圆形风冷电堆及其单片电池的制作方法

1.本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种圆形风冷电堆及其单片电池。


背景技术：

2.圆形风冷电堆是指由多个单片电池叠加组成的电池堆，片数越多，电压越高，单片电池的面积越大，电流越大。
3.传统风冷型燃料电池的外形一般为矩形，其包括有氢侧流场板和氧侧流场板(一分二的双极板)，氢侧流场板用于提供氢气流动的氢气气路，氧侧流场板用于提供空气流动的空气气路，两个流场板同时有导电、传热与机械支撑的作用，其中，空气气路与氢气气路的流动方向垂直交叉。
4.参见图1，传统风冷型燃料电池的氢气路流场沿矩形的长边方向，而空气路流场沿矩形的短边方向。空气路流场的路径相较于氢气路流场路径较短，空气侧的热量与水分很快会被风扇带走，燃料电池的保水性和温控性较差。同时，由于氢气是由高压氢气瓶供给的，氢气的温度很低，明显低于室温，若电堆运行在比较高的一个功率下，这些刚进堆的氢气会导致前面一段的膜电极温度与后面一段的温度不一样，导致温度不均。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提出一种圆形风冷电堆的单片电池，旨在解决上述背景技术中所提出的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提出一种圆形风冷电堆的单片电池，所述圆形风冷电堆的单片电池包括氢气侧流场板、膜电极、金属网片和空气侧流场板，所述氢气侧流场板、膜电极、金属网片和空气侧流场板依次层叠密封设置，所述氢气侧流场板和所述空气侧流场板均为圆形状；
7.所述氢气侧流场板上构造有进氢口、出氢口和两个第一环形气道，两个所述第一环形气道相对设置在所述氢气侧流场板靠近所述膜电极的一侧两个所述第一环形气道分别位于所述进氢口和所述出氢口之间；
8.所述空气侧流场板上构造有进空口、出空口和两个第二环形气道，两个所述第二环形气道相对设置在所述空气侧流场板靠近所述金属网片的一侧，两个所述第二环形气道分别位于所述进空口和所述出空口之间。
9.优选地，所述第一环形气道为u字环形气道、z字环形气道或s字环形气道。
10.优选地，所述第二环形气道包括内外间隔设置的多个分支气道，每个所述分支气道均与所述空气侧流场板同心设置。
11.优选地，所述空气侧流场板远离所述金属网片的一侧设置有若干散热翅片，每一所述散热翅片沿所述空气侧流场板的径向延伸。
12.优选地，相邻两所述散热翅片之间的距离相同。
13.优选地，所述圆形风冷电堆的单片电池还包括第一气体扩散层和第二气体扩散
层，所述第一气体扩散层设于所述氢气侧流场板和所述膜电极之间，所述第二气体扩散层设于所述金属网片与所述膜电极之间。
14.优选地，所述氢气侧流场板的第一环形气道和所述空气侧流场板的第二环形气道均为密封结构。
15.本发明还提出一种圆形风冷电堆，该圆形风冷电堆包括前述记载的圆形风冷电堆的单片电池，所述圆形风冷电堆的单片电池包括氢气侧流场板、膜电极、金属网片和空气侧流场板，所述氢气侧流场板、膜电极、金属网片和空气侧流场板依次层叠密封设置，所述氢气侧流场板和所述空气侧流场板均为圆形状；
16.所述氢气侧流场板上构造有进氢口、出氢口和两个第一环形气道，两个所述第一环形气道相对设置在所述氢气侧流场板靠近所述膜电极的一侧两个所述第一环形气道分别位于所述进氢口和所述出氢口之间；
17.所述空气侧流场板上构造有进空口、出空口和两个第二环形气道，两个所述第二环形气道相对设置在所述空气侧流场板靠近所述金属网片的一侧，两个所述第二环形气道分别位于所述进空口和所述出空口之间。
18.与现有技术相比，本发明实施例的有益技术效果在于：
19.本发明技术方案中，氢气侧流场板与空气侧流场板均设计为圆形状，氢气侧流场板上构造有第一环形气道，空气侧流场板上构造有第二环形气道，相较于传统矩形状的燃料电池，氢气侧流场板的路径得到加长，并且氢气侧流场板的第一环形气道与空气侧流场板的第二环形气道相互交叉同向，使得氢气能够与空气充分进行热交换，保证燃料电池内的温度均匀。同时，空气路流场路径加长，能够使得热量与水分在燃料电池内保持更长时间，从而提高燃料电池的保水、保温性能。
附图说明
20.图1为传统风冷型燃料电池的结构示意图；
21.图2为本发明一实施例中圆形风冷电堆的单片电池的爆炸图；
22.图3为图2实施例中空气侧流场板一端面的结构示意图；
23.图4为图2实施例中空气侧流场板另一端面的结构示意图；
24.图5为图2实施例中氢气侧流场板一端面的结构示意图。
25.附图标号说明
26.标号名称标号名称10氢气侧流场板20膜电极30金属网片40空气侧流场板11进氢口12出氢口13第一环形气道41进空口42出空口43第二环形气道431分支气道50散热翅片60第一气体扩散层70第二气体扩散层
27.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
29.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
31.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
32.请参见图2-5，图2为本发明一实施例中圆形风冷电堆的单片电池的爆炸图，图3为图2实施例中空气侧流场板一端面的结构示意图，图4为图2实施例中空气侧流场板另一端面的结构示意图，图5为图2实施例中氢气侧流场板一端面的结构示意图。
33.在一些实施例中，本发明提出一种圆形风冷电堆的单片电池，该圆形风冷电堆的单片电池包括氢气侧流场板10、膜电极20、金属网片30和空气侧流场板40，氢气侧流场板10、膜电极20、金属网片30和空气侧流场板40依次层叠密封设置，氢气侧流场板10和空气侧流场板40均为圆形状；
34.氢气侧流场板10上构造有进氢口11、出氢口12和两个第一环形气道13，两个第一环形气道13相对设置在氢气侧流场板10靠近膜电极20的一侧，两个第一环形气道13分别位于进氢口11和出氢口12之间；
35.空气侧流场板40上构造有进空口41、出空口42和两个第二环形气道43，两个第二环形气道43相对设置在空气侧流场板40靠近金属网片30的一侧，两个第二环形气道43分别位于进空口41和出空口42之间。
36.本实施例中，氢气侧流场板10、膜电极20、金属网片30和空气侧流场板40依次层叠设置，并且通过点胶的方式进行密封。其中，氢气侧流场板10的主要作用在于提供氢气流场与整体结构强度支撑以及导电传热功能，膜电极20的主要作用在于供氢气与氧气进行电化学反应以产生热能与电能，金属网片30的主要作用在于导电与保水，空气侧流场板40的主要作用在于提供空气流道与整体结构强度支撑以及导电传热功能。
37.进氢口11和出氢口12的中心分别与氢气侧流场板10的中心共线，两个第一环形气道13相对设置且分别位于进氢口11和出氢口12之间，每一第一环形气道13的一端与进氢口11相通，另一端与出氢口12相通。进空口41和出空口42的中心分别与空气侧流场板40的中
心共线，两个第二环形气道43相对设置且分别位于进空口41和出空口42之间，每一第一环形气道13的一端与进空口41相通，另一端与出空口42相通。
38.氢气侧流场板10和空气侧流场板40均设置为圆形状，氢气侧流场板10上构造有第一环形气道13，空气侧流场板40上构造有第二环形气道43，相较于传统的矩形燃料电池，本技术方案中的第二环形气道43的路径得到加长，使得氢气能够与空气充分进行热交换，加上背部散热翅片保证燃料电池内的温度均匀。同时，空气路流场路径加长，能够使得热量与水分在燃料电池内保持更长时间，从而提高燃料电池的保水、保温性能。
39.在一些实施例中，请参见图5，本发明所提出的第一环形气道13为u字环形气道、z字环形气道或s字环形气道。本实施例中，为使得氢气能够与空气更加充分的进行热交换，可将第一环形气道13设计为u字环形气道、z字环形气道或s字环形气道，如此设计能够使得第一环形气道13的路径进一步加长，使得氢气能够在第一环形气道13内流动更长时间，也就能够与空气进行更长时间的热交换。
40.在一些实施例中，请参见图4，本发明所提出的第二环形气道43包括内外间隔设置的多个分支气道431，每个分支气道431均与空气侧流场板40同心设置。本实施例中，第二环形气道43包括多个分支气道431，多个分支气道431之间沿空气侧流场板40的径向间隔设置，如此便形成内外多圈的气道结构。内外多圈的气道结构能够使得空气与膜电极20接触更充分，改善流道内压差均匀水分，提高燃料电池的性能。
41.在一些实施例中，请参见图2、图3，本发明所提出的空气侧流场板40远离金属网片30的一侧设置有若干散热翅片50，每一散热翅片50沿空气侧流场板40的径向延伸。本实施例中，通过在空气侧流场板40的一侧设置散热翅片50，可用于对燃料电池整体进行散热，无需设置辅助散热风扇对其进行散热，从而可降低燃料电池的成本。
42.在一些实施例中，请参见图3，本发明所提出的相邻两散热翅片50之间的距离相同。本实施例中，相邻两散热翅片50之间的距离相同，能够使得空气侧流场板40与空气均匀接触，从而使得空气侧流场板40能够均匀散热，进而保证整个燃料电池的温度均一。
43.在一些实施例中，请参见图2，本发明所提出的圆形风冷电堆的单片电池还包括第一气体扩散层60和第二气体扩散层70，第一气体扩散层60设于氢气侧流场板10和膜电极20之间，第二气体扩散层70设于金属网片30与膜电极20之间。本实施例中，第一气体扩散层60设于氢气侧流场板10与膜电极20之间，用于使氢气均匀分散并与膜电极20接触，第二气体扩散层70设于金属网片30与空气侧流场板40之间，用于使空气均匀分散并与膜电极20接触。
44.本发明进一步提出的一种圆形风冷电堆包括前述记载的圆形风冷电堆的单片电池，该圆形风冷电堆的单片电池的具体结构参照上述实施例，由于本圆形风冷电堆采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。
45.以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。