CN209607840U - 双极板组件、燃料电池、燃料电池动力系统和交通工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种双极板组件、燃料电池、燃料电池动力系统和交通工具，双极板组件包括第一单极板和第二单极板，第一单极板和第二单极板均呈连续皱褶状，第一单极板上多个第一条状拱起沿第一方向排列，第二单极板上多个第二条状拱起沿第二方向排列，第一方向倾斜于第二方向，第一条状拱起与第一条状拱起之间交错而形成连通口，第一条状拱起之间的第一液流通道与第二条状拱起之间的第二液流通道连通成为液体流场。交通工具内具有燃料电池动力系统，燃料电池动力系统内具有燃料电池，燃料电池内具有双极板组件。此设置方式不要求第一条状拱起和第二条状拱起蜿蜒延伸或连续弧线延伸的设计要求，从而有效降低第一气流通道和第二气流通道的气流阻力。

Description

双极板组件、燃料电池、燃料电池动力系统和交通工具

技术领域

本实用新型涉及燃料电池制造领域，具体涉及一种燃料电池中的双极板组件、燃料电池、燃料电池动力系统和交通工具。

背景技术

燃料电池动力系统常用于交通工具中。参见图1和图2，图1为双极板组件现有技术中第一单极板的结构示意图，图2为双极板组件现有技术中第二单极板的结构示意图。现有的燃料电池动力系统中，燃料电池中具有双极板组件1，双极板组件包括相互粘合的第一单极板11和第二单极板12，第一电极板11和第二电极板12均呈连续皱褶状，第一电极板11的上表面上设置有多道沿x轴方向排列的第一条状拱起111，第一条状拱起111沿y轴方向蜿蜒，第一条状拱起111之间形成沿y轴方向蜿蜒延伸的第一液流通道112，第一单极板11在与上表面相反的下表面一侧形成与第一条状拱起111对应的长形的凹陷通道，凹陷通道即为第一气流通道。

第二电极板12的上表面上设置有多道沿x轴方向排列的第二条状拱起121，第二条状拱起121沿y轴方向蜿蜒延伸，第二条状拱起121之间形成沿y轴方向蜿蜒延伸的第二液流通道122，第二单极板12在与上表面相反的下表面一侧形成与第二条状拱起121对应的长形的凹陷通道，凹陷通道即为第二气流通道。

结合图3，图3为双极板组件现有技术的结构示意图。第一单极板11的第一条状拱起111和第二单极板12的第二条状拱起121相互粘合，在第一单极板11和第二单极板12的粘合方向的投影上，多道第一条状拱起111和多道第二条状拱起121之间交错而构成多个椭圆形的连通口，每个连通口13与第一液流通道112以及第二液流通道122连通而构成液流空间。

现有的该种双极板组件存在的问题是，虽然第一单极板11和第二单极板12之间形成了流体空间，但蜿蜒延伸的第一气流通道和第二气流通道增大了于其内流通的反应气体的流动阻力。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种有效降低气体流场气流阻力的双极板组件。

本实用新型的第二目的在于提供一种有效降低气体流场气流阻力的燃料电池。

本实用新型的第三目的在于提供一种有效降低气体流场气流阻力的燃料电池动力系统。

本实用新型的第四目的在于提供一种有效降低气体流场气流阻力的交通工具。

本实用新型第一目的提供的双极板组件包括第一单极板和第二单极板，第一单极板呈连续皱褶状延伸，第一单极板的第一表面形成多道第一条状拱起，多道第一条状拱起之间沿第一方向排列，相邻的两道第一条状拱起之间形成第一液流通道，第一单极板在第一表面的背侧凹陷形成与第一条状拱起对应的第一气流通道；第二单极板呈连续皱褶状延伸，第二单极板的第二表面形成多道第二条状拱起，多道第二条状拱起之间沿第二方向排列，相邻的两道第二条状拱起之间形成第二液流通道，第二单极板在第二表面的背侧凹陷形成与第二条状拱起对应的第二气流通道；第一表面与第二表面相对，第一条状拱起与第二条状拱起邻接，第一方向倾斜于第二方向，第一液流通道与第二液流通道连通。

由上述方案可见，当第一单极板的第一条状拱起和第二电极板的第二条状拱起之间以具有一定的倾斜角的方式相互粘合后，即使第一条状拱起和第二条状拱起沿直线延伸，第一条状拱起和第二条状拱起之间形成的棱形连通口也能结合第一液流通道和第二液流通道构成具有多个“N”型结构的液流空间。此设置方式并不要求第一条状拱起和第二条状拱起具备蜿蜒延伸的特点或是连续弧线延伸的设计要求，故能有效降低第一气流通道和第二气流通道的气流阻力。

进一步的方案是，第一条状拱起沿直线延伸，和/或第二条状拱起沿直线延伸。

由上可见，当第一条状拱起和第二条状拱起沿直线延伸时，第一气流通道和第二气流通道具有最小的液流阻力。

进一步的方案是，第一条状拱起沿弧线延伸，和/或第二条状拱起沿弧线延伸。

另一进一步的方案是，第一条状拱起蜿蜒延伸，和/或第二条状拱起蜿蜒延伸。

由上可见，第一条状拱起和第二条状拱起设置成弧线延伸或蜿蜒延伸能降低液流空间的液流阻力，且由于第一条状拱起和第二条状拱起的弧度和弯曲程度具有较低要求，故同时能保证第一气流通道和第二气流通道的低气流阻力。

进一步的方案是，第一方向和第二方向之间的夹角小于90度。

由上可见，第一方向和第二方向之间夹角的合理设置更利于液体流场的形成和液体流场进出口的布置。

进一步的方案是，在第一条状拱起的延伸方向的投影上，第一单极板的呈方波状连续皱褶。

由上可见，此设置能增大第一条状拱起于第二条状拱起之间的粘合面积，增强双极板组件的组装强度。

进一步的方案是，在第一条状拱起的延伸方向的投影上，第一单极板的呈正弦波状连续皱褶。

由上可见，此设置能第一气流通道和第二气流通道具有圆弧形内壁面，有效降低气流阻力。

另一进一步的方案是，在第一条状拱起的延伸方向的投影上，第一单极板的呈锯齿波状连续皱褶。

由上可见，此设置能减少液流空间中的锐角，降低液流空间的液流阻力。

另一进一步的方案是，在第一条状拱起的延伸方向的投影上，第一单极板的呈梯形波状连续皱褶。

进一步的方案是，第一气流通道的延伸两端均具有第一气流口，第二气流通道的延伸两端均具有第二气流口。

更进一步的方案是，在第三方向上，多个第一气流口位于第一单极板的相对两端，且多个第二气流口位于第二单极板的相对两端。

由上可见，在满足降低气流阻力的要求外，多个第一气流口和第二气流口位于双极板组件的同一侧，此设置使燃料电池中反应气体流场的进出口和冷却液体流场的进出口布置更方便。

进一步的方案是，第三方向垂直于第一方向，或第三方向垂直于第二方向。

由上可见，第一单极板和第二单极板多为方形，以第一单极板为例，第一单极板上呈直线延伸的第一条状拱起平行于方形的长边，多个第一条状拱起的排列方向，即皱褶方向平行于方向的宽边，此设置能使第一单极板的加工难度最小化，从而提高生产效率。

本实用新型第二目的提供的燃料电池包括双极板组件，双极板组件采用上述的双极板组件。

本实用新型第三目的提供的燃料电池动力系统包括燃料电池，燃料电池采用上述的燃料电池。

本实用新型第四目的交通工具包括燃料电池动力系统，燃料电池动力系统采用上述的燃料电池动力系统。

附图说明

图1为双极板组件现有技术中第一单极板的结构示意图。

图2为双极板组件现有技术中第二单极板的结构示意图。

图3为双极板组件现有技术的结构示意图。

图4为本实用新型双极板组件第一实施例的结构分解图。

图5为本实用新型双极板组件第一实施例中第一单极板的结构示意图。

图6为本实用新型双极板组件第一实施例中第二单极板的结构示意图。

图7为本实用新型双极板组件第一实施例的结构示意图。

图8为本实用新型双极板组件第二实施例中第一单极板的结构示意图。

图9为本实用新型双极板组件第二实施例中第二单极板的结构示意图。

图10为本实用新型双极板组件第二实施例的结构示意图。

图11为本实用新型双极板组件第三实施例中第一单极板的结构示意图。

图12为本实用新型双极板组件第三实施例中第二单极板的结构示意图。

图13为本实用新型双极板组件第三实施例的结构示意图。

图14为本实用新型双极板组件第四实施例中第一单极板的截面图。

图15为本实用新型双极板组件第五实施例中第一单极板的截面图。

图16为本实用新型双极板组件第六实施例中第一单极板的截面图。

具体实施方式

本实用新型提供的交通工具，如汽车中具有燃料电池动力系统，燃料电池动力系统内具有燃料电池，燃料电池为质子交换膜燃料电池，燃料电池内具有双极板组件。

双极板组件第一实施例

参见图4，图4为本实用新型双极板组件第一实施例的结构分解图。双极板组件2包括第一安装板201、第二安装板202、第一单极板21和第二单极板22，第一安装板201的相对两侧分别固定有一块第一单极板21和一块第二单极板22，第二安装板202的相对两侧分别固定有一块第一单极板21和一块第二单极板22，构成双极板组件2时，第一安装板201和第二安装板202叠合，第一安装板201上的第一单极板21与第二安装板202上的第二单极板22粘合。

结合图5和图6，图5为本实用新型双极板组件第一实施例中第一单极板的结构示意图。图6为本实用新型双极板组件第一实施例中第二单极板的结构示意图。图5和图6中，阴影线用于更清晰地示意第一单极板21上的第一条状拱起211和第二单极板22上的第二条状拱起221，而非用于表示第一单极板21和第二单极板22的剖切状态，上文现有技术的对应附图中、下文第二实施例以及第三实施例的对应附图中阴影线的用意与本实施例对应附图中阴影线的用意相同。

在y轴方向的投影上，第一单极板21呈方波状连续皱褶，第一单极板21的第一表面形成多道第一条状拱起211，多道第一条状拱起211之间第一方向(即x轴方向)排列，且第一条状拱起211在y轴方向上沿直线延伸，相邻的两道第一条状拱起211之间形成沿直线延伸的第一液流通道212，第一单极板21在第一表面的背侧凹陷形成与第一条状拱起211对应的第一气流通道219。第一气流通道219在第一单极板21上位于y轴方向的两端均形成一个第一气流口213。

在y轴方向的投影上，第二单极板22呈方波状连续皱褶，第二单极板22的第二表面形成多道第二条状拱起221，多道第二条状拱起221之间沿第二方向排列，且第二条状拱起221沿直线延伸，相邻的两道第二条状拱起221之间形成沿直线延伸的第二液流通道222，第二单极板22在第二表面的背侧凹陷形成与第二条状拱起221对应的第二气流通道229。第二方向与x轴方向之间形成夹角A，本实施例中，夹角A为10度；由于当第二条状拱起221沿直线延伸时，多道第二条状拱起221之间的排列方向，即第二方向垂直于第二条状拱起221的长度延伸方向，故第二条状拱起221的延伸方向与Y轴方向之间形成夹角B，夹角B与夹角A相等。第二气流通道229在第二单极板22上位于y轴方向(即第三方向)的两端均形成一个第二气流口223，且第二液流通道222在第二单极板22位于x轴方向两端上均具有液流口224。

结合图7，图7为本实用新型双极板组件第一实施例的结构示意图。第一单极板21和第二单极板22整体轮廓均为方形，将第一单极板21和第二单极板22长边与长边对应，宽边与宽边对应地叠合，此时第一表面与第二表面相对，将第一条状拱起211和第二条状拱起221粘合后，第一条状拱起211和第二条状拱起221之间具有夹角A。

在图7所示视角上，多道第一条状拱起211和多道第二条状拱起221之间形成多个棱形的连通口23，第一液流通道212与第二液流通道连通222通过多个连通口23连通而构成液流空间。

此时双极板组件2具有三个流场，第一个是多个第一气流通道219构成的阴极反应气体流场，第二个是多个第二气流通道229构成的阳极反应气体流场，第三个是由第一液流通道212和第二液流通道连通222构成的液体流场。阴极反应气体在第一气流通道219中沿y方向流动于两端的第一气流口213之间，阳极反应气体在第二气流通道229中沿y方向流动于两端的第二气流口223之间，而液体流场中，液体从第二单极板22于x轴方向第一端的液流口224进入第二液流通道222中，到达连通口23处后流动至第一液流通道212中，从而完成“N”方向的液体流动。经过多次“N”方向运送后，最终液体从第二单极板22于x轴方向第二端的液流口225流出，从而完成液体运送。第一条状拱起211和第二条状拱起221之间的相互倾斜的设置方式并不要求第一条状拱起211和第二条状拱起221具备蜿蜒延伸的特点或是连续弧线延伸的设计要求，故能有效降低第一气流通道219和第二气流通道229的气流阻力。

双极板组件第二实施例

参见图8至图10，图8为本实用新型双极板组件第二实施例中第一单极板的结构示意图，图9为本实用新型双极板组件第二实施例中第二单极板的结构示意图，图10为本实用新型双极板组件第二实施例的结构示意图。本实施例中，第一单极板31中第一条状拱起311和第一液流通道312均沿弧线延伸，第二单极板32中第二条状拱起321和第二液流通道322均沿弧线延伸，且多道第二条状拱起321之间的排列方向与x轴方向之间具有夹角C。当第一单极板31和第二单极板32叠合后，第一条状拱起311和第二条状拱起321之间因交错而形成连通口33，连通口33能将第一液流通道312和第二液流通道322连通以构成液体流场。

需要注意的是，以第二条状拱起321为例，当第二条状拱起321沿弧线延伸时，多道第二条状拱起321之间的排列方向，即第二方向应当为垂直于第二液流通道322两端的两个液流口323之间连线的方向。

双极板组件第三实施例

参见图11至图13，图11为本实用新型双极板组件第三实施例中第一单极板的结构示意图。图12为本实用新型双极板组件第三实施例中第二单极板的结构示意图。图13为本实用新型双极板组件第三实施例的结构示意图。本实施例中，第一单极板41中第一条状拱起411和第一液流通道412均蜿蜒延伸，第二单极板42中第二条状拱起421和第二液流通道422均蜿蜒延伸，且多道第二条状拱起421之间的排列方向与x轴方向之间具有夹角D。当第一单极板41和第二单极板42叠合后，第一条状拱起411和第二条状拱起421之间因交错而形成连通口43，连通口43能将第一液流通道412和第二液流通道422连通以构成液体流场。

需要注意的是，以第二条状拱起421为例，当第二条状拱起421沿弧线延伸时，多道第二条状拱起421之间的排列方向，即第二方向应当为垂直于第二液流通道422两端的两个液流口423之间连线的方向。

在双极板组件第二实施例和第三实施例中，当第一条状拱起和第二条状拱起交错布置而形成连通口并连通第一液流通道和第二液流通道后，对于液体流场的形成，第一条状拱起和第二条状拱起的弧度和弯曲程度则不具有特别的设计要求，若在其他工艺上具有设计要求时，即使第一条状拱起和第二条状拱起设置为弧线延伸或蜿蜒延伸也同样满足双极板组件的液体流场设计要求。

双极板组件第四实施例

参见图14，图14为本实用新型双极板组件第四实施例中第一单极板的截面图。本实施例中，在第一条状拱起511的延伸方向的投影上，第一单极板51的呈正弦波状连续皱褶。

双极板组件第五实施例

参见图15，图15为本实用新型双极板组件第五实施例中第一单极板的截面图。本实施例中，在第一条状拱起611的延伸方向的投影上，第一单极板61的呈锯齿波状连续皱褶。

双极板组件第六实施例

参见图16，图16为本实用新型双极板组件第六实施例中第一单极板的截面图。本实施例中，在第一条状拱起711的延伸方向的投影上，第一单极板71的呈梯形波状连续皱褶。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.双极板组件，包括第一单极板和第二单极板，其特征在于：

所述第一单极板呈连续皱褶状，所述第一单极板的第一表面形成多道第一条状拱起，多道第一条状拱起之间沿第一方向排列，相邻的两道所述第一条状拱起之间形成第一液流通道，所述第一单极板在所述第一表面的背侧凹陷形成与所述第一条状拱起对应的第一气流通道；

所述第二单极板呈连续皱褶状，所述第二单极板的第二表面形成多道第二条状拱起，多道第二条状拱起之间沿第二方向排列，相邻的两道所述第二条状拱起之间形成第二液流通道，所述第二单极板在所述第二表面的背侧凹陷形成与所述第二条状拱起对应的第二气流通道；

所述第一表面与所述第二表面相对，所述第一条状拱起与所述第二条状拱起邻接，所述第一方向倾斜于所述第二方向，所述第一液流通道与所述第二液流通道连通。

2.根据权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：

所述第一条状拱起沿直线延伸，和/或所述第二条状拱起沿直线延伸。

3.根据权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：

所述第一条状拱起沿弧线延伸，和/或所述第二条状拱起沿弧线延伸。

4.根据权利要求1所述的双极板组件，其特征在于：

所述第一条状拱起蜿蜒延伸，和/或所述第二条状拱起蜿蜒延伸。

5.根据权利要求1至4任一项所述的双极板组件，其特征在于：

所述第一方向和所述第二方向之间的夹角小于90度。

6.根据权利要求1至4任一项所述的双极板组件，其特征在于：

在所述第一条状拱起的延伸方向的投影上，所述第一单极板的呈方波状连续皱褶。

7.根据权利要求1至4任一项所述的双极板组件，其特征在于：

在所述第一条状拱起的延伸方向的投影上，所述第一单极板的呈正弦波状连续皱褶。

8.根据权利要求1至4任一项所述的双极板组件，其特征在于：

在所述第一条状拱起的延伸方向的投影上，所述第一单极板的呈锯齿波状连续皱褶。

9.根据权利要求1至4任一项所述的双极板组件，其特征在于：

在所述第一条状拱起的延伸方向的投影上，所述第一单极板的呈梯形波状连续皱褶。

10.根据权利要求1至4任一项所述的双极板组件，其特征在于：

所述第一气流通道的延伸两端均具有第一气流口，所述第二气流通道的延伸两端均具有第二气流口。

11.根据权利要求10所述的双极板组件，其特征在于：

在第三方向上，多个所述第一气流口位于所述第一单极板的相对两端，且多个所述第二气流口位于所述第二单极板的相对两端。

12.根据权利要求11所述的双极板组件，其特征在于：

所述第三方向垂直于所述第一方向，或所述第三方向垂直于所述第二方向。

13.燃料电池，包括双极板组件，其特征在于：

所述双极板组件采用上述权利要求1至12任一项所述的双极板组件。

14.燃料电池动力系统，包括燃料电池，其特征在于：

所述燃料电池采用上述权利要求13所述的燃料电池。

15.交通工具，包括燃料电池动力系统，其特征在于：

所述燃料电池动力系统采用上述权利要求14所述的燃料电池动力系统。