CN115360376B - 一种双极板、燃料电池电堆以及车辆 - Google Patents

一种双极板、燃料电池电堆以及车辆 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种双极板、燃料电池电堆以及车辆，用于解决现有技术的双极板存在难以兼顾流体分配均匀性以及压损小的技术问题。本申请提供的双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板上均设置有流道，所述流道包括沿所述流道的延伸方向交替分布的至少两种形状和/或特征参数不同的流道段，且至少一种所述流道段为直线流道，直流道段有利于减小流体介质的流动阻力，在不同流道段的连接处会导致局部压降增加，增加对流体介质的扰动，进而促使反应介质在膜电极的表面均匀分布，以及反应生成的液态水排出流道，提高燃料电池的性能，确保燃料电池堆性能可靠。

Description

一种双极板、燃料电池电堆以及车辆
技术领域
本申请属于燃料电池技术领域，具体涉及一种双极板，以及配置有该双极板的燃料电池电堆和车辆。
背景技术
燃料电池电动汽车由于续驶里程长、燃料加注方便、性能与传统汽车相近等诸多优点，被认为是新能源汽车最重要的发展技术路线之一。
电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用紧固组件紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。双极板是质子交换膜燃料电池的重要部件，起到气体分配、水热管理、收集电流、支撑电堆的作用。目前双极板的常用材料为316L不锈钢，厚度0.07～0.1mm，通常先将原材料冲压为具有精微流道的阴极板和阳极板，然后再将两块单极板连接在一起，形成“两板三场”的结构。以氢燃料电池为例，电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
因此，双极板的流场设计关系到单电池的性能输出。现有技术中的双极板通常采用直线流道，例如实用新型专利CN201820979877.3-质子交换膜燃料电池双极板及质子交换膜燃料电池，直线流道保证流体介质在流道中流通时压力损失尽可能小，但是流体介质容易从中间流道流动，导致极板两侧边缘活性差。
综上，现有技术的双极板存在难以兼顾流体分配均匀性以及压损小的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供一种双极板，以及配置有该双极板的燃料电池电堆、燃料电池模块、燃料电池系统、燃料电池动力系统和车辆，通过改进阳极板和阴极板的流道结构，使得反应介质和冷却剂均能够均匀分配，且压损小。
实现本申请目的所采用的技术方案为，一种双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板上均设置有流道，所述流道包括沿所述流道的延伸方向交替分布的至少两种形状和/或特征参数不同的流道段，且至少一种所述流道段为直线流道。
在某些实施例中，所述流道包括形状不同的第一流道段和第二流道段。
在某些实施例中，所述第一流道段为所述直线流道；所述第二流道段为波浪线流道或折线流道。
在某些实施例中，各所述流道段的数量均为两段以上。
在某些实施例中，所述流道段的周期长度为20~60mm。
在某些实施例中，所述流道的数量为60~150；所述流道的长度为200~250mm；所述60~150根流道的总宽度为120~150mm。
在某些实施例中，所述流道设置为：流道周期为0.8~1.2mm；深度为0.25~0.55mm；流道倾角为10°~20°；脊槽比为0.8~1.2；流道圆角不大于0.2mm。
在某些实施例中，所述阳极板和所述阴极板上均设置有至少两个流体通口，所述至少两个流体通口对称分布于所述双极板的长边方向的两端；所述阳极板和所述阴极板的流体场均包括沿所述长边方向依次分布的分配区、活性区和汇流区。
在某些实施例中，所述流体通口所在区域的所述双极板的宽度尺寸h1大于所述活性区所在区域的所述双极板的宽度尺寸h2。
在某些实施例中，所述宽度尺寸h2为0.9h1≤h2＜h1。
在某些实施例中，所述阳极板和所述阴极板上均设置六个所述流体通口，六个所述流体通口呈中心对称，六个所述流体通口分别为氧化剂进口、还原剂进口、冷却剂进口、氧化剂出口、还原剂出口和冷却剂出口；所述氧化剂进口和还原剂进口的靠近于所述分配区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置；所述氧化剂出口和还原剂出口的靠近于所述汇流区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种燃料电池电堆，包括至少一个上述的双极板。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种车辆，包括至少一个上述的燃料电池电堆。
由上述技术方案可知，本申请提供的双极板，将阳极板和阴极板上的流道设计为混合流道，流道包括交替分布的至少两种不同的流道段，可将不同的流道段的形状和/或特征参数设为不同。其中，至少一种流道段为直线流道，直流道段有利于减小流体介质的流动阻力，在不同流道段的连接处会导致局部压降增加，增加对流体介质的扰动，进而促使反应介质在膜电极的表面均匀分布，以及反应生成的液态水排出流道，提高燃料电池的性能。
由此，本申请提供的双极板，通过设置不同的流道段，既减小流体介质的流动阻力，又能够形成局部压降增加，促使流体介质分配均匀，确保燃料电池堆性能可靠。
附图说明
图1为本申请实施例1的双极板的结构示意图。
图2为图1的双极板中活性区的结构示意图。
图3为本申请实施例2的双极板的结构示意图。
图4为本申请实施例3的双极板的结构示意图。
图5为图4的A-A剖面图。
图6为本申请实施例4的燃料电池电堆的结构示意图。
图7为本申请实施例5的车辆的结构框图。
附图标记说明：
100-双极板；101-氧化剂进口，102-还原剂进口，103-冷却剂进口，104-氧化剂出口，105-还原剂出口，106-冷却剂出口，107-分配区，108-活性区，109-汇流区；110-流道，110a-流道段，111-第一流道段，112-第二流道段；113-导流结构；114-进气边；115-出气边；116-凹陷区；117-凹部；118-凸部。
1000-燃料电池电堆；1100-进气端板；1200-进气端绝缘板；1300-进气端集流板；1400-堆芯；1500-盲端集流板；1600-盲端绝缘板；1700-盲端端板；1800-紧固组件；1900-碟簧支撑板。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
双极板设计的关键在于如何优化流场设计，使得反应气体和冷却剂分布均匀，同时尽可能地降低流阻和压损。双极板的分布均匀化和流阻最小化是保障电堆与系统附件适配性和可靠性的重要设计指南。如何通过双极板流场设计，保证反应气体分布均匀，气体压力损失尽可能小，流道易于排水、膜电极散热和受力均匀以及电堆堆叠防错，是双极板流场设计开发面临的重要课题。而目前的双极板通常采用单一流道，对流道的设计侧重于流道形状、横截面形状、特征参数（例如流道周期、脊槽比、流道深度等）等。采用单一流道结构，流体介质的流通情况各处基本一致，并且集中在沟槽内流通，从活性区整体上看，流体介质存在分布不均的情况，并且双极板脊背与膜电极之间的传质阻力较大。
为此，本申请实施例提供一种双极板、燃料电池电堆以及车辆，能够解决现有技术的双极板存在难以兼顾流体分配均匀性以及压损小的技术问题，增加反应的均匀性，提高燃料电池电池性能。
下面通过具体实施方式对本申请的内容进行详细介绍：
实施例1：
参见图1和图2，本申请实施例提供一种双极板100，包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板贴合并密封，形成“两板三场”的结构：以水为冷却剂、空气为氧化剂、氢气为还原剂为例，阳极板与阴极板之间为冷却剂流动场（以下简称水场）；阳极板的另一侧为气场，供还原剂流通（以下简称氢气场）；阴极板的另一侧为气场，供氧化剂流通（以下简称空气场）。阳极板和阴极板由于要输出电压/电流，因此其基材均为导体，本实施例中阳极板和阴极板的基材可采用不锈钢或者钛板，基材厚度为0.07~0.1mm。
阳极板和阴极板上均设置有若干流道110，流道110的两端通过导流结构与流体通口连通，形成供流体介质流通的通道，流道110可以设置于双极板100的反应区域（活性区108），也可以同时设置在反应区域和流体过渡区域（分配区107和汇流区109）。若干流道110可以沿双极板100的短边方向排布，即流道110垂直于双极板100的短边；在某些实施例中，不同流道110也可以沿某些特定倾斜方向分布。
不同于现有技术的单一流道110，本实施例的双极板100采用混合流道110，流道110包括交替分布的至少两种不同的流道段110a，不同的流道段110a可以是形状和/或特征参数不同，例如根据形状划分不同的流道段110a，根据流道110的特征参数划分不同的流道段110a。在至少两种不同的流道段110a中，至少一种流道段110a为直线流道110，直流道段110a有利于减小流体介质的流动阻力。在不同流道段110a的连接处会导致局部压降增加，即产生一定的流动阻力，可以对流体介质产生一定扰动，在某些实施例中，部分流道110自身即可起到扰动流体介质的作用，例如折线形流道110。扰动能够促使反应介质在膜电极的表面均匀分布，以及反应生成的液态水排出流道110，提高燃料电池的性能。由此，本申请实施例提供的双极板100，通过设置不同的流道段110a，既减小流体介质的流动阻力，又能够形成局部压降增加，促使流体介质分配均匀，确保燃料电池堆性能可靠。
考虑到流道110压损不宜过大，在某些实施例中，流道110包括两种流道段110a，具体为形状不同的第一流道段111和第二流道段112，第一流道段111和第二流道段112中的其中一个为平行于双极板100长边方向的直线流道110，另一个为波浪线流道110、折线流道110、齿形流道110或其他现有技术公开的流道110形状，具体选型本申请不做限制。
请参阅图2，在某些实施例中，第一流道段111为平行于双极板100长边方向的直线流道110，第二流道段112为波浪线流道110，直线流道110可以减小燃料（还原剂）和氧化剂在流道110中的流动阻力，波浪线流道110能够改变流体介质的流动方向，使得流体介质具有平行于双极板100长边方向的分速度和平行于双极板100短边方向的分速度，使得反应介质（氧化剂与还原剂）能够流动至脊背与膜电极之间，降低脊背下的传质阻力。
为了进一步提高流体均匀性，在某些实施例中，各流道段110a的数量均为两段以上，例如流道110包含三种流道段110a，每种流道段110a的数量均在两段以上。在某些实施例中，流道110包括形状不同的第一流道段111和第二流道段112，则第一流道段111和第二流道段112的数量均为两段以上，各段第一流道段111和各段第二流道段112沿轴向交替分布。流道段110a的流道段110a的周期长度L（单段流道段110a在双极板100长边方向上的尺寸）为20~60mm，例如25mm、30mm、35mm、40mm、48mm、53mm等。不同种类流道段110a的周期长度可设置为不同，例如流道110包括形状不同的第一流道段111和第二流道段112，则第一流道段111的周期长度可以是50mm，第二流道段112的周期长度可以是45mm。总的来说，直线流道110的周期长度和/或总长度应当大于其他流道110结构，以尽量降低压损。
本实施例中，流道110的数量为60~150根，例如70根、80根、93根、106根、120根、135根等，60~150根流道110沿双极板100的短边方向依次排布，其总宽度为120~150mm，例如120mm、126mm、135mm、141mm、145mm等；沿双极板100的长边方向，流道110的长度为200~250mm，例如210mm、220mm、230mm、235mm、241mm、245mm等。
对于金属双极板100，沟槽和凸脊通常通过模压成型工艺加工得到，为降低冲压产生的内应力，沟槽和凸脊通常采用斜边连接并圆弧过渡，并且斜边连接并圆弧过渡的结构也能够降低流体在流道110中流动时的流阻。本实施例中，流道110的相关特征参数如下：流道110周期为0.8~1.2mm，例如0.82mm、0.85mm、0.9mm、1.03mm、1.05mm、1.15mm等；深度为0.25~0.55mm，例如0.3mm、0.35mm、0.38mm、0.45mm、0.5mm等；流道110倾角为10°~20°，例如10°、12°、15°、17°、19°、20°等；脊槽比（流道110的脊背宽度与沟槽宽度的比值）为0.8~1.2；流道110圆角不大于0.2mm。
请参阅图1，本实施例中，阳极板和阴极板上均设置有至少两个流体通口，至少两个流体通口对称分布于双极板100的长边方向的两端。阳极板和阴极板的流体场均包括分配区107、活性区108和汇流区109，分配区107、活性区108和汇流区109沿双极板100的长边方向依次分布，也即流体（反应气体和冷却剂）从双极板100其中一端的流体通口流入双极板100，经过分配区107进行扩流分配，均匀分配至活性区108，活性区108的分布面积较大，氢和氧的电化学反应主要发生在活性区108，流体经过汇流区109汇聚，并通过双极板100另一端的流体通口流出双极板100。
参见图1，阳极板和阴极板的流体场均包括分配区107、活性区108和汇流区109，分配区107、活性区108和汇流区109沿双极板100的长边方向依次分布。具体的：分配区107用于将进口的流体介质均匀分配至活性区108；活性区108的分布面积最大，一般超过双极板100单侧面积的一半，氢和氧的电化学反应主要发生在活性区108；汇流区109用于将未反应的氢气以及反应后的空气（含反应产生的水蒸气）、用于冷却的冷却水汇聚输出至对应出口。
典型的双极板100上设置有六个流体通口，分别为：氧化剂进口101，还原剂进口102，冷却剂进口103，氧化剂出口104，还原剂出口105，以及冷却剂出口106。具体的，氧化剂进口101，还原剂进口102，冷却剂进口103，氧化剂出口104，还原剂出口105，以及冷却剂出口106分别分布于双极板100的两短边侧，且呈中心对称分布，极板面积利用率高。
在某些实施例中，还原剂进口的面积与还原剂出口的面积相同，且均为a，0.005S≤a≤0.01S；氧化剂进口的面积与氧化剂出口的面积相同，且均为b，0.02S≤b≤0.04S；冷却剂进口的面积与冷却剂出口的面积相同，且均为c，0.02S≤b≤0.045S；其中，S为双极板100的面积。由于冷却剂的流量较大，通常将冷却剂进口/冷却剂出口的面积设置为最大，或者与氧化剂进口/氧化剂出口的面积基本一致，而还原剂通常为高纯度介质，因此所需流量相对较小，因此还原剂进口/还原剂出口的面积最小。通过将各流体通口的面积设置为上述面积值，一方面保证介质供应充分，另一方面保证活性区108具有足够大的面积，活性区108的面积不小于0.5S。
在某些实施例中，面积a、面积b与面积c设置为a：b：c=1：3：3~1：5：5，例如a：b：c=1：4：4，假设氢气口的面积为500mm2，则空气口的面积可以是1500mm2、1600mm2、1750mm2、1850mm2、1950mm2等，水口的面积可以是1600mm2、1750mm2、1850mm2、1950mm2、2000mm2等。
双极板100的各流体通口通常呈矩形或圆角矩形，氢气口/空气口靠近于分配区107的侧边为进气边114，氢气口/空气口靠近于汇流区109的侧边为出气边115。在某些实施例中，氧化剂进口和还原剂进口的进气边114与双极板100的各侧边均呈角度设置；氧化剂出口和还原剂出口的靠近于汇流区109的侧边与双极板100的各侧边均呈角度设置。也即，相比于双极板100的长边和短边，氢气口的进气边114和/或出气边115为斜边，空气口的进气边114和/或出气边115为斜边，由于氢气口和空气口均位于双极板100的边角处，因此将进气边114和/或出气边115设置为斜边，可以实现斜边进气/出气，进而在进气时使得气流具有平行于长边和短边的分速度，使得反应气体更快速的均布反应区；在出气时使得汇流区109各处的气流均能以较短的流通路径流入对应的流体通口。
为了进一步降低入口压损，请参阅图1，本实施例中，沿双极板100的短边方向，流体通口所在区域的双极板100的宽度尺寸h1大于活性区108所在区域的双极板100的宽度尺寸h2。也就是说，沿双极板100的长边方向，双极板100的宽度先减小后增加，使得该双极板100整体呈“工”字型或者哑铃型。由于流体通口所在区域的双极板100的宽度尺寸较大，能有效增大流体通口的尺寸，减小流体通口入口处的压损，增大流量，提高燃料电池的发电效率。为了保证活性区108的面积占比，宽度尺寸h2为0.9h1≤h2＜h1，也就是说宽度尺寸h2可以为0.91h1、0.92h1、0.93h1、0.94h1、0.95h1、0.96h1、0.97h1等，例如宽度尺寸h2为140mm，则宽度尺寸h1可以是145mm、147mm、150mm、152mm、155mm等。
请参阅图1，流体介质由上述流体通口经导流结构113导流后进入分配区107，汇流区109的流体介质经导流结构113导流后由进入对应的流体通口，导流结构113的作用是将流体介质引导至对应的区域，对于氢燃料电池，常见的导流结构是“层越式”结构，气体流入流体通口后在通道内流通，之后翻越至分配区107。这种“层越式”结构由于气体需要翻越，因此气体在流体通口至分配区107之间的区域中的流通路径较长，并且气体在“翻越”时存在一定压损。在其他实施例中，导流结构113也可采用“直通式”结构，气体不需要“翻越”直接进入对应的流场，具体是导流结构113包括两个以上间隔分布的导流凸台41，导流凸台41分为两排，两排凸台组沿介质流通方向间隔设置，以在两排凸台组之间提供双极板100焊接区域。“层越式”结构和“直通式”结构的具体内容请参阅现有技术的相关公开，此处不再赘述。
本申请实施例提供的双极板100，通过设置不同的流道段110a，既减小流体介质的流动阻力，又能够形成局部压降增加，促使流体介质分配均匀，确保燃料电池堆性能可靠。采用上述结构的双极板100的输出电压为0.6~0.65V，输出功率可达400W。
实施例2：
参见图3，基于同样的发明构思，本申请实施例提供另一种双极板100，包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板上均设置有若干流道110，流道110的两端通过导流结构与流体通口连通，形成供流体介质流通的通道，流道110可以设置于双极板100的反应区域（活性区108），也可以同时设置在反应区域和流体过渡区域（分配区107和汇流区109）。若干流道110可以沿双极板100的短边方向排布，即流道110垂直于双极板100的短边；在某些实施例中，不同流道110也可以沿某些特定倾斜方向分布。
不同于现有技术的单一流道110，本实施例的双极板100采用混合流道110，流道110包括交替分布的至少两种不同的流道段110a，不同的流道段110a可以是形状和/或特征参数不同，例如根据形状划分不同的流道段110a，根据流道110的特征参数划分不同的流道段110a。在至少两种不同的流道段110a中，至少一种流道段110a为直线流道110，直流道段110a有利于减小流体介质的流动阻力。在不同流道段110a的连接处会导致局部压降增加，即产生一定的流动阻力，可以对流体介质产生一定扰动，在某些实施例中，部分流道110自身即可起到扰动流体介质的作用，例如折线形流道110。扰动能够促使反应介质在膜电极的表面均匀分布，以及反应生成的液态水排出流道110，提高燃料电池的性能。由此，本申请实施例提供的双极板100，通过设置不同的流道段110a，既减小流体介质的流动阻力，又能够形成局部压降增加，促使流体介质分配均匀，确保燃料电池堆性能可靠。
不同于上述实施例1的是，本实施例中，双极板100整体呈矩形。即流体通口所在区域的双极板100的宽度尺寸与活性区108所在区域的双极板100的宽度尺寸相同，该结构下活性区108中的流道110的根数相比于“哑铃型”双极板100能够得以提高，例如实施例1中“哑铃型”双极板100的流道110根数为120根，则本实施例中双极板100活性区108中流道110根数可以是135根。
本实施例的双极板100的其他未详述结构均与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例3：
参见图4，基于同样的发明构思，本申请实施例提供又一种双极板100，包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板上均设置有若干流道110，流道110的两端通过导流结构与流体通口连通，形成供流体介质流通的通道，流道110可以设置于双极板100的反应区域（活性区108），也可以同时设置在反应区域和流体过渡区域（分配区107和汇流区109）。若干流道110可以沿双极板100的短边方向排布，即流道110垂直于双极板100的短边；在某些实施例中，不同流道110也可以沿某些特定倾斜方向分布。
不同于现有技术的单一流道110，本实施例的双极板100采用混合流道110，流道110包括交替分布的至少两种不同的流道段110a，不同的流道段110a可以是形状和/或特征参数不同，例如根据形状划分不同的流道段110a，根据流道110的特征参数划分不同的流道段110a。在至少两种不同的流道段110a中，至少一种流道段110a为直线流道110，直流道段110a有利于减小流体介质的流动阻力。在不同流道段110a的连接处会导致局部压降增加，即产生一定的流动阻力，可以对流体介质产生一定扰动，在某些实施例中，部分流道110自身即可起到扰动流体介质的作用，例如折线形流道110。扰动能够促使反应介质在膜电极的表面均匀分布，以及反应生成的液态水排出流道110，提高燃料电池的性能。由此，本申请实施例提供的双极板100，通过设置不同的流道段110a，既减小流体介质的流动阻力，又能够形成局部压降增加，促使流体介质分配均匀，确保燃料电池堆性能可靠。
在流体介质的流通过程中，压力损失主要发生在分配区107和汇流区109，这是由于流体通口通常仅位于阳极板/阴极板的局部，但是活性区108要求尽可能多地覆盖阳极板/阴极板的中间区域，由此导致流体必然存在由“点”到“面”的扩散状态以及由“面”到“点”的汇聚状态，也正因如此，流体在流经分配区107和汇流区109时，会存在压损。由于汇流区109属于出口侧，因此分配区107的压损对于燃料电池的性能影响更大。相关技术中分配区107靠近流体通口一侧由于面积小，因此流道110密度大，导致流道110周期小，压损大。燃料电池工作时，氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生热量，需要的冷却剂将热量及时带走，保证燃料电池正常工作，因此冷却剂的流量比较大，而该流阻的存在会对冷却剂产生不利影响，导致冷却效果降低，单电池内部温度较高，影响燃料电池的工作性能。
不同于上述实施例1的是，本实施例中，为了降低分配区107/汇流区109的流阻（压损），双极板100的分配区107和/或汇流区109中不设流道110，分配区107和/或汇流区109为向双极板100的内部凹陷的凹陷区116。具体参见图4，可选择将分配区107设置为向双极板100的内部凹陷的凹陷区116，汇流区109由于对流体流道110影响较小，可以仍采用相关技术中流道110的结构；在某些实施例中，也可将分配区107和汇流区109均设置为凹陷区116；在另一些实施例中，也可仅将汇流区109设置为凹陷区116。具体设置方式本申请不做限制。凹陷区116的凹陷深度小于活性区108中流道110的深度，当阳极板与阴极板贴合后，阳极板和阴极板上位置相对的凹陷区116之间形成空腔，从而在分配区107、活性区108和汇流区109中均形成“两板三场”的结构：阳极板和阴极板之间为冷却剂通道a，供冷却剂“水”流通；阳极板外侧为还原剂通道c，供还原剂“氢气”流通；阴极板外侧为氧化剂通道b，供氧化剂“空气”流通。由于凹陷区116取消的传统双极板100的分配流道110，因此流体介质在该凹陷区116中流通时压损小。
请参阅图5，凹陷区116中设有向双极板100的内部凹陷的凹部117和向双极板100的外部凸起的凸部118，凸部118和凹部117的数量均为两个以上；凸部118和凹部117在凹陷区116中呈阵列分布，位于阳极板上的凹部117与位于阴极板上的凹部117位置相对、且相互抵接，起到支撑凹陷区116的作用，避免阳极板和阴极板上位置相对的凹陷区116向内塌陷，并且该凹部117在冷却剂流动场中形成“凸台”，使冷却剂均匀流入活性区108。凹陷区116的凸部118向双极板100的外部凸起，凸起用于对反应介质均匀分配，使反应介质均匀流入活性区108。该凸部118的凸起高度h3与凹陷区116的凹陷深度h1相同，使得分配区107/汇流区109气场侧外表面较为平整；在另一些实施例中，该凸部118的上表面与活性区108的上表面齐平，由此使得凸部118的上表面与活性区108流道110的凸脊共同支撑膜电极。
本实施例的双极板100的其他未详述结构均与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例4：
基于同样的发明构思，本申请还提供一种燃料电池电堆1000，包括至少一个上述实施例1、上述实施例2或上述实施例3的双极板。在燃料电池中，将靠近反应介质输入端定义为进气端，将远离反应介质输入端定义为盲端，相应的将位于进气端的端板定义为进气端板，将位于盲端的端板定义为盲端端板。
参见图6，燃料电池电堆1000中，进气端板1100、进气端绝缘板1200、进气端集流板1300、堆芯1400、盲端集流板1500、盲端绝缘板1600、盲端端板1700依次堆叠，然后通过紧固组件1800提供紧固力。在某些实施例中，盲端还设有碟簧（图中未示出）和碟簧支撑板1900。在另一些实施例中，也可将进气端板与进气端绝缘板集成为一体，和/或，将盲端绝缘板与盲端端板集成为一体。具体的，堆芯包含若干重复单元（也称单电池），重复单元包括双极板和膜电极，在若干重复单元中，至少一个双极板采用上述实施例1、上述实施例2或上述实施例3的双极板，双极板的具体结构此处不再赘述。在某些实施例中，堆芯中重复单元的数量为300~460个，整堆输出功率120~150KW。
由于设置有上述实施例的双极板，使得该燃料电池具有介质压损小、分配均匀的优点，确保燃料电池堆可靠、适配性强。该电堆的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，此处不展开说明。
实施例7：
基于同样的发明构思，本实施例提供一种车辆，如图6所示，该车辆包括至少一个上述实施例4的燃料电池电堆。具体的，该车辆包括一燃料电池动力系统，该燃料电池动力系统包括燃料电池系统、DC/DC变换器、驱动电机及其电机控制器以及车载储能装置，该燃料电池系统包括燃料电池模块以及燃料电池辅助系统，燃料电池系统在外接燃料供应源的条件下可以正常工作。该燃料电池模块包括至少一个上述实施例4的燃料电池电堆，也就是说，该燃料电池模块可以为单堆方案，也可以为多堆集成方案。
在一些实施方式中，为了封装燃料电池电堆，该燃料电池模块包括具有安装腔的壳体，燃料电池电堆封装于在壳体的安装腔内。在一些实施方式中，燃料电池模块还包括用于输出电能的高压组件、用于控制的低压组件（例如电压巡检装置等），以向外输出电流和巡检信号。对于多堆集成的燃料电池模块，还应当包括为各个电堆均匀配气的歧管组件。本实施例未对该燃料电池模块除燃料电池电堆以外的具体结构进行改进，故而本实施例中该燃料电池模块的未做改变之处的结构均可参照现有技术，具体内容此处不做展开说明。
该燃料电池系统的燃料电池辅助系统包括空气供应子系统、燃料供应子系统、热管理子系统和自动控制系统，其中空气供应子系统用于向燃料电池模块的各个电堆提供空气，并可选择对空气进行过滤、增湿、压力调节等方面的处理，空气供应子系统与燃料电池模块的各个电堆的空气进口、空气排口连通；燃料供应子系统用于向燃料电池模块的各个电堆提供燃料，并可选择对燃料进行增湿、压力调节等方面的处理，从而转变成适于在燃料电池堆内运行的燃料气，以氢气作为燃料为例，燃料供应子系统与燃料电池模块的各个电堆的氢气进口、氢气排口连通；热管理子系统，与燃料电池模块的各个电堆连通，以提供冷却液从而对电堆进行冷却和/或加热，以及对电堆生成水的回收处理。
自动控制系统与燃料电池模块、空气供应子系统、燃料供应子系统和热管理子系统分别电连接，自动控制系统为包含传感器、执行器、阀，开关、控制逻辑部件的总成，保证燃料电池系统无需人工干涉就可以正常工作。在其他实施例中，该燃料电池辅助系统还可以包括通风系统，用于借助机械的方法，将燃料电池系统中机壳内的气体排到外部。本实施例中该燃料电池系统中的燃料电池辅助系统并未做改进，因此更为详细的内容均可参考现有技术的相关公开，此处不展开说明。
燃料电池动力系统中，DC/DC变换器与燃料电池系统的各个电堆电连接，以实现电压变换，将各个电堆产生的电压调压后输出至驱动电机、汽车空调压损机等高压器件，以及电池等储电器件。驱动电机与DC/DC变换器电连接，用于提供车辆行驶所需的扭矩；电机控制器与驱动电机电连接，控制驱动电机的启动、停止、扭矩输出等，电机控制器与整车控制连接，接收整车控制器发出的驾驶信号，并且也可选择将电机控制器与燃料电池系统的自动控制系统电连接。车载储能装置用于存储电能，以向车内其他电子设备供电，车载储能装置与DC/DC变换器电连接，例如车载储能装置为蓄电池。
本实施例中该燃料电池动力系统中的DC/DC变换器、驱动电机及其电机控制器以及车载储能装置并未做改进，因此更为详细的内容均可参考现有技术的相关公开，此处不展开说明。
此外，该车辆还需要包括传动系统和用于存储燃料的燃料存储装置，传动系统传递驱动电机的扭矩，驱动车轮转动，燃料存储装置作用类似与燃油车中的油箱，燃料存储装置通过管路与燃料电池系统的燃料供应子系统连通。
由此，该车辆可以是氢能源车辆或氢能+充电的混合动力电动车，可以为家用轿车、客车、货车等。由于本实施例未对该车辆的具体结构进行改进，故而本实施例中该车辆的未做改变之处的结构均可参照现有技术，具体内容此处不做展开说明。由此，该车辆具有前文针对燃料电池动力系统、燃料电池系统、燃料电池模块、燃料电池电堆所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板上均设置有流道，其特征在于：所述阳极板和所述阴极板上均设置有至少两个流体通口，所述至少两个流体通口对称分布于所述双极板的长边方向的两端；所述阳极板和所述阴极板的流体场均包括沿所述长边方向依次分布的分配区、活性区和汇流区；所述流道设置于所述活性区，或者所述流道设置在所述分配区、所述活性区和所述汇流区；若干所述流道沿所述双极板的短边方向排布；所述流道包括沿所述流道的延伸方向交替分布的至少两种形状不同、或者形状和特征参数均不同的流道段，以在不同所述流道段的连接处导致局部压降增加，对流体介质扰动；所述流道包括形状不同的第一流道段和第二流道段，所述第一流道段为直线流道，所述第二流道段为波浪线流道、折线流道或齿形流道，以改变流体介质的流动方向；所述流道的长度为200~250mm；各所述流道段的数量均为两段以上，所述流道段的周期长度为20~60mm，且所述直线流道的周期长度和/或总长度大于其他流道段。
2.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述流道的数量为60~150；所述60~150根流道的总宽度为120~150mm。
3.如权利要求2所述的双极板，其特征在于：所述流道设置为：流道周期为0.8~1.2mm；深度为0.25~0.55mm；流道倾角为10°~20°；脊槽比为0.8~1.2；流道圆角不大于0.2mm。
4.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述流体通口所在区域的所述双极板的宽度尺寸h1大于所述活性区所在区域的所述双极板的宽度尺寸h2。
5.如权利要求4所述的双极板，其特征在于：所述宽度尺寸h2为0.9h1≤h2＜h1。
6.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述阳极板和所述阴极板上均设置六个所述流体通口，六个所述流体通口呈中心对称，六个所述流体通口分别为氧化剂进口、还原剂进口、冷却剂进口、氧化剂出口、还原剂出口和冷却剂出口；所述氧化剂进口和还原剂进口的靠近于所述分配区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置；所述氧化剂出口和还原剂出口的靠近于所述汇流区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置。
7.一种燃料电池电堆，其特征在于：包括至少一个权利要求1-6中任一项所述的双极板。
8.一种车辆，其特征在于：包括至少一个权利要求7所述的燃料电池电堆。
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