CN113823808B - 一燃料电池电堆及其***和应用 - Google Patents

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Abstract

一燃料电池电堆及其***和应用，其中所述燃料电池***包括一燃料电池电堆和一气体分配装置，其所述燃料电池电堆包括第一堆叠部件和第二堆叠部件，其中所述第一堆叠部件具有第一流道，其中所述第二堆叠部件具有第二流道，其中所述气体分配装置被设置于所述燃料电池电堆，其中所述气体分配装置包括一气体分流模块，其中所述气体分流模块连通所述第一流道和所述第二流道，其中所述气体分流模块用于接收并分流反应气体至所述燃料电池电堆的所述第一流道和所述第二流道，有利于增加所述燃料电池***的输出功率，而且不易出现流道中首、尾的气流分布不均匀的问题。

Description

一燃料电池电堆及其***和应用
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，进一步涉及一燃料电池电堆及其***和应用。
背景技术
当前，全世界正处于能源危机和环境污染问题的压力下，而氢能不约而同的成为众多国家所大力扶持的新型能源。氢能的广泛应用将促进我国能源转型升级，并成为我国能源战略的重要组成部分之一。燃料电池是一种利用氢能的电化学装置，可将氢能转化为电能，以提供所需的电量。在实际应用中，燃料电池在交通领域的应用是目前氢能发展的强劲动力之一，各种新材料、新工艺和新技术均随着燃料电池在这一领域技术的发展而发展。例如，燃料电池可做为电动汽车的动力来源，为电动汽车提供电能。
燃料电池***一般包括由多片燃料电池串连叠加而成的燃料电池电堆，以提供所需的电量。例如，氢氧燃料电池电堆具有用于形成离子导电体的质子交换膜和被配置在该质子交换膜两侧的阳极侧和阴极侧，其中阳极侧适于通入氢气，其中阴极侧适于通入空气，其中所述氢氧燃料电池的负极反应式为：2H2一4e-＝4H+，其中正极反应式为：O2+4e-+4H+＝2H2O，其中总反应方程式为：2H2+O2＝2H2O。
为提升单个燃料电池电堆的输出电量，通常的做法是增加叠加的单个燃料电池的数量。但是，随着单个燃料电池叠加的数量的增加，该单个燃料电池电堆的流通反应气体的流道长度也会增加，当单个燃料电池叠加到一定的片数时，流通的反应气体随着流道长度的增加，会逐渐出现首、尾的气体分布不均匀的问题，从而影响到单个燃料电池电堆的性能。为了保证单个燃料电池电堆的性能，单个燃料电池叠加到一定的片数以后就会停止，不能再增加，达到了单个燃料电池电堆中的单个燃料电池所堆叠的最大片数，即达到了最大流道长度，此时如果燃料电池***的输出功率仍不够，通常采用的方法是通过增加单个燃料电池电堆的数量的方法，以增加燃料电池***的输出功率。
举例地，如图1A所示，传统的燃料电池***的单个燃料电池电堆10A具有分别布置在两端的进气端部11A和排气端部12A，其中反应气体由该进气端部11A进入该燃料电池电堆10A进行反应，并由该排气端部12A排出。该单个燃料电池电堆的流道沿该单个燃料电池电堆10A中的单个燃料电池叠加的方向延伸，该流道长度为1L，若流道长度超过1L，该燃料电池电堆的性能就会下降。然而，根据实际功率需求，该流道长度为2L时，该燃料电池***可达到所需的输出功率。
目前的做法是，在传统的燃料电池***中设置两个独立运行的燃料电池电堆。例如，如图1B和1C所示，该燃料电池***包括独立设置的两个燃料电池电堆10B、20B，其中该燃料电池电堆10B具有分别用于进气和排气的第一进气端部11B和第一排气端部12B，该燃料电池电堆20B具有分别用于进气和排气的第二进气端部21B和第二排气端部22B。可以看出的是，虽然该燃料电池***的两个该燃料电池电堆10B、20B的流道长度之和可达到2L，但是每个该燃料电池电堆10B、20B均需设置独立的进气和排气结构，如进气管路、排气管路、进气阀和排气阀等，不仅占用了大量的空间，增加了该燃料电池***的体积，而且增加了成本。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一燃料电池电堆及其***和应用，其中所述燃料电池电堆的用于流通反应气体的流道长度可达到传统的单个燃料电池电堆的最大流道长度的两倍，有利于提高所述燃料电池电堆的输出功率，而且相对于传统的配置两个燃料电池电堆的燃料电池***，本发明的所述双流道燃料电池***无需配备两套独立的进排气***，减小了体积，降低了成本。
本发明的一个优势在于提供一燃料电池电堆及其***和应用，其中所述燃料电池电堆中堆叠的单电池的数量可达到传统的单个燃料电池电堆中堆叠的单电池的数量的两倍，有利于增加输出功率，而且不易出现流道中气体分布不均匀的问题。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池电堆及其***和应用，其中所述燃料电池电堆包括分别由多个单电池堆叠而成的第一堆叠部件和第二堆叠部件，其中所述第一堆叠部件具有用于通入反应气体的第一流道，其中所述第二堆叠部件具有用于通入反应气体的第二流道，其中所述第一流道和所述第二流道的长度均可达到传统的单个燃料电池电堆的最大流道长度，从而提升了所述燃料电池电堆的总流道长度。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池电堆及其***和应用，其中所述所述燃料电池***可分流反应气体至所述燃料电池电堆的所述第一堆叠部件和所述第二堆叠部件中，有利于保证两个所述堆叠部件的各所述单电池的性能。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池电堆及其***和应用，其中所述燃料电池***可汇集所述燃料电池电堆的两个所述堆叠部件排出的气体或水，有利于两个所述堆叠部件共用一套运行所需的装置。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池电堆及其***和应用，其结构简单，成本低，适用性较广。
依本发明的一个方面，本发明进一步提供一燃料电池***，包括：
一燃料电池电堆，其包括第一堆叠部件和第二堆叠部件，其中所述第一堆叠部件包括多个堆叠的单电池和具有用于向各所述单电池流通反应气体的第一流道，其中所述第二堆叠部件包括多个堆叠的单电池和具有用于向各所述单电池流通反应气体的第二流道；和
一气体分配装置，其中所述气体分配装置被设置于所述燃料电池电堆，其中所述气体分配装置包括一气体分流模块，其中所述气体分流模块连通所述第一流道和所述第二流道，其中所述气体分流模块用于接收并分流反应气体至所述燃料电池电堆的所述第一流道和所述第二流道。
在一实施例中，其中所述气体分配装置具有一第一密封面和一第二密封面，其中所述第一密封面与所述第一堆叠部件密封连接，其中所述第二密封面与所述第二堆叠部件密封连接。
在一实施例中，其中所述燃料电池电堆进一步包括第一端板和第二端板，其中所述第一堆叠部件被设置在所述第一端板和所述气体分配装置之间，并且所述第二堆叠部件被设置在所述第二端板和所述气体分配装置之间。
在一实施例中，其中所述气体分流模块包括一氢气分流部件，其中所述氢气分流部件具有一氢气分流通道和连通所述氢气分流通道的至少一氢气进气口、第一氢气分流口以及第二氢气分流口，其中所述第一氢气分流口被连通于所述第一流道，其中所述第二氢气分流口被连通于所述第二流道，其中所述氢气进气口用于通入氢气，其中部分氢气经所述第一氢气分流口分流至所述第一流道，另一部分氢气经所述第二氢气分流口分流至所述第二流道。
在一实施例中，所述第一堆叠部件进一步具有用于流通空气的第三流道，所述第二堆叠部件进一步具有用于流通空气的第四流道，其中所述气体分流模块进一步包括一空气分流部件，其中所述空气分流部件具有一空气分流通道和连通所述空气分流通道的至少一空气进气口、第一空气分流口以及第二空气分流口，其中所述第一空气分流口被连通于所述第三流道，其中所述第二空气分流口被连通于所述第四流道，其中所述空气进气口用于通入空气，其中部分空气经所述第一空气分流口分流至所述第三流道，另一部分空气经所述第二空气分流口分流至所述第四流道。
在一实施例中，其中所述氢气分流部件与所述空气分流部件一体成型。
在一实施例中，其中所述气体分配装置进一步包括一汇集模块，其中所述汇集模块包括一氢气汇集部件，其中所述氢气汇集部件具有一氢气汇集通道和连通所述氢气汇集通道的至少一氢气汇集出口、第一氢气汇集入口以及第二氢气汇集入口，其中所述第一氢气汇集入口被连通于所述第一堆叠部件的氢气排气口，所述第二氢气汇集入口被连通于所述第二堆叠部件的氢气排气口，以供经所述第一堆叠部件排出的氢气和经所述第二堆叠部件排出的氢气在所述氢气汇集通道内汇合并由所述氢气汇集出口排出。
在一实施例中，其中所述汇集模块进一步包括一阴极侧汇集部件，其中所述阴极侧汇集部件具有一阴极侧汇集通道和连通所述阴极侧汇集通道的至少一阴极侧汇集出口、第一阴极侧汇集入口以及第二阴极侧汇集入口，其中所述第一阴极侧汇集入口被连通于所述第一堆叠部件的阴极侧排出口，所述第二阴极侧汇集入口被连通于所述第二堆叠部件的阴极侧排出口，以供经所述第一堆叠部件的阴极侧排出的空气或水和经所述第二堆叠部件的阴极侧排出的空气或水在所述阴极侧汇集通道内汇合并由所述阴极侧汇集出口排出。
在一实施例中，其中所述气体分配装置进一步包括一壳体，其中所述氢气分流部件、所述氢气汇集部件、所述空气分流部件以及所述阴极侧汇集部件被一体成型于所述壳体。
在一实施例中，进一步包括用于过滤空气的用于增压的空压机和至少一加湿器，其中外界空气依次经所述空压机增压以及所述加湿器加湿后通入所述空气分流部件的所述空气进气口。
在一实施例中，其中经所述阴极侧汇集出口被连通于所述加湿器，以供经所述阴极侧汇集出口排出的空气或水对通入所述加湿器内的空气进行加湿作用。
在一实施例中，进一步包括用于提供氢气的供氢装置和用于调压的调压阀，其中所述供氢装置提供的氢气经所述调压阀调节压力后通入所述氢气分流部件的所述氢气进气口。
在一实施例中，其中所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件相对布置，其中所述气体分配装置被设置于所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件之间。
在一实施例中，其中所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件并列布置，其中所述气体分配装置被设置于所述燃料电池电堆的侧面。
依本发明的另一个方面，本发明进一步提供了一燃料电池电堆，包括：
第一堆叠部件；
第二堆叠部件，其中所述第一堆叠部件和所述第二堆叠部件分别包括多个叠加的燃料电池，其中所述第一堆叠部件具有用于向各所述燃料电池通入反应气体的第一进气端，其中所述第二堆叠部件具有用于向各所述燃料电池通入反应气体的第二进气端；
一气体分配装置，其中所述气体分配装置包括一气体分流模块，其中所述气体分流模块连通所述第一进气端和所述第二进气端，其中所述气体分流模块用于分流反应气体至所述第一进气端和所述第二进气端；以及
第一端板和第二端板，其中所述第一堆叠部件被设置在所述第一端板和所述气体分配装置之间，并且所述第二堆叠部件被设置在所述第二端板和所述气体分配装置之间。
在一实施例中，其中所述气体分配装置具有一第一密封面和一第二密封面，其中所述第一密封面与所述第一堆叠部件的所述第一进气端密封连接，其中所述第二密封面与所述第二堆叠部件的所述第二进气端密封连接。
在一实施例中，其中所述第一堆叠部件进一步具有用于排出气体的第一排气端，所述第二堆叠部件进一步具有用于排出气体的第二排气端，其中所述气体分配装置进一步包括一汇集模块，其中所述汇集模块连通所述第一排气端和所述第二排气端，其中所述汇集模块用于汇集所述第一排气端和所述第二排气端排出的气体。
在一实施例中，所述气体分配装置进一步包括一壳体，其中所述气体分流模块和所述汇集模块一体成型于所述壳体。
在一实施例中，其中所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件相对布置，其中所述气体分配装置被设置于所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件之间。
在一实施例中，在所述布气方法中，其中所述气体分流模块和所述汇集模块一体成型。
通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
图1A是现有技术的具有单个燃料电池电堆的燃料电池***的示意图。
图1B是现有技术的具有两个燃料电池电堆的燃料电池***的示意图。
图1C是现有技术的具有两个燃料电池电堆的燃料电池***的立体示意图。
图2A是根据本发明的一个优选实施例的一燃料电池***的立体示意图。
图2B是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的平面示意图。
图3是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的结构框图。
图4是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的气体分配装置的立体示意图。
图5是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的气体分配装置的平面示意图。
图6A是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的气体分配装置的A-A的剖面示意图。
图6B是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的气体分配装置的B-B的剖面示意图。
图7A是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的加湿器和空压机的结构示意图。
图7B是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的过滤装置和散热器的结构示意图。
图7C是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的过滤装置、空压机以及加湿器的结构框图。
图7D是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的供氢装置、调压阀以及氢气进气阀的结构框图。
图8A是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的空气流通的示意图。
图8B是根据本发明的上述优选实施例的所述燃料电池***的氢气流通的示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本申请中提供的燃料电池***可作为发电装置，用于提供一定的电能。在实际应用中，所述燃料电池***可为电子设备或动力设备提供电能。例如，所述燃料电池***可被应用于一动力车辆中，其中所述燃料电池***可通过电化学反应产生电能并提供至所述动力车辆，例如，所述燃料电池***能够被用于摩托车中，为驱动摩托车提供电能。当然，所述燃料电池***还可以应用于其他用电的设备，在此不受限制。
在本申请中，所述燃料电池***能够提供燃料进行电化学反应的场所，以使燃料在所述燃料电池***中进行电化学反应并产生一定的电能。在本实施例中，所述燃料举例地为氢气和空气(氧气)，即氢气和空气(氧气)作为所述燃料电池***的反应气体，即所述燃料电池***为氢氧燃料电池***，其中氢气和氧气在所述燃料电池***中进行氢氧电化学反应，并生成水和提供一定的电能。
如图2A所示为本申请的一个优选实施例的燃料电池***的结构示意图。如图2A、2B以及图3所示，所述燃料电池***包括一燃料电池电堆10和一气体分配装置20，其中所述燃料电池电堆10包括第一堆叠部件11和第二堆叠部件12，其中所述第一堆叠部件11包括多个堆叠的单电池和具有用于向各所述单电池流通反应气体的第一流道111，其中所述第二堆叠部件12包括多个堆叠的单电池和具有用于向各所述单电池流通反应气体的第二流道121。所述气体分配装置20被设置于所述燃料电池电堆10，其中所述气体分配装置20包括一气体分流模块21，其中所述气体分流模块21连通所述第一流道111和所述第二流道121，其中所述气体分流模块21用于接收并分流反应气体至所述燃料电池电堆10的所述第一流道111和所述第二流道121。
在本实施例中，所述第一堆叠部件11的所述第一流道111被定义为沿所述第一堆叠部件11的各所述单电池的堆叠方向延伸，所述第二堆叠部件12的所述第二流道121被定义为沿所述第二堆叠部件12的各所述单电池的堆叠方向延伸。也就是说，分流至所述第一流道111的氢气可扩散至所述第一堆叠部件11的各所述单电池以进行反应，分流至所述第二流道121的氢气可扩散至所述第二堆叠部件12的各所述单电池以进行反应。可以理解的是，所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12分别包括多个堆叠的单电池，在实际应用中，所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12还可以包括用于固定各所述单电池的固定装置，或者用于防止反应气体泄露的密封装置，或者保证各燃料电池正常运行的其它装置等，在此不受限制。
值得一提的是，所述第一堆叠部件11的所述第一流道111的长度L可达到单个燃料电池电堆的单电池的最大叠加片数的长度，即达到传统的单堆燃料电池电堆的最大流道长度，在提高输出功率的同时，保证了所述第一堆叠部件11的各所述单电池的性能。相应地，所述第二堆叠部件12的所述第二流道121的长度L也可达到单个燃料电池电堆的单电池的最大叠加片数的长度，即达到传统的单堆燃料电池电堆的最大流道长度，在提高输出功率的同时，保证了所述第二堆叠部件12的各所述单电池的性能。换句话说，所述燃料电池电堆10的所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12中堆叠的单电池的总数量可达到传统的单个燃料电池电堆中堆叠的单电池的数量的两倍，有利于增加输出功率，而且所述气体分配装置20可分流反应气体至所述第一堆叠部件11的所述第一流道111和所述第二堆叠部件12的所述第二流道121，因此所述第一堆叠部件11的所述第一流道111和所述第二堆叠部件12的所述第二流道121均不易出现流道中气体分布不均的问题，尤其能够降低首、尾单电池气体分布不均匀的程度。
也就是说，所述燃料电池电堆10的用于流通反应气体的总流道长度可达到传统的单个燃料电池电堆的流道长度的两倍，有利于提高所述燃料电池电堆10的输出功率，而且相对于传统的配置两个燃料电池电堆的燃料电池***，本发明的所述双流道燃料电池***由于通过一个所述气体分流装置20同时对所述燃料电池电堆10的所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12通入反应气体，因此无需配备两套独立的进排气***，减小了体积，降低了成本。
换句话说，在所述燃料电池***中，总的流道长度为所述第一堆叠部件11的流道长度L和所述第二堆叠部件12的流道长度L之和，即所述燃料电池***的所述燃料电池电堆10的总流道长度为2L，而通入所述第一堆叠部件11内的反应气体流经的长度为L，通入所述第二堆叠部件12内的反应气体流经的长度也为L，而不是2L，因此有利于避免出现流道中气体分布不均匀的问题，保证了电堆的性能，而且提高了输出功率。
进一步地，所述气体分配装置20具有一第一密封面201和一第二密封面202，其中所述第一密封面201与所述第一堆叠部件11密封连接，其中所述第二密封面202与所述第二堆叠部件12密封连接。也就是说，所述气体分配装置20的所述第一密封面201密封贴合于所述第一堆叠部件11，并与所述第一流道111连通，防止反应气体外泄。所述气体分配装置20的所述第二密封面202密封贴合于所述第二堆叠部件12，并与所述第二流道121连通，防止反应气体外泄。
优选地，所述气体分配装置20的所述第一密封面201和所述第二密封面202均具有一定的面积，分别与所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12之间形成面与面地密封连接，以提供良好的密封效果。
如图2A所示，在本实施例中，所述燃料电池电堆10进一步包括第一端板13和第二端板14，其中所述第一端板13被设置于所述第一堆叠部件11的与所述第一密封面201相反的一端，其中所述第二端板14被设置于所述第二堆叠部件12的与所述第二密封面202相反的一端。
优选地，所述气体分配装置20被安装于所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12之间，所述第一端板13被安装于所述第一堆叠部件11的自由端，所述第二端板14被安装于所述第二堆叠部件12的自由端，即所述第一堆叠部件11、所述气体分配装置20以及所述第二堆叠部件12依次安装于所述第一端板13和所述第二端板14之间。所述第一端板13与所述第二端板14可用于固定所述第一堆叠部件11、所述气体分配装置20以及所述第二堆叠部件12，并固定用于堆叠形成所述第一堆叠部件11的各所述燃料电池，和固定用于堆叠形成所述第二堆叠部件12的各所述燃料电池，以提高稳定性。
换言之，所述第一堆叠部件11的各单电池被叠压固定在所述第一端板13和所述气体分配装置20之间，所述第二堆叠部件12的各单电池被叠压固定在所述第二端板14和所述气体分配装置20之间。所述气体分配装置20取代了叠压固定单电池在该侧所需的端板结构，并作为所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12的共用部件，将所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12紧固在所述气体分配装置20的两侧和所述第一端板13与所述第二端板14之间。
可以理解的是，本申请的所述燃料电池***的所述燃料电池电堆10仅包括两个端板(即所述第一端板13和所述第二端板14)，即可保证所述燃料电池电堆的稳定性，而传统的配置两个燃料电池电堆的燃料电池***，每个所述燃料电池电堆均需要两个端板才能保持稳定性，因此传统的配置两个燃料电池电堆的燃料电池***共需要四个端板，才能够保证稳定性。显然，本申请的所述燃料电池***节省了端板的配置，降低了成本。
换句话说，所述第一堆叠部件11具有用于向各所述单电池通入反应气体的第一进气端113，其中所述第二堆叠部件12具有用于向各所述单电池通入反应气体的第二进气端123。也就是说，所述第一进气端113连通所述第一流道111，所述第二进气端123连通所述第二流道121。所述气体分流模块21连通所述第一进气端113和所述第二进气端123，其中所述气体分流模块21用于分流反应气体至所述第一进气端113和所述第二进气端123，从而分流反应气体至所述第一流道111和所述第二流道121。进一步地，所述第一密封面201与所述第一堆叠部件11的所述第一进气端113密封连接，其中所述第二密封面202与所述第二堆叠部件12的所述第二进气端123密封连接。
如图4和图5所示，进一步地，所述气体分流模块21包括一氢气分流部件211，其中所述氢气分流部件211具有一氢气分流通道2111和连通所述氢气分流通道2111的至少一氢气进气口2112、第一氢气分流口2113以及第二氢气分流口2114，其中所述第一氢气分流口2113被连通于所述第一流道111，其中所述第二氢气分流口2114被连通于所述第二流道121，其中所述氢气进气口2112用于通入氢气，其中部分氢气经所述第一氢气分流口2113分流至所述第一流道111，另一部分氢气经所述第二氢气分流口2114分流至所述第二流道121。
为保证所述第一堆叠部件的所述第一流道111和所述第二堆叠部件的所述第二流道121的氢气气体均匀性，所述氢气分流部件211的所述氢气分流通道2111、所述第一氢气分流口2113以及所述第二氢气分流口2114的尺寸或结构可以分别被设置为可通入预设流量或流速的氢气至对应的流道。
进一步地，所述第一堆叠部件11进一步具有用于流通空气的第三流道112，所述第二堆叠部件12进一步具有用于流通空气的第四流道122。所述气体分流模块21进一步包括一空气分流部件212，其中所述空气分流部件212具有一空气分流通道2121和连通所述空气分流通道2121的至少一空气进气口2122、第一空气分流口2123以及第二空气分流口2124，其中所述第一空气分流口2123被连通于所述第三流道112，其中所述第二空气分流口2124被连通于所述第四流道122，其中所述空气进气口2122用于通入空气，其中部分空气经所述第一空气分流口2123分流至所述第三流道112，另一部分空气经所述第二空气分流口2124分流至所述第四流道122。
进一步地，所述第一进气端113连通所述第三流道112，所述第二进气端123连通所述第四流道122。具体地，氢气经所述气体分流模块21分流至所述第一进气端113和所述第二进气端123，并分流至所述第一流道111和所述第二流道121。空气经所述气体分流模块21分流至所述第一进气端113和所述第二进气端123，并分流至所述第三流道112和所述第四流道122。
可以理解的是，分流至所述第三流道112的空气可扩散至所述第一堆叠部件11的各所述单电池以进行反应，分流至所述第四流道122的空气可扩散至所述第二堆叠部件12的各所述单电池以进行反应。在一些实施例中，所述第三流道112可沿所述第一堆叠部件11的各所述单电池的堆叠方向延伸，所述第四流道122可沿所述第二堆叠部件12的各所述单电池的堆叠方向延伸。
优选地，所述氢气分流部件211和所述空气分流部件212一体成型。进一步地，所述氢气分流部件211和所述空气分流部件212一体成型地设置于所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12之间。
进一步地，如图6A和6B所示，所述气体分配装置20包括一汇集模块22，所述第一堆叠部件11进一步具有用于排出气体的第一排气端114，所述第二堆叠部件12进一步具有用于排出气体的第二排气端124，所述汇集模块22连通所述第一排气端114和所述第二排气端124，其中所述汇集模块22用于汇集所述第一排气端114和所述第二排气端124排出的气体。也就是说，所述第一堆叠部件11内未反应的气体或产生的水通过所述第一排气端114排出至所述汇集模块22，所述第二堆叠部件12内未反应的气体或产生的水通过所述第二排气端124排出至所述汇集模块22，并最终统一由所述汇集模块22排出，以便于统一处理未反应的气体或排出的水。
在本实施例中，所述汇集模块22包括一氢气汇集部件221，其中所述氢气汇集部件221具有一氢气汇集通道2211和连通所述氢气汇集通道2211的至少一氢气汇集出口2212、第一氢气汇集入口2213以及第二氢气汇集入口2214，其中所述第一氢气汇集入口2213被连通于所述第一堆叠部件11的氢气排气口，所述第二氢气汇集入口2214被连通于所述第二堆叠部件12的氢气排气口，以供经所述第一堆叠部件11排出的氢气和经所述第二堆叠部件12排出的氢气在所述氢气汇集通道2211内汇合并由所述氢气汇集出口2212排出。
换句话说，所述第一堆叠部件11的未反应的氢气经所述第一堆叠部件11的氢气排气口通入所述氢气汇集部件221的所述氢气汇集通道2211，同样地，所述第二堆叠部件12的未反应的氢气经所述第二堆叠部件12的氢气排气口也通入所述氢气汇集部件221的所述氢气汇集通道2211，并最终一同由所述氢气汇集出口2212排出，以便于统一处理未反应的氢气。
优选地，所述气体分配装置20还包括一壳体23，其中所述氢气分流部件211与所述氢气汇集部件221被一体成型于所述壳体23。优选地，所述第一堆叠部件11的氢气入口和氢气排气口可位于同一侧，所述第二堆叠部件12的氢气入口和氢气排气口可位于同一侧，所述壳体23被安装于所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12之间，以确保气体的流通。为防止气体或水泄露，所述壳体23与所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12之间均可采用密封连接。
更进一步地，所述汇集模块22进一步包括一阴极侧汇集部件222，其中所述阴极侧汇集部件222具有一阴极侧汇集通道2221和连通所述阴极侧汇集通道2221的至少一阴极侧汇集出口2222、第一阴极侧汇集入口2223以及第二阴极侧汇集入口2224，其中所述第一阴极侧汇集入口2223被连通于所述第一堆叠部件11的阴极侧排出口，所述第二阴极侧汇集入口2224被连通于所述第二堆叠部件12的阴极侧排出口，以供经所述第一堆叠部件11的阴极侧排出的空气或水和经所述第二堆叠部件12的阴极侧排出的空气或水在所述阴极侧汇集通道2221内汇合并由所述阴极侧汇集出口2222排出。
可以理解的是，所述第一堆叠部件11的未反应的空气和生成的水经所述第一堆叠部件11的阴极侧排出口通入所述阴极侧汇集部件222的所述阴极侧汇集通道2221，同样地，所述第二堆叠部件12的未反应的空气和生成的水经所述第二堆叠部件12的阴极侧排出口也通入所述阴极侧汇集部件222的所述阴极侧汇集通道2221，并最终一同由所述阴极侧汇集出口2222排出，以便于统一处理未反应的空气和生成的水。
更优选地，所述氢气分流部件211、所述氢气汇集部件221、所述空气分流部件212以及所述阴极侧汇集部件222被一体成型于所述壳体23。
在一些可选的实施例中，所述氢气分流部件211、所述氢气汇集部件212、所述空气分流部件221以及所述阴极侧汇集部件222可以被实施为管路结构。
优选地，所述第一堆叠部件11与所述第二堆叠部件12相对布置，其中所述气体分配装置20被设置于所述第一堆叠部件11与所述第二堆叠部件12之间，其中所述第一堆叠部件11的所述第一进气端113和所述第一排气端114密封连接于所述气体分配装置20的一侧，其中所述第二堆叠部件12的所述第二进气端123和所述第二排气端124密封连接于所述气体分配装置20的另一侧。
可选地，所述第一堆叠部件11与所述第二堆叠部件12并列布置，其中所述气体分配装置20被设置于所述燃料电池电堆10的侧面。
如图7A和7C所示，在本实施例中，所述燃料电池***进一步包括用于增压的空压机40以及至少一加湿器50，其中外界空气依次经所述空压机40增压以及所述加湿器50加湿后通入所述空气分流部件212的所述空气进气口2122。
优选地，所述空压机40的入口处设置有过滤装置30，以用于过滤掉空气中的颗粒物或其它杂质，即外界空气经过所述过滤装置30的过滤后，才可通入燃料电池***参与反应，防止空气中的颗粒物或其它杂质对***造成不良影响。
进一步地，经所述阴极侧汇集出口2212被连通于所述加湿器50，以供经所述阴极侧汇集出口2222排出的空气或水对通入所述加湿器50内的空气进行加湿作用。也就是说，所述加速器50的一侧为外界空气，另一侧为经所述阴极侧汇集出口2222排出的空气或水。
如图7B所示，更进一步地，所述燃料电池电堆10还包括一空气排出管路101，其中所述空气排出管路101连通所述阴极侧汇集出口2222，以用于排出空气或水。
如图8A和8B所示为所述燃料电池***的空气流通示意图。外界空气依次经所述过滤装置30过滤、所述空压机40增压以及所述加湿器50加湿后通入所述空气分流部件212的所述空气进气口2122，并由所述空气分流部件212分流至所述第一堆叠部件11的所述第三流道112和所述第二堆叠部件12的所述第四流道122，然后经所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12排出的空气和水经所述阴极侧汇集部件222汇集后通入所述加湿器50，然后排出。
如图7D所示，在本实施例中，所述燃料电池***进一步包括用于提供氢气的供氢装置60、用于调压的调压阀70和用于控制氢气通入的氢气进气阀80，其中所述供氢装置60提供的氢气依次经过所述氢气进气阀80和所述调压阀70调节压力后通入所述氢气分流部件211的所述氢气进气口2112。可以理解的是，所述燃料电池***进一步包括用于向所述气体分配装置20输送氢气的氢气输送管路和用于输送空气的空气输送管路。
所述氢气进气阀80和所述调压阀70均设置在所述气体分配装置20的所述氢气分流部件211的一侧。所述调压阀70或所述氢气进气阀80如电磁阀。
如图7B所示，进一步地，所述燃料电池电堆10还包括一氢气排出管路102，其中所述氢气排出管路102连通所述氢气汇集出口2212，以用于排出尾气(包含未反应的氢气)。可选地，所述燃料电池电堆10还可以包括被设置于所述氢气排出管路102的尾气处理装置和尾气排放阀。所述尾气排放阀可以为常闭阀，按一定频次地开关所述氢气排出管路102，其中所述尾气处理装置用于对尾气进行混合稀释，以实现安全排放。
所述燃料电池***可以设置两个独立的进排气结构，其中所述燃料电池***具有一套所述过滤装置30，所述空压机40和所述加湿器50，其中所述第一端板13和所述第二端板14、所述电磁阀、以及进排气结构是独立的，本实施例的所述燃料电池***用一个所述气体分配装置20代替两个端板及其进排气结构，并省去了一套独立的电磁阀。也就是说，传统燃料电池***的电磁阀是设置在端板的进排气口附近，而本实施例的所述燃料电池***的进排气结构是由所述气体分配装置20形成的，其中所述电磁阀被安装于所述气体分配装置20。
如图7B所示，更进一步地，所述燃料电池***还包括至少二散热器90，其中一个所述散热器90被安装于所述第一堆叠部件11，以用于对所述第一堆叠部件11进行散热。另一个所述散热器90被安装于所述第二堆叠部件12，以用于对所述第二堆叠部件12进行散热。
进一步地，本优选实施例还提供了一燃料电池电堆，包括：
第一堆叠部件11；
第二堆叠部件12，其中所述第一堆叠部件11和所述第二堆叠部件12分别包括多个堆叠设置的单电池，其中所述第一堆叠部件11具有用于向各所述单电池通入反应气体的第一进气端113，其中所述第二堆叠部件12具有用于向各所述单电池通入反应气体的第二进气端123；以及
一气体分配装置20，其中所述气体分配装置20包括一气体分流模块21，其中所述气体分流模块21连通所述第一进气端113和所述第二进气端123，其中所述气体分流模块21用于分流反应气体至所述第一进气端113和所述第二进气端123。
在一实施例中，其中所述气体分配装置20具有一第一密封面201和一第二密封面202，其中所述第一密封面201与所述第一堆叠部件11的所述第一进气端113密封连接，其中所述第二密封面202与所述第二堆叠部件12的所述第二进气端123密封连接。
在一实施例中，其中所述第一堆叠部件11进一步具有用于排出气体的第一排气端114，所述第二堆叠部件12进一步具有用于排出气体的第二排气端124，其中所述气体分配装置20进一步包括一汇集模块22，其中所述汇集模块22连通所述第一排气端114和所述第二排气端124，其中所述汇集模块22用于汇集所述第一排气端114和所述第二排气端124排出的气体。
在一实施例中，所述气体分配装置20进一步包括一壳体23，其中所述气体分流模块21和所述汇集模块22一体成型于所述壳体23。
在一实施例中，所述第一堆叠部件11与所述第二堆叠部件12相对布置，其中所述气体分配装置20被设置于所述第一堆叠部件11与所述第二堆叠部件12之间。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (20)

1.一燃料电池***，其特征在于，包括：
一燃料电池电堆，其包括第一堆叠部件、第二堆叠部件、第一端板和第二端板，其中所述第一堆叠部件被设置在所述第一端板和气体分配装置之间，并且所述第二堆叠部件被设置在所述第二端板和所述气体分配装置之间，其中所述第一堆叠部件包括多个堆叠的单电池和具有用于向各所述单电池流通反应气体的第一流道，其中所述第二堆叠部件包括多个堆叠的单电池和具有用于向各所述单电池流通反应气体的第二流道；和
一气体分配装置，其中所述气体分配装置被设置于所述燃料电池电堆，其中所述气体分配装置包括一气体分流模块、一汇集模块和一壳体，其中所述气体分流模块连通所述第一流道和所述第二流道，其中所述气体分流模块用于接收并分流反应气体至所述燃料电池电堆的所述第一流道和所述第二流道，其中所述气体分配装置具有一第一密封面和一第二密封面，其中所述第一密封面与所述第一堆叠部件密封连接，其中所述第二密封面与所述第二堆叠部件密封连接，其中所述第一堆叠部件进一步具有用于排出气体的第一排气端，所述第二堆叠部件进一步具有用于排出气体的第二排气端，所述汇集模块连通所述第一排气端和所述第二排气端，其中所述气体分流模块和所述汇集模块一体成型于所述壳体。
2.根据权利要求1所述的燃料电池***，其中所述壳体与所述第一堆叠部件和所述第二堆叠部件之间均采用密封连接。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池***，其中所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件相对布置，其中所述气体分配装置被设置于所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件之间。
4.一燃料电池***，其特征在于，包括：
一燃料电池电堆，其包括第一堆叠部件、第二堆叠部件、第一端板和第二端板，其中所述第一堆叠部件被设置在所述第一端板和气体分配装置之间，所述第二堆叠部件被设置在所述第二端板和所述气体分配装置之间，其中所述第一堆叠部件包括多个堆叠的单电池和具有用于向各所述单电池流通反应气体的第一流道，其中所述第二堆叠部件包括多个堆叠的单电池和具有用于向各所述单电池流通反应气体的第二流道；和
一气体分配装置，其中所述气体分配装置被设置于所述燃料电池电堆，其中所述气体分配装置包括一气体分流模块、一汇集模块和一壳体，其中所述气体分流模块连通所述第一流道和所述第二流道，其中所述气体分流模块用于接收并分流反应气体至所述燃料电池电堆的所述第一流道和所述第二流道，其中所述气体分流模块包括一氢气分流部件，其中所述氢气分流部件具有一氢气分流通道和连通所述氢气分流通道的至少一氢气进气口、第一氢气分流口以及第二氢气分流口，其中所述第一氢气分流口被连通于所述第一流道，其中所述第二氢气分流口被连通于所述第二流道，其中所述氢气进气口用于通入氢气，其中部分氢气经所述第一氢气分流口分流至所述第一流道，另一部分氢气经所述第二氢气分流口分流至所述第二流道，其中所述第一堆叠部件进一步具有用于排出气体的第一排气端，所述第二堆叠部件进一步具有用于排出气体的第二排气端，所述汇集模块连通所述第一排气端和所述第二排气端，其中所述气体分流模块和所述汇集模块一体成型于所述壳体。
5.根据权利要求4所述的燃料电池***，所述第一堆叠部件进一步具有用于流通空气的第三流道，所述第二堆叠部件进一步具有用于流通空气的第四流道，其中所述气体分流模块进一步包括一空气分流部件，其中所述空气分流部件具有一空气分流通道和连通所述空气分流通道的至少一空气进气口、第一空气分流口以及第二空气分流口，其中所述第一空气分流口被连通于所述第三流道，其中所述第二空气分流口被连通于所述第四流道，其中所述空气进气口用于通入空气，其中部分空气经所述第一空气分流口分流至所述第三流道，另一部分空气经所述第二空气分流口分流至所述第四流道。
6.根据权利要求5所述的燃料电池***，其中所述氢气分流部件与所述空气分流部件一体成型。
7.根据权利要求4所述的燃料电池***，其中所述气体分配装置进一步包括一汇集模块，其中所述汇集模块包括一氢气汇集部件，其中所述氢气汇集部件具有一氢气汇集通道和连通所述氢气汇集通道的至少一氢气汇集出口、第一氢气汇集入口以及第二氢气汇集入口，其中所述第一氢气汇集入口被连通于所述第一堆叠部件的氢气排气口，所述第二氢气汇集入口被连通于所述第二堆叠部件的氢气排气口，以供经所述第一堆叠部件排出的氢气和经所述第二堆叠部件排出的氢气在所述氢气汇集通道内汇合并由所述氢气汇集出口排出。
8.根据权利要求7所述的燃料电池***，其中所述氢气分流部件与所述氢气汇集部件被一体成型于所述壳体。
9.根据权利要求5所述的燃料电池***，其中所述气体分配装置进一步包括一汇集模块，其中所述汇集模块包括一氢气汇集部件，其中所述氢气汇集部件具有一氢气汇集通道和连通所述氢气汇集通道的至少一氢气汇集出口、第一氢气汇集入口以及第二氢气汇集入口，其中所述第一氢气汇集入口被连通于所述第一堆叠部件的氢气排气口，所述第二氢气汇集入口被连通于所述第二堆叠部件的氢气排气口，以供经所述第一堆叠部件排出的氢气和经所述第二堆叠部件排出的氢气在所述氢气汇集通道内汇合并由所述氢气汇集出口排出。
10.根据权利要求9所述的燃料电池***，其中所述汇集模块进一步包括一阴极侧汇集部件，其中所述阴极侧汇集部件具有一阴极侧汇集通道和连通所述阴极侧汇集通道的至少一阴极侧汇集出口、第一阴极侧汇集入口以及第二阴极侧汇集入口，其中所述第一阴极侧汇集入口被连通于所述第一堆叠部件的阴极侧排出口，所述第二阴极侧汇集入口被连通于所述第二堆叠部件的阴极侧排出口，以供经所述第一堆叠部件的阴极侧排出的空气或水和经所述第二堆叠部件的阴极侧排出的空气或水在所述阴极侧汇集通道内汇合并由所述阴极侧汇集出口排出。
11.根据权利要求10所述的燃料电池***，其中所述氢气分流部件、所述氢气汇集部件、所述空气分流部件以及所述阴极侧汇集部件被一体成型于所述壳体。
12.根据权利要求10所述的燃料电池***，进一步包括用于增压的空压机和至少一加湿器，其中外界空气依次经所述空压机增压以及所述加湿器加湿后通入所述空气分流部件的所述空气进气口。
13.根据权利要求12所述的燃料电池***，其中经所述阴极侧汇集出口被连通于所述加湿器，以供经所述阴极侧汇集出口排出的空气或水对通入所述加湿器内的空气进行加湿作用。
14.根据权利要求7所述的燃料电池***，进一步包括用于提供氢气的供氢装置和用于调压的调压阀，其中所述供氢装置提供的氢气经所述调压阀调节压力后通入所述氢气分流部件的所述氢气进气口。
15.根据权利要求4至14任一所述的燃料电池***，其中所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件相对布置，其中所述气体分配装置被设置于所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件之间。
16.一燃料电池电堆，其特征在于，包括：
第一堆叠部件；
第二堆叠部件，其中所述第一堆叠部件和所述第二堆叠部件分别包括多个叠加的燃料电池，其中所述第一堆叠部件具有用于向各所述燃料电池通入反应气体的第一进气端，其中所述第二堆叠部件具有用于向各所述燃料电池通入反应气体的第二进气端；
一气体分配装置，其中所述气体分配装置包括一气体分流模块，其中所述气体分流模块连通所述第一进气端和所述第二进气端，其中所述气体分流模块用于分流反应气体至所述第一进气端和所述第二进气端；
第一端板和第二端板，其中所述第一堆叠部件被设置在所述第一端板和所述气体分配装置之间，并且所述第二堆叠部件被设置在所述第二端板和所述气体分配装置之间。
17.根据权利要求16所述的燃料电池电堆，其中所述气体分配装置具有一第一密封面和一第二密封面，其中所述第一密封面与所述第一堆叠部件的所述第一进气端密封连接，其中所述第二密封面与所述第二堆叠部件的所述第二进气端密封连接。
18.根据权利要求16所述的燃料电池电堆，其中所述第一堆叠部件进一步具有用于排出气体的第一排气端，所述第二堆叠部件进一步具有用于排出气体的第二排气端，其中所述气体分配装置进一步包括一汇集模块，其中所述汇集模块连通所述第一排气端和所述第二排气端，其中所述汇集模块用于汇集所述第一排气端和所述第二排气端排出的气体。
19.根据权利要求18所述的燃料电池电堆，所述气体分配装置进一步包括一壳体，其中所述气体分流模块和所述汇集模块一体成型于所述壳体。
20.根据权利要求16至19任一所述的燃料电池电堆，其中所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件相对布置，其中所述气体分配装置被设置于所述第一堆叠部件与所述第二堆叠部件之间。
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