CN116314910A - 氢燃料电池电堆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氢燃料电池电堆，包括分配总管和电池单体，电池单体套设于分配总管上，分配总管具有一通道，通道沿着分配总管的轴向设置，且通道贯穿分配总管的一端部，分配总管的一侧部设置有一开口，开口连通通道；分配总管内径的尺寸沿着气体流动方向逐渐递增。本发明分配总管采用变截面设计提升电堆整体流量分配的一致性，从而提高电堆的排水性能；并且电池单体堆叠于分配总管上，能够减小电堆装配过程中的偏差，提升整体电堆的刚度，避免出现因电堆过长导致塌腰的问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池制造技术领域，尤其是指一种氢燃料电池电堆。
背景技术
氢燃料作为能源最大的优势就是无污染、效率高、可循环利用，从而成为未来新能源发展方向，同时也是燃料电池汽车主要能源发展方向之一。一般燃料电池电堆由多个单体燃料电池堆叠而成，单体燃料电池依次包括阳极双极板、膜电极和阴极双极板；双极板上设置有分配通道和反应区域，分配通道用于为输送氢气、空气、冷却液进入双极板反应区域提供通道。由于分配通道是为每个单体燃料电池输送反应气体以及冷却液，因此分配通道的设计直接影响整堆中每个单体燃料电池的流量分配均匀性，从而影响整堆的性能。
现有技术的分配通道一般为固定的截面形状，分配通道沿出口的流动方向上不利于生成水的排出，而且电池电堆整体刚度较差，对于较长的电池电堆，容易出现电池电堆中间塌陷的情况，一般需要在电池电堆的外侧增加支撑装置以防止大电池堆的塌腰问题，结构繁琐，严重的可能导致电池电堆绝缘值不达标的问题。
因此，迫切需要提出一种氢燃料电池电堆以克服现有技术存在的上述技术缺陷。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的技术缺陷，而提出一种氢燃料电池电堆，其分配总管内径的尺寸沿着气体流动方向逐渐递增，以提升电堆整体流量分配的一致性，从而提高电堆的排水性能；并且电池单体堆叠于分配总管上，能够减小电堆装配过程中的偏差，提升整体电堆的刚度，避免出现因电堆过长导致塌腰的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种氢燃料电池电堆，包括：
分配总管，其具有一通道，所述通道沿着所述分配总管的轴向设置，且所述通道贯穿所述分配总管的一端部，所述分配总管的一侧部设置有一开口，所述开口连通所述通道；
电池单体，其套设于所述分配总管上；
其中，所述分配总管内径的尺寸沿着气体流动方向逐渐递增。
在本发明的一个实施例中，还包括端板，相对设置的两个端板套设于所述分配总管上以夹持所述电池单体。
在本发明的一个实施例中，所述端板的两端设置有凸台，所述凸台上设置有第一安装部，所述分配总管设置于所述第一安装部上。
在本发明的一个实施例中，所述电池单体上设置有第二安装部，所述分配总管设置于所述第二安装部上。
在本发明的一个实施例中，所述第二安装部为设置于所述电池单体上的插孔。
在本发明的一个实施例中，所述分配总管插设于所述插孔上。
在本发明的一个实施例中，所述分配总管外径的尺寸沿着气体流动方向保持相同。
在本发明的一个实施例中，所述分配总管上设置有倒角。
在本发明的一个实施例中，所述分配总管包括第一气体输入总管、第一气体输出总管、第二气体输入总管和第二气体输出总管，所述第一气体输入总管和所述第二气体输出总管设置于所述端板的一端，所述第二气体输入总管和所述第一气体输出总管设置于所述端板的另一端。
在本发明的一个实施例中，所述电池单体上设置有流道，所述流道正对所述分配总管的开口，以使气体在分配总管与所述流道之间流通。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的一种氢燃料电池电堆，其分配总管内径的尺寸沿着气体流动方向逐渐递增，以提升电堆整体流量分配的一致性，从而提高电堆的排水性能；并且电池单体堆叠于分配总管上，能够减小电堆装配过程中的偏差，提升整体电堆的刚度，避免出现因电堆过长导致塌腰的问题。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例所提出的一种氢燃料电池电堆的结构示意图。
图2为图1的部分结构示意图。
图3为本发明实施例所提出的第一气体输入总管的结构示意图。
图4为本发明实施例所提出的第一气体输出总管的结构示意图。
图中标号说明：1、电池单体；11、流道；12、第二安装部；2、端板；21、凸台；22、第一安装部；3、第一气体输入总管；4、第一气体输出总管；5、第二气体输入总管；6、第二气体输出总管；7、通道；8、开口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1至图4所示，本发明实施例提供一种氢燃料电池电堆，包括分配总管和电池单体1，电池单体1套设于所述分配总管上，分配总管具有一通道7，所述通道7沿着所述分配总管的轴向设置，且所述通道7贯穿所述分配总管的一端部，所述分配总管的一侧部设置有一开口8，所述开口8连通所述通道7；其中，所述分配总管内径的尺寸沿着气体流动方向逐渐递增，即本发明分配总管采用变截面设计提升电堆整体流量分配的一致性，从而提高电堆的排水性能；并且电池单体1堆叠于分配总管上，能够减小电堆装配过程中的偏差，提升整体电堆的刚度，避免出现因电堆过长导致塌腰的问题。
进一步地，本发明实施例提供的一种氢燃料电池电堆还包括端板2，相对设置的两个端板2套设于所述分配总管上以夹持所述电池单体1。作为优选地，电池单体1堆叠于两个端板2之间，并通过钢带或者螺杆进行紧固。
其中，所述端板2的两端设置有凸台21，所述凸台21上设置有第一安装部22，所述分配总管设置于所述第一安装部22上。作为优选地，所述第一安装部22为设置于所述凸台21上的第一插孔，所述第一插孔贯穿所述端板2的两个端面，所述分配总管插设于所述第一插孔上。
进一步地，分配总管上设置有倒角，倒角的设置能够对端板2套设于分配总管上起到一定的导向效果，便于燃料电池电堆的组装。
还有，上述第一插孔设置于凸台21上，即通过凸台21较大的内侧壁包裹住分配总管，一方面能够对分配总管起到较好的防护效果，另一方面能够增大分配总管与端板2的接触面积，提高分配总管对电池电堆整体的支撑力，避免出现因电堆过长导致塌腰的问题。
需要强调的是，分配总管外径的尺寸沿着气体流动方向保持相同，即分配总管外径的尺寸是不变的，因此端板2上的第一插孔的尺寸是相同的，如此便于端板2上第一插孔的一致性加工。
同样地，上述电池单体1上设置有第二安装部12，所述分配总管设置于所述第二安装部12上。作为优选地，所述第二安装部12为设置于所述电池单体1上的第二插孔，所述分配总管插设于所述第二插孔上，并且分配总管上设置有倒角，倒角的设置能够对电池单体1套设于分配总管上起到一定的导向效果，便于燃料电池电堆的组装。同样需要强调的是，分配总管外径的尺寸沿着气体流动方向保持相同，即分配总管外径的尺寸是不变的，因此电池单体1上的第二插孔的尺寸是相同的，如此便于电池单体1上第二插孔的一致性加工。
其中，所述电池单体1上设置有流道11，所述流道11正对所述分配总管的开口8，以使气体在分配总管与所述流道11之间流通，其中所述分配总管包括第一气体输入总管3、第一气体输出总管4、第二气体输入总管5和第二气体输出总管6，所述第一气体输入总管3和所述第二气体输出总管6设置于所述端板2的一端，所述第二气体输入总管5和所述第一气体输出总管4设置于所述端板2的另一端。作为优选地，第一气体输入总管3为空气输入总管，第一气体输出总管4为空气输出总管，第二气体输入总管5为氢气输入总管，第二气体输出总管6为氢气输出总管，所述空气输入总管和所述氢气输出总管设置于所述端板2的一端，所述氢气输入总管和所述空气输出总管设置于所述端板2的另一端，氢气由电堆的氢气输入总管进入电池单体1，空气由电堆的空气输入总管进入电池单体1，经过反应产生的部分水以及剩余的氢气由电堆的氢气输出总管排出，另一部分产生的水以及剩余的空气由电堆的空气输出总管排出。
进一步地，上述空气输入总管的结构如图3所示，空气输入总管具有一通道7，所述通道7沿着所述空气输入总管的轴向设置，且所述通道7贯穿所述空气输入总管的一端部，所述空气输入总管的一侧部设置有一开口8，所述开口8连通所述通道7；其中，所述空气输入总管内径的尺寸沿着气体流动方向逐渐递增，即空气进入空气输入总管后，通过通道7进入每一个电池单体1，沿流动方向上，空气输入总管的截面逐渐变大；根据伯努利方程，当流体流经一个扩张管道时，沿流动方向上，流体压力变高。因此本发明通过空气输入总管采用扩张设计可以提高尾端的压力，从而提升尾端电池单体1的入口压力，提高尾端电池单体1的流量，避免出现尾端缺气的情况，提升电堆的流体分配均匀性。当然氢气输入总管采用与空气输入总管相同的发明构思。
还有，上述空气输出总管的空气出口总管如图4所示，空气侧的反应产物以及反应剩余的空气通过通道7进入空气输出总管，由空气输出总管的出口流出，沿流动方向上，空气输出总管的截面逐渐变大，即通道7沿着流动方向向下倾斜，方便液态水从空气出口总管内排出，避免空气出口总管内出现液态水的聚集，减小压力波动。当然氢气输出总管采用与空气输出总管相同的设计理念。
相较于现有的电池电堆布置方式，本发明单独设计了空气输入总管、空气输出总管、氢气输入总管和氢气输出总管，电池单体1通过穿过单独设计的分配总管堆叠成电堆，可以降低电堆安装过程中的定位偏差，同时在装堆过程中不需要再额外进行电堆的定位设计，提高装堆效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池电堆，其特征在于：包括：
分配总管，其具有一通道，所述通道沿着所述分配总管的轴向设置，且所述通道贯穿所述分配总管的一端部，所述分配总管的一侧部设置有一开口，所述开口连通所述通道；
电池单体，其套设于所述分配总管上；
其中，所述分配总管内径的尺寸沿着气体流动方向逐渐递增。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池电堆，其特征在于：还包括端板，相对设置的两个端板套设于所述分配总管上以夹持所述电池单体。
3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池电堆，其特征在于：所述端板的两端设置有凸台，所述凸台上设置有第一安装部，所述分配总管设置于所述第一安装部上。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种氢燃料电池电堆，其特征在于：所述电池单体上设置有第二安装部，所述分配总管设置于所述第二安装部上。
5.根据权利要求4所述的一种氢燃料电池电堆，其特征在于：所述第二安装部为设置于所述电池单体上的插孔。
6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池电堆，其特征在于：所述分配总管插设于所述插孔上。
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种氢燃料电池电堆，其特征在于：所述分配总管外径的尺寸沿着气体流动方向保持相同。
8.根据权利要求1至3任一项所述的一种氢燃料电池电堆，其特征在于：所述分配总管上设置有倒角。
9.根据权利要求2或3所述的一种氢燃料电池电堆，其特征在于：所述分配总管包括第一气体输入总管、第一气体输出总管、第二气体输入总管和第二气体输出总管，所述第一气体输入总管和所述第二气体输出总管设置于所述端板的一端，所述第二气体输入总管和所述第一气体输出总管设置于所述端板的另一端。
10.根据权利要求1至3任一项所述的一种氢燃料电池电堆，其特征在于：所述电池单体上设置有流道，所述流道正对所述分配总管的开口，以使气体在分配总管与所述流道之间流通。
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Cited By (2)
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- 2023-02-27 CN CN202310168169.7A patent/CN116314910A/zh active Pending
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