本發明涉及燃料電池電堆領域，尤其是涉及一種封閉式燃料電池空冷電堆。

背景技術：

1、燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學能通過電化學反應直接轉換成電能的發電裝置。電堆的散熱對保證燃料電池正常工作至關重要，現有技術可通過液冷實現電堆散熱，例如液冷燃料電池的電堆結構由膜電極和雙極板依次層疊而成，雙極板由陽極板和陰極板層疊粘接而成，陽極板的正面設有氫氣流場，陰極板的正面設有空氣流道。空氣流道是由多條空氣流道溝槽所構成，陰極板的背面設有冷卻液流道，冷卻液流道是由多條冷卻也流道溝槽所構成。然而由于水冷系統結構復雜，龐雜且笨重，難以適應多種應用場景。為了改善這一缺陷，可采用空氣替代水作為冷卻介質，例如空冷燃料電池包括板體和設置在板體中切貫穿板體的冷卻流道，但由于空氣熱容量極小，冷卻流場進出口溫差較大，造成膜電極含水量偏離理想狀態，進而影響燃料電池的性能。

2、可見，現有技術存在冷卻介質流場進出口溫差較大，影響膜電極含水量偏離理想狀態，進而影響燃料電池性能的問題。

技術實現思路

1、本發明提供了一種封閉式燃料電池空冷電堆，解決了現有技術中存在的冷卻介質流場進出口溫差較大，造成膜電極含水量偏離理想狀態，進而影響燃料電池性能的問題。

2、本發明提供了一種封閉式燃料電池空冷電堆，包括多個堆疊設置的燃料電池單電池和多個冷卻板；

3、每個燃料電池單電池包括陽極板、陰極板以及位于陽極板和陰極板之間的膜電極；至少部分燃料電池單電池的陽極板遠離對應的膜電極的一側設有第一冷卻板，至少部分燃料電池單電池的陰極板遠離對應的膜電極的一側設有第二冷卻板；第一冷卻板和第二冷卻板分別連接于對應的陽極板和陰極板。第一冷卻板和第二冷卻板的表面均設置有流動方向相同的冷卻介質，陰極板朝向流通截面膜電極的一側表面沿冷卻介質流動方向分布有多個陰極流道，并且在多個陰極流道中，沿冷卻介質流動方向，位于上游的陰極流道的流通截面大于位于下游的陰極流道的流通截面。

4、本發明通過在陰極板遠離膜電極的一側設置第一冷卻板，能夠將冷卻介質（例如空氣）與氧化劑（例如空氣）分離，并且，由于沿冷卻介質流動方向，冷卻介質的溫度逐漸升高，存在溫度分布不均，本發明通過將陰極流道的流通截面設置為：沿冷卻介質流動方向，上游的陰極流道流通截面大于下游陰極流道的流通截面，或可理解為靠近冷卻流場上游的陰極流道流通截面大于靠近冷卻流場下游的陰極流道的流通截面，采用非均勻分布的流道流通截面，利用氧化劑的流速差異對膜電極含水量調整能力的影響，補償冷卻介質的溫度差異導致的膜電極含水量調整能力的影響，使得膜電極各處吹干速度較為一致，由此能夠實現巨大溫差下的膜電極含水量調整能力梯度補償，使得膜電極各處的濕度更加均衡，進而提高燃料的電池的反應效率和電池性能。

5、可選的，沿冷卻介質流動方向，多個陰極流道的流通截面是逐個遞減的。

6、可選的，在多個陰極流道中，多個陰極流道包括第一流道組和第二流道組，第一流道組位于冷卻介質流動方向的上游，第二流道組位于冷卻介質流動方向的下游；

7、第一流道組的每個陰極流道的流通截面均大于第二流道組的每個陰極流道的流通截面。

8、可選的，第一流道組中的每個陰極流道的流通截面相同，第二流道組中的每個陰極流道的流通截面相同。

9、可選的，每個燃料電池單電池中，陽極板與膜電極之間為陽極流場，陰極板與膜電極之間為陰極流場；

10、陽極流場中流體的流向與陰極流場中流體的流向相反。

11、本發明實施例通過陰極流場和陽極流場的對向流動，能夠使得陰極流場和陽極流場的濕度差相互抵消互補，進而平衡了陰極流場和陽極流場的濕度，使得膜電極具有較佳的濕度平衡，有利于電池的工作性能。

12、可選的，陽極板的第一端設有陽極流體入口，陽極板的第二端設有陽極流體出口；

13、陰極板的第一端設有陰極流體出口，陰極板的第二端設有陰極流體入口；陽極流體入口與陰極流體出口位于同一側，陽極流體出口與陰極流體入口位于同一側。

14、可選的，第一冷卻板和第二冷卻板均為波形板。

15、可選的，還包括上壓板、下壓板和緊固件；

16、上壓板設于多個堆疊設置的燃料電池單電池和多個冷卻板沿堆疊方向的上側，下壓板設于多個堆疊設置的燃料電池單電池和多個冷卻板沿堆疊方向的下側，緊固件固定于上壓板和下壓板的邊緣，以將多個堆疊設置的燃料電池單電池壓緊固定。

17、可選的，陽極板與膜電極之間的流體為氫氣，陰極板與膜電極之間的流體為空氣。

技術特征：

1.一種封閉式燃料電池空冷電堆，其特征在于，包括多個堆疊設置的燃料電池單電池和多個冷卻板；

2.根據權利要求1所述的封閉式燃料電池空冷電堆，其特征在于，沿冷卻介質流動方向，多個陰極流道的流通截面是逐個遞減的。

3.根據權利要求1所述的封閉式燃料電池空冷電堆，其特征在于，在所述多個陰極流道中，多個陰極流道包括第一流道組和第二流道組，所述第一流道組位于冷卻介質流動方向的上游，所述第二流道組位于冷卻介質流動方向的下游；

4.根據權利要求3所述的封閉式燃料電池空冷電堆，其特征在于，所述第一流道組中的每個陰極流道的流通截面相同，所述第二流道組中的每個陰極流道的流通截面相同。

5.根據權利要求1所述的封閉式燃料電池空冷電堆，其特征在于，每個燃料電池單電池中，所述陽極板與所述膜電極之間為陽極流場，所述陰極板與所述膜電極之間為陰極流場；

6.根據權利要求5所述的封閉式燃料電池空冷電堆，其特征在于，所述陽極板的第一端設有陽極流體入口，所述陽極板的第二端設有陽極流體出口；

7.根據權利要求1所述的封閉式燃料電池空冷電堆，其特征在于，所述第一冷卻板和所述第二冷卻板均為波形板。

8.根據權利要求1所述的封閉式燃料電池空冷電堆，其特征在于，還包括上壓板、下壓板和緊固件；

9.根據權利要求1~8任一項所述的封閉式燃料電池空冷電堆，其特征在于，所述陽極板與所述膜電極之間的流體為氫氣，所述陰極板與所述膜電極之間的流體為空氣。

技術總結
本發明提供了一種封閉式燃料電池空冷電堆，包括多個堆疊設置的燃料電池單電池和多個冷卻板。至少部分燃料電池單電池的陽極板遠離對應的膜電極的一側設有第一冷卻板，至少部分燃料電池單電池的陰極板遠離對應的膜電極的一側設有第二冷卻板；第一冷卻板和第二冷卻板分別連接于對應的陽極板和陰極板。第一冷卻板和第二冷卻板的表面均設置有流動方向相同的冷卻介質，陰極板朝向流通截面膜電極的一側表面沿冷卻介質流動方向分布有多個陰極流道，并且在多個陰極流道中，沿冷卻介質流動方向，位于上游的陰極流道的流通截面大于位于下游的陰極流道的流通截面。解決了現有技術中存在的冷卻介質進出口溫差較大，進而影響燃料電池性能的問題。

技術研發人員：張修軍,牛秀芳,朱夢輝,王曉華,麥建明
受保護的技術使用者：上海氫晨新能源科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24