CN219575695U - 一种电堆结构及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种电堆结构及燃料电池，该电堆结构包括极板、第一歧管以及第二歧管，极板上设置有气流流道，通过第一歧管和第二歧管为气流流道供气，并且在第二歧管上设置第一阀门，用于控制第二歧管的导通或关断；一方面通过第一阀门对第二歧管的供气流量进行控制，以调节气流流道中的气流流量，以满足调节电池功率的需求；另一方面通过设置第一歧管和第二歧管，在气流流量较小时，可仅开设第一歧管，通过减小歧管整体截面面积来提高气体扩散均匀度。

Description

一种电堆结构及燃料电池

技术领域

本申请涉及电池结构制造技术领域，尤其涉及一种电堆结构及燃料电池。

背景技术

目前，燃料电池的电堆通常包括多个单体电池。每一单体电池通常包括阴极板、膜电极、阳极板。阳极板和阴极板上多设置有气流流道，通过阳极板和阴极板上的气流流道为膜电极提供反应气体。

在相关技术中，电堆结构上设置有一条歧管，通过歧管与每一极板上的气流流道连通，以借助歧管为气流流道供应气体。但是对于一些输出功率时常变化的燃料电池来说，就需要实时对气流供应量进行调节。然而当气流供应量较小时，单一歧管结构能以保证气体的均匀分布，导致燃料电池低功率运行时，电堆不同位置电池片的输出电压均匀性较差。

由此，如何提高低气流流量情况下气流供应的均匀性是目前急需解决的问题。

实用新型内容

本申请旨在提供一种电堆结构及燃料电池，以解决如何提高低气流流量情况下气流供应的均匀性的问题。

而本申请为解决上述技术问题所采用了以下方案。

第一方面，本申请提供一种电堆结构，包括：

极板，所述极板上设置有气流流道；

第一歧管，与所述气流流道连通，并为所述气流流道供气；

第二歧管，与所述气流流道连通，并为所述气流流道供气；

其中，所述第二歧管上设置有第一阀门，所述第一阀门用于控制所述第二歧管的导通/关断。

在本申请的部分实施例中，所述极板上设置有反应部，所述反应部位于所述气流流道的一端，并与所述气流流道连通，所述气流流道中的气体流动至所述反应部，并在所述反应部进行电化学反应；所述气流流道背离所述反应部的一端设置有进气口，所述进气口与所述第一歧管以及所述第二歧管连通。

在本申请的部分实施例中，所述进气口包括第一子进气口和第二子进气口，所述第一子进气口与所述第一歧管连通，所述第二子进气口与所述第二歧管连通；其中，所述第一子进气口和所述第二子进气口并排设置。

在本申请的部分实施例中，所述气流流道沿着第一方向呈渐扩设置，所述第一方向为所述进气口指向所述反应部的方向。

在本申请的部分实施例中，所述气流流道沿着第一方向设置有多个导流凸台，所述多个导流凸台呈间隔分布设置。

在本申请的部分实施例中，所述导流凸台在所述气流流道的流道壁上呈均匀分布。

在本申请的部分实施例中，所述导流凸台为圆球型结构和/或椭球型结构。

在本申请的部分实施例中，所述反应部具有与所述第一方向平行的中心线，所述第一方向为所述进气口指向所述反应部的方向；其中，所述第一歧管与所述中心线之间的间距小于所述第二歧管与所述中心线之间的间距。

在本申请的部分实施例中，所述极板的数量为多个，多个所述极板堆叠设置，每一所述极板上的气流流道均与所述第一歧管以及所述第二歧管连通。

一种燃料电池，包括上述的电堆结构。

本申请所提供的一种电堆结构及燃料电池，该电堆结构包括极板、第一歧管以及第二歧管，极板上设置有气流流道，通过第一歧管和第二歧管为气流流道供气，并且在第二歧管上设置第一阀门，用于控制第二歧管的导通或关断；一方面，通过第一阀门对第二歧管的供气流量进行控制，以调节气流流道中的气流流量，以满足调节电池功率的需求；另一方面通过设置第一歧管和第二歧管，在气流流量较小时，可仅开设第一歧管，通过减小歧管整体截面面积来提高气体扩散均匀度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的一实施例提供的电堆结构的示意图；

图2为本申请的另一实施例提供的电堆结构的示意图。

主要元件符号说明：

100-极板，110-反应部，120-导流凸台，130-气流流道，200-第一歧管，300-第二歧管，400-进气口，410-第一子进气口，420-第二子进气口，a-第一方向。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在本申请的描述中，“多个”的含义为两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认为，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中，不会对已知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理的最广范围相一致。

燃料电池通常包括电堆，电堆由多个单体电池堆叠制成。单体电池包括阳极板、膜电极以及阴极板。具体地，阳极板与膜电极之间形成氢气流场空间，通过氢气流场空间为膜电极供应氢气，氢气经过阳极催化剂层反应生成质子，阴极板与膜电极之间形成空气(氧气)流场空间，通过空气(氧气)流场空间为膜电极供应氧气，通入的空气(氧气)可以与穿过膜电极的质子在阴极催化层的作用下生成水，在上述反应过程中单体电池产生的电流即可为外部负载提供电流。

当前的极板由导电材料制成，例如金属和石墨。且极板上设置有气流流道，以便于导电的同时将反应气体均匀分布到膜电极的两侧。目前的电堆结构中多设置有一根歧管，通过歧管来连通每一极板上的气流流道，并通过歧管为气流流道供气。但是燃料电池存在多变的运行功率，在相关技术中难以通过调节气流流道的气流流量，使得燃料电池能够调节至较低的运行功率。

本申请基于此对目前的电堆结构及燃料电池进行了改进。

首先，请参阅图1，图1示出了本实施例中提供的电堆结构的示意图。本实施例的电堆结构，该电堆结构包括极板100、第一歧管200以及第二歧管300。需要解释的是，极板100可以为阳极板100、阴极板100或双极板100。双极板100是指该极板100一侧作为一单体电池的阳极板100、另一侧作为另一单体电池的阴极板100。第一歧管200以及第二歧管300可以为常规的歧管结构，例如在每一极板100上设置有通孔，多个极板100对应设置有多个通孔，多个通孔连接形成该歧管结构。

极板100上设置有气流流道130。可以理解的是，气流流道130为极板100上压制成型的凹槽结构，通过气流流道130可将歧管结构中的气流输送至反应位置。

第一歧管200与气流流道130连通，并为气流流道130供气。第二歧管300与气流流道130连通，并为气流流道130供气。第一歧管200可与第二歧管300并排平行设置。

其中，第二歧管300上设置有第一阀门，第一阀门用于控制第二歧管300的导通/关断。也就是说，第一歧管200可作为常开歧管，正常状态下为气流流道130输送气流，第二歧管300作为辅助歧管，通过调节第二歧管300的气流流量，实现对气流流道130的流量调节。

当前的电堆结构中，其气流流量并不能进行调节，导致无法通过调节气流流量实现对燃料电池运行功率的调节。然而本申请中通过第一歧管200和第二歧管300为气流流道130供气，并且在第二歧管300上设置第一阀门，用于控制第二歧管300的导通或关断；一方面通过第一阀门对第二歧管300的供气流量进行控制，以调节气流流道130中的气流流量，以满足调节电池功率的需求；另一方面通过设置第一歧管和第二歧管，在气流流量较小时，可仅开设第一歧管，通过减小歧管整体截面面积来提高气体扩散均匀度。

在本申请的部分实施例中，请继续参阅图1，本实施例的极板100上设置有反应部110，反应部110位于所述气流流道130的一端，并与所述气流流道130连通，所述气流流道130中的气体流动至所述反应部110，并在所述反应部110进行电化学反应。需要解释的是，反应部110对应膜电极设置，反应部110的气体直接与膜电极接触并进行电化学反应。在一些实施例中，膜电极上设置有碳纸层，用于进一步提高气体的均匀性。气流流道130背离反应部110的一端设置有进气口400，进气口400与第一歧管200以及第二歧管300连通。在一些实施例中，第一歧管200和第二歧管300可设置同一进气口400，第一歧管200和第二歧管300的气流汇聚后再输送到气流流道130中。

在本申请的部分实施例中，请参阅图2，图2示出了本实施例提供的电堆结构的示意图。本实施例的进气口400包括第一子进气口410和第二子进气口420，第一子进气口410与第一歧管200连通，第二子进气口420与第二歧管300连通。也就是说，第一歧管200和第二歧管300分别与气流流道130连通，对于气流流道130来说有两个进气端。其中，第一子进气口410和第二子进气口420并排设置，有利于提高气流流道130进气的均匀性。

在本申请的部分实施例中，请继续参阅图1，本实施例中的气流流道130沿着第一方向a呈渐扩设置，第一方向a为进气口400指向反应部110的方向。需要解释的是，气流流道130逐渐扩大，一方面有利于分散气流，使气流沿着气流流道130的渐扩方向外扩，进而提高气流的均匀性；另一方面，还可以降低气流流速，为反应部110提供低速稳定的气流，进而提高电化学反应的稳定性。

在本申请的部分实施例中，请继续参阅图1，本实施例中的气流流道130沿着第一方向a设置有多个导流凸台120，多个导流凸台120呈间隔分布设置。导流凸台120有利于促进气流的扩散，以提高气流流道130输出气流的均匀性，进而有利于提高反应部110各个位置接收反应气体的均匀性，进一步提高燃料电池的工作稳定性。

在本申请的部分实施例中，请继续参阅图1，本实施例中的导流凸台120在气流流道130的流道壁上呈均匀分布，。也就是说，导流凸台120的数量随着气流流道130的宽度变化而变化。需要解释的是，由于气流流道130沿着第一方向a为外扩结构，因此沿着第一方向a需要设置更多的导流凸台120，以使得气流充分均匀扩散。

在本申请的部分实施例中，请继续参阅图1，本实施例中的导流凸台120为圆球型结构和/或椭球型结构。圆球型结构和椭球型结构均具有曲面，有利于降低气流的风阻，提高气流的流动性能。现有技术中一般设置为长条形结构，长度较长不利于长条形结构两侧气流的交换。而本实施例中的圆球型结构长度较短，有利于促进导流凸台120两侧气流的交换，进一步提高气流的均匀扩散性能。

在本申请的部分实施例中，请继续参阅图1，本实施例中的反应部110具有与第一方向a平行的中心线，第一方向a为进气口400指向反应部110的方向；其中，第一歧管200与中心线之间的间距小于第二歧管300与中心线之间的间距。也就是说，第一歧管200相较于第二歧管300更靠近于反应部110的中心线。越靠近中心线位置，气流流道130以及反应部110接收到的气流越均匀，由于第一歧管200为常开歧管，多数时候保持开启状态，因此将第一歧管200设置在更为中间的位置。

在一些实施例中，第二歧管300的数量为多个，且第二歧管300可设置在第一歧管200的两侧。例如，多个第二歧管300和第一歧管200均设置在第二方向上，第二方向与第一方向a垂直。

在本申请的部分实施例中，极板100的数量为多个，多个极板100堆叠设置，每一极板100上的气流流道130均与第一歧管200以及第二歧管300连通。多个极板100堆叠能够形成电堆结构，通过多个极板100的气流流道130共用第一歧管200以及第二歧管300，有利于节省电堆结构的空间。

进一步地，为了更好的实施本申请实施例中的电堆结构，在电堆结构的基础之上，本申请还提供一种燃料电池，该燃料电池包括上述任意一实施例中的电堆结构。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考，但与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

以上对本申请实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种电堆结构，其特征在于，包括：

极板，所述极板上设置有气流流道；

第一歧管，与所述气流流道连通，并为所述气流流道供气；

第二歧管，与所述气流流道连通，并为所述气流流道供气；

其中，所述第二歧管上设置有第一阀门，所述第一阀门用于控制所述第二歧管的导通/关断。

2.根据权利要求1所述的电堆结构，其特征在于，所述极板上设置有反应部，所述反应部位于所述气流流道的一端，并与所述气流流道连通，所述气流流道中的气体流动至所述反应部，并在所述反应部进行电化学反应；所述气流流道背离所述反应部的一端设置有进气口，所述进气口与所述第一歧管以及所述第二歧管连通。

3.根据权利要求2所述的电堆结构，其特征在于，所述进气口包括第一子进气口和第二子进气口，所述第一子进气口与所述第一歧管连通，所述第二子进气口与所述第二歧管连通；其中，所述第一子进气口和所述第二子进气口并排设置。

4.根据权利要求2所述的电堆结构，其特征在于，所述气流流道沿着第一方向呈渐扩设置，所述第一方向为所述进气口指向所述反应部的方向。

5.根据权利要求4所述的电堆结构，其特征在于，所述气流流道沿着第一方向设置有多个导流凸台，所述多个导流凸台呈间隔分布设置。

6.根据权利要求5所述的电堆结构，其特征在于，所述导流凸台在所述气流流道的流道壁上呈均匀分布。

7.根据权利要求5所述的电堆结构，其特征在于，所述导流凸台为圆球型结构和/或椭球型结构。

8.根据权利要求2所述的电堆结构，其特征在于，所述反应部具有与第一方向平行的中心线，所述第一方向为所述进气口指向所述反应部的方向；其中，所述第一歧管与所述中心线之间的间距小于所述第二歧管与所述中心线之间的间距。

9.根据权利要求1所述的电堆结构，其特征在于，所述极板的数量为多个，多个所述极板堆叠设置，每一所述极板上的气流流道均与所述第一歧管以及所述第二歧管连通。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的电堆结构。