一种液冷叠加电池组件及氢燃料电池电堆的制作方法

1.本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体为一种液冷叠加电池组件及氢燃料电池电堆。


背景技术：

2.氢燃料电池是以氢气为燃料，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置，具有能量转换效率高、零排放、无噪声等优点。积极发展氢能，是能源革新发展，实现碳达峰、碳中和的重要举措。
3.电堆由多个单体电池层叠组合构成。电堆是发生电化学反应场所，燃料电池动力系统核心部分。电堆工作时， 氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
4.现有电堆的单电池散热不均匀，容易造成一些单电池过热的情况，且电堆的组合安装不方便。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种液冷叠加电池组件及氢燃料电池电堆，以解决上述背景技术中提出的现有电堆的单电池散热不均匀，容易造成一些单电池过热的情况，且电堆的组合安装不方便的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液冷叠加电池组件，包括：依次串联叠合的单电池和用于进出冷却液的冷却区；所述液冷叠加电池组件分为靠近液冷源头的快速冷却a区和远离液冷源头的慢速冷却b区；在所述快速冷却a区内每隔两个单电池设置一个冷却区；在所述慢速冷却b区内每隔一个单电池设置一个冷却区。
7.进一步地，所述快速冷却a区内设置二十个单电池，所述慢速冷却b区内设置三百八十个单电池。进一步地，所述单电池包括两个相邻的双极板和设置在两个双极板之间的膜电极，所述膜电极将两个双极板之间的区域分隔为空气反应区和氢气反应区，所述双极板包括正极单板和负极单板，所述正极单板与膜电极之间为空气反应区，所述负极单板与膜电极之间为氢气反应区。进一步地，所述双极板设置为波浪形状，所述空气反应区、氢气反应区、冷却区分别形成在两个双极板相对应的波谷或波峰之间。进一步地，在所述液冷叠加电池组件的外侧设置有用于对单电池固定的外框架。
8.一种具有液冷叠加电池组件的氢燃料电池电堆，包括：外壳体，所述外壳体为中空且两端开口的形状，所述液冷叠加电池组件置于外壳
体的内部；在所述外壳体的两端开口处封闭，且在封闭处留有导线孔、空气管孔、氢气管孔和冷却液管孔；设置在外壳体上且用于对液冷叠加电池组件电压检测的电压巡检模块。
9.进一步地，所述外壳体的两端从内向外依次设置集流板和绝缘板，在两侧的所述绝缘板外侧分别设置有与外壳体端部开口连接的盲端板和入口端板，所述导线孔、空气管孔、氢气管孔和冷却液管孔设置在入口端板上。
10.进一步地，所述电压巡检模块对液冷叠加电池组件的前20节单电池和后20节单电池的每节单电池均做电压巡检，位于前后20节单电池之间的单电池为每两节做一个电压巡检。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的燃料电池属于金属板液冷电堆，具有结构简单、易装配、发电效率高、体积小、功率密度高的单电池一致性等优点。
12.本发明采用一片一冷和两片一冷组合的方式组装电堆，由于前部靠近液冷源头的冷却液口处冷却液温度偏低，所以可以采用两片一冷的结构，当冷却液流动到一定位置，冷却液温度会有所增加，所以采用一片一冷的结构进行组装，减小了电堆的整体尺寸，提高了电堆的体积功率密度。
13.氢燃料电池是使用氢进行电化学反应，实现化学能向电能的转化，主要应用在重卡、乘用车、商用车、叉车、公交车等多个领域。作为汽车动力源，氢燃料电池相较于锂电池具有环保、能量密度更高、续航里程长、加氢时间短、性能提升空间大等诸多优点。
附图说明
14.图1为本发明氢燃料电池电堆的结构示意图；图2为本发明液冷叠加电池组件的单电池与冷却区排布的示意图；图3为本发明图2中快速冷却a区的排布原理示意图；图4为本发明图2中慢速冷却b区的排布原理示意图。
15.图中：1液冷叠加电池组件、101双极板、102膜电极、103空气反应区、104氢气反应区、105冷却区、2外壳体、3集流板、4绝缘板、5盲端板、6入口端板、7电压巡检模块。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
17.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。
18.实施例：
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种液冷叠加电池组件1，包括：利用组装辅助定位装置作用依次串联叠合的单电池和用于进出冷却液的冷却区105，冷却区105为密封且设置进出液口的空间，相邻冷却区105的进出液口之间串联，使得冷却区105内的冷却液单向流动。
19.所述液冷叠加电池组件1分为靠近液冷源头的快速冷却a区和远离液冷源头的慢速冷却b区；如图2所示，其中排布的矩形板状视为单电池，嵌入在单电池之间的部件为冷却区105，且液冷叠加电池组件1的左侧（靠近液冷源头）为快速冷却a区、右侧（远离液冷源头）为慢速冷却b区。
20.在所述快速冷却a区内每隔两个单电池设置一个冷却区105；在所述慢速冷却b区内每隔一个单电池设置一个冷却区105。
21.由于前部靠近液冷源头的快速冷却a区冷却液口处冷却液温度偏低，所以可以采用两片一冷的结构，当冷却液流动到一定位置，冷却液温度会有所增加，所以在慢速冷却b区采用一片一冷的结构进行组装。
22.如图2所示，快速冷却a区中每隔两个单电池其中形成一个用于冷却液流动的冷却区105，慢速冷却b区内，每隔一个的单电池其中形成一个用于冷却液流动的冷却区105。
23.所述单电池包括两个相邻的双极板101和设置在两个双极板101之间的膜电极102，所述膜电极102将两个双极板101之间的区域分隔为空气反应区103和氢气反应区104，所述双极板101包括正极单板和负极单板，所述正极单板与膜电极102之间为空气反应区103，所述负极单板与膜电极102之间为氢气反应区104。所述双极板101设置为波浪形状，所述空气反应区103、氢气反应区104、冷却区105分别形成在两个双极板101相对应的波谷或波峰之间。
24.为了方便理解，在附图3、4中标记三角形的区域为空气反应区103、标记圆形的区域为氢气反应区104、标记正方形的区域为冷却区105。
25.如图3和图4所示，双极板101设置为波浪形状（其波峰波谷为矩形框状，根据需求也可设置为弧形、三角形等形状），两个双极板101的位置相对，从而使得其波峰与波峰、波谷与波谷分别相对，膜电极102位于两个双极板101的中部，将两个双极板101相对的波谷或波峰区域分开从而形成了空气反应区103和氢气反应区104，外部分别向空气反应区103和氢气反应区104进入空气和氢气。
26.负极（即氢气反应区104）通入h2，正极（即空气反应区103）通入o2（通入的空气内含有氧气），总反应为：2h2 o2=2h2o。
27.氢气燃料电池在工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子h

和电子e-。
28.负极反应方程式为：h
2-2e-=2h
。
29.氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。
30.在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程，这就是氢气燃料电池原理。
31.正极反应方程式为：o2 4e-=2o
2-。
32.2h

o
2-=h2o。
33.优选的，所述快速冷却a区内设置二十个单电池，所述慢速冷却b区内设置三百八十个单电池。优选的，在所述液冷叠加电池组件1的外侧设置有用于对单电池固定的外框架。通过外框架对液冷叠加电池组件1的固定作用，使得单电池稳定。
34.一种具有液冷叠加电池组件的氢燃料电池电堆，包括：外壳体2，所述外壳体2为中空且两端开口的形状，所述液冷叠加电池组件1置于外壳体2的内部；在所述外壳体2的两端开口处封闭，且在封闭处留有导线孔、空气管孔、氢气管孔和冷却液管孔；设置在外壳体2上且用于对液冷叠加电池组件1电压检测的电压巡检模块7。
35.在安装时，安装好最后的单电池后，液冷叠加电池组件1连接进出气歧管、进出冷却液管和导线之后置于外壳体2内，在外壳体2两端开口按照图1方式依次叠加集流板3、绝缘板4和盲端板5、入口端板6，使用组装机施加设计好的压力将整体压紧，实现对外壳体2的两端开口密封。
36.向电堆供气的进气歧管安装气密性测试设备（氮气测试），进行气密性检测，气密性检测通过后，在保持组装机压力的情况下，安装好对集流板3、绝缘板4和盲端板5、入口端板6固定的螺杆随后即可撤除组装机的压力，至此一个电堆就组装完毕了。
37.优选的，所述外壳体2的两端从内向外依次设置集流板3和绝缘板4，在两侧的所述绝缘板4外侧分别设置有与外壳体2端部开口连接的盲端板5和入口端板6，所述导线孔、空气管孔、氢气管孔和冷却液管孔设置在入口端板6上。
38.优选的，所述电压巡检模块7对液冷叠加电池组件1的前20节单电池和后20节单电池的每节单电池均做电压巡检，位于前后20节单电池之间的单电池为每两节做一个电压巡检，电压巡检信息由can通讯传输。
39.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
40.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。