CN117936868A - 一种大功率燃料电池电堆结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大功率燃料电池电堆结构，涉及燃料电池电堆技术领域，包括由上至下依次设置的燃料进口端板、第一绝缘板、负极集流板、电池前段、转接板、电池后段、正极集流板、第二绝缘板、燃料出口端板，所述电池前段、转接板和电池后段内设置有燃料腔，所述燃料腔内设置有流动的燃料，所述电池前段和电池后段内设置有空气腔，所述空气腔内设置有流动的空气；本发明通过单套辅件结构实现大功率电堆，并且设计防塌腰结构，提高电堆抵抗振动和冲击的能力，提高电堆的可靠性。本发明改善了气体分配均匀性，提高堆芯电压的一致性。

Description

一种大功率燃料电池电堆结构

技术领域

本发明涉及燃料电池电堆技术领域，具体而言，尤其涉及一种大功率燃料电池电堆结构。

背景技术

燃料电池是通过电化学反应将化学能转换成电能的装置，具有效率高、噪声低、无污染等特点，是一项非常具备发展前景的发电技术。然而，燃料电池大规模应用的最大瓶颈就是成本高的问题，目前主要在商用车上的应用越来越普及，同时大吨位商用车对燃料电池发动机的功率要求也越来越高。

在电化学反应过程中，质子交换膜将氢气和氧气通过化学反应转化为电能，但是适当的湿润状态才能使它正常工作。主要原因是：(1)过于干燥的质子交换膜，会增加他的内阻，降低氢离子的传导性能。湿润状态可以预防膜的干燥，保持其功能稳定。(2)湿润状态下的质子交换膜可以有效地封闭氧气，防止氧气泄漏进入燃料电池的阳极侧。这对于维持正常的电化学反应和防止金属部件腐蚀至关重要。(3)质子交换膜是由聚合物材料制成的，这些材料具有良好的水吸附性能。膜内的水分子被吸附后，可以与氢离子结合形成质子并在膜内传导。因此，湿润的质子交换膜可以促进氢离子的传导，提高燃料电池的效率。(4)质子交换膜燃料电池在操作过程中需要保持适当的温度。湿润状态的质子交换膜可以帮助维持燃料电池内部的温度平衡。水分的存在可以吸收和释放热量，有效地调节温度。因此在燃料电池系统工作过程中需要在阴阳极都保持一定的湿度。综上可知，现有的技术为使质子交换膜湿润，需要采用外部循环。而外部循环需要增加氢循环泵和引射器，增加成本和空间。

此外，为了满足市场对燃料电池发动机的大功率需求，现有技术一般采用两种方式解决：一种是单堆方案，并根据功率需求大幅增加电池节数；另一种是双堆或多堆串、并联方案。

然而，当采用单堆方案时，由于电堆的节数过长，会导致如下问题：电堆节数过长会导致电堆流体分配不均，造成两端电压低，降低电堆使用寿命；电堆节数过长会导致电堆塌腰，造成电堆气体泄漏等风险。当采用双堆甚至多堆串、并联方案时，会导致如下问题：此方案会采用至少两套电堆辅件，导致电堆模块的体积更大、成本更高；为了使得两套电堆的三腔流体分配均匀，此方案对分配歧管的设计要求更高，结构复杂，难以加工，保证电堆模块气密性的难度大；复杂的分配歧管、两套辅件导致电堆模块的功率密度降低，燃料电池的竞争力下降。

发明内容

根据上述提出燃料电池发动机单堆方案电堆节数过长会导致电堆塌腰的技术问题，而提供一种大功率燃料电池电堆结构。本发明设计防塌腰结构，提高电堆抵抗振动和冲击的能力，提高电堆的可靠性。

本发明采用的技术手段如下：

一种大功率燃料电池电堆结构，包括由上至下依次设置的燃料进口端板、第一绝缘板、负极集流板、电池前段、转接板、电池后段、正极集流板、第二绝缘板、燃料出口端板，所述电池前段、转接板和电池后段内设置有燃料腔，所述燃料腔内设置有流动的燃料，所述电池前段和电池后段内设置有空气腔，所述空气腔内设置有流动的空气；

以燃料进口的一侧为右侧，以远离燃料进口的一侧为左侧，所述燃料腔包括第一右侧燃料公用管道、第一左侧燃料公用管道、第二右侧燃料公用管道和第二左侧燃料公用管道，所述第一右侧燃料公用管道和第一左侧燃料公用管道设置于电池前段内部，所述第二右侧燃料公用管道和第二左侧燃料公用管道设置于电池后段内部，所述第一右侧燃料公用管道的一端与燃料进口相连，所述第一右侧燃料公用管道的另一端通过各个单池与第一左侧燃料公用管道的一端相连，所述第一左侧燃料公用管道的另一端与转接板内部管道的左端相连，所述转接板内部管道设置于转接板内部，所述转接板内部管道的右端与第二右侧燃料公用管道的一端相连，所述第二右侧燃料公用管道的另一端通过各单池与第二左侧燃料公用管道的一端相连，所述第二左侧燃料公用管道的另一端与燃料出口相连。

进一步地，所述空气腔包括第一左侧空气公用管道、第一右侧空气公用管道、第二左侧空气公用管道和第二右侧空气公用管道，所述第一左侧空气公用管道和第一右侧空气公用管道设置于电池前段内，所述第二左侧空气公用管道和第二右侧空气公用管道设置于电池后段内，所述第一左侧空气公用管道的一端连接空气进口，所述第一左侧空气公用管道的另一端通过各单池连接第一右侧空气公用管道的一端，所述第一右侧空气公用管道的另一端连接空气出口，所述第二左侧空气公用管道的一端连接空气进口，所述第二左侧空气公用管道的另一端通过各单池连接第二右侧空气公用管道的一端，所述第二右侧空气公用管道的另一端连接空气出口。

进一步地，所述转接板包括上下设置、位置相对的进口转接板和出口转接板，所述进口转接板上开设有由左至右逐渐降低的倾斜槽，所述倾斜槽的左端设置有进口转接板燃料出口，所述倾斜槽的右端设置有进口转接板燃料入口，所述出口转接板上与进口转接板燃料出口相对的位置上设置有出口转接板燃料入口；

出口转接板将燃料腔进口公用管道封堵，使得上一个模块的燃料腔出口公用管道的燃料通过进口转接板燃料入口依次进入倾斜槽、进口转接板燃料出口、出口转接板燃料入口，从而进入下一个模块的燃料公用管道；所述进口转接板上设置有进口转接板冷却液入口和进口转接板冷却液出口，所述出口转接板上设置有出口转接板冷却液入口和出口转接板冷却液出口，所述进口转接板冷却液入口与出口转接板冷却液入口位置重合，所述进口转接板冷却液出口与出口转接板冷却液出口位置重合。

进一步地，所述燃料进口端板上开设有燃料进口端板燃料进口、燃料进口端板空气进口、燃料进口端板空气出口、冷却液进口和冷却液出口；所述燃料出口端板上开设有燃料出口端板空气进口、燃料出口端板空气出口和燃料出口。

进一步地，所述空气腔包括第一左侧空气公用管道、第二左侧空气公用管道和第一右侧空气公用管道，所述第一左侧空气公用管道设置于电池前段内，所述第二左侧空气公用管道设置于电池后段内，所述第一右侧空气公用管道设置于电池前段、转接板和电池后段内，所述第一左侧空气公用管道的一端连接空气进口，所述第一左侧空气公用管道的另一端通过各单池连接第一右侧空气公用管道位于电池前段的部分，所述第二左侧空气公用管道的一端连接空气进口，所述第二左侧空气公用管道的另一端通过各单池连接第一右侧空气公用管道位于电池后段的部分，所述第一右侧空气公用管道与位于电池前段的空气出口相连。

进一步地，所述转接板包括上下设置、位置相对的进口转接板和出口转接板，所述进口转接板上开设有由左至右逐渐降低的倾斜槽，所述倾斜槽的左端设置有进口转接板燃料出口，所述倾斜槽的右端设置有进口转接板燃料入口，所述出口转接板上与进口转接板燃料出口相对的位置上设置有出口转接板燃料入口；

出口转接板将燃料腔进口公用管道封堵，使得上一个模块的燃料腔出口公用管道的燃料通过进口转接板燃料入口依次进入倾斜槽、进口转接板燃料出口、出口转接板燃料入口，从而进入下一个模块的燃料公用管道；所述进口转接板上设置有进口转接板冷却液入口和进口转接板冷却液出口，所述出口转接板上设置有出口转接板冷却液入口和出口转接板冷却液出口，所述进口转接板冷却液入口与出口转接板冷却液入口位置重合，所述进口转接板冷却液出口与出口转接板冷却液出口位置重合，所述进口转接板上设置有进口转接板空气出口，所述出口转接板上设置有出口转接板空气入口，所述进口转接板空气出口与出口转接板空气入口位置重合。

进一步地，所述燃料进口端板上开设有燃料进口端板燃料进口、燃料进口端板空气进口、燃料进口端板空气出口、冷却液进口和冷却液出口；所述燃料出口端板上开设有燃料出口端板空气进口和燃料出口。

进一步地，所述空气腔包括第一左侧空气公用管道和第一右侧空气公用管道，第一左侧空气公用管道和第一右侧空气公用管道设置于电池前段、转接板和电池后段内，所述转接板左侧内部设置有第一空气进口，所述第一空气进口与第一左侧空气公用管道相连，所述第一左侧空气公用管道通过各单池连接第一右侧空气公用管道，所述第一右侧空气公用管道与位于电池前段的空气出口相连。

进一步地，所述转接板包括上下设置、位置相对的进口转接板和出口转接板，所述进口转接板上开设有由左至右逐渐降低的倾斜槽，所述倾斜槽的左端设置有进口转接板燃料出口，所述倾斜槽的右端设置有进口转接板燃料入口，所述出口转接板上与进口转接板燃料出口相对的位置上设置有出口转接板燃料入口；

出口转接板将燃料腔进口公用管道封堵，使得上一个模块的燃料腔出口公用管道的燃料通过进口转接板燃料入口依次进入倾斜槽、进口转接板燃料出口、出口转接板燃料入口，从而进入下一个模块的燃料公用管道；所述进口转接板上设置有进口转接板冷却液入口和进口转接板冷却液出口，所述出口转接板上设置有出口转接板冷却液入口和出口转接板冷却液出口，所述进口转接板冷却液入口与出口转接板冷却液入口位置重合，所述进口转接板冷却液出口与出口转接板冷却液出口位置重合，所述进口转接板上设置有进口转接板空气出口，所述出口转接板上设置有出口转接板空气入口，所述进口转接板空气出口与出口转接板空气入口位置重合，所述出口转接板侧面开设有第一空气进口，所述第一空气进口与第一空腔公共管道和第二空腔公共管道相连，所述第一空腔公共管道设置于出口转接板上，所述第二空腔公共管道设置于进口转接板上，所述第一空腔公共管道和第二空腔公共管道位置相对。

进一步地，所述燃料进口端板上开设有燃料进口端板燃料进口、燃料进口端板空气出口、冷却液进口和冷却液出口；所述燃料出口端板上开设有燃料出口。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明针对电池放置的汽车部位的不同，设计三套空气腔进气方案，采用不同的进气口，使得燃料电池适配性更高。

本发明通过单套辅件结构实现大功率电堆，并且设计防塌腰结构的转接板，转接板在中间固定，起到防塌腰效果，提高电堆抵抗振动和冲击的能力，提高电堆的可靠性。

本发明通过设置两端进气方式的空气腔，改善气体分配均匀性，提高堆芯电压的一致性。

本发明通过设计电池前段、转接板、电池后段的阳极串联方案，将前一个模块没有反应完的氢气加入下一个模块中继续进行反应，可有效的降低阳极计量比，提高电堆的效率，且阳极不需要附加的增湿结构。

本发明通过合理的电堆结构设计方案，减少了各个进口和出口的数量，从而减少分配歧管的数量，降低分配歧管结构复杂性，有效保证电堆的气密性，同时降低电堆成本。

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的燃料腔空气腔示意图。

图2为本发明实施例一主视图。

图3为本发明实施例一俯视图。

图4为本发明实施例一转接板示意图。

图5为本发明实施例一仰视图。

图6为本发明实施例二的燃料腔空气腔示意图。

图7为本发明实施例二主视图。

图8为本发明实施例二俯视图。

图9为本发明实施例二转接板示意图。

图10为本发明实施例二仰视图。

图11为本发明实施例三的燃料腔空气腔示意图。

图12为本发明实施例三主视图。

图13为本发明实施例三俯视图。

图14为本发明实施例三转接板示意图。

图15为本发明实施例三仰视图。

图中：1、燃料进口端板；2、第一绝缘板；3、负极集流板；4、电池前段；5、转接板；501、进口转接板；502、出口转接板；503、进口转接板燃料出口；504、进口转接板燃料入口；505、进口转接板冷却液入口；506、进口转接板冷却液出口；507、出口转接板冷却液入口；508、出口转接板冷却液出口；509、进口转接板空气出口；510、出口转接板空气入口；511、第一空气进口；512、第一空腔公共管道；513、第二空腔公共管道；514、出口转接板燃料入口；6、电池后段；7、正极集流板；8、第二绝缘板；9、燃料出口端板；10、燃料进口；11、第一右侧燃料公用管道；12、第一左侧燃料公用管道；13、第二右侧燃料公用管道；14、第二左侧燃料公用管道；15、转接板内部管道；16、燃料出口；17、第一左侧空气公用管道；18、第一右侧空气公用管道；19、第二左侧空气公用管道；20、第二右侧空气公用管道；21、空气进口；22、空气出口；23、燃料进口端板燃料进口；24、燃料进口端板空气进口；25、燃料进口端板空气出口；26、冷却液进口；27、冷却液出口；28、燃料出口端板空气进口；29、燃料出口端板空气出口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-15所示，本发明提供了一种大功率燃料电池电堆结构，包括由上至下依次设置的燃料进口端板1、第一绝缘板2、负极集流板3、电池前段4、转接板5、电池后段6、正极集流板7、第二绝缘板8、燃料出口端板9，所述电池前段4、转接板5和电池后段6内设置有燃料腔，所述燃料腔内设置有流动的燃料，所述电池前段4和电池后段6内设置有空气腔，所述空气腔内设置有流动的空气；

以燃料进口10的一侧为右侧，以远离燃料进口10的一侧为左侧，所述燃料腔包括第一右侧燃料公用管道11、第一左侧燃料公用管道12、第二右侧燃料公用管道13和第二左侧燃料公用管道14，所述第一右侧燃料公用管道11和第一左侧燃料公用管道12设置于电池前段4内部，所述第二右侧燃料公用管道13和第二左侧燃料公用管道14设置于电池后段6内部，所述第一右侧燃料公用管道11的一端与燃料进口10相连，所述第一右侧燃料公用管道11的另一端通过各个单池与第一左侧燃料公用管道12的一端相连，所述第一左侧燃料公用管道12的另一端与转接板内部管道15的左端相连，所述转接板内部管道15设置于转接板5内部，所述转接板内部管道15的右端与第二右侧燃料公用管道13的一端相连，所述第二右侧燃料公用管道13的另一端通过各单池与第二左侧燃料公用管道14的一端相连，所述第二左侧燃料公用管道14的另一端与燃料出口16相连。

实施例1

本实施例为阳极串联自增湿，阴极两端进气两端出气。如图1所示，左侧为燃料腔流动示意方向，燃料从右上燃料进口10进入第一右侧燃料公用管道11，在各单池中从右向左传递至第一左侧燃料公用管道12，经过转接板5从左侧传递至右侧，经过第二右侧燃料公用管道13，在各单池中同样从右向左传递至第二左侧燃料公用管道14，并从第二左侧燃料公用管道14下侧燃料出口16流出。

右侧为空气腔流动示意方向，空气从左上和右下的空气进口21同时进入电池，左上进入第一左侧空气公用管道17，在各单池中从左向右传递至第一右侧空气公用管道18，并从第一右侧空气公用管道18上侧的空气出口22流出，左下进入第二左侧空气公用管道19，在各单池中从左向右传递至第二右侧空气公用管道20，并从第二右侧空气公用管道20下侧的空气出口22流出。

图2所示，燃料进口端板1，主要由燃料进口端板燃料进口23、燃料进口端板空气进口24、燃料进口端板空气出口25、冷却液进口26和冷却液出口27组成，详细如图3所示。一般燃料进口与空气进口呈现对流形式，且进口的高度相对出口更高，方便残液完全流出。第一绝缘板2和第二绝缘板8起到隔离堆芯与端板的作用，负极集流板3和正极集流板7将电堆的电流导出，转接板5的功能如下：(1)将上一个模块的燃料出口气体转到下一个模块的进口；(2)通过转接板组件内部的分水器结构，将上一个模块的燃料气体中多余的液态水和气态水留置在转接板中，使得下一个模块中的阳极湿度合适；(3)转接板组件需要外接气水分离器，并且定时排水。

将转接板5细化为进口转接板501和出口转接板502。出口转接板502将燃料腔进口公用管道封堵，使得上一个模块的燃料腔出口公用管道的燃料通过进口转接板燃料出口503进入倾斜槽，从而进入进口转接板燃料出口504、出口转接板燃料入口514，从而进入下一个模块的燃料公用管道，所以每个模块的燃料进口和出口公用管道位置相同，只是中间有隔离，保证了燃料与空气始终满足对流要求。进口转接板501与出口转接板502的空气腔公共管道封堵，使得从两端进口公共管道进入的空气各自从两端出口公共管道排出，不产生对冲减小空气流阻。进口转接板冷却液入口505和进口转接板冷却液入口507、进口转接板冷却液出口506和进口转接板冷却液出口508位置完全重合。转接板组件材料可以选择不锈钢、钛板等，表面需要做防腐蚀和导电涂层，一面两侧极板因发热损耗大导致电压低。

图5所示，燃料出口端板9上的燃料出口16为最终的燃料腔出口，由于电堆的损耗少，该口可以采取常排，因此燃料电池系统无需氢循环泵等零部件。燃料出口端板空气进口28和燃料出口端板空气出口29为后1/2段电池空气腔进口和空气腔出口。

实施例2

本实施例为阳极串联自增湿，阴极两端进气一端出气。图6所示，左侧为燃料腔流动示意方向，燃料从右上燃料进口10进入第一右侧燃料公用管道11，在各单池中从右向左传递至第一左侧燃料公用管道12，经过转接板5从左侧传递至右侧，经过第二右侧燃料公用管道13，在各单池中同样从右向左传递至第二左侧燃料公用管道14，并从第二左侧燃料公用管道14下侧燃料出口16流出。

右侧为空气腔流动示意方向，空气从左上和右下的空气进口21同时进入电池，左上进入第一左侧空气公用管道17，在各单池中从左向右传递至第一右侧空气公用管道18，左下进入第二左侧空气公用管道19，在各单池中从左向右传递至第一右侧空气公用管道18，前1/2与后1/2段在第一右侧空气公用管道18合并后从上侧流出。

图7所示，10为燃料进口端板，燃料进口端板燃料进口23、燃料进口端板空气进口24、燃料进口端板空气出口25、冷却液进口26和冷却液出口27组成，详细如图8所示。一般燃料进口与空气进口呈现对流形式，且进口的高度相对出口更高，方便残液完全流出。第一绝缘板2和第二绝缘板8起到隔离堆芯与端板的作用，负极集流板3正极集流板7将电堆的电流导出。

将转接板5细化为进口转接板501和出口转接板502。出口转接板502将燃料腔进口公用管道封堵，使得上一个模块的燃料腔出口公用管道的燃料通过转接板燃料出口503进入倾斜槽，从而进入进口转接板燃料出口504、出口转接板燃料入口514，从而进入下一个模块的燃料公用管道，所以每个模块的燃料进口和出口公用管道位置相同，只是中间有隔离，保证了燃料与空气始终满足对流要求。进口转接板501与出口转接板502的空气腔进口公共管道封堵，使得从两端进口公共管道进入的空气在电池前1/2段和后1/2段相互独立，不产生对冲减小空气流阻，流入空气出口公共管道后通过进口转接板501和出口转接板502上的进口转接板空气出口509和出口转接板空气出口510合并后从上侧出口流出。进口转接板冷却液入口505和进口转接板冷却液入口507、进口转接板冷却液出口506和进口转接板冷却液出口508位置完全重合。

图10所示，燃料出口端板9上的燃料出口16为最终的燃料腔出口，还包括燃料出口端板空气进口28。

实施例3

本实施例为阳极串联自增湿，阴极中间进气一端出气。图11所示，左侧为燃料腔流动示意方向，燃料从右上燃料进口10进入第一右侧燃料公用管道11，在各单池中从右向左传递至第一左侧燃料公用管道12，经过转接板5从左侧传递至右侧，经过第二右侧燃料公用管道13，在各单池中同样从右向左传递至第二左侧燃料公用管道14，并从第二左侧燃料公用管道14下侧燃料出口16流出。

右侧为空气腔流动示意方向，空气从转接板5进入电池，通过空气腔公共管道分为两部分，一部分进入第一左侧空气公用管道17，在各单池中从左向右传递至第一右侧空气公用管道18，一部分进入第二左侧空气公用管道19，在各单池中从左向右传递至第一右侧空气公用管道18，前1/2与后1/2段在第一右侧空气公用管道18合并后从上侧流出。

图12所示，燃料进口端板1，主要由燃料进口端板燃料进口23、燃料进口端板空气进口24、燃料进口端板空气出口25、冷却液进口26和冷却液出口27组成，详细如图3所示。一般燃料进口与空气进口呈现对流形式，且进口的高度相对出口更高，方便残液完全流出。第一绝缘板2和第二绝缘板8起到隔离堆芯与端板的作用，负极集流板3和正极集流板7将电堆的电流导出。

将转接板5细化为进口转接板501和出口转接板502。出口转接板502将燃料腔进口公用管道封堵，使得上一个模块的燃料腔出口公用管道的燃料通过转接板燃料出口503进入倾斜槽，从而进入进口转接板燃料出口504、出口转接板燃料入口514，从而进入下一个模块的燃料公用管道，所以每个模块的燃料进口和出口公用管道位置相同，只是中间有隔离，保证了燃料与空气始终满足对流要求。空气通过出口转接板502上的第一空气进口511分别进入第一空腔公共管道512和第二空腔公共管道513，通过单电池后流入空气出口公共管道，通过进口转接板501和出口转接板502上的进口转接板空气出口509和出口转接板空气出口510合并后从上侧出口流出。进口转接板冷却液入口505和进口转接板冷却液入口507、进口转接板冷却液出口506和进口转接板冷却液出口508位置完全重合。

图15所示，燃料出口端板9上的燃料出口16为最终的燃料腔出口。下表为本发明性能与现有技术性能对比表。可以看出本发明在大功率性能和气体分配均匀性上都优于现有技术。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种大功率燃料电池电堆结构，其特征在于：包括由上至下依次设置的燃料进口端板、第一绝缘板、负极集流板、电池前段、转接板、电池后段、正极集流板、第二绝缘板、燃料出口端板，所述电池前段、转接板和电池后段内设置有燃料腔，所述燃料腔内设置有流动的燃料，所述电池前段和电池后段内设置有空气腔，所述空气腔内设置有流动的空气；

以燃料进口的一侧为右侧，以远离燃料进口的一侧为左侧，所述燃料腔包括第一右侧燃料公用管道、第一左侧燃料公用管道、第二右侧燃料公用管道和第二左侧燃料公用管道，所述第一右侧燃料公用管道和第一左侧燃料公用管道设置于电池前段内部，所述第二右侧燃料公用管道和第二左侧燃料公用管道设置于电池后段内部，所述第一右侧燃料公用管道的一端与燃料进口相连，所述第一右侧燃料公用管道的另一端通过各个单池与第一左侧燃料公用管道的一端相连，所述第一左侧燃料公用管道的另一端与转接板内部管道的左端相连，所述转接板内部管道设置于转接板内部，所述转接板内部管道的右端与第二右侧燃料公用管道的一端相连，所述第二右侧燃料公用管道的另一端通过各单池与第二左侧燃料公用管道的一端相连，所述第二左侧燃料公用管道的另一端与燃料出口相连。

2.根据权利要求1所述的大功率燃料电池电堆结构，其特征在于，所述空气腔包括第一左侧空气公用管道、第一右侧空气公用管道、第二左侧空气公用管道和第二右侧空气公用管道，所述第一左侧空气公用管道和第一右侧空气公用管道设置于电池前段内，所述第二左侧空气公用管道和第二右侧空气公用管道设置于电池后段内，所述第一左侧空气公用管道的一端连接空气进口，所述第一左侧空气公用管道的另一端通过各单池连接第一右侧空气公用管道的一端，所述第一右侧空气公用管道的另一端连接空气出口，所述第二左侧空气公用管道的一端连接空气进口，所述第二左侧空气公用管道的另一端通过各单池连接第二右侧空气公用管道的一端，所述第二右侧空气公用管道的另一端连接空气出口。

3.根据权利要求2所述的大功率燃料电池电堆结构，其特征在于，所述转接板包括上下设置、位置相对的进口转接板和出口转接板，所述进口转接板上开设有由左至右逐渐降低的倾斜槽，所述倾斜槽的左端设置有进口转接板燃料出口，所述倾斜槽的右端设置有进口转接板燃料入口，所述出口转接板上与进口转接板燃料出口相对的位置上设置有出口转接板燃料入口；

出口转接板将燃料腔进口公用管道封堵，使得上一个模块的燃料腔出口公用管道的燃料通过进口转接板燃料入口依次进入倾斜槽、进口转接板燃料出口、出口转接板燃料入口，从而进入下一个模块的燃料公用管道；所述进口转接板上设置有进口转接板冷却液入口和进口转接板冷却液出口，所述出口转接板上设置有出口转接板冷却液入口和出口转接板冷却液出口，所述进口转接板冷却液入口与出口转接板冷却液入口位置重合，所述进口转接板冷却液出口与出口转接板冷却液出口位置重合。

4.根据权利要求2所述的大功率燃料电池电堆结构，其特征在于，所述燃料进口端板上开设有燃料进口端板燃料进口、燃料进口端板空气进口、燃料进口端板空气出口、冷却液进口和冷却液出口；所述燃料出口端板上开设有燃料出口端板空气进口、燃料出口端板空气出口和燃料出口。

5.根据权利要求1所述的大功率燃料电池电堆结构，其特征在于，所述空气腔包括第一左侧空气公用管道、第二左侧空气公用管道和第一右侧空气公用管道，所述第一左侧空气公用管道设置于电池前段内，所述第二左侧空气公用管道设置于电池后段内，所述第一右侧空气公用管道设置于电池前段、转接板和电池后段内，所述第一左侧空气公用管道的一端连接空气进口，所述第一左侧空气公用管道的另一端通过各单池连接第一右侧空气公用管道位于电池前段的部分，所述第二左侧空气公用管道的一端连接空气进口，所述第二左侧空气公用管道的另一端通过各单池连接第一右侧空气公用管道位于电池后段的部分，所述第一右侧空气公用管道与位于电池前段的空气出口相连。

6.根据权利要求5所述的大功率燃料电池电堆结构，其特征在于，所述转接板包括上下设置、位置相对的进口转接板和出口转接板，所述进口转接板上开设有由左至右逐渐降低的倾斜槽，所述倾斜槽的左端设置有进口转接板燃料出口，所述倾斜槽的右端设置有进口转接板燃料入口，所述出口转接板上与进口转接板燃料出口相对的位置上设置有出口转接板燃料入口；

出口转接板将燃料腔进口公用管道封堵，使得上一个模块的燃料腔出口公用管道的燃料通过进口转接板燃料入口依次进入倾斜槽、进口转接板燃料出口、出口转接板燃料入口，从而进入下一个模块的燃料公用管道；所述进口转接板上设置有进口转接板冷却液入口和进口转接板冷却液出口，所述出口转接板上设置有出口转接板冷却液入口和出口转接板冷却液出口，所述进口转接板冷却液入口与出口转接板冷却液入口位置重合，所述进口转接板冷却液出口与出口转接板冷却液出口位置重合，所述进口转接板上设置有进口转接板空气出口，所述出口转接板上设置有出口转接板空气入口，所述进口转接板空气出口与出口转接板空气入口位置重合。

7.根据权利要求5所述的大功率燃料电池电堆结构，其特征在于，所述燃料进口端板上开设有燃料进口端板燃料进口、燃料进口端板空气进口、燃料进口端板空气出口、冷却液进口和冷却液出口；所述燃料出口端板上开设有燃料出口端板空气进口和燃料出口。

8.根据权利要求1所述的大功率燃料电池电堆结构，其特征在于，所述空气腔包括第一左侧空气公用管道和第一右侧空气公用管道，第一左侧空气公用管道和第一右侧空气公用管道设置于电池前段、转接板和电池后段内，所述转接板左侧内部设置有第一空气进口，所述第一空气进口与第一左侧空气公用管道相连，所述第一左侧空气公用管道通过各单池连接第一右侧空气公用管道，所述第一右侧空气公用管道与位于电池前段的空气出口相连。

9.根据权利要求8所述的大功率燃料电池电堆结构，其特征在于，所述转接板包括上下设置、位置相对的进口转接板和出口转接板，所述进口转接板上开设有由左至右逐渐降低的倾斜槽，所述倾斜槽的左端设置有进口转接板燃料出口，所述倾斜槽的右端设置有进口转接板燃料入口，所述出口转接板上与进口转接板燃料出口相对的位置上设置有出口转接板燃料入口；

出口转接板将燃料腔进口公用管道封堵，使得上一个模块的燃料腔出口公用管道的燃料通过进口转接板燃料入口依次进入倾斜槽、进口转接板燃料出口、出口转接板燃料入口，从而进入下一个模块的燃料公用管道；所述进口转接板上设置有进口转接板冷却液入口和进口转接板冷却液出口，所述出口转接板上设置有出口转接板冷却液入口和出口转接板冷却液出口，所述进口转接板冷却液入口与出口转接板冷却液入口位置重合，所述进口转接板冷却液出口与出口转接板冷却液出口位置重合，所述进口转接板上设置有进口转接板空气出口，所述出口转接板上设置有出口转接板空气入口，所述进口转接板空气出口与出口转接板空气入口位置重合，所述出口转接板侧面开设有第一空气进口，所述第一空气进口与第一空腔公共管道和第二空腔公共管道相连，所述第一空腔公共管道设置于出口转接板上，所述第二空腔公共管道设置于进口转接板上，所述第一空腔公共管道和第二空腔公共管道位置相对。

10.根据权利要求8所述的大功率燃料电池电堆结构，其特征在于，所述燃料进口端板上开设有燃料进口端板燃料进口、燃料进口端板空气出口、冷却液进口和冷却液出口；所述燃料出口端板上开设有燃料出口。