CN114784347B - 一种燃料电池电堆及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种燃料电池电堆及燃料电池。其中燃料电池电堆包括堆芯和假电极。堆芯由双极板和膜电极依次堆叠而成，堆芯一端设置有冷却液进口，另一端设置有冷却液出口，冷却液进口和冷却液出口位于堆芯的同一侧面；假电极安装于堆芯的另一侧面，假电极的内部设置有第一流道，第一流道连通于冷却液出口。工作时，冷却液对堆芯内的电池进行冷却后，分为两路，部分冷却液通过冷却液出口直接流出堆芯，部分冷却液通过冷却液出口的流道流入第一流道内，流入第一流道时，加热后的冷却液能够对假电极进行加热，进而提高了靠近第一端板一侧的单电池的温度，解决了端板效应的问题，提高堆芯内电压的均匀性。

Description

一种燃料电池电堆及燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆及燃料电池。

背景技术

目前，燃料电池主流堆叠方案为长方体叠片式，这种方式能够极大的缩小布置空间，保证每片电池供气和冷却的均匀性，同时具有较好的工艺性。当前量产的车用燃料电池全部采用叠片式安装。

但是叠片式结构两端采用端板作为压力的施力结构，端板与空气直接接触，散热效率较高，因此燃料电池电堆两侧靠近端板的单电池，受端板的影响散热较快，造成靠近端板的单电池整体温度偏低，产生端板效应，造成电池性能下降，从而影响电池叠堆电压的均匀性。

在专利CN202513237U中，公开了一种冷却系统及燃料电池堆，为了解决电池堆的端板单节电池和中心位置单节电池存在较大的温度差异，将进液口设置在进液主管的两端，并且将出液口设置在出液主管的中部，进而有效地解决了现有技术中电池堆端板单节电池与中间位置单节电池之间温度分布不均匀的问题，通过降低端板部位的冷却效率，改善温度均一性问题，但是降低了燃料电池堆的工作效率，且结构复杂。

基于此，亟需一种燃料电池电堆及燃料电池，以解决上述存在的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆，能够对假电极和阻流板进行加热，进而提高了靠近阻流板一侧的单电池的温度，解决了端板效应的问题，提高堆芯内电压的均匀性。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池电堆，包括堆芯，所述堆芯一端设置有冷却液进口，另一端设置有冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口位于所述堆芯的同一侧面，所述燃料电池电堆还包括：

假电极，安装于所述堆芯的另一侧面，所述假电极的内部设置有第一流道，所述第一流道连通于所述冷却液出口。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，还包括阻流板，安装于所述堆芯和所述假电极之间，所述堆芯设置有冷却液进口流道，所述冷却液进口流道一端为所述冷却液进口，另一端被所述阻流板封堵。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，所述堆芯设置有冷却液出口流道，所述冷却液出口流道一端为所述冷却液出口，另一端连通所述第一流道。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，还包括第一端板，所述第一端板设置于所述假电极背离所述阻流板一侧，所述第一端板设置有第二流道，所述第二流道一端连通所述第一流道，另一端连通于外界。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，所述第二流道远离所述第一流道一端设置于所述第一端板的顶部。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，所述第一流道的内壁和所述第二流道的内壁均涂覆有绝缘介质。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，还包括第一集流板，所述阻流板靠近所述堆芯一侧设置有安装槽，所述第一集流板嵌设于所述安装槽内。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，还包括第二端板和第二集流板，所述第二端板设置于所述堆芯背离所述阻流板一侧，所述第二集流板设置于所述第二端板和所述堆芯之间。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，所述第一端板和所述第二端板的材质均为铝合金。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，所述第二端板靠近所述第二集流板一侧设置有绝缘材料。

作为一种燃料电池电堆的优选技术方案，所述阻流板的材质为绝缘材料。

根据本发明的另一个方面，本发明的目的在于提供一种燃料电池，提高了电池性能，保证燃料电池内电压的均匀性，防止空气路积水阻塞的问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池，包括以上任一方案所述的燃料电池电堆。

本发明的有益效果为：

根据本发明的燃料电池电堆和燃料电池，工作时，冷却液由水泵泵入堆芯的冷却液进口内，经冷却液进口进入堆芯，然后冷却液对堆芯内的电池进行冷却后流入冷却液出口一端，此时，冷却液分为两路，部分冷却液通过冷却液出口直接流出堆芯，部分冷却液通过冷却液出口的流道流入第一流道内，由于该冷却液出口的流道内的冷却液被堆芯加热，冷却液温度较高，因此，流入第一流道时，能够对假电极进行加热，进而提高了靠近第一端板一侧的单电池的温度，解决了端板效应的问题，提高堆芯内电压的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的燃料电池电堆的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的燃料电池电堆的结构爆炸图；

图3是本发明具体实施方式提供的阻流板的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的假电极的剖视图；

图5是本发明具体实施方式提供的第一端板的剖视图。

图中标记如下：

1、堆芯；11、冷却液进口流道；12、空气进口流道；13、氢气进口流道；14、冷却液出口流道；15、空气出口流道；16、氢气出口流道；2、阻流板；21、通孔；3、假电极；31、第一流道；4、第一端板；41、第二流道；5、第一集流板；6、第二端板；7、第二集流板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

现有技术中，端板与空气直接接触，散热效率较高，因此燃料电池电堆两侧靠近端板的单电池，受端板的影响散热较快，造成靠近端板的单电池整体温度偏低，产生端板效应，造成电池性能下降，从而影响电池叠堆电压的均匀性。

为解决上述问题，如图1-图4所示，本实施例提供一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括堆芯1和假电极3。具体地，堆芯1由双极板和膜电极依次堆叠而成，堆芯1一端设置有冷却液进口，另一端设置有冷却液出口，冷却液进口和冷却液出口位于堆芯1的同一侧面；假电极3安装于堆芯1的另一侧面，假电极3的内部设置有第一流道31，第一流道31连通于冷却液出口。

工作时，冷却液由水泵泵入堆芯1的冷却液进口内，经冷却液进口进入堆芯1，然后冷却液对堆芯1内的电池进行冷却后流入冷却液出口一端，此时，冷却液分为两路，部分冷却液通过冷却液出口直接流出堆芯1，部分冷却液通过冷却液出口的流道流入第一流道31内，由于该冷却液出口的流道内冷却液被堆芯1加热，冷却液温度较高，因此，流入第一流道31时，能够对假电极3进行加热，进而提高了靠近第一端板4一侧的单电池的温度，解决了端板效应的问题，提高堆芯1内电压的均匀性。

需要说明的是，本实施例中假电池3的第一流道31加工时仿照堆芯1内双极板中的冷却液流通的流道，冷却液沿第一流道31流动方向的流阻大于沿冷却液出口流出堆芯1方向的流阻，因此，冷却液对堆芯1内的电池进行冷却后，分为两路，大部分冷却液通过冷却液出口直接流出堆芯1，少部分冷却液通过冷却液出口的流道流入第一流道31内。

本实施例中，双极板之间设置有用于流通冷却液的电池间隙，假电池的第一流道31仿照双极板的电池间隙，仅流通冷却液，堆芯1的一端设置有冷却液进口流道11、空气进口流道12和氢气进口流道13，另一端设置有冷却液出口流道14、空气出口流道15和氢气出口流道16，空气和氢气在双极板之间流动并参与电化学反应产生电能。

该燃料电池电堆还包括阻流板2，安装于堆芯1和假电极3之间，堆芯1设置有冷却液进口流道11，冷却液进口流道11一端为冷却液进口，另一端被阻流板2封堵，封堵后，在水压的作用下，冷却液进口流道11内的冷却液经电池间隙流入冷却液出口流道14。

进一步地，冷却液出口流道14一端为冷却液出口，另一端连通第一流道31，实现了冷却液出口与第一流道31连通，结构简单，加工方便。

本实施例中，进入冷却液出口流道14的冷却液经堆芯1加热后，温度高于冷却液进口流道11约10℃，冷却液出口流道14为高温侧，冷却液进口流道11为低温侧。第一流道31内的冷却液采用逆流设计，从高温侧流向低温侧，整个假电极3温度与堆芯1内部接近，部分位置略高于堆芯1，但不会高于许可温度。

进一步地，如图2和图5所示，还包括第一端板4，第一端板4设置于假电极3背离阻流板2一侧，第一端板4设置有第二流道41，第二流道41一端连通第一流道31，另一端连通于外界，少量的冷却液依次经阻流板2的通孔21、第一流道31和第二流道41流出外界。本实施例中，第一流道31的内壁和第二流道41的内壁均涂覆有绝缘介质，防止第一端板4带电。绝缘介质的材料可以为尼龙材料。当然，假电极3的材质也可为绝缘材料。

现有技术中，燃料电池内冷却水路具有排气困难的问题，一旦排气情况不佳，会在电堆内部造成局部热点，对电堆的一致性、寿命和安全性造成影响。

为解决上述问题，第二流道41远离第一流道31一端设置于第一端板4的顶部。冷却液在流动过程中，冷却液的气泡不会在冷却液出口流道14内聚集，一方面，气泡可随冷却液经两条支路排出，增加了气泡的排气点，提高气泡排出效率；另一方面，由于第二流道41的出口为燃料电池电堆的最高点，气泡更容易排出。

本实施例通过设置阻流板2、假电极3以及在第一端板4上开通一段小的第二流道41，借用假电极3形成逆流回路，无需额外加工水道，更无需重新开模制作特殊极板，改动较小，工艺简单，加工便捷。

进一步地，该燃料电池电堆还包括第一集流板5，阻流板2靠近堆芯1一侧设置有安装槽，第一集流板5嵌设于安装槽内，避免了增加阻流板2带来的额外体积和成本。阻流板2的材质为绝缘材料，使阻流板2兼顾阻流和绝缘的作用。

该燃料电池电堆还包括第二端板6和第二集流板7，第二端板6设置于堆芯1背离阻流板2一侧，第二集流板7设置于第二端板6和堆芯1之间。第二端板6、第二集流板7、堆芯1和第一集流板5均设置有相对应的孔位，组装后一端形成冷却液进口流道11、空气进口流道12和氢气进口流道13，另一端形成冷却液出口流道14、空气出口流道15和氢气出口流道16。第一端板4和第二端板6主要作用是作为压力的施加结构将堆芯1内的极板和膜电极的紧紧压在一起，同时第二端板6作为对外的接口，为电堆提供反应物和冷却液。本实施例中，第一端板4为阴极端板，第二端板6为阳极端板。

进一步地，第一端板4和第二端板6的材质均为铝合金。6系铝合金材料结构强度大，质量轻，价格便宜。第二端板6靠近第二集流板7一侧设置有绝缘材料，避免第二端板6带电。

第一集流板5和第二集流板7的材质为铜，表面镀金以提高导电性，减少接触电阻。

本实施还提供一种燃料电池，采用上述的燃料电池电堆，提高了电池性能，保证燃料电池内电压的均匀性，防止空气路积水阻塞的问题。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种燃料电池电堆，包括堆芯（1），所述堆芯（1）一端设置有冷却液进口，另一端设置有冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口位于所述堆芯（1）的同一侧面，其特征在于，所述燃料电池电堆还包括：

假电极（3），安装于所述堆芯（1）的另一侧面，所述假电极（3）的内部设置有第一流道（31），所述第一流道（31）连通于所述冷却液出口；

阻流板（2），安装于所述堆芯（1）和所述假电极（3）之间，所述堆芯（1）设置有冷却液进口流道（11），所述冷却液进口流道（11）一端为所述冷却液进口，另一端被所述阻流板（2）封堵；

所述堆芯（1）设置有冷却液出口流道（14），所述冷却液出口流道（14）一端为所述冷却液出口，另一端连通所述第一流道（31）。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，还包括第一端板（4），所述第一端板（4）设置于所述假电极（3）背离所述阻流板（2）一侧，所述第一端板（4）设置有第二流道（41），所述第二流道（41）一端连通所述第一流道（31），另一端连通于外界。

3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述第二流道（41）远离所述第一流道（31）一端设置于所述第一端板（4）的顶部。

4.根据权利要求2所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述第一流道（31）的内壁和所述第二流道（41）的内壁均涂覆有绝缘介质。

5.根据权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，还包括第一集流板（5），所述阻流板（2）靠近所述堆芯（1）一侧设置有安装槽，所述第一集流板（5）嵌设于所述安装槽内。

6.根据权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，还包括第二端板（6）和第二集流板（7），所述第二端板（6）设置于所述堆芯（1）背离所述假电极（3）一侧，所述第二集流板（7）设置于所述第二端板（6）和所述堆芯（1）之间。

7.根据权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述阻流板（2）的材质为绝缘材料。

8.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的燃料电池电堆。