燃料电池的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池作为一种高效而且环境友好的发电装置，其不经过卡诺循环，可以将储存在氢能中的化学能直接转换为电能，能源转换效率高达40％-60％，而且污染少，噪声小。因此燃料电池在新能源汽车、发电站、便携电源以及军用特种电源领域均具有良好的发展前景。燃料电池主要由端板、流体板、集流板、双极板、膜电极等组成。
3.在质子交换膜燃料电池电堆中，双极板及膜电极组件的进出口共同组成电堆的进出口总管，反应气或冷却液通过总管供给，再通过歧管分配至层叠布置的每个电池中。经过压缩的高温高湿反应气进入总管时，会产生冷凝水带入电堆中，并且反应生成的水也会通过流场排出到总管内，这些液态水会积聚在总管靠近电堆端部的位置，导致电堆端部的电池堵水，并降低电堆端部的电池反应气量，或者降低电堆端部电池的性能及寿命。
4.现有专利cn1780039a中提出一种带有假电池的质子交换膜燃料电池，在原电池组的氢、氧集流板与各自端板之间加一个双极板，在氢、氧集流板与假电池之间加一个厚度等于mea的薄膜。它虽然解决了电池组由于冷凝水堵水而使电池组不能正常工作的严重问题，但是这会增加双极板的用量，增加成本且降低功率密度。因此，需要发明一种更好的燃料电池，来解决总管端部的电池堵水问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种燃料电池，解决现有技术中燃料电池电堆总管端部的电池堵水，降低端部电池的性能及寿命的技术问题。
6.为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种燃料电池，包括流体输入管、流体输出管、电池段和流体组件，所述电池段包括多个相互串联的单电池，所述电池段靠近其端部的位置具有所述流体组件，所述流体输入管和所述流体输出管均连通于所述流体组件及每一所述单电池，所述流体组件内设有第一腔室，所述流体组件的表面具有第一入口和第一出口，所述第一入口连通于所述第一腔室及所述流体输入管,所述第一出口连通于所述第一腔室及所述流体输出管。
7.在其中一个实施例中，所述燃料电池还包括进气管和出气管，所述流体组件内设有第二腔室，所述流体组件的表面具有第二入口和第二出口，所述第二入口连通于所述第二腔室及所述进气管,所述第二出口连通于所述第二腔室及所述出气管。
8.在其中一个实施例中，所述流体组件包括第二流体件、第三流体件和第四流体件，所述第三流体件位于所述第二流体件与所述第四流体件之间，所述第三流体件与所述第四流体件连接而形成所述第一腔室、所述第一入口及所述第一出口，所述第三流体件与所述第二流体件连接而形成所述第二腔室、所述第二入口及所述第二出口。
9.在其中一个实施例中，所述第三流体件面向所述第四流体件的一侧具有多个相互
平行的第一条形槽，每一所述第一条形槽均连通于所述第一入口及所述第一出口，多个所述第一条形槽与所述第四流体件的侧壁形成所述第一腔室。
10.在其中一个实施例中，所述第三流体件面向所述第四流体件的一侧开设有第一粘接槽，所述第一粘接槽用于容置粘胶，以粘接所述第四流体件，且多个所述第一条形槽均位于所述第一粘接槽的内侧。
11.在其中一个实施例中，所述第二流体件面向所述第三流体件的一侧具有多个相互平行的第二条形槽，每一所述第二条形槽均连通于所述第二入口及所述第二出口，多个所述第二条形槽与所述第三流体件的侧壁形成所述第二腔室。
12.在其中一个实施例中，所述第二流体件面向所述第三流体件的一侧开设有第二粘接槽，所述第二粘接槽用于容置粘胶，以粘接所述第三流体件，且多个所述第二条形槽均位于所述第二粘接槽的内侧。
13.在其中一个实施例中，所述流体组件内设有第三腔室，所述第三腔室位于所述第二腔室背向所述第一腔室的一侧，所述第三腔室与所述第一腔室、所述第二腔室均不连通，所述流体组件的表面具有第三入口和第三出口，所述第三入口、所述第三出口均连通于所述第三腔室及外部空气。
14.在其中一个实施例中，所述流体组件还包括第一流体件，所述第一流体件设于所述第二流体件背向所述第三流体件的一侧，所述第一流体件与所述第二流体件连接而形成所述第三腔室、所述第三入口及所述第三出口。
15.在其中一个实施例中，所述第一流体件面向所述第二流体件的一侧开设有第三粘接槽和多个第三条形槽，所述第三粘接槽用于容置粘胶，以粘接所述第二流体件，进而所述第二流体件的侧壁与多个所述第三条形槽形成所述第三腔室，且多个所述第三条形槽均位于所述第三粘接槽的内侧。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在实际应用时，可以将流体组件安装在电池段的端部，当流体输入管产生的冷凝水或者单电池反应生成的水汇聚到靠近电池段端部时，水会依次经过流体组件的第一入口、第一腔室和第一出口排出至流体输出管，以避免水积聚在电池段端部的电池内，从而电池段端部的单电池不会造成堵水，电池段端部的单电池能够得到充足的反应气量，单电池的性能及寿命不会受到较大的影响。
附图说明
17.图1是本发明燃料电池的结构示意图；
18.图2是本发明氢气供气管与电池段及流体组件连接的结构示意图；
19.图3是本发明流体组件的结构示意图；
20.图4是本发明流体组件的剖面结构示意图；
21.图5是本发明流体组件的一个视角的爆炸结构示意图；
22.图6是本发明流体组件的另外一个视角的爆炸的结构示意图。
具体实施方式
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施
例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。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的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
24.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
26.参考图1，本发明提供了一种燃料电池100，该燃料电池100用于利用氢气和氧气发生电化学反应而产生电能，以供与之连接的用电产品供电使用，用电产品可以是但不限于新能源电动车等。
27.燃料电池100包括供气总管(图1未示出)、供液总管(图1未示出)、流体组件101、电池段102、端板103、集流板104、膜电极双极板组件(图1未示出)，电池段102包括多个相互层叠串联的单电池，流体组件101设于电池段102厚度方向的端部，供气总管通过分支管分别连通流体组件101及电池段102，为电池段102提供待反应的氢气及氧气(空气)。供液总管还通过分支管分别连通流体组件101及电池段102，为电池段102提供冷却液。
28.端板103具有两个，两个端板103用于安装固定燃料电池100，另外也能够保护两端板103之间的其它零部件。
29.集流板104具有两个，一正一负，用于将膜电极双极板组件产生的电能传导至用电产品，以使用电产品正常工作。
30.供气总管包括氢气供气管和氧气(空气)供气管，氢气供气管和氧气(空气)供气管是两个单独的管道，分别在电池段的两侧连通每一个单电池，以为每个单电池的电化学反应提供气体来源，从而使每个单电池产生电能。
31.参考图2，图2示出了氢气供气管106、流体组件101和电池段102的位置关系及连接关系的示意图，图2中的虚线指向是氢气的流动方向，两个流体组件101之间的每个矩形代表一个单电池，多个单电池组成电池段102。由图2可知，氢气供气管106包括进气管1061和出气管1062，进气管1061和出气管1062分别位于电池段102和流体组件101的两侧，且进气管1061和出气管1062均连通于电池段102的每个单电池以及每个流体组件101。
32.进气管1061的开口端用于连接氢气来源，氢气来源不限，例如可以是氢气瓶等，进气管1061的另一端封闭。进气管1061的侧部连通于电池段102的每个单电池以及流体组件101，使得进气管1061内的氢气能够经过多个单电池以及多个流体组件101流至出气管1062，多余的氢气再从出气管1062排出。
33.需要强调的是，传统的燃料电池没有设置流体组件101，导致靠近进气管1061封闭端的单电池气压差较大，进气流量较大，其它处于非端部的单电池气流量较小，电池段102内部的气体分配不均，降低了单电池性能的一致性。
34.本发明在电池段102的两端均设置有流体组件101，流体组件101靠近进气管1061的封闭端，流体组件101的两端能够通气，使得进气管1061的封闭端的气体能够通过流体组
件101流入至出气管1062，电池段102中的各个单电池的进气流量就会趋于均匀。
35.另外，上述氢气通常是带有水份的湿氢气，湿氢气在进气管1061冷凝形成的液体能够经过流体组件101排出至出气管1062，避免液体过多地进入电池段，影响单电池的正常工作。
36.可以理解，在其它实施例中，流体组件101的内部通道结构不限定，该实施例主要应对电池段102具有的单电池数量对应的场景。当电池段102具有的单电池数量较多时，可以增加流体组件101内的通道数量，反之减少流体组件101内的通道数量。可根据不同的单电池节数可改变通道数目即结构，使多个单电池的进气量趋于均匀。
37.图2所示实施例仅以氢气供气管106详细做了叙述，氧气(空气)供气管以及供液总管的结构与氢气供气管106的结构及原理基本一致，与电池段102及流体组件101的连接方式也一致。例如，供液总管包括流体输入管和流体输出管，流体输入管、流体输出管与流体组件101以及所有的单电池连通。供液总管将冷却液从流体输入管输入，冷却液依次流经电池段的多个单电池，同时带走每个单电池的热量。冷却液流经多个单电池之后，通过流体组件101流至流体输出管排出，使得冷却液能够经过流体组件101形成流动的水流，对每个单电池的散热程度基本一致，多个单电池散热均匀。
38.氧气供气管对电池段的供气原理和氢气供气一致，在此不再多余赘述。
39.流体组件101能够同时连接氢气供气管、氧气供气管以及供液总管，以使电池段102的各个单电池的进气量及冷却液量趋于均匀，同时电池段102在电化学反应之后生成的水也可以在供液总管通过流体组件101快速流通，以避免供液总管端部堵水而影响电池段102的使用。
40.另外，由于流体组件101内具有通道，通道可供水流通过，以形成冷却液循环。因此在低温环境下，可降低端部单电池反应产生的热量向端板103耗散速率，可减弱端板效应，有利于提升电池冷启动性能。
41.参考图3、图4和图5，流体组件101包括沿其厚度方向顺次层叠布置的第一流体件1、第二流体件2、第三流体件3和第四流体件4，其中，第一流体件1与第二流体件2之间形成有第三腔室11、第三入口12和第三出口13，第三腔室11的两端分别连通第三入口12和第三出口13。
42.第三腔室11用于供氢气流通，第三入口12用于连接上述的进气管1061，第三出口13用于连接上述的出气管1062，进气管1061内多余的氢气能够经过第三入口12进入第三腔室11，再从第三出口13排出至出气管1062，以避免进气管1061封闭端的气体流量过大而影响各个单电池进气的均匀性。
43.第一流体件1面向第二流体件2的一侧开设有多个第三条形槽14，多个第三条形槽14相互间隔且平行设置。
44.第一流体件1面向第二流体件2的一侧开设有多个第三导流槽15，第三导流槽15与第三条形槽14相互垂直。第三导流槽15靠近第三入口12和第三出口13设置，用于起导流作用。第三入口12进来的氢气能够经过第三导流槽15的导向作用而快速进入至多个第三条形槽14。靠近第三出口13的第三导流槽15用于将第三条形槽14内的氢气快速导出至第三出口13排出。
45.第三入口12和第三出口13斜对角设置，有利于氢气在第三腔室11更为顺畅地流
通。
46.第一流体件1面向第二流体件2的一侧设置有第三粘接槽16，第三粘接槽16用于容置粘胶，以使粘胶与第二流体件2粘接，从而第一流体件1与第二流体件2连接。可以理解，在其它实施例中，第三粘接槽16可以设于第二流体件2，或者第一流体件1与第二流体件2均设置第三粘接槽16，在此不作限定。另外，第一流体件1与第二流体件2还可以通过其它的方式连接，例如可拆卸插接或通过螺丝连接等，在此不作限定。
47.上述的多个第三条形槽14及第三导流槽15均位于第三粘接槽16内侧，第二流体件2面向第一流体件1的一侧为平面状，使得第一流体件1与第二流体件2在粘接之后具有良好的密封性，能够防止第三腔室11的气体从粘接处漏气。
48.第一流体件1的两端沿其厚度方向贯穿开设有第一通孔17和第二通孔18，第一通孔17连通于第三入口12，第二通孔18连通于第三出口13。第一通孔17可供上述的进气管1061穿设固定，以使进气管1061的侧壁连通于第三入口12，为第三入口12供气。第二通孔18可供上述的出气管1062穿设固定，以使出气管的侧壁连通于第三出口13，从而第三出口13出来的气体能够进入出气管1062排出。可见，第一通孔17和第二通孔18起着用于安装固定进气管1061和出气管1062的作用，便于进气管1061、出气管1062稳定地连接第三入口12、第三出口13，以便于氢气的稳定流通。
49.第二流体件2与第三流体件3之间形成有第二腔室21、第二入口22和第二出口23，第二腔室21的两端分别通过第二入口22和第二出口23连通于外部空气。
50.第二腔室21用于供氧气(空气)流通，第二入口22用于连接氧气供气管的进气管，第二出口23用于连接氧气供气管的出气管，氧气供气管的进气管内多余的氧气能够经过第二入口22进入第二腔室21，再从第二出口23排出至氧气供气管的出气管，以避免进气管封闭端的气体流量过大而影响各个单电池进气的均匀性。
51.第二流体件2面向第三流体件3的一侧开设有多个第二条形槽24，多个第二条形槽24相互间隔且平行设置。
52.第二流体件2面向第三流体件3的一侧开设有多个第二导流槽25，第二导流槽25与第二条形槽24相互垂直。第二导流槽25靠近第二入口22和第二出口23设置，用于起导流作用。第二入口22进来的氧气能够经过第二导流槽25的导向作用而快速进入至多个第二条形槽24。靠近第二出口23的第二导流槽25用于将第二条形槽24内的氧气快速导出至第二出口23排出。
53.第二入口22和第二出口23斜对角设置，有利于氧气在第二腔室21更为顺畅地流通。
54.第二流体件2面向第三流体件3的一侧设置有第二粘接槽26，第二粘接槽26用于容置粘胶，以使粘胶与第三流体件3粘接，从而第二流体件2与第三流体件3连接。可以理解，在其它实施例中，第二粘接槽26可以设于第三流体件3，或者第二流体件2与第三流体件3均设置第二粘接槽26，在此不作限定。另外，第二流体件2与第三流体件3还可以通过其它的方式连接，例如可拆卸插接或通过螺丝连接等，在此不作限定。
55.上述的多个第二条形槽24及第二导流槽25均位于第二粘接槽26内侧，第三流体件3面向第二流体件2的一侧为平面状，使得第二流体件2与第三流体件3在粘接之后具有良好的密封性，能够防止第二腔室21的气体从粘接处漏气。
56.第二流体件2的两端沿其厚度方向贯穿开设有第三通孔27和第四通孔28，第三通孔27连通于第二入口22，第四通孔28连通于第二出口23。第三通孔27可供氧气供气管的进气管穿设固定，以使进气管的侧壁连通于第二入口22，为第二入口22供气。第四通孔28可供氧气供气管的出气管穿设固定，以使出气管的侧壁连通于第二出口23，从而第二出口23出来的气体能够进入出气管排出。可见，第三通孔27和第四通孔28起着用于安装固定氧气供气管的进气管及出气管的作用，便于氧气供气管的进气管及出气管稳定地连接第二入口22、第二出口23，以便于氧气的稳定流通。
57.第三流体件3与第四流体件4之间形成有第一腔室31、第一入口32和第一出口33，第一腔室31的两端分别通过第一入口32和第一出口33连通于外部空气。
58.第一腔室31用于供冷却液流通，第一入口32用于连接进水管，第一出口33用于连接出水管，进水管内多余的冷却液能够经过第一入口32进入第一腔室31，再从第一出口33排出至出水管，以避免进水管封闭端的冷却液积聚而过多流入电池段端部的单电池。
59.第三流体件3面向第四流体件4的一侧开设有多个第一条形槽34，多个第一条形槽34相互间隔且平行设置。
60.第三流体件3面向第四流体件4的一侧开设有多个第一导流槽35，第一导流槽35与第一条形槽34相互垂直。第一导流槽35靠近第一入口32和第一出口33设置，用于起导流作用。从第一入口32进来的冷却液能够经过第一导流槽35的导向作用而快速进入至多个第一条形槽34。靠近第一出口33的第一导流槽35用于将第一条形槽34内的冷却液快速导出至第一出口33排出。
61.第一入口32和第一出口33斜对角设置，有利于冷却液在第一腔室31更为顺畅地流通。
62.第三流体件3面向第四流体件4的一侧设置有第一粘接槽36，第一粘接槽36用于容置粘胶，以使粘胶与第四流体件4粘接，从而第三流体件3面向第四流体件4连接。可以理解，在其它实施例中，第一粘接槽36可以设于第四流体件4，或者第三流体件3与第四流体件4均设置第一粘接槽36，在此不作限定。另外，第三流体件3与第四流体件4还可以通过其它的方式连接，例如可拆卸插接或通过螺丝连接等，在此不作限定。
63.上述的多个第一条形槽34及第一导流槽35均位于第一粘接槽36内侧，第四流体件4面向第三流体件3的一侧为平面状，使得第三流体件3与第四流体件4在粘接之后具有良好的密封性，能够防止第一腔室31的冷却液从粘接处漏液。
64.第三流体件3的两端沿其厚度方向贯穿开设有第五通孔37和第六通孔38，第五通孔37连通于第一入口32，第六通孔38连通于第一出口33。第五通孔37可供进水管穿设固定，以使进水管的侧壁连通于第一入口32，以向第一入口32排入冷却液。第六通孔38可供出水管穿设固定，以使出水管的侧壁连通于第一出口33，从而第一出口33出来的冷却液能够进入出水管排出。可见，第五通孔37和第六通孔38起着用于安装固定进水管及出水管的作用，便于进水管及出水管稳定地连接第一入口32、第一出口33，以便于冷却液的稳定流通。
65.第四流体件4背向第三流体件3的一侧开设有安装槽41，安装槽41用于安装集流板104，集流板104可以使用粘胶固定在安装槽41。集流板104还具有电极凸起1041，电极凸起1041用于方便连接用电设备，以使集流板104采集到的电能传导至用电设备。
66.集流板104可以采用铝合金或铜合金材质制造，集流板104表面可镀金或镀银，以
增强集流板104的导电性，为用电设备提供更稳定高效的电传输。
67.需要强调的是，本发明的第一流体件1、第二流体件2、第三流体件3和第四流体件4均为绝缘材质，例如环氧板材质，可以避免电池段产生的电能发生意外触电事故。
68.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
69.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

技术特征：
1.一种燃料电池，其特征在于，包括流体输入管、流体输出管、电池段和流体组件，所述电池段包括多个相互串联的单电池，所述电池段靠近其端部的位置具有所述流体组件，所述流体输入管和所述流体输出管均连通于所述流体组件及每一所述单电池，所述流体组件内设有第一腔室，所述流体组件的表面具有第一入口和第一出口，所述第一入口连通于所述第一腔室及所述流体输入管,所述第一出口连通于所述第一腔室及所述流体输出管。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括进气管和出气管，所述流体组件内设有第二腔室，所述流体组件的表面具有第二入口和第二出口，所述第二入口连通于所述第二腔室及所述进气管,所述第二出口连通于所述第二腔室及所述出气管。3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述流体组件包括第二流体件、第三流体件和第四流体件，所述第三流体件位于所述第二流体件与所述第四流体件之间，所述第三流体件与所述第四流体件连接而形成所述第一腔室、所述第一入口及所述第一出口，所述第三流体件与所述第二流体件连接而形成所述第二腔室、所述第二入口及所述第二出口。4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述第三流体件面向所述第四流体件的一侧具有多个相互平行的第一条形槽，每一所述第一条形槽均连通于所述第一入口及所述第一出口，多个所述第一条形槽与所述第四流体件的侧壁形成所述第一腔室。5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述第三流体件面向所述第四流体件的一侧开设有第一粘接槽，所述第一粘接槽用于容置粘胶，以粘接所述第四流体件，且多个所述第一条形槽均位于所述第一粘接槽的内侧。6.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述第二流体件面向所述第三流体件的一侧具有多个相互平行的第二条形槽，每一所述第二条形槽均连通于所述第二入口及所述第二出口，多个所述第二条形槽与所述第三流体件的侧壁形成所述第二腔室。7.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述第二流体件面向所述第三流体件的一侧开设有第二粘接槽，所述第二粘接槽用于容置粘胶，以粘接所述第三流体件，且多个所述第二条形槽均位于所述第二粘接槽的内侧。8.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述流体组件内设有第三腔室，所述第三腔室位于所述第二腔室背向所述第一腔室的一侧，所述第三腔室与所述第一腔室、所述第二腔室均不连通，所述流体组件的表面具有第三入口和第三出口，所述第三入口、所述第三出口均连通于所述第三腔室。9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述流体组件还包括第一流体件，所述第一流体件设于所述第二流体件背向所述第三流体件的一侧，所述第一流体件与所述第二流体件连接而形成所述第三腔室、所述第三入口及所述第三出口。10.根据权利要求9所述的燃料电池，其特征在于，所述第一流体件面向所述第二流体件的一侧开设有第三粘接槽和多个第三条形槽，所述第三粘接槽用于容置粘胶，以粘接所述第二流体件，进而所述第二流体件的侧壁与多个所述第三条形槽形成所述第三腔室，且多个所述第三条形槽均位于所述第三粘接槽的内侧。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池，涉及燃料电池技术领域，包括流体输入管、流体输出管、电池段和流体组件，电池段包括多个串联的单电池，电池段靠近其端部的位置设置有流体组件，流体输入管和流体输出管均连通流体组件及每一单电池，流体组件开设有第一腔室、第一入口和第一出口，第一入口连通第一腔室及流体输入管,第一出口连通第一腔室及流体输出管。当流体输入管产生的冷凝水或者单电池在反应之后生成的水汇聚至靠近电池段端部时，水会依次经过流体组件的第一入口、第一腔室和第一出口排出至流体输出管，以避免水积聚在电池段端部的单电池内，从而电池段端部的单电池不会造成堵水，电池段端部的单电池能够得到充足的反应气量，单电池的性能及寿命不会受到较大的影响。电池的性能及寿命不会受到较大的影响。电池的性能及寿命不会受到较大的影响。


技术研发人员：余圆 花仕洋 李新 邹雨廷 张向前 叶东浩
受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶集团有限公司第七一二研究所）
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/7