燃料电池模块与块中的电触点之间自动进行电联接。电力可以通过电联接的方式输送至电力负载。

在本技术的一些实现方式中，燃料电池堆被组装在块中以形成燃料电池模块，其中，块用作壳体。提供流体歧管堆接口以将燃料电池堆中的集箱流体地联接至燃料电池组件的块内部或相邻块的流体歧管(这里也称为通道)。参照下面的图20A至图20H提供了更多细节。

图20A是根据示例实施方式的燃料电池动力单元2000a的示意图。图20C至图20E是图20A的燃料电池动力单元2000a的部分组件2000b至2000e的示意图。在图20A至图20E中使用相同的附图标记来表示燃料电池动力单元2000a的相同或相似的元件。

参照图20A，燃料电池动力单元2000a包括多个块(2004，2006)，每个块包含一个或更多个燃料电池堆(可选地封装为燃料电池模块)以及包含BOP设备的附加块2012。在所示实施方式中，块2004、2006具有V形倾斜构型。燃料电池动力单元2000a的整体构型可能让人想起V型内燃发动机。

在一些实施方式中，燃料电池动力单元2000a被定尺寸成代替内燃发动机装配至车辆的发动机舱中。燃料电池动力单元2000a可以具有安装件，该安装件被定位和构造成允许燃料电池动力单元2000a附接至用于内燃发动机的发动机安装件。燃料电池发动机动力单元2000a可以构造成使用已经存在于车辆中的安装点或者可以在不修改车辆布局的情况下提供的安装点。

在一些实施方式中，块2004、2006中的每个块支承燃料电池动力单元2000a的燃料电池模块的子集。例如，块2004可以支承1至6个燃料电池模块，并且块2006可以支承相同数量的燃料电池模块。每个块2004、2006的燃料电池模块可以彼此相邻，并且定向在彼此相同的方向。在一些实现方式中，不同块2004、2006的燃料电池模块彼此成角度定向。

块2004和2006中的每个块可以具有各自的块覆盖件2008和2010(这里也称为盖2008和2010)。在块2004/2006中，可以移除盖2008、2010以接近腔内的燃料电池模块。块2004、2006和盖2008、2010保护燃料电池不与灰尘、湿气和其他可能环绕动力单元2000a的污染物接触。

燃料电池动力单元2000a还包括电力电子/电力转换器单元2012和燃料电池控制器单元2014。块2002包括微冷却剂回路泵2016、旁路阀2018、空气压缩机2020和进气口2022。燃料电池动力单元2000a还可以包括各种阀、致动器和/或传感器(图20A中未示出)。

参照图20B，部分组件2000b的块2002包括氢泵2024、冷却剂泵2026、一对冷却剂端口2028和2030、中央排气口2032以及中间冷却器2034。

参照图20C，部分组件2000c的块2004包括具有两个燃料电池模块2038和2040的行2036。如参照图5所述，在一些实现方式中，燃料电池模块2038和2040中的每个燃料电池模块包括各自的燃料电池堆和各自的壳体。在其他实现方式中，在块2004和2006中组装燃料电池堆，并且块2004和2006中的每个块形成一个或更多个相应燃料电池模块的壳体。

模块2038和2040的燃料电池堆分别包括中央内部歧管2042和2044。模块2038和2040的燃料电池堆在堆的外部周缘分别包括内部歧管2046和2048。

参照图20D，部分组件2000d的块2002包括中央内部流体歧管堆接口2050和2052，以及分别位于燃料电池堆2038和2040的外部周缘的内部歧管堆接口2054和2056。块2002还可以提供压缩板，用于下述实现方式中：在该实现方式中，使用块2004或2006作为壳体在块2004或2006中组装燃料电池堆。盖2008或2010可以分别提供相对的压缩板。

参照图20E，部分组件2000e的块2002包括加湿器盒2058和2060以及内部流体歧管2062。

图20F是图20A的燃料电池动力单元2000a的分解图。燃料电池动力单元2000a包括在每个燃料电池模块的每个端部处的集电器板(例如，集电器板2064——为了清楚起见，在图20F中仅标记了一个)、被动/喷射器燃料泵2066、水分离器2068、氧化剂加湿器2070以及压缩和隔离帽或盖2072。

图20G是根据另一示例实施方式的燃料电池动力单元2000g的示意图。燃料电池动力单元2000g包括组合盖2074和2076，组合盖2074和2076提供氧化剂歧管化以及堆压缩。氧化剂可以从堆的两个端部同时进料，并且氧化剂经由壳体内部的堆外部的氧化剂歧管排出。

图20H是根据示例性实施方式的燃料电池动力单元(例如，燃料电池动力单元2000a或2000g)的示意图，该燃料电池动力单元被切除以暴露经由块(例如，图20A的块2002)内部的通道的流体路径。通道包括内部燃料通道2078、内部冷却剂通道2080和内部氧化剂通道2084。图示的块还包括内部氧化剂加湿器2082。

可以看出的是，在一些实施方式中，燃料电池块(例如，块2004或2006)可以被通道(例如，圆柱形孔)穿透。本文中所描述的燃料电池堆可以容纳在通道中的每个通道中。燃料电池块2004、2006可以固定至另一个块(例如，块2002)。在一些实施方式中，每个燃料电池堆被压缩在块2002的表面或由块2002支承的表面与盖(例如，盖2008、2010、2072、2074、2076)之间。有利地，由另一块2002支承的表面可以提供流体歧管堆接口(例如，2050或2052)。在一些这样的实施方式中，通过将包括合适弹簧的压缩盖紧固(例如，通过螺栓连接)至燃料电池块上，可以实现燃料电池堆在气缸中的适当压缩。

而在一些实现方式中，燃料电池模块被组装并连接至燃料电池动力单元。在其他实现方式中，燃料电池堆可以组装在燃料电池动力单元的块中(例如，块2004或2006中)。例如，单独的板和MEA可以放入块中。该块可以执行通常由堆壳体和堆压缩系统提供的功能。该块的封围件可以例如提供堆壳体和压缩。下部(例如，块2002)可以提供另一个(相对的)压缩板表面——通常是提供流体歧管接口的相同表面。此外，在一些实现方式中，块2002和/或块2004和/或块2006可以用于提供堆对准。

在一些实现方式中，块2004、2006的内壁可以形成氧化剂流的边界。在一些实现方式中，块2004、2006的盖和帽可以用于对堆施加压缩。相邻的块(例如，块2002)可以提供另一个(相对的)压缩板表面，燃料电池堆可以夹在该表面之间并在该表面之间压缩。

在这种方法中，燃料电池堆高度集成到燃料电池动力单元中。在一些实施方式中，氧化剂、燃料和/或冷却剂可以同时从堆的两个端部进料。块2004、2006的盖和帽可以可选地包括歧管，以在块2002中的歧管将氧化剂、燃料和/或冷却剂引导至堆的基部的同时，将氧化剂流、燃料流和/或冷却剂流引导至堆的盖端部。块2002中的歧管可以流体联接至盖中的歧管，并且可选地可以包括用于氧化剂的第二空气压缩机。类似于块2002，块2004、2006可以包括流体通道。

如图20A至图20H中所示，燃料电池动力单元2000a可以具有常规燃料电池系统中没有的一个或更多个特征。这些特征包括：

·流体(包括燃料、氧化剂和冷却剂)路线可以包含在块2002内。流体路线可以模制到块2002内部。例如，参见图20E的内部流体歧管2062。内部流体歧管可以包括一个或更多个通道，用于将燃料、氧化剂和/或冷却剂引导至一个或更多个燃料电池模块中的相应集箱。

·主周边系统(BOP)部件可以在块2002中提供。可以集成的BOP部件的示例包括空气压缩机2026、加湿器盒2058和2060、系统旁路(参见图20A的旁路阀2018)、被动或主动燃料(例如，氢气)泵2024以及冷却泵2026。

冷却泵2026可以具有微回路和主回路，这可以减少对MEA的启动、停止和/或冻结启动需求。在一些实现方式中，例如在图20A的燃料电池动力单元2000a中，微冷却剂回路泵2016与块2002集成。微冷却剂回路可以用于通过关闭主冷却剂分配阀和使用来自堆的废热来再循环冷却剂，以有助于比其他方式更快地升高堆和块的温度。

块加热器可以联接至块并联接至微冷却剂回路，以提供额外的热源，从而比其他方式更快地提高发动机块和堆的温度。

如图20A中所示，可以集成电力电子/电力转换器单元2012(包括DC-DC转换器或DC-AC转换器或者DC-DC转换器和DC-AC转换器两者)。电力电子/电力转换器单元2012可以为集成有燃料电池动力单元2000a的BOP部件提供调节电压。

·可以将安装位置提供成使得BOP部件可以嵌入内部或者至少部分被块2002和/或块2004和2006封围。

·块2002可以提供介质供应板以及堆压缩、堆对准和/或侵入保护(防止灰尘、水等)。

·块2002可以从位于堆的两个端部(例如，堆的顶部和底部)的中心歧管向燃料电池堆2038和2040提供氧化剂流。在一些实现方式中，块2002分别经由位于燃料电池模块2038和2040的顶部的中央内部歧管2042和2044，以及经由位于燃料电池模块2038和2040的底部的中央内部歧管，通过中央内部流体歧管堆接口2050和2052，提供氧化剂流，并且氧化剂分别经由位于外部周缘的内部歧管2046和2048被排放到模块2038、2040的外部周缘。

·在一些实现方式中，燃料电池动力单元2000a包括插入式块加热器(图20A至图20E中未示出)。

·燃料电池模块(例如，模块2038和2040)可以插入燃料电池动力单元2000a中。

·盖以及压缩和隔离板可以提供压缩和(可选地)氧化剂歧管的至少一部分。

由于燃料电池动力单元2000a没有外部管道和布线，因此它有利地占据比具有类似额定功率的常规燃料电池系统小的体积。因此，燃料电池动力单元具有较高的功率密度。

例如，燃料电池动力单元2000a可以安装在卡车的车厢下面。

燃料电池动力单元2000a可以通过预想加工、铸造、3D打印、挤压、模制等来制造或者通过另一合适的制造方法来制造。

图21A至图21G是根据各种示例实施方式的燃料电池动力单元构型的示意图。图21A是气缸倾斜式燃料电池动力单元2100a的示意图。图21B是垂直式燃料电池动力单元2100b的示意图。图21C是水平式燃料电池动力单元2100c的示意图。图21D是盒式燃料电池动力单元2100d的示意图。图21E是旋转式燃料电池动力单元2100e的示意图。图21F是具有正方形外形因素的径向燃料电池动力单元2100f的示意图。图21G是具有圆形外形因素的径向燃料电池动力单元2100g的示意图。

本文中描述的系统和方法涉及燃料电池模块和燃料电池动力单元，并且可以有利地：

·降低对氧化剂供应系统的需求，例如，通过降低氧化剂入口与氧化剂出口之间的压降；

·相对于燃料电池模块的布局增加燃料电池模块的可用有效面积；以及

·降低燃料电池模块和燃料电池块的生产成本，并增加使用寿命。

·改进的流动均匀性增加了MEA的性能和寿命。改进的流动均匀性增加了MEA的性能和寿命。改进的流动均匀性增加了MEA的性能和寿命。

术语的解释

除非上下文明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中：

·“包括”、“包含”等应当以包含性意义来解释，而不是以排他性或穷尽性意义来解释；也就是说，以“包括但不限于”的意义来解释；

·“连接”、“联接”或其任何变型是指两个或更多个元件之间的直接或间接的任何连接或联接；元件之间的联接或连接可以是物理的、逻辑的或它们的组合；

·“本文中”、“上文”、“下文”以及类似含义的词语在被用于描述本说明书时指的是本说明书的整体，而不是本说明书的任何特定部分；

·参考两个或更多个项目的列表，“或”涵盖词语的以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合；

·单数形式“一”、“一种”和“该”也包括任何适当的复数形式的含义。

本说明书和任何随附权利要求中使用的(如果存在的话)指示方向的词语——比如“垂直”、“横向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“垂直”、“横向”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“以下”、“以上”、“之下”等——取决于所描述和图示的设备的特定取向。本文中描述的主题可以采取各种替代性取向。因此，这些方向性术语没有严格定义，并且不应被狭义地解释。

这里描述的方法可以以多种方式变化。例如，尽管以给定顺序呈现过程或块，但是替代性示例可以以不同顺序执行具有步骤的例程或采用具有块的系统，并且一些过程或框可以被删除、移动、添加、细分、组合和/或修改以提供替代性方案或子组合。这些过程或块中的每一者可以以各种不同的方式来实现。此外，尽管有时过程或块被示出为按顺序执行，但是这些过程或块可以替代地同时执行，或者可以以不同的顺序执行。因此，旨在将以下权利要求解释为包括在权利要求的预期范围内的所有这些变型。

在上文提及部件(例如框架、扇、膜、面板等)的情况下，除非另有说明，否则对该部件的提及(包括对“装置”的提及)应当被解释为包括作为该部件的等同物的执行所描述的部件的功能的(即，功能上等同的)任何部件，包括执行本技术的图示的示例性实施方式中的功能的在结构上不等同于所公开的结构的部件。

在本公开指示“在一些实施方式中”或在“示例实施方式中”或“在一些实现方式中”提供特征的情况下，该特征可以可选地在任何其他描述的实施发生中提供，只要该特征与其他描述的实施方式不是不兼容的。该特征可以单独提供或者以与其他特征的任何组合提供。

出于说明的目的已经在本文中对系统、方法及设备的特定示例进行了描述。这些仅是示例。本文中提供的技术可以应用于除了上述示例系统之外的系统。在本发明的实践中，许多变型、改型、添加方案、省略方案和置换方案是可能的。本发明包括所描述的实施方式的对本领域技术人员而言明显的变型，包括通过以下方式获得的变型：用等同的特征、元件和/或动作替换特征、元件和/或动作；对来自不同实施方式的特征、元件和/或动作进行混合和匹配；将来自如本文中描述的实施方式的特征、元件和/或动作与其他技术的特征、元件和/或动作相结合；以及/或者省略来自所描述的实施方式的组合特征、元件和/或动作。

因此，以下所附权利要求和下文中所引入的权利要求意在被解释为包括可以合理推断的所有这样的改型、置换方案、添加方案、省略方案和子组合。权利要求的范围不应当受示例中阐述的优选实施方式限制，而是应当给出与整个说明书一致的最宽泛的解释。

Claims (128)

1.一种燃料电池堆，包括：

多个燃料电池，所述燃料电池构造成提供沿着所述堆延伸穿过所述多个燃料电池的氧化剂集箱、燃料输入集箱以及燃料输出集箱，

其中，多个所述燃料电池中的每个燃料电池包括置于第一流场板与第二流场板之间的膜电极组件，所述膜电极组件和所述流场板各自具有主表面，其中，内部区域由内部周缘界定并且外部区域由所述内部周缘和包含所述内部周缘的外部周缘界定，并且所述内部区域形成有共同填充所述内部区域的大部分面积的多个开口，所述多个开口至少包括：

氧化剂开口；

燃料入口开口；以及

燃料出口开口；

其中：

所述流场板的氧化剂开口和所述膜电极组件的氧化剂开口对准以提供所述氧化剂集箱；

所述流场板的燃料入口开口和所述膜电极组件的燃料入口开口对准以提供所述燃料输入集箱；以及

所述流场板的燃料出口开口和所述膜电极组件的燃料出口开口对准以提供所述燃料输出集箱；

所述第一流场板和所述第二流场板相应地形成以提供分别位于所述第一流场板的外部区域和所述第二流场板的外部区域中的第一流场和第二流场，所述第一流场板和所述第二流场板面向所述膜电极组件并且围绕所述内部区域大致周向地延伸；以及

所述燃料输入集箱和所述燃料输出集箱两者都与所述第一流场流体连通；以及

所述氧化剂集箱与所述第二流场流体连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其中，所述第一流场和所述第二流场各自涵盖所述外部区域的面积的至少90％。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池堆，其中，所述外部区域的面积与所述内部区域的面积的比率至少为21/2:1。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第一流场和所述第二流场从所述内部周缘径向地向外延伸。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第一流场和所述第二流场各自具有环形构型。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第一流场和所述第二流场各自由所述内部周缘和所述外部周缘界定。

7.根据权利要求6所述的燃料电池堆，其中，所述外部周缘循着所述第一流场板的外侧边缘和所述第二流场板的外侧边缘。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述内部周缘是圆形的。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述内部周缘是多边形的。

10.根据权利要求9所述的燃料电池堆，其中，所述内部周缘是六边形的。

11.根据权利要求9所述的燃料电池堆，其中，所述内部周缘是矩形的。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述外部周缘是圆形的。

13.所述第一流场和所述第二流场径向地向外延伸至多边形的外边界。

14.根据权利要求13所述的燃料电池堆，其中，所述内部周缘和所述外部周缘是同心圆。

15.根据权利要求1至11中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述外部周缘是多边形的。

16.根据权利要求15所述的燃料电池堆，其中，所述外部周缘是六边形的。

17.根据权利要求15所述的燃料电池堆，其中，所述外部周缘是矩形的。

18.根据权利要求1至17中的任一项所述的燃料电池堆，其中，在所述第一流场板和所述第二流场板中的每个流场板中，所述氧化剂开口的面积至少等于所述燃料入口开口和所述燃料出口开口的组合面积。

19.根据权利要求18所述的燃料电池堆，其中，所述氧化剂开口的面积至少是所述燃料入口开口和所述燃料出口开口的组合面积的两倍。

20.根据权利要求1至19中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第一流场包括位于与一个或更多个层中的第一层邻近的第一过渡区域，所述一个或更多个层中的每个层包括相应的多个通道，其中，所述通道中的相邻的通道由相应的平台分开，其中，所述过渡区域构造成提供比所述第一层的液压阻力小的对流动的液压阻力。

21.根据权利要求20所述的流场板，其中，所述第一过渡区域的液压阻力比所述第一层的液压阻力低至少10％。

22.根据权利要求20或21所述的流场板，其中，所述第一过渡区域的横截面面积比所述第一层的所述通道的横截面面积大至少10％。

23.根据权利要求20或21所述的燃料电池堆，其中，所述第一过渡区域的深度比所述第一层的所述通道的深度大。

24.根据权利要求20至23中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第一过渡区域基本上没有平台。

25.根据权利要求20至24中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述一个或更多个层包括多个层。

26.根据权利要求25所述的燃料电池堆，包括位于所述多个层中的两个相邻层之间的一个或更多个附加过渡区域。

27.根据权利要求26所述的燃料电池堆，其中，所述一个或更多个附加过渡区域的深度比所述多个层中的相邻层的所述通道的平均深度大。

28.根据权利要求26或27所述的燃料电池堆，其中，所述一个或更多个附加过渡区域循着弧形路径。

29.根据权利要求27至28中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第一流场为周向流场，并且所述一个或更多个层的所述通道是弯曲的以将流体流从围绕所述内部周缘的所述燃料输入集箱引导至所述燃料出口集箱。

30.根据权利要求29所述的燃料电池堆，其中，所述第一过渡区域径向地延伸。

31.根据权利要求30所述的燃料电池堆，其中，所述第一过渡区域从所述内部周缘延伸至所述外部周缘。

32.根据权利要求28至31中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述一个或更多个层包括围绕所述内部周缘周向地间隔的多个层。

33.根据权利要求20至28中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第一流场为径向流场，所述一个或更多个层径向地间隔，每个层的相应的多个所述通道径向地定向，并且所述第一过渡区域是与所述内部周缘相邻并且环绕所述内部周缘的周向过渡区域。

34.根据权利要求33所述的燃料电池堆，其中，所述多个层中的每个层基本上填充所述第一流场的对应环形区域。

35.根据权利要求34所述的燃料电池堆，其中，所述多个层中的每个层包括不同数目的所述通道。

36.根据权利要求20至35中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述一个或更多个层中的第二层的所述通道在宽度方面是渐缩的。

37.根据权利要求20至36中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述一个或更多个层中的第二层的所述平台在宽度方面是渐缩的。

38.根据权利要求20至37中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第一流场的各层布置成通过以下步骤对来自所述燃料输入集箱的燃料流进行导引：沿着所述第一过渡区域分配所述燃料流，允许所述燃料流从所述第一过渡区域流动穿过所述一个或更多个层，收集所述流并且将所述流导引至所述燃料输出集箱。

39.根据权利要求38所述的燃料电池堆，其中，将所述燃料流导引至所述燃料输出集箱包括朝向所述燃料输出集箱径向地向内导引所述流。

40.根据权利要求1至39中的任一项所述的燃料电池堆，其中，共同填充所述内部区域的大部分面积的所述多个开口包括第一冷却剂开口，并且所述流场板的所述第一冷却剂开口与所述膜电极组件对准以提供沿着所述燃料电池堆延伸的第一冷却剂集箱，其中，所述第一冷却剂集箱与所述燃料电池中的每个燃料电池中的第三流场处于流体连通。

41.根据权利要求40所述的燃料电池堆，其中，共同填充所述内部区域的大部分面积的所述多个开口包括第二冷却剂开口，并且所述流场板的所述第二冷却剂开口与所述膜电极组件对准以提供沿着所述燃料电池堆延伸的第二冷却剂集箱，其中，所述第二冷却剂集箱与所述燃料电池中的每个燃料电池中的所述第三流场处于流体连通。

42.根据权利要求1至41中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述燃料输入集箱和所述燃料输出集箱中的至少一者经过透过所述第一流场板的过渡区域与所述第一流场处于流体连通。

43.根据权利要求1至42中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场包括位于与所述第二流场的一个或更多个层中的第一层相邻的第一过渡区域，所述第二流场的一个或更多个层中的每个层包括相应的多个通道，其中，所述第二流场的所述通道中的相邻的通道由相应的平台分开，其中，所述第二流场的第一过渡区域构造成提供比所述第二流场的第一层的液压阻力小的对流动的液压阻力。

44.根据权利要求43所述的流场板，其中，所述第二流场的第一过渡区域的所述液压阻力比所述第二流场的第一层的所述液压阻力低至少10％。

45.根据权利要求43或44所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场的第一过渡区域的深度比所述第二流场的第一层的所述通道的深度大。

46.根据权利要求43至44中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场的第一过渡区域的横截面面积比所述第二流场的第一层的所述通道的横截面面积大至少10％。

47.根据权利要求43至46中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场的所述第一过渡区域基本上没有平台。

48.根据权利要求1至47中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场为径向流场，所述第二流场板限定围绕所述第二流场延伸的外表面并且所述外表面是有孔的以允许氧化剂穿过所述外表面。

49.根据权利要求43至48中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场的一个或更多个层包括多个层。

50.根据权利要求49所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场包括位于所述多个层中的两个相邻的层之间的一个或更多个附加过渡区域。

51.根据权利要求50所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场的一个或更多个附加过渡区域的深度比所述多个层中的相邻层的所述通道的平均深度大。

52.根据权利要求50或51所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场的所述一个或更多个附加过渡区域循着弧形路径。

53.根据权利要求43至52中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场为径向流场，所述第二流场的一个或更多个层径向地间隔，所述第二流场的每个层的所述相应的多个通道径向地定向，并且所述第二流场的所述第一过渡区域是与所述内部周缘相邻并且环绕所述内部周缘的周向过渡区域。

54.根据权利要求43至53中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第二流场的多个层中的每个层基本上填充所述第二流场的相应环形区域。

55.根据权利要求1至54中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述第一流场板和所述第二流场板是圆形的。

56.根据权利要求1至55中的任一项所述的燃料堆，包括封围所述燃料电池并且构造成对所述燃料电池堆的所述燃料电池施加轴向压力的壳体。

57.根据权利要求56所述的燃料电池堆，包括所述壳体上的联接器，所述联接器包括连接至所述燃料输入集箱、所述燃料输出集箱和所述氧化剂集箱以提供流体连接的端口。

58.根据权利要求56或57所述的燃料电池堆，其中，所述联接器包括扭锁联接器。

59.根据权利要求56或57所述的燃料电池堆，其中，所述联接器包括快速连接联接器。

60.根据权利要求56至59中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述联接器包括卡口联接器。

61.根据权利要求56至60中的任一项所述的燃料电池堆，其中，所述壳体是筒形的。

62.根据权利要求1至61中的任一项所述的燃料电池堆，包括所述燃料电池堆的一个端部处的端盖。

63.根据权利要求62所述的燃料电池堆，包括所述端盖中的加湿器。

64.根据权利要求62或63所述的燃料电池堆，包括所述端盖中的放气阀。

65.根据权利要求62至64中的任一项所述的燃料电池堆，包括所述端盖中的燃料泵并且所述燃料泵操作性地将燃料泵送到所述燃料入口集箱中或者将燃料泵送出所述燃料出口集箱。

66.一种燃料电池组件，包括燃料电池块和根据权利要求1至65中的任一项所述的至少一个燃料电池堆，其中，所述燃料电池块包括：

腔，

燃料入口通道，所述燃料入口通道用于将燃料引导至所述燃料电池堆的所述燃料入口集箱；

燃料出口通道，所述燃料出口通道用于从所述燃料电池堆的所述燃料出口集箱收集燃料排气流；以及

氧化剂通道和流体歧管堆接口，所述氧化剂通道用于将氧化剂引导至所述燃料电池堆的氧化剂集箱或者从所述燃料电池堆的氧化剂集箱收集氧化剂排气流，

其中，所述燃料电池堆接纳在所述腔内并且所述流体歧管堆接口将所述燃料入口集箱流体联接至所述块中的所述燃料入口通道，将所述燃料出口集箱流体联接至所述块中的所述燃料出口通道，以及将所述氧化剂集箱流体联接至所述块中的所述氧化剂通道。

67.根据权利要求66所述的燃料电池组件，包括各自接纳在所述块内的对应腔中的多个所述燃料电池堆。

68.根据权利要求66或67所述的燃料电池组件，其中，所述块中的每个相应的燃料电池堆包括相应的冷却剂入口集箱和相应的冷却剂出口集箱，并且所述燃料电池块包括用于将冷却剂引导至每个相应的燃料电池堆的所述冷却剂入口集箱的冷却剂入口通道；以及用于从每个相应的燃料电池堆的所述冷却剂出口集箱收集冷却剂排气流的冷却剂出口通道，其中，所述流体歧管堆接口将每个相应的燃料电池堆的所述冷却剂入口集箱流体联接至所述冷却剂入口通道并且将每个相应的燃料电池堆的所述冷却剂出口集箱流体联接至所述冷却剂出口通道。

69.根据权利要求66至68中的任一项所述的燃料电池组件，其中，所述燃料电池块为第一块，所述燃料电池组件包括第二块并且所述第一块和所述第二块中的每个块接纳多个所述燃料电池堆。

70.根据权利要求69所述的燃料电池组件，其中，所述第二块和所述第一块布置成V形构型。

71.根据权利要求69或70所述的燃料电池组件，其中，所述第一块和所述第二块中的每个块经过相应的流体歧管堆接口联接至包含BOP设备的第三块，所述BOP设备联接至多个所述燃料电池堆。

72.一种燃料电池动力单元，包括：

至少一个燃料电池块，

流体歧管堆接口，以及

多个燃料电池模块，

其中：

所述燃料电池模块中的每个燃料电池模块包括相应的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括多个燃料电池，所述相应的燃料电池堆中的每个燃料电池堆包括相应的燃料入口集箱、相应的燃料出口集箱以及相应的第一氧化剂集箱，

所述燃料电池块包括：

燃料入口通道，所述燃料入口通道用于将燃料引导至所述燃料入口集箱；

燃料出口通道，所述燃料出口通道用于从所述燃料出口集箱收集燃料排气流；以及

氧化剂通道，所述氧化剂通道用于将氧化剂引导至所述第一氧化剂集箱或者从所述第一氧化剂集箱收集氧化剂排气流，

对于所述燃料电池块中的所述燃料电池堆中的每个燃料电池堆，所述流体歧管堆接口：

将所述燃料入口集箱流体联接至所述燃料入口通道；

将所述燃料出口集箱流体联接至所述燃料出口通道；以及

将所述第一氧化剂集箱流体联接至所述第一氧化剂通道；在所述多个燃料电池堆中流体联接至所述燃料电池发动机组中的相应通道。

73.根据权利要求72所述的燃料电池动力单元，其中：

所述燃料电池堆中的每个燃料电池堆包括相应的冷却剂入口集箱和相应的冷却剂出口集箱，

所述燃料电池块包括：

冷却剂入口通道，所述冷却剂入口通道用于将冷却剂引导至所述冷却剂入口集箱；以及

冷却剂出口通道，所述冷却剂出口通道用于从所述冷却剂出口集箱收集冷却剂排气流，并且

所述流体歧管堆接口将所述冷却剂入口集箱中的每个冷却剂入口集箱流体联接至所述冷却剂入口通道并且将所述冷却剂出口集箱中的每个冷却剂出口集箱流体联接至所述冷却剂出口通道。

74.根据权利要求72或73所述的燃料电池块，其中，所述燃料电池堆中的每个燃料电池堆封围在壳体中。

75.根据权利要求74所述的燃料电池块，其中，所述燃料电池堆中的每个燃料电池堆设置在模块中，所述模块包括封围所述燃料电池堆的所述相应壳体。

76.根据权利要求75所述的燃料电池动力单元，其中，所述模块中的每个模块包括用于轴向地压缩所述相应的燃料电池堆的装置。

77.根据权利要求75至77中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述壳体能够从作为单元的所述至少一个燃料电池块中移除。

78.根据权利要求77所述的燃料电池动力单元，其中，所述模块中的每个模块包括联接器，所述联接器构造成以可释放的方式将所述相应的模块机械联接至所述燃料电池块。

79.根据权利要求77所述的燃料电池动力单元，其中，所述模块中的每个模块包括第一电触点，所述燃料电池块包括与所述模块中的每个模块相对应的第二电触点，并且当所述模块通过所述联接器联接至所述燃料电池块时对应的所述第一电触点和所述第二电触点电接触。

80.根据权利要求76或77所述的燃料电池动力单元，其中，所述模块包括多个第一流体联接器，对于所述模块中的每个模块所述燃料电池块包括分别构造成与所述多个第一联接器中的一个第一联接器配合的多个第二流体联接器，并且当所述模块通过所述联接器联接至所述燃料电池块时对应的所述多个第一联接器和所述多个第二联接器联接至彼此。

81.根据权利要求72或73所述的燃料电池动力单元，其中，所述燃料电池块包括处于所述燃料电池堆中的每个燃料电池堆的相反端部处的板并且所述燃料电池堆被压缩在相应的所述板之间。

82.根据权利要求72至81中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述至少一个燃料电池块联接至包含周边系统部件的第二块。

83.根据权利要求82所述的燃料电池动力单元，其中，所述一个或更多个周边系统部件包括从下述各者中选取的一个或更多个部件：氧化剂压缩机、氧化剂加湿器、冷却剂泵、燃料泵、控制器、电力转换器、动力电子设备、阀、致动器和传感器。

84.根据权利要求82至83中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述至少一个燃料电池块包括接纳所述多个燃料电池堆中的每个燃料电池堆的室和覆盖所述室的可移除的盖。

85.根据权利要求72至84中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，在所述多个燃料电池堆中的每个燃料电池堆中，相应的所述燃料入口集箱、所述燃料出口集箱和所述第一氧化剂集箱纵向地延伸穿过所述燃料电池堆的内部。

86.根据权利要求85所述的燃料电池动力单元，包括用于相应的所述燃料电池堆中的每个燃料电池堆的第二氧化剂集箱，所述第二氧化剂集箱位于设置在所述燃料电池堆与所述燃料电池块之间的间隙中。

87.根据权利要求72至86中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述流体歧管堆接口连接成将氧化剂流馈送至所述燃料电池堆中的每个燃料电池堆中的所述第一氧化剂集箱的相反端部。

88.根据权利要求72至87中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述燃料电池堆中的每个燃料电池堆具有筒形构型。

89.根据权利要求88所述的燃料电池动力单元，其中，所述燃料入口集箱和所述燃料出口集箱以及所述第一氧化剂集箱位于所述燃料电池堆的中央筒形导管中。

90.根据权利要求82所述的燃料电池动力单元，包括安装至所述第二块的多个所述燃料电池块。

91.根据权利要求90所述的燃料电池动力单元，其中，所述多个燃料电池块中的每个燃料电池块包含多个所述燃料电池堆。

92.根据权利要求72至89中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述至少一个燃料电池块包括多个燃料电池块。

93.根据权利要求72至92中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述燃料电池堆布置成垂直倾斜构型、垂直构型、V形构型、水平构型、对置构型、旋转构型或径向构型。

94.根据权利要求72至93中的任一项所述的燃料电池动力单元，包括两个至三十个所述燃料电池堆。

95.根据权利要求92所述的燃料电池动力单元，其中，所述多个燃料电池块包括第一燃料电池块和第二燃料电池块并且所述第一燃料电池块和所述第二燃料电池块中的每个燃料电池块支承两个至五个所述燃料电池堆。

96.根据权利要求95所述的燃料电池动力单元，其中，所述第一燃料电池块和所述第二燃料电池块布置成V形构型。

97.根据权利要求72至89中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，在所述一个或更多个燃料电池块中的每个燃料电池块和相应的多个所述燃料电池堆并排地布置成一列。

98.根据权利要求97所述的燃料电池动力单元，其中，第一组所述燃料电池堆定向成它们的轴线平行于第一方向并且第二组所述燃料电池堆定向成它们的轴线平行于与所述第一方向不同的第二方向。

99.根据权利要求72至98中的任一项所述的燃料电池动力单元，包括连接至所述燃料入口通道以供给燃料的燃料源。

100.根据权利要求72至99中的任一项所述的燃料电池动力单元，包括连接至所述第一氧化剂通道以供给压缩空气的压缩空气源。

101.根据权利要求72至100中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述燃料入口通道、所述燃料出口通道以及所述第一氧化剂通道包括模制到所述至少一个燃料电池块中的通道。

102.根据权利要求72至101中的任一项所述的燃料电池动力单元，包括与所述至少一个燃料电池块热接触的电块加热器。

103.根据权利要求72至102中的任一项所述的燃料电池动力单元，包括公共分配系统，所述公共分配系统至少部分地容置在所述至少一个燃料电池块中，所述公共分配系统流体联接至所述燃料入口通道和所述第一氧化剂通道并且联接至所述燃料电池堆以馈送反应剂，所述公共分配系统包括多个可选择性控制的阀，所述可选择性控制的阀能够操作成相对于彼此控制、调节和/或平衡对所述燃料电池堆的反应剂供给。

104.根据权利要求72至103中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述燃料电池堆是根据权利要求1至66中的任一项构造的。

105.一种包括燃料电池块和至少一个燃料电池模块的燃料电池动力单元，所述燃料电池模块包括多个集箱，所述多个集箱包括：

燃料入口集箱，

燃料出口集箱，

氧化剂入口集箱，以及

氧化剂出口集箱，

所述燃料电池块包括多个通道，所述多个通道包括：

燃料入口通道，所述燃料入口通道用于将燃料引导至所述燃料入口集箱，

燃料出口通道，所述燃料出口通道用于从所述燃料出口集箱收集燃料排气流；

氧化剂入口通道，所述氧化剂入口通道用于将氧化剂引导至所述氧化剂入口集箱，

氧化剂出口通道，所述氧化剂出口通道用于从所述氧化剂出口集箱收集氧化剂排气流，

其中：

所述燃料电池模块经由联接装置机械联接至所述燃料电池块，所述联接装置构造成将所述燃料电池模块的所述多个集箱中的每个集箱流体联接至所述燃料电池块的所述多个通道中的对应的一个通道。

106.根据权利要求105所述的燃料电池动力单元，其中，所述联接装置包括快速连接紧固件。

107.根据权利要求106所述的燃料电池动力单元，其中，所述快速连接紧固件包括旋转紧固件。

108.根据权利要求105至107中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述燃料电池模块包括根据权利要求1至66中的任一项所述的燃料电池堆。

109.根据权利要求105至107中的任一项所述的燃料电池动力单元，其中，所述燃料电池模块包括封围在壳体中的燃料电池堆。

110.根据权利要求109所述的燃料电池动力单元，其中，所述壳体具有筒形构型并且所述快速连接紧固件位于所述壳体的一个端部上。

111.一种包括流场的流场板，所述流场包括一个或更多个层，每个层包括相应的多个通道，所述相应的多个通道中的每一对相邻的通道由相应的平台分开，所述一个或更多个层中的第一层具有沿着所述第一层的一个侧部延伸的相邻过渡区域，使得所述第一层的所述通道与所述相邻过渡区域处于流体连通，所述相邻过渡区域的宽度和深度使得所述相邻过渡区域的液压阻力小于所述第一层的液压阻力。

112.根据权利要求111所述的流场板，其中，所述相邻过渡区域的液压阻力比所述第一层的液压阻力低至少10％。

113.根据权利要求111所述的流场板，其中，所述相邻过渡区域的横截面面积比所述第一层的所述通道的横截面面积大至少10％。

114.根据权利要求111至112中的任一项所述的流场板，其中，所述流场为包括所述一个或更多个层的径向流场，所述一个或更多个层是环形的并且径向地间隔，每个层的所述相应的多个通道径向地定向，并且所述相邻过渡区域是围绕所述一个或更多个层的曲率中心周向地延伸的周向过渡区域。

115.根据权利要求111至112中的任一项所述的流场板，其中，所述流场为包括所述一个或更多个层的周向流场，所述一个或更多个层周向地间隔，每个层的所述相应的多个通道周向地定向，并且所述相邻过渡区域径向地延伸。

116.根据权利要求111至115中的任一项所述的流场板，其中，所述相邻过渡区域的深度大于所述第一层的所述多个通道的平均深度。

117.根据权利要求111至116中的任一项所述的流场板，其中，所述流场板是圆形的。

118.根据权利要求111至117中的任一项所述的流场板，其中，所述至少一个层包括第二层。

119.根据权利要求118所述的流场板，其中，所述第二层的所述多个通道是会聚通道或发散通道，所述会聚通道或所述发散通道在所述第二层的第一端部处比所述会聚通道或所述发散通道在所述第二层的第二端部处窄。

120.根据权利要求118或119所述的流场板，其中，所述第二层的平台是会聚平台或发散平台，所述会聚平台或所述发散平台在所述第二层的第一端部处比所述会聚平台或所述发散平台在所述第二层的第二端部处窄。

121.根据权利要求118至120中的任一项所述的流场板，其中，所述第二层是所述一个或更多个层中的最内层。

122.根据权利要求118至120中的任一项所述的流场板，其中，所述第二层是所述一个或更多个层中的最外层。

123.一种燃料电池堆，包括根据权利要求111至122中的任一项所述的多个流场板。

124.一种包括流场的流场板，所述流场包括一个或更多个层，每个层包括相应的多个通道，所述相应的多个通道中的每一对相邻的通道由相应的平台分开，所述一个或更多个层中的第一层具有沿着所述第一层的一个侧部延伸的第一相邻过渡区域和所述第一层的第二侧部上的第二相邻过渡区域，所述第一过渡区域具有第一宽度和第一深度，所述第二过渡区域具有第二宽度和第二深度，其中，所述第一相邻过渡区域和所述第二相邻过渡区域经过所述第一层的所述通道处于流体连通并且所述第一宽度与所述第二宽度不同以及/或者所述第一深度与所述第二深度不同。

125.根据权利要求124所述的流场板，其中，所述第一相邻过渡区域的深度和所述第二相邻过渡区域的深度大于所述第一层中的所述相应的多个通道的平均深度。

126.一种燃料电池堆，包括根据权利要求124至125中的任一项所述的多个流场板。

127.一种设备，所述设备包括本文中所描述的任何新的和创造性的特征、特征的组合或者特征的子组合。

128.一种方法，所述方法包括本文中所描述的任何新的和创造性的步骤、动作、步骤和/或动作的组合、或者步骤和/或动作的子组合。

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