CN210866383U - 一种燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种燃料电池，燃料电池包括电堆以及第一假电池和第二假电池；所述电堆包括层叠的多个单电池，所述第一假电池位于首个所述单电池的外侧；所述第二假电池位于最后一个所述单电池的外侧；所述第一假电池以及所述第二假电池的冷却液出入口小于所述单电池的冷却液出入口。本技术方案中第一假电池和第二假电池的冷却液出入口小于单电池的冷却液出入口，降低了边缘第一假电池以及第二假电池中冷却液的流量，从而降低了边缘第一假电池以及第二假电池中与外界环境的热交换量，避免了电堆首末两端单电池温度过低导致积水现象的发生，从而提高电堆运行的稳定性。

Description

一种燃料电池

技术领域

本实用新型实施例涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将燃料所具有的化学能转换成电能的装置，还称为电化学发生器。与水利发电、热能发电和原子能发电技术相比，燃料电池发电效率高，用燃料和氧气作为原料，排放出的有害气体较少。从节约能源和保护保护生态环境的角度来看，燃料电池是目前最有发展前途的发电技术。

其中，燃料电池的发电性能与燃料电池的温度、双极板一侧气体流量分布有关，由于燃料电池电堆首末两端单电池直接与外部发生热交换，导致首末两端单电池温度相对于电堆内部电池较低，存在电堆首末两端单电池积水，热交换效率低，直接影响燃料电池的发电性能和寿命。

实用新型内容

本实用新型提供一种燃料电池，以避免电堆首末两端单电池温度过低导致积水现象的发生，提高电堆运行的稳定性。

本实用新型实施例提供了一种燃料电池，该燃料电池包括电堆以及第一假电池和第二假电池；

所述电堆包括层叠的多个单电池，

所述第一假电池位于首个所述单电池的外侧；所述第二假电池位于最后一个所述单电池的外侧；

所述第一假电池以及所述第二假电池的冷却液出入口小于所述单电池的冷却液出入口。

可选的，还包括第一集流板和第二集流板；

所述第一假电池位于所述第一集流板与首个所述单电池之间；

所述第二假电池位于所述第二集流板与最后一个所述单电池之间。

可选的，还包括第一集流板和第二集流板；

所述第一假电池位于所述第一集流板背离首个所述单电池的一侧；

所述第二假电池位于所述第二集流板背离最后一个所述单电池的一侧。

可选的，所述第一假电池以及所述第二假电池的冷却液出入口的开孔率小于所述单电池的冷却液出入口的开孔率；

所述第一假电池、所述第二假电池以及所述单电池的冷却液出入口均包括多个冷却液流道口；所述冷却液出入口的开孔率是指相邻冷却液流道口之间的距离与所述冷却液流道口的管径的比值。

可选的，所述第一假电池以及所述第二假电池内的冷却液流道的管径与所述单电池的管径相同。

可选的，所述第一假电池以及所述第二假电池的冷却液出入口的开孔率的范围为10％-40％。

可选的，所述单电池的冷却液出入口的开孔率范围为30％-50％。

可选的，所述第一假电池以及所述第二假电池还设置有虚设空气流道和虚设氢气流道。

可选的，所述第一假电池以及所述第二假电池均包括一双极板。

可选的，还包括第一端板、第一绝缘板、第二绝缘板、第二端板以及第三端板；

所述第一绝缘板位于所述第一集流板背离所述电堆的一侧；所述第一端板位于所述第一绝缘板背离所述第一集流板的一侧；

所述第二绝缘板位于所述第二集流板背离所述电堆的一侧；所述第二端板位于所述第二绝缘板背离所述第二集流板的一侧；所述第三端板位于所述第二端板背离所述第二绝缘板的一侧；所述第三端板与所述第二端板之间连接有弹性元件。

本实用新型实施例中燃料电池包括电堆以及第一假电池和第二假电池；所述电堆包括层叠的多个单电池，所述第一假电池位于首个所述单电池的外侧；所述第二假电池位于最后一个所述单电池的外侧；所述第一假电池以及所述第二假电池的冷却液出入口小于所述单电池的冷却液出入口。本技术方案中第一假电池和第二假电池的冷却液出入口小于单电池的冷却液出入口，降低了边缘第一假电池以及第二假电池中冷却液的流量，从而降低了边缘第一假电池以及第二假电池中与外界环境的热交换量，避免了电堆首末两端单电池温度过低导致积水现象的发生，从而提高电堆运行的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种燃料电池的三维结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的一种燃料电池的截面结构示意图；

图3是本实用新型实施例二提供的一种燃料电池的截面结构示意图；

图4是本实用新型实施例三提供的第一假电池的局部俯视图；

图5是本实用新型实施例三提供的冷却液流道口示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本实用新型实施例一提供的一种燃料电池的三维结构示意图，图2是本实用新型实施例一提供的一种燃料电池的截面结构示意图。如图1所示，该燃料电池包括电堆10、第一假电池20和第二假电池30；如图2所示，电堆10包括层叠的多个单电池。第一假电池20位于首个单电池13的外侧；第二假电池30位于最后一个单电池14的外侧；第一假电池20以及第二假电池30的冷却液出入口小于单电池的冷却液出入口。

其中，燃料电池电堆中发生电化学反应实现向外界供电时，电堆内部产生大量的热量，通常采用冷却液对电堆进行散热。当电堆首末两端单电池与外部发生热交换时，会导致电堆首末两端单电池温度相对于电堆内部单电池较低，造成电堆首末两端单电池积水，存在电堆发电性能较差的风险。

本技术方案中燃料电池包括了第一假电池20和第二假电池30，第一假电池20和第二假电池30的冷却液出入口小于电堆内部单电池冷却液出入口，这样可以降低第一假电池20和第二假电池30的冷却液流量，降低了第一假电池20和第二假电池30与外界环境的热交换量，避免了电堆首末两端单电池由于温度过低导致积水现象的发生，从而提高电堆运行的稳定性。另外，燃料电池仅包括第一假电池20和第二假电池30两个假电池，相比于现有技术中采用多节假电池散热的复杂密封结构，本实用新型还降低组装难度。

可选的，继续参照图2，该燃料电池还包括第一集流板11和第二集流板12；第一假电池20位于第一集流板11与首个单电池13之间；第二假电池20位于第二集流板12与最后一个单电池14之间。

其中，燃料电池包括第一假电池20和第二假电池30，第一假电池20可以设置在第一集流板11和首个单电池13之间，第二假电池30可以设置在第二集流板12和最后一个单电池14之间，燃料电池未采用传统增加多节假电池对整个燃料电池电堆进行保温，一定程度上不增加电堆的整体体积，在输出功率一定时，保持了电堆的体积比功率；也降低了电堆的组装难度和密封操作要求。

另外需要说明的是，当第一假电池20设置在第一集流板11和首个单电池13之间，第一假电池20的双极板之间是没有膜电极结构的，因此为平衡第一电池20和首个单电池13，在第一假电池20上加一层类似于于膜电极结构，在类似膜电极结构区域即活性区放置导电弹性材料，如碳纸、石墨纸，在第一假电池20双极板两侧的空气管道和氢气管道周围的密封区加绝缘的塑料薄膜材料，如PET，PEN，PEN等，起到支撑作用。

实施例二

图3是本实用新型实施例二提供的一种燃料电池的截面结构示意图，如图3所示，可选的，第一假电池20位于第一集流板11背离首个单电池13的一侧；第二假电池30位于第二集流板12背离最后一个单电池14的一侧。

其中，燃料电池包括第一假电池20和第二假电池30，与实施例一中第一假电池20和第二假电池30设置位置不同，第一假电池20还可以设置在第一集流板11的左侧；第二假电池30还可以设置于第二集流板12的右侧，同理，该燃料电池设置第一假电池20和第二假电池30，一定程度上不增加电堆的整体体积，在输出功率一定时，保持了电堆的体积比功率；也降低了电堆的组装难度和密封操作要求。需要说明的是，第一假电池20的双极板之间是没有膜电极结构的，如果第一假电池20放在第一集流板11与第一绝缘板16之间，那只需在第一假电池20类似于膜电极结构区域即活性区放置一定厚度的弹性材料即可，主要起支撑作用。

可选的，继续参照图2和图3，燃料电池还包括第一端板15、第一绝缘板16、第二绝缘板17、第二端板18以及第三端板19；

第一绝缘板16位于第一集流板11背离电堆的一侧；第一端板15位于第一绝缘板16背离第一集流板11的一侧；

第二绝缘板17位于第二集流板12背离电堆的一侧；第二端板18位于第二绝缘板17背离第二集流板12的一侧；第三端板19位于第二端板18背离第二绝缘板17的一侧；第三端板19与第二端板18之间连接有弹性元件。

其中，燃料电池第一端板15、第一绝缘板16、第二绝缘板17、第二端板18以及第三端板19等一些辅件起到了密封燃料电池的作用，在实际工艺中燃料电池通常具有两个坚固的端板，这两个端板构造为足够刚硬，这样在压力作用下燃料电池不易变形；另外还可以使用绝缘板起到热隔离和电隔离的作用。当然，在第一端板和第二端板之间的多个双极板之间还包括两个双极板之间的膜电极，膜电极包括阳极、阴极和阳极和阴极之间的质子交换膜。这里是现有技术，不再详细介绍。

实施例三

图4是本实用新型实施例三提供的第一假电池的局部俯视图，如图4所示，第一假电池20包括第一入口21和第二入口22。可选的，第一假电池20、第二假电池30以及单电池的冷却液出入口均包括多个冷却液流道口；具体的，图5是本实用新型实施例三提供的冷却液流道口示意图，如图5所示，第一假电池20以及第二假电池30均包括一双极板，双极板包括阳极板23和阴极板24，需要说明的是，阳极板23和阴极板24上均设置有凹槽，冷却液流道口是由阴极板上23的凹槽和阳极板24上的凹槽形成的一封闭腔，其中L2为冷却液流道口的管径，L1为相邻冷却液流道口之间的距离。图5示意出多个冷却液流道口。

可选的，第一假电池20以及第二假电池30的冷却液出入口的开孔率小于单电池的冷却液出入口的开孔率；冷却液出入口的开孔率是是指冷却液流道口的管径L2与冷却液流道口的管径L2和相邻冷却液流道口之间的距离L1之和的比值。

其中，一般的，燃料电池正常工作时的温度在60℃以上，但电堆的外部环境温度一般远低于电池温度，电堆与外部环境接触时会发生大量热损失，导致电堆边缘单电池内部冷凝水较多，电池水管理难度增加，边缘电池的内部水淹会影响燃料反应气体在电堆中的分配，导致单电池电压不稳。该方案中在燃料电池增加第一假电池20和第二假电池30，第一假电池20和第二假电池30内部的出入口的开孔率均小于电堆内部单电池的冷却液出入口的开孔率，可以减少电堆边缘单电池与外部的热交换量，降低了电堆边缘单电池的热辐射损失量，降低了边缘单电池的热交换，达到缓解电堆边缘效应的目的。

可选的，第一假电池20以及第二假电池30内的冷却液流道的管径与单电池的管径相同。

其中，参照图5所示，第一假电池20的冷却液流道口管径为L2，电堆内部单电池的冷却液流道口的管径也为L2。

可选的，第一假电池20以及第二假电池30的冷却液出入口的开孔率的范围为10％-40％。

可选的，单电池的冷却液出入口的开孔率范围为30％-50％。

其中，本技术方案从冷却液流道考虑，在实际燃料电池的冷却液流道口设计上，将第一假电池20和第二假电池30的出入口的开孔率设计为10％-40％，即L2/(L1+L2)为10％-40％，将燃料电池电堆内部单电池的冷却液出入口的开孔率设计为30％-50％，第一假电池20和第二假电池30的冷却液出入口的开孔率小于单电池冷却液出入口的开孔率，降低了首末两端单电池的冷却液流量，降低首末两端单电池与外界环境的热交换量，进而保持电堆内部较高的温度，提高了电堆的热稳定性。

可选的，参照图4，第一假电池20、第二假电池30还设置有虚设空气流道25和虚设氢气流道26。这里需要说明的是，第一假电池20和第二假电池30与燃料电池内部单电池中的双极板一致，只是第一假电池20和第二假电池30的冷却液出入口通道变窄，实际燃料电池中是不需要分别向第一假电池20和第二假电池30的空气流道充入空气、向第一假电池20和第二假电池30氢气流道充入氢气，第一假电池20和第二假电池30双极板中空气和氢气流道是密封的。本实用新型实施例中燃料电池包括电堆10、第一假电池20、第二假电池30和辅件第一端板15、第一绝缘板16、第二绝缘板17、第二端板18、第三端板19，第一假电池20可以设置在第一集流板11和首个单电池13之间，也可以设置在第一集流板11的左侧；第二假电池30可以设置在第二集流板12和最后一个单电池14之间，也可以设置于第二集流板12的右侧；一方面，本技术方案中第一假电池20以及第二假电池30的冷却液出入口的开孔率小于单电池的冷却液出入口的开孔率，降低了边缘单电池冷却液的流量，也降低了边缘单电池与外界环境的热交换量，避免了电堆首末两端单电池由于温度过低导致积水现象的发生，从而提高电堆运行的稳定性。另一方面，燃料电池包括第一假电池盒第二假电池，未采用传统增加多节假电池对整个燃料电池电堆进行保温，一定程度上不增加电堆的整体体积，也降低了电堆的组装难度和密封操作要求。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种燃料电池，其特征在于，包括：

电堆以及第一假电池和第二假电池；所述电堆包括层叠的多个单电池，

所述第一假电池位于首个所述单电池的外侧；所述第二假电池位于最后一个所述单电池的外侧；

所述第一假电池以及所述第二假电池的冷却液出入口小于所述单电池的冷却液出入口。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

还包括第一集流板和第二集流板；

所述第一假电池位于所述第一集流板与首个所述单电池之间；

所述第二假电池位于所述第二集流板与最后一个所述单电池之间。

3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包括第一集流板和第二集流板；

所述第一假电池位于所述第一集流板背离首个所述单电池的一侧；

所述第二假电池位于所述第二集流板背离最后一个所述单电池的一侧。

4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一假电池以及所述第二假电池的冷却液出入口的开孔率小于所述单电池的冷却液出入口的开孔率；

所述第一假电池、所述第二假电池以及所述单电池的冷却液出入口均包括多个冷却液流道口；所述冷却液出入口的开孔率是指所述冷却液流道口的管径与所述冷却液流道口的管径和相邻冷却液流道口之间的距离之和的比值。

5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

所述第一假电池以及所述第二假电池内的冷却液流道的管径与所述单电池的管径相同。

6.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述第一假电池以及所述第二假电池的冷却液出入口的开孔率的范围为10％-40％。

7.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述单电池的冷却液出入口的开孔率范围为30％-50％。

8.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一假电池以及所述第二假电池还设置有虚设空气流道和虚设氢气流道。

9.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一假电池以及所述第二假电池均包括一双极板。

10.根据权利要求2或3所述的燃料电池，其特征在于，还包括第一端板、第一绝缘板、第二绝缘板、第二端板以及第三端板；

所述第一绝缘板位于所述第一集流板背离所述电堆的一侧；所述第一端板位于所述第一绝缘板背离所述第一集流板的一侧；

所述第二绝缘板位于所述第二集流板背离所述电堆的一侧；所述第二端板位于所述第二绝缘板背离所述第二集流板的一侧；所述第三端板位于所述第二端板背离所述第二绝缘板的一侧；所述第三端板与所述第二端板之间连接有弹性元件。

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