空冷燃料电池片和空冷燃料电池堆

技术领域

本发明涉及一种空冷燃料电池片和空冷燃料电池堆。

背景技术

燃料电池堆是将氢气和氧气从两侧导入电池内反应产生电能的装置。燃料电池堆在反应过程中会产生热量，为及时将燃料电池堆内的热量导出，维持燃料电池堆内的温度稳定，现有的燃料电池堆通常采用控制流入燃料电池内部反应区的空气量以维持燃料电池内部的温度稳定。然而为了维持燃料电池内部的温度稳定，传统的空冷电堆供养和散热共用阴极侧导致供氧量无法单独控制，如此一来会导致燃料电池内部反应区的湿度无法保证。湿度过低或过高会导致燃料电池的反应效率降低，严重甚至会导致燃料电池烧坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中空冷电堆供养和散热共用阴极侧导致供氧量无法单独控制的缺陷，提供一种空冷燃料电池片和空冷燃料电池堆。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种空冷燃料电池片，所述空冷燃料电池片包括进气板和双极板，所述进气板位于所述双极板的两端，所述进气板的厚度大于所述双极板的厚度。

在本方案中，通过将空冷燃料电池片的进气板的厚度设置为大于双极板的厚度，空冷燃料电池片在工作时，空气能够流经双极板两侧的空间带走双极板上电池反应产生的热量，控制双极板上的反应温度且不会影响双极板上反应的湿度。

较佳地，所述空冷燃料电池片还包括散热板，所述散热板固定连接于所述双极板。

在本方案中，通过设置固定连接于双极板的散热板，双极板上的热量经过散热板向外散热，进一步提高双极板的散热效率。

较佳地，所述空冷燃料电池片还包括导电板，所述散热板焊接于所述导电板，所述导电板的端部设置于所述进气板和所述双极板之间。

在本方案中，通过将散热板焊接到导电板上，实现散热板和导电板的固定连接。

较佳地，所述进气板由橡胶制成。

在本方案中，进气板由橡胶制成，橡胶可以通过注塑成形，方便地加工出所需要的形状，降低进气板的制造成本；此外，两层橡胶互相堆叠时，橡胶和橡胶之间的气密性也好于石墨，减少空冷燃料电池片内的气体泄漏。

较佳地，所述进气板上开设有定位孔。

在本方案中，通过在橡胶制成的进气板上开设定位孔，橡胶制成的进气板通过注塑成型，相对于原有的机加工制成的进气板，开设定位孔的成本更低；此外，橡胶制成的进气板，开设定位孔时橡胶本身不会发生形变，不会对进气板的外形尺寸造成影响，在进气板上开设定位孔后，后续将空冷燃料电池片组装成空冷燃料电池堆时，仅需要将定位孔和定位杆固定安装即可，无需在空冷燃料电池片的外围设置定位机构，降低空冷燃料电池片的组装成本。

较佳地，所述双极板上设有空气流道，所述进气板上开设有第一气流口，所述第一气流口贯穿所述进气板，所述第一气流口连通于所述空气流道，所述进气板具有第一面和第二面，所述第一面上在所述第一气流口的周围设有密封条，所述密封条自所述第一面向远离所述第一面的方向凸起，所述第二面上在所述第一气流口的周围设有密封槽，所述密封槽自所述第二面向所述第一面的方向凹陷，所述密封条和所述密封槽相匹配。

在本方案中，通过在进气板上第一气流口的两面分别设置密封条和密封槽，后续将空冷燃料电池片组装成空冷燃料电池堆时，相邻两层的空冷燃料电池片上的密封条和密封槽互相匹配，提高空冷燃料电池片之间的气密性，减少气体泄漏。

较佳地，所述空冷燃料电池片还包括导气板，所述导气板的一端连接于所述双极板，所述导气板的另一端连接于所述进气板，所述进气板上开设有第二气流口，所述双极板上设有氢气流道，所述第二气流口和所述氢气流道通过所述导气板相连通。

在本方案中，通过设置导气板将第二气流口的气体导入双极板上的氢气通道上，提高进气板和双极板的气密性。

一种空冷燃料电池堆，所述空冷燃料电池堆包括多片互相堆叠的空冷燃料电池片，相邻的两层所述空冷燃料电池片之间设有散热流道。

在本方案中，通过将空冷燃料电池片的进气板的厚度设置为大于双极板的厚度，空冷燃料电池片堆叠形成空冷燃料电池堆后，相邻的空冷燃料电池片之间形成有散热流道，空冷燃料电池堆在工作时，空气能够流经散热流道带走空冷燃料电池堆反应产生的热量，控制空冷燃料电池堆的反应温度且不会影响空冷燃料电池堆反应的湿度。

较佳地，所述空冷燃料电池堆还包括散热板，所述散热板夹设于相邻的两层所述空冷燃料电池片之间，所述散热板上形成有所述散热流道。

在本方案中，通过设置固定连接于空冷燃料电池片的散热板，空冷燃料电池片上的热量经过散热板向外散热，进一步提高散热效率。

较佳地，所述散热板包括传热部，所述传热部贴紧于所述空冷燃料电池片。

在本方案中，设置固定连接于空冷燃料电池片的传热部，空冷燃料电池片上的热量经过传热部向外散热，进一步提高散热效率。

较佳地，所述散热板还包括多个散热部，所述散热部连接于所述传热部，所述散热部之间形成有所述散热流道。

在本方案中，通过设置多个散热部连接于传热部，提高散热板的散热效率。

较佳地，所述散热板为波纹板。

在本方案中，选用波纹板作为散热板，波纹板作为标准件，能够从市场上采购得到，降低成本。

较佳地，所述散热流道包括进气端和出气端，所述进气端和所述出气端分别位于所述空冷燃料电池堆的两侧。

在本方案中，散热流道的进气端和出气端分别设置于空冷燃料电池堆两端，使得冷却的空气能够穿过散热流道带走热量，减小空气流动的阻力，提高散热流道的散热效率。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的空冷燃料电池片和空冷燃料电池堆，通过将空冷燃料电池片的进气板的厚度设置为大于双极板的厚度，空冷燃料电池片堆叠形成空冷燃料电池堆后，相邻的空冷燃料电池片之间形成有散热流道，空冷燃料电池堆在工作时，空气能够流经散热流道带走空冷燃料电池堆反应产生的热量，控制空冷燃料电池堆的反应温度且不会影响空冷燃料电池堆反应的湿度。

附图说明

图1为本发明的不带散热板的空冷燃料电池片示意图。

图2为本发明的带散热板的空冷燃料电池片示意图。

图3为本发明的空冷燃料电池片的进气板的第一面示意图。

图4为本发明的空冷燃料电池片的进气板的第二面示意图。

图5为本发明的空冷燃料电池堆的第一视角示意图。

图6为本发明的空冷燃料电池堆的第二视角示意图。

附图标记说明：

空冷燃料电池片100

进气板11

定位孔111

第一气流口112

第一面113

第二面114

密封条115

密封槽116

双极板12

散热板13

传热部131

散热部132

导电板14

导气板15

空冷燃料电池堆200

散热流道21

进气端211

出气端212

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本发明提供一种空冷燃料电池片100。空冷燃料电池片100包括进气板11和双极板12。一片空冷燃料电池片100包括两块进气板11和一块双极板12，两块进气板11分别位于双极板12的两端，进气板11用于向双极板12内导入反应气体。进气板11的厚度大于双极板12的厚度，位于双极板12两端的两块进气板11的厚度相同。如此设置，当多片空冷燃料电池片100堆叠在一起形成空冷燃料电池堆200时，相邻的空冷燃料电池片100的进气板11互相抵靠在一起，而相邻的空冷燃料电池片100的双极板12之间则形成散热流道21。散热流道21用于供空气流过以带走双极板12上反应产生的热量。从而实现单独的双极板12风冷通道，即将双极板12散热的空气流道和为双极板12提供反应用的空气流道分为两路。使得双极板12散热的空气不会对双极板12内部湿度等参数造成影响，导致燃料电池反应速率变化或双极板12内温度升高等情况发生。

如图2所示，在本实施例中，空冷燃料电池片100还包括散热板13，散热板13为金属材料制成的长条板。散热板13固定连接于双极板12，双极板12处于两端的进气板11之间的一段被散热板13覆盖。散热板13的宽度和双极板12相同，散热板13长度方向的两端分别抵靠于两块进气板11，实现散热板13最大面积覆盖双极板12，以将双极板12上的热量尽可能传递至散热板13，提高散热板13的散热效率。

在其他实施例中，空冷燃料电池片100也可以不设置散热板13，仅通过空气流经双极板12的两侧的过程和双极板12换热，带走双极板12中反应产生的热量。

空冷燃料电池片100还包括导电板14，导电板14是设置于空冷燃料电池片100中用于将双极板12中反应产生的电能导出空冷燃料电池片100的结构。双极板12中反应的热量会传递至导电板14，在本实施例中，散热板13焊接于导电板14，从而可以提高散热板13和导电板14连接的可靠性，并且焊接能够降低散热板13和导电板14之间的热阻，提高导电板14至散热板13的传热效率，从而提高散热板13的散热效率。导电板14的端部设置于进气板11和双极板12之间，导电板14的两端均设置于进气板11和双极板12之间。

在其他实施例中，散热板13也可以不焊接于导电板14，而仅靠进气板11将散热板13、导电板14压设于双极板12上。

在本实施例中，进气板11由橡胶制成，橡胶制成的进气板11可以注塑成型，橡胶的模具制造完成后，通过模具注塑批量制造进气板11，相比于需要机加工的进气板11，注塑成型的橡胶制进气板11能够降低进气板11的制造成本。

在其他实施例中，进气板11也可以为石墨制成。

在本实施例中，进气板11上开设有定位孔111。在一块定位板上开设有两个定位孔111，定位孔111为圆形孔，用于装配时和定位杆相匹配。在装配空冷燃料电池堆200时，按照定位孔111的位置尺寸设置好定位杆，先将双极板12安装于预定位置，然后将导电板14和散热板13装在双极板12上，最后将进气板11沿定位杆的轴向安装并将导电板14压紧于双极板12，最后微调双极板12和导电板14的位置，完成一片空冷燃料电池片100的组装。通过设置定位孔111，装配时只需要定位杆即可实现进气板11的定位安装，并且在橡胶制成的进气板11上开设定位孔111基本不会增加进气板11的制造成本。无需像传统的组装过程中需要制造包裹于进气板11侧边的夹具以用于进气板11的安装定位。从而通过在进气板11上开设定位孔111以简化空冷燃料电池片100组装时所需的定位夹具的结构。

双极板12上设有空气流道(图中未示出)，双极板12上设有空气流道用于供空气流入，空气中的氧气和经另一侧的氢气流道(图中未示出)流入的氢气反应产生电能并输出。如图3和图4所示，进气板11上开设有第一气流口112，第一气流口112贯穿进气板11，第一气流口112连通于空气流道，第一气流口112用于向空气流道输送空气。进气板11具有第一面113和第二面114。第一面113和第二面114为进气板11上相对的两面。第一面113上在第一气流口112的周围设有密封条115。密封条115自第一面113向远离第一面113的方向凸起。第一气流口112为长方形口，密封条115沿第一气流口112其中三条边的边沿设置，在第一气流口112靠近空气流道的一侧不设有密封条115，以使得第一气流口112中的空气能够流入空气流道中。第二面114上在第一气流口112的周围设有密封槽116，密封槽116自第二面114向第一面113的方向凹陷，密封槽116的深度稍稍大于或与密封条115的高度相同。密封条115和密封槽116的形状相匹配。将空冷燃料电池片100互相叠置组装成空冷燃料电池堆200后，相邻的进气板11的第一面113和第二面114互相贴紧，密封条115嵌入密封槽116中，使得经第一气流口112流入的空气尽量减少泄漏。

空冷燃料电池片100还包括导气板15。导气板15的一端连接于双极板12，导气板15的另一端连接于进气板11。进气板11上开设有第二气流口，双极板12上设有氢气流道，进气板11上的第二气流口用于向双极板12输送氢气，因为氢气的分子量较小，更容易泄漏，额外设置导气板15用于为氢气导流，提高空冷燃料电池片100的密封性。第二气流口和氢气流道通过导气板15相连通。

如图5所示，本发明还提供一种空冷燃料电池堆200。空冷燃料电池堆200包括多片互相堆叠的空冷燃料电池片100。相邻的两层空冷燃料电池片100之间设有散热流道21，散热流道21由相邻的空冷燃料电池片100的双极板12之间的间隙形成。空冷燃料电池堆200在工作时，风机将经过净化的空气吹入散热流道21，空气在散热流道21中和双极板12产生热交换，带走双极板12上的热量，起到散热降温的作用。从而避免通过流入双极板12的空气为双极板12散热，导致双极板12内的反应湿度不容易控制的问题。

在本方案中，空冷燃料电池堆200还包括散热板13。散热板13为金属制成板，金属板的导热性好，从而使散热板13和双极板12之间的热阻更小，使散热板13的散热性更好。散热板13夹设于相邻的两层空冷燃料电池片100之间，从而两层空冷燃料电池片100均能够向散热板13传热。散热板13上形成有散热流道21，散热流道21中的空气和散热板13换热，从而带走散热板13中的热量。

在其他方案中，空冷燃料电池堆200也可以不设置散热板13，而仅通过空气和双极板12之间直接换热来为双极板12散热降温。

散热板13包括传热部131。在本实施例中，散热部132为间隔设置的平板。传热部131贴紧于空冷燃料电池片100，从而将空冷燃料电池片100的热量传递至散热部132。

在其他实施例中，散热部132也可以为一整块金属平板，从而增大散热部132和双极板12之间的接触面积，减小散热部132和空冷燃料电池片100之间的热阻。

散热板13还包括多个散热部132，散热部132连接于传热部131。散热部132能够增大散热板13的散热面积，降低散热板13和空气之间的热阻，提高散热板13的换热效率。散热部132之间形成有散热流道21，两个相邻的散热部132之间形成散热流道21，散热流道21用于供空气流过。

在本实施例中，散热板13为波纹板，从而能够从市场上买到，降低空冷燃料电池堆200的整体成本。在其他实施例中，散热板13也可以为钢板或其他金属材料制成的板。

如图6所示，散热流道21包括进气端211和出气端212，散热流道21的轴线为直线，散热流道21的两端均为开口，散热流道21两端的开口分别为进气端211和出气端212。进气端211和出气端212分别位于空冷燃料电池堆200的两侧，从而空气从进气端211鼓入散热流道21，再从散热流道21另一端的出气端212流出散热流道21，如此设置使得空气在散热流道21内流动的阻力最小，提高空气在散热流道21内流动的效率，提高空气和散热板13的换热效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。