一种燃料电池电动车的制作方法

[0001]
本发明涉及电动车技术领域，特别的涉及一种燃料电池电动车。


背景技术：

[0002]
燃料电池电动车是新能源汽车家族中的重要成员，其采用的燃料电池是通过将燃料在电解质中进行化学反应的方式，直接将贮存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环保地转化为电能，其燃料不经过燃烧，没有内燃机复杂的能量转化过程，因此发电效率是目前所有发电方式中最高的。由于它没有运动部件、无燃烧，因而噪声低、红外特征小。燃料电池发电装置的核心是电堆，其性能的优劣直接决定整个电池的性能，而燃料电池的运行温度直接影响电池的整体性能，在其工作时需要保持良好的散热。
[0003]
目前的主要散热方式有：风冷双风机方案、直接风冷方案和水冷封闭结构方案。风冷双风机方案的反应风机和散热风机采用两个不同风机且功能独立，反应空气风道与散热空气风道分离。直接风冷方案的反应风机和散热风机合二为一，电堆结构更为紧凑，其反应产生的水被大流量的空气带走，使得电堆几乎处于干膜发电，造成发电效率低、功率密度小。水冷封闭结构方案的散热能力强，电堆内部温度分布均匀，电堆受环境温度影响较小，然而该方案还需要额外采用空气泵主动输送反应空气(正压输送)，功率较高，消耗大量电池的电能，影响发电效率。


技术实现要素：

[0004]
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种结构设计合理，散热效果好，能够提高发电效率和功率密度，有利于改善续航能力的燃料电池电动车。
[0005]
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
[0006]
一种燃料电池电动车，包括燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括多个并排设置的单电池，所述单电池包括正对设置的阴极板和阳极板，所述阴极板和阳极板上对应地设置有沿厚度方向贯通的冷却液输送口和阳极气体输送口，所述冷却液输送口和阳极气体输送口均设置有两个；所述阴极板的一侧中部具有沿横向或纵向贯通设置的空气流道，另一侧具有连通两个所述冷却液输送口的第一冷却液流道；所述阳极板的一侧中部具有阳极流场区，所述阳极流场区内具有间隔设置的阳极流道，所述阳极流道连通两个所述阳极气体输送口；所述阳极板的另一侧具有连通两个所述冷却液输送口的第二冷却液流道。
[0007]
上述结构中，空气流道沿阴极板的横向或纵向贯通设置，即形成开放式结构，使得空气能够直接穿过空气流道参与反应；阳极气体通过其中一个阳极气体输送口进入到阳极流道参与反应，并从另一个阳极气体输送口流出；冷却液经由其中一个冷却液输送口进入第一冷却流道并从另一个冷却液输送口流出，带走阳极板和阴极板上的反应热量，从而进行水冷散热。由于冷却液的散热效率高，能够满足各种工况下的散热需求，无需通过增大空气流道内的空气流速进行风冷散热，一方面可以减少反应水的流失，使反应膜保持足够湿
度，避免干膜发电，保证反应的效率；另一方面在降低空气流速后使得空气中的氧气能够具有更充足的反应时间，从而保证反应效率，提高燃料电池的发电效率和净功率密度，从而有利于改善电动车的续航能力。
[0008]
进一步的，还包括车架，所述燃料电池安装在所述车架上，所述燃料电池朝向所述车架后端的一侧连接有导气罩，所述导气罩围绕在所述燃料电池的边缘处并向后延伸形成出气口，所述导气罩内设置有朝后吹气的导气风扇。
[0009]
这样，由于导气罩围绕燃料电池的边缘向后延伸，且在导气罩内设置导气风扇，使得导气风扇启动后，导气风扇将其与燃料电池之间的空气向后排出，使得二者之间形成负压空间，燃料电池前端的空气在压差作用下流过燃料电池的空气流道。由于负压通常均布在空间的各个角落，使得各处的压差几乎相等，从而可以使燃料电池前端的空气均匀地流过所有空气流道，让燃料电池内的每个单电池都能充分发挥各自的最佳反应功率，从而提高燃料电池的整体效率。
[0010]
进一步的，所述导气罩内具有与所述燃料电池平行设置的隔板，所述隔板上开设有安装所述导气风扇的通孔。
[0011]
这样，通过隔板将负压空间与导气罩后端隔开，让空气仅能通过导气风扇从通过流过，避免空气从导气风扇外侧回流至负压空间，从而可以提高导气风扇的气流引导效率。
[0012]
进一步的，所述隔板上均匀地设置有四个通孔，并安装有四个导气风扇。
[0013]
这样，可以保证负压空间内的气压分布更加均匀，从而保证燃料电池内空气流量的均布。
[0014]
进一步的，所述燃料电池朝向所述车架前端的一侧连接有进风罩，所述进风罩罩扣在所述燃料电池的边缘处，并与所述燃料电池的前端之间形成进气空间，所述进风罩在所述车架宽度方向上的两侧向前延伸形成有主进风口，所述主进风口与所述进气空间之间具有连通的主进风道。
[0015]
由于车身中部空间需要布置车身零部件，容易受到遮挡，将主进风道设置在车架的两侧，可以使得车辆行驶过程中空气更好地通过主进风道进入到进气空间内。
[0016]
进一步的，所述进气罩的两侧还具有向前延伸形成的副进风口，所述副进风口与所述进气空间之间具有连通的副进风道，所述副进风道位于所述主进风道的下方；所述副进风道内安装有可启闭的阀门。
[0017]
在电动车需要大功率输出时，需要燃料电池能够具有较大的发电效率，要保证燃料电池的发电效率，一方面需要保证足够的空气输入，另一方面还需要改善燃料电池的散热，通过设置副进风道和可启闭的阀门，就可以通过阀门控制副进风道的开启和关闭，从而调整进气量，阀门开启时，进气量增加，既能够输送足够的空气，又能够改善散热，通过风冷对水冷进行补充，从而可以尽量减小水冷系统的泵机功率，减少电能的内耗，保证燃料电池更大的净功率输出。
[0018]
进一步的，所述阀门通过竖向设置的转轴安装在所述副进风道内，所述转轴的一端穿过所述副进风道并安装有驱动电机。
[0019]
进一步的，所述阴极板和阳极板整体呈矩形，两个所述冷却液输送口和两个所述阳极气体输送口均分布地设置在所述阴极板和阳极板长度方向上的两端处。
[0020]
这样，阳极气体和冷却液均是从阴极板和阳极板的一端流向另一端，能够降低空
气流道和冷却液流道的制造难度。
[0021]
进一步的，所述空气流道沿所述阳极板的宽度方向贯通设置，并沿长度方向均布设置有多个。
[0022]
这样，将空气流道沿长度方向均布设置多个，使得空气流道的入口总面积更大，有利于更多的空气快速进入空气流道内参与反应，从而保证反应需求。
[0023]
进一步的，所述阳极流场区与所述阳极气体输送口之间还设置有汇分区，所述汇分区内具有均布设置的分流道，所述分流道连通在所述阳极流道和所述阳极气体输送口之间。
[0024]
这样，通过均布设置的分流道将经由阳极气体输送口送入的阳极气体均匀地引导至阳极流场区内的阳极流道内，尽量使得每个流道内均具有等量的阳极气体，从而可以充分发挥每个流道内的最大反应效率，进而提高电池总体反应效率。同时，反应后的阳极气体也能够通过另一个汇分区内的分流道顺利地排出，使得阳极流道的顺畅，保证反应持续高效的进行。
[0025]
综上所述，本发明具有结构设计合理，散热效果好，能够提高发电效率和功率密度，有利于改善续航能力等优点。
附图说明
[0026]
图1为本发明实施例的燃料电池电动车的结构示意图。
[0027]
图2为图1中导气风扇和导气罩部分的结构示意图。
[0028]
图3为本实施例中阴极板正面的结构示意图。
[0029]
图4为本实施例中阴极板背面的结构示意图。
[0030]
图5为本实施例中阳极板正面的结构示意图。
[0031]
图6为本实施例中阳极板背面的结构示意图。
[0032]
图7为阳极板正面的另一种结构示意图。
具体实施方式
[0033]
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，如图1～图7所示。
[0034]
一种燃料电池电动车，包括燃料电池，所述燃料电池包括多个并排设置的单电池，所述单电池包括正对设置的阴极板1和阳极板2，所述阴极板1和阳极板2上对应地设置有沿厚度方向贯通的冷却液输送口3和阳极气体输送口4，所述冷却液输送口3和阳极气体输送口4均设置有两个；所述阴极板1的一侧中部具有沿横向或纵向贯通设置的空气流道11，另一侧具有连通两个所述冷却液输送口3的第一冷却液流道12；所述阳极板2的一侧中部具有阳极流场区21，所述阳极流场区21内具有间隔设置的阳极流道22，所述阳极流道22连通两个所述阳极气体输送口4；所述阳极板2的另一侧具有连通两个所述冷却液输送口3的第二冷却液流道23。
[0035]
上述结构中，空气流道沿阴极板的横向或纵向贯通设置，即形成开放式结构，使得空气能够直接穿过空气流道参与反应；阳极气体通过其中一个阳极气体输送口进入到阳极流道参与反应，并从另一个阳极气体输送口流出；冷却液经由其中一个冷却液输送口进入第一冷却流道并从另一个冷却液输送口流出，带走阳极板和阴极板上的反应热量，从而进
行水冷散热。由于冷却液的散热效率高，能够满足各种工况下的散热需求，无需通过增大空气流道内的空气流速进行风冷散热，一方面可以减少反应水的流失，使反应膜保持足够湿度，避免干膜发电，保证反应的效率；另一方面在降低空气流速后使得空气中的氧气能够具有更充足的反应时间，从而保证反应效率，提高燃料电池的发电效率和净功率密度，从而有利于改善电动车的续航能力。
[0036]
本实施例中，如图1和图2所示，还包括车架5，所述燃料电池安装在所述车架5上，所述燃料电池朝向所述车架5后端的一侧连接有导气罩6，所述导气罩6围绕在所述燃料电池的边缘处并向后延伸形成出气口，所述导气罩6内设置有朝后吹气的导气风扇7。
[0037]
这样，由于导气罩围绕燃料电池的边缘向后延伸，且在导气罩内设置导气风扇，使得导气风扇启动后，导气风扇将其与燃料电池之间的空气向后排出，使得二者之间形成负压空间，燃料电池前端的空气在压差作用下流过燃料电池的空气流道。由于负压通常均布在空间的各个角落，使得各处的压差几乎相等，从而可以使燃料电池前端的空气均匀地流过所有空气流道，让燃料电池内的每个单电池都能充分发挥各自的最佳反应功率，从而提高燃料电池的整体效率。
[0038]
所述导气罩6内具有与所述燃料电池平行设置的隔板8，所述隔板8上开设有安装所述导气风扇7的通孔。
[0039]
这样，通过隔板将负压空间与导气罩后端隔开，让空气仅能通过导气风扇从通过流过，避免空气从导气风扇外侧回流至负压空间，从而可以提高导气风扇的气流引导效率。
[0040]
本实施例中，为进一步改善效果，如图2所示，所述隔板8上均匀地设置有四个通孔，并安装有四个导气风扇。
[0041]
这样，可以保证负压空间内的气压分布更加均匀，从而保证燃料电池内空气流量的均布。
[0042]
实施时，所述燃料电池朝向所述车架5前端的一侧连接有进风罩9，所述进风罩9罩扣在所述燃料电池的边缘处，并与所述燃料电池的前端之间形成进气空间，所述进风罩9在所述车架5宽度方向上的两侧向前延伸形成有主进风口91，所述主进风口91与所述进气空间之间具有连通的主进风道。
[0043]
由于车身中部空间需要布置车身零部件，容易受到遮挡，将主进风道设置在车架的两侧，可以使得车辆行驶过程中空气更好地通过主进风道进入到进气空间内。
[0044]
实施时，所述进气罩9的两侧还具有向前延伸形成的副进风口92，所述副进风口92与所述进气空间之间具有连通的副进风道，所述副进风道位于所述主进风道的下方；所述副进风道内安装有可启闭的阀门93。
[0045]
在电动车需要大功率输出时，需要燃料电池能够具有较大的发电效率，要保证燃料电池的发电效率，一方面需要保证足够的空气输入，另一方面还需要改善燃料电池的散热，通过设置副进风道和可启闭的阀门，就可以通过阀门控制副进风道的开启和关闭，从而调整进气量，阀门开启时，进气量增加，既能够输送足够的空气，又能够改善散热，通过风冷对水冷进行补充，从而可以尽量减小水冷系统的泵机功率，减少电能的内耗，保证燃料电池更大的净功率输出。
[0046]
实施时，所述阀门93通过竖向设置的转轴安装在所述副进风道内，所述转轴的一端穿过所述副进风道并安装有驱动电机。
[0047]
实施时，所述阴极板1和阳极板2整体呈矩形，两个所述冷却液输送口3和两个所述阳极气体输送口4均分布地设置在所述阴极板1和阳极板2长度方向上的两端处。
[0048]
这样，阳极气体和冷却液均是从阴极板和阳极板的一端流向另一端，能够降低空气流道和冷却液流道的制造难度。
[0049]
实施时，所述空气流道11沿所述阳极板1的宽度方向贯通设置，并沿长度方向均布设置有多个。
[0050]
这样，将空气流道沿长度方向均布设置多个，使得空气流道的入口总面积更大，有利于更多的空气快速进入空气流道内参与反应，从而保证反应需求。
[0051]
实施时，所述阳极流场区21与所述阳极气体输送口4之间还设置有汇分区24，所述汇分区24内具有均布设置的分流道，所述分流道连通在所述阳极流道22和所述阳极气体输送口4之间。
[0052]
这样，通过均布设置的分流道将经由阳极气体输送口送入的阳极气体均匀地引导至阳极流场区内的阳极流道内，尽量使得每个流道内均具有等量的阳极气体，从而可以充分发挥每个流道内的最大反应效率，进而提高电池总体反应效率。同时，反应后的阳极气体也能够通过另一个汇分区内的分流道顺利地排出，使得阳极流道的顺畅，保证反应持续高效的进行。
[0053]
实施时，所述阳极流场区21整体凹陷地设置在所述阳极板2上，所述阳极流场区21内具有沿所述阳极板2的长度方向设置的流道凸棱25，所述流道凸棱25沿所述阳极板2的长度方向并排地设置有多个，相邻两个所述流道凸棱25之间形成所述阳极流道22。
[0054]
实施时，所述阳极流道22为平行流道或蛇形流道。
[0055]
实施时，所述汇分区24整体凹陷地设置在所述阳极板2上，并与所述阳极流场区21一体相连；所述汇分区24内具有多个导流凸棱26，所述导流凸棱26的一端均布在所述阳极气体输送口4处，另一端与所述流道凸棱25一体连接，且任意相邻两个所述导流凸棱26之间的阳极流道22数量相等。
[0056]
这样，在阳极气体的入口通过导流凸棱将阳极气体均匀地分配到两个导流凸棱之间的阳极流道内，再由流道凸棱进行二次分配，从而可以保证阳极气体能够更加均匀的分布到每个阳极流道内，保证电化学反应的高效进行。
[0057]
实施时，所述汇分区24整体凹陷地设置在所述阳极板2上，并与所述阳极流场区21一体相连；所述汇分区24内密布有突起设置的导流条27，多个所述导流条27沿自身长度方向依次间隔地连接成导流棱条，所述导流棱条连接在阳极气体输送口4和阳极流场区21之间，并均布在所述汇分区24内。
[0058]
这样，输入的阳极气体既可以沿导流棱条流向阳极流场区，又可以通过导流条之间的间隔处流向相邻的分流道内，从而可以更加均匀地分配阳极气体。
[0059]
实施时，所述汇分区24与所述阳极流场区21之间具有多个呈矩阵排布的圆柱28，所述圆柱28的直径小于或等于所述流道凸棱25的宽度。
[0060]
这样，通过呈矩阵排布的圆柱可以对进入阳极流场区的阳极气体进行进一步的分散。
[0061]
实施时，所述第一冷却液流道12和第二冷却液流道23均包括两个冷却流道，两个所述冷却流道的一端连接至其中一个所述冷却液输送口3，沿边缘延伸至中部后，由中部向
外呈连续s形弯曲布置，并连接至另一个所述冷却液输送口3。
[0062]
这样，可以将输入的低温冷却液直接先输送至电池的中部，对中部的高温区进行优先散热，然后再向相对低温的区域流动散热，使得电池的整体温度分布更加均匀，保持最佳反应温度，从而提高发电效率。
[0063]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。