CN117199422A - 一种燃料电池极板结构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种燃料电池极板结构，适用于燃料电池，包括极板本体，所述极板本体的一侧面设置有多个线型流道，每个所述线型流道相互平行设置；每个所述线型流道均包括依次连接的第一端口、流道本体和第二端口；所述流道本体上设置有多个相互独立的通孔，每个所述通孔均与相对应的所述流道本体连通设置，且每个所述通孔与所述流道本体相交形成的夹角为锐角。本申请通过在流道本体上设置通孔，使得燃料电池极板的流场形成半开放流场，同时也有效增加了极板的散热表面积；通孔与流道本体相交形成的夹角为锐角，能够使膜电极反应生产的水快速从通孔处带走，使得极板流场具有一定保湿能力，可有效防止膜电极过干导致性能下降及寿命快速衰减的问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池极板结构。
背景技术
氢燃料电池具有清洁、环保和结构简单等优点。随着氢燃料电池研究的不断深入，燃料电池已融入我们的日常生活，如各类车用系统(氢燃料电池公交车、物流车、重型卡车、环卫车等)、备用电源和家用储能装置等。燃料电池单体电池通常由极板和膜电极构成，多个单体电池串联起来组成燃料电池，可以实现高电压的输出，输出所需要的电压和功率,这即是燃料电池堆。
燃料电池一般分为液冷型燃料电池和空冷型燃料电池。现有的液冷型燃料电池辅助部件较多，体积大、质量重，应用受到较大限制。空冷型燃料电池因辅助器件少、结构简单和控制简单等优点，在小型两轮车、三轮车、无人机和应急电源等小功率应用场景下有较多应用。但是，由于空冷型燃料电池的阴极采用全开放流道，温度、湿度耦合困难；当风扇转速快时，虽然能降低电堆的温度，但膜电极吹干了；当风扇转速慢时，虽然能保持膜电极的湿度，但又难以使电堆温度维持在理想范围。因此，空冷型燃料电池存在散热不均匀、温度湿度耦合困难等问题。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种燃料电池极板结构，旨在解决现有的空冷型燃料电池存在散热不均匀、温度湿度耦合困难等问题。本发明结构简单，通过在平行直流道上设置通孔设计，使得燃料电池极板的阴极形成半开放流场，可以有效调控电堆的温度和湿度。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种燃料电池极板结构，适用于燃料电池，包括极板本体，所述极板本体的一侧面设置有多个线型流道，每个所述线型流道相互平行设置；
每个所述线型流道均包括依次连接的第一端口、流道本体和第二端口；所述流道本体上设置有多个相互独立的通孔，每个所述通孔均与相对应的所述流道本体连通设置，且每个所述通孔与所述流道本体相交形成的夹角为锐角。
在本申请实施例中，通过在流道本体上设置通孔，使得燃料电池极板的流场形成半开放流场，同时也有效增加了极板的散热表面积；通孔与流道本体相交形成的夹角为锐角，即使得通孔与流道本体形成坡度，能够使膜电极反应生产的水快速从通孔处带走，使得极板流场具有一定保湿能力，可有效防止膜电极过干导致性能下降及寿命快速衰减的问题。通孔的设置数量和设置位置可以根据实际使用的需要进行设置，从而可自由调控整体极板流道的散热表面积，进而避免极板局部过热，有效提高燃料电池整体使用性能。
作为优选的实施方式，每个所述通孔的孔径均与相应的所述流道本体的宽度相适配设置。
作为优选的实施方式，每个所述通孔的孔径均与相应的所述流道本体的宽度相同。
作为优选的实施方式，位于同一所述流道本体上的多个所述通孔等间距设置。
作为优选的实施方式，每个所述通孔内均设置有NiTi类记忆合金片；所述NiTi类记忆合金片与所述燃料电池相适配设置。相适配，指的是NiTi类记忆合金片可以适配燃料电池的工作温度。通过燃料电池局部温度不同，NiTi类记忆合金片在不同温度下的晶体结构呈不同形态，温度变化时NiTi类记忆合金片会产生收缩或膨胀形变，从而达到控温的目的。
作为优选的实施方式，每个所述通孔与所述流道本体相交形成的夹角为锐角的度数为10°～60°。通过上述形成的夹角并控制夹角的度数，使得通孔与流道本体形成坡度，能够使膜电极反应生产的水快速从通孔处带走，使得极板流场具有一定保湿能力，可有效防止膜电极过干导致性能下降及寿命快速衰减的问题。
作为优选的实施方式，每个所述通孔均为斜口通孔或直口通孔。
作为优选的实施方式，所述通孔与所述流道本体一体成型设置；所述第一端口、所述流道本体和所述第二端口一体成型设置。
作为优选的实施方式，多个所述流道本体上处于相同位置的所述通孔呈直线排列设置。
作为优选的实施方式，多个所述线型流道等间距设置；每个所述线型流道均与所述极板本体呈平行设置。
作为优选的实施方式，所述极板本体的另一侧面设置有蛇形或仿生结构流道。
作为优选的实施方式，当所述极板本体的另一侧面设置有蛇形流道时，所述蛇形流道的流向与所述线型流道的流向呈垂直设置。
本申请结构具体如下技术效果：
(1)本发明通过在流道本体上设置通孔，使得燃料电池极板的流场形成半开放流场，同时也有效增加了极板的散热表面积；通孔与流道本体相交形成的夹角为锐角，即使得通孔与流道本体形成坡度，能够使膜电极反应生产的水快速从通孔处带走，使得极板流场具有一定保湿能力，可有效防止膜电极过干导致性能下降及寿命快速衰减的问题。
(2)各通孔的间距也可以采用非均匀排布，以达到平衡空冷燃料电池堆芯温度不均匀，平衡各处电势差的目的。
(3)在各通孔处设置NiTi类记忆合金片，可以达到自动控制温平衡燃料电池各局部温度差的目的，使燃料电池各节及单片中间及两端温度均匀性更佳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的燃料电池极板结构的整体结构示意图；
图2为图1在A处的局部结构放大示意图；
图3为图1在BB处的剖面结构示意图；
图4为图3在C处的局部结构放大示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本申请通过在线型流道上设置通孔，并使通孔与线型流道连通设置，将本申请极板贴紧膜电极时，可以利用散热风机形成的风道带走燃料电池产生的热，通孔又具备一定的保湿能力，能够有效防止电堆的膜电极湿度太低。
并且，在通孔内设置形状记忆合金片，当燃料电池极板通孔附近的温度过高时，形状记忆合金片呈膨胀舒张形态，通孔处空气流通的风阻减小，空气流量增大，电堆温度降低；当燃料电池通孔附近的温度较低时，形状记忆合金片呈收缩状态，通孔处空气的风阻增大，空气流量减小，电堆温度升高。通过形状记忆合金片的膨胀和收缩，可以有效控制极板局部的风阻，达到温度均衡的目的。即，通过设置通孔和在通孔处设置形状记忆合金片，可以从实现空冷燃料电池极板的湿度和温度的自动调节。
具体的，如图1至图4所示，本发明一实施例提供一种燃料电池极板结构，适用于燃料电池，包括极板本体10，所述极板本体10的一侧面设置有多个线型流道11，每个所述线型流道11相互平行设置；
每个所述线型流道11均包括依次连接的第一端口111、流道本体112和第二端口113；所述流道本体112上设置有多个相互独立的通孔20，每个所述通孔20均与相对应的所述流道本体112连通设置，且每个所述通孔20与所述流道本体112相交形成的夹角为锐角。
在本申请实施例中，通过在流道本体112上设置通孔20，使得燃料电池极板的流场形成半开放流场，同时也有效增加了极板的散热表面积；通孔20与流道本体112相交形成的夹角为锐角，即使得通孔20与流道本体112形成坡度，能够使膜电极反应生产的水快速从通孔20处带走，使得极板流场具有一定保湿能力，可有效防止膜电极过干导致性能下降及寿命快速衰减的问题。
通孔20的设置数量和设置位置可以根据实际使用的需要进行设置，从而可自由调控整体极板流道的散热表面积，进而避免极板局部过热，有效提高燃料电池整体使用性能。具体的，在本实施例中，处于同一流道本体上的通孔20一般设置有八个，八个所述通孔20等间距设置。可以理解的是，在其他实施例中，处于同一流道本体上的通孔20也可以设置七个、九个、十个等等。
作为优选的实施方式，每个所述通孔20的孔径均与相应的所述流道本体112的宽度相适配设置。
作为优选的实施方式，每个所述通孔20的孔径均与相应的所述流道本体112的宽度相同。
作为优选的实施方式，位于同一所述流道本体112上的多个所述通孔20等间距设置。
作为优选的实施方式，每个所述通孔20内均设置有NiTi类记忆合金片30；所述NiTi类记忆合金片30与所述燃料电池相适配设置。相适配，指的是NiTi类记忆合金片30可以适配燃料电池的工作温度。通过燃料电池局部温度不同，NiTi类记忆合金片30在不同温度下的晶体结构呈不同形态，温度变化时NiTi类记忆合金片30会产生收缩或膨胀形变，从而达到控温的目的。
作为优选的实施方式，每个所述通孔20与所述流道本体112相交形成的夹角为锐角的度数为10°～60°。即，以流道本体112的底面为底，通孔20的底面与流道本体112的底面形成的夹角的度数为10°～60°。通过上述形成的夹角并控制夹角的度数，使得通孔20与流道本体112形成坡度，能够使膜电极反应生产的水快速从通孔处带走，使得极板流场具有一定保湿能力，可有效防止膜电极过干导致性能下降及寿命快速衰减的问题。
夹角的度数可以根据实际使用的需要进行设置，可以设置为10°，或者设置为15°，或者设置为20°，或者设置为25°，或者设置为30°，或者设置为40°，或者为50°，或者为60°等等。
对于同一块极板本体来说，其所有流道本体上设置的通孔的上述夹角的度数一般设置为相同的度数，这样，能够很好的平行极板的整体气体流速，从而保证极板的整体气体流速的一致性，有效促进流道的排水，保证极板性能的整体一致性。
作为优选的实施方式，每个所述通孔20均为斜口通孔或直口通孔。
作为优选的实施方式，所述通孔20与所述流道本体112一体成型设置；所述第一端口111、所述流道本体112和所述第二端口113一体成型设置。
作为优选的实施方式，多个所述流道本体112上处于相同位置的所述通孔20呈直线排列设置。这样，能够很好的平行极板的整体气体流速，从而保证极板的整体气体流速的一致性，有效促进流道的排水。
作为优选的实施方式，多个所述线型流道11等间距设置；每个所述线型流道11均与所述极板本体10呈平行设置。
作为优选的实施方式，所述极板本体10的另一侧面设置有蛇形流道12或仿生结构流道。具体的，在本实施例中，如图3所示，所述极板本体10的另一侧面设置有蛇形流道12。
作为优选的实施方式，当所述极板本体10的另一侧面设置有蛇形流道12时，所述蛇形流道12的流向与所述线型流道11的流向呈垂直设置。
本发明通过在流道本体上设置通孔，使得燃料电池极板的流场形成半开放流场，同时也有效增加了极板的散热表面积；通孔与流道本体相交形成的夹角为锐角，即使得通孔与流道本体形成坡度，能够使膜电极反应生产的水快速从通孔处带走，使得极板流场具有一定保湿能力，可有效防止膜电极过干导致性能下降及寿命快速衰减的问题。
在本申请结构中，各通孔的间距也可以采用非均匀排布，以达到平衡空冷燃料电池堆芯温度不均匀，平衡各处电势差的目的。
本申请结构在各通孔处设置NiTi类记忆合金片30，可以达到自动控制温平衡燃料电池各局部温度差的目的，使燃料电池各节及单片中间及两端温度均匀性更佳。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种燃料电池极板结构，其特征在于，适用于燃料电池，包括极板本体，所述极板本体的一侧面设置有多个线型流道，每个所述线型流道相互平行设置；
每个所述线型流道均包括依次连接的第一端口、流道本体和第二端口；所述流道本体上设置有多个相互独立的通孔，每个所述通孔均与相对应的所述流道本体连通设置，且每个所述通孔与所述流道本体相交形成的夹角为锐角。
2.根据权利要求1所述的燃料电池极板结构，其特征在于，每个所述通孔的孔径均与相应的所述流道本体的宽度相适配设置。
3.根据权利要求2所述的燃料电池极板结构，其特征在于，每个所述通孔的孔径均与相应的所述流道本体的宽度相同。
4.根据权利要求1所述的燃料电池极板结构，其特征在于，位于同一所述流道本体上的多个所述通孔等间距设置。
5.根据权利要求1所述的燃料电池极板结构，其特征在于，每个所述通孔内均设置有NiTi类记忆合金片；所述NiTi类记忆合金片与所述燃料电池相适配设置。
6.根据权利要求1所述的燃料电池极板结构，其特征在于，每个所述通孔与所述流道本体相交形成的夹角为锐角的度数为10°～60°。
7.根据权利要求1所述的燃料电池极板结构，其特征在于，每个所述通孔均为斜口通孔或直口通孔；
所述通孔与所述流道本体一体成型设置；所述第一端口、所述流道本体和所述第二端口一体成型设置。
8.根据权利要求1所述的燃料电池极板结构，其特征在于，多个所述流道本体上处于相同位置的所述通孔呈直线排列设置。
9.根据权利要求1所述的燃料电池极板结构，其特征在于，多个所述线型流道等间距设置；每个所述线型流道均与所述极板本体呈平行设置；
所述极板本体的另一侧面设置有蛇形或仿生结构流道。
10.根据权利要求9所述的燃料电池极板结构，其特征在于，当所述极板本体的另一侧面设置有蛇形流道时，所述蛇形流道的流向与所述线型流道的流向呈垂直设置。
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