1.本发明涉及氢气电池技术领域，特别是涉及一种双极板结构、单电池及电池电堆。
背景技术：2.氢气电池是一项非常有前景的能源技术，与现有的传统能量转化技术相比，氢气电池具有许多优点，比如能量转化效率高、无污染等；具有代表性的氢气电池有质子交换膜氢氢气电池。质子交换膜氢气电池是一种将化学能直接转化成电能的装置，氢气电池电堆一般由端板、绝缘板、集流板、多个双极板与多个膜电极等组件堆叠组成，每个膜电极与相邻的两个双极板组成一个单电池，所有的单电池串联起来构成一个电堆。电堆的工作原理是氢气、氧气分别通过氢气、氧气进口进入电堆内部的阳极与阴极，氢气在空气的作用下持续反应，失去电子变成氢离子，失去的电子发生定向移动，通过集流板为外部负载提供持续不断地供电；而氢离子穿过质子交换膜与阴极的氧气发生反应，生成热和水。
3.氢氢气电池电堆通过双极板上的氢气、空气通道将氢气和空气分配到膜电极上，并且通过冷却液流道中的冷却液带走反应过程中产生的热量；因此，电池电堆性能的好坏有一部分取决于各种介质在对应流场中的均匀分布，因此，如何实现介质在流场中的均匀分布是氢气电池电堆亟需解决的问题。
技术实现要素：4.有鉴于此，本发明提供一种双极板结构、单电池及电池电堆，通过对称设置空气进气歧管实现了空气均匀地流入到对应的流道中。
5.为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本发明的实施例提供了一种双极板结构，双极板结构包括阴极板和阳极板，阴极板的第一面具有空气流道，阳极板的第一面具有氢气流道，阳极板的第二面具有冷却液流道；
6.阴极板第一面的一条短边上设置有进气歧管单元，进气歧管单元包括两个空气进气歧管，两个空气进气歧管关于阴极板短边的中线对称，使得空气经进气歧管单元后均匀地流入空气流道中。
7.在一些实施例中，阳极板第二面的一条短边上设置有冷却液入口，冷却液入口关于阳极板短边的中线对称，冷却液入口与冷却液流道连通；且当阴极板和阳极板贴合后，冷却液入口位于两个空气进气歧管之间，使得冷却液入口与空气进气歧管无重叠。
8.在一些实施例中，阳极板第一面的一条长边上设置有氢气进气歧管，氢气进气歧管与空气进气歧管和冷却液入口均无重叠；氢气进气歧管与氢气流道连通。
9.在一些实施例中，空气流道与进气歧管单元之间设置有空气第一分配区单元，空气第一分配单元包括两个空气第一分配区，两个空气第一分配区关于阴极板短边的中线对称；且进气歧管单元通过空气第一分配区单元与空气流道连通。
10.在一些实施例中，阴极板第一面的另一条短边上设置有出气歧管单元，出气歧管单元与进气歧管单元关于阴极板长边的中线对称；出气歧管单元包括两个空气进气歧管，
两个空气进气歧管关于阴极板短边的中线对称。
11.在一些实施例中，空气流道与出气歧管单元之间设置有空气第二分配区单元，空气第二分配单元包括两个空气第二分配区，两个空气第二分配区关于阴极板短边的中线对称；且空气流道通过空气第二分配区单元与出气歧管单元连通。
12.在一些实施例中，双极板结构还包括阴极盖板，阴极盖板设置有四个，四个阴极盖板和与其所覆盖的阴极板之间分别形成两个空气第一分配区和两个空气第二分配区。
13.在一些实施例中，每个阴极盖板上均设置有多个凸起的第一流道，第一流道与空气流道连通；且第一流道的上表面和空气流道的凸面处于同一水平面；其中，空气流道的凸面为相邻的两个空气流道之间的凸起。
14.在一些实施例中，阳极板第二面上还设置有冷却液第一分配区、冷却液第二分配区以及冷却液出口，冷却液入口、冷却液第一分配区、冷却液流道、冷却液第二分配区以及冷却液出口依次连通；且冷却液入口和冷却液出口关于阳极板长边的中线对称，冷却液第一分配区和冷却液第二分配区关于阳极板长边的中线对称。
15.在一些实施例中，冷却液第一分配区和冷却液第二分配区内均设置有多个引流条，引流条将冷却液第一分配区和冷却液第二分配区均匀的分为多个区域。
16.在一些实施例中，阳极板的第一面上还设置有氢气第一分配区、氢气第二分配区以及氢气出气歧管，氢气进气歧管、氢气第一分配区、氢气流道、氢气第二分配区以及氢气出气歧管依次连通；且氢气出气歧管设置在阳极板第一面的另一条长边上；且氢气流道为s形流道。
17.在一些实施例中，双极板结构还包括阳极盖板，阳极盖板设置两个，两个阳极盖板和与其所覆盖的阳极板之间形成氢气第一分配区和氢气第二分配区。
18.在一些实施例中，两个阳极盖板靠近氢气流道的一端和氢气流道搭接，且搭接处的氢气流道下凹，下凹的深度为阳极盖板的厚度。
19.在一些实施例中，阳极盖板上设置有多个凸起的第二流道，第二流道与氢气流道连通；且第二流道的上表面高于第二流道的凸面；其中，第二流道的凸面为相邻的两个氢气流道之间的凸起。
20.根据本技术的另一个方面，本技术提供一种单电池，单电池包括上述的双极板结构。
21.在一些实施例中，单电池还包括膜电极，膜电极位于阴极板和阳极板之间且三者之间通过密封件进行密封。
22.在一些实施例中，膜电极包括第一碳纸、第二碳纸以及位于第一碳纸和第二碳纸之间的质子交换膜，第一碳纸与阴极板的第一面接触，第二碳纸与阳极板的第一面接触；且第二碳纸的长度大于第一碳纸的长度，质子交换膜的大小与第二碳纸的大小相同。
23.根据本技术的另一个方面，本技术提供一种电池电堆，电池电堆包括多个上述的单电池。
24.在一些实施例中，相邻单电池之间通过冷却液密封垫形成冷却液流场。
25.在一些实施例中，冷却液密封垫的长边上设置有第一凸起条和第二凸起条，第一凸起条和第二凸起条之间设置有多条横向筋，每条横向筋的一端与第一凸起条接触，另一端与第二凸起条接触。
26.在一些实施例中，电池电堆还包括设置在所示电池电堆底部的电堆底板，电堆底板上开设有沉槽。
27.在一些实施例中，电堆底板内部开设有气体通道，气体通道的一端通过沉槽与空气进气口连通，另一端与空气出气口连通；气体通道内设置有流量控制阀。
28.与现有技术相比，本发明的双极板结构至少具有下列有益效果：
29.本发明中的进气歧管单元包括两个空气进气歧管，且两个空气进气歧管关于阴极板短边的中线对称，如此，空气在进入空气流道中时，其中一个空气进气歧管中的空气进入空气流道中的上半部分或下半部分，另外一个空气进气歧管中的空气进入空气流道中的下半部分或上半部分，通过这种方式实现了空气均匀的流入空气流道中；当介质在流道中均匀分布后，可使得该介质更好的参与反应，进而提高电池电堆的性能。
30.另一方面，本发明提供的单电池是基于上述双极板结构而设计的，其有益效果参见上述双极板结构的有益效果，在此，不一一赘述。
31.另一方面，本发明提供的电池电堆是基于上述单电池而设计的，其有益效果参见上述单电池的有益效果，在此，不一一赘述。
32.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
33.图1是本发明的实施例提供的双极板结构中阴极板的第一面结构示意图；
34.图2是本发明的实施例提供的双极板结构中阳极板的第一面结构示意图；
35.图3a是本发明的实施例提供的双极板结构中空气流道和空气进气区配合后的结构示意图；
36.图3b是本发明的实施例提供的双极板结构中空气流道和空气出气区配合后的结构示意图；
37.图4a是本发明的实施例提供的双极板结构中氢气流道和氢气进气区配合后的结构示意图；
38.图4b是本发明的实施例提供的双极板结构中氢气流道和氢气出气区配合后的结构示意图；
39.图5是本发明的实施例提供的双极板结构中阳极板的第二面结构示意图；
40.图6是本发明的实施例提供的单电池的分解图；
41.图7是本发明的实施例提供的单电池的原理图；
42.图8是本发明的实施例提供的电池电堆的原理图；
43.图9是本发明的实施例提供的电池电堆中冷却液密封垫的结构示意图；
44.图10是图9中a处的局部放大图；
45.图11是本发明的实施例提供的电池电堆中冷却液密封垫的横截面剖视图；
46.图12是本发明的实施例提供的电池电堆的剖视图。
47.其中：
48.1、阴极板；2、阳极板；3、阴极盖板；4、阳极盖板；5、膜电极；6、冷却液密封垫；7、电堆底板；11、空气流道；12、空气进气歧管；13、空气第一分配区；14、空气出气歧管；15、空气
第二分配区；21、氢气流道；22、氢气进气歧管；23、氢气第一分配区；24、氢气第二分配区；25、氢气出气歧管；31、第一流道；41、第二流道；51、第一碳纸；52、第二碳纸；53、质子交换膜；54、密封件；61、第一凸起条；62、第二凸起条；63、横向筋；64、冷却液流场；72、气体通道；73、流量控制阀；201、冷却液流道；202、冷却液入口；203、冷却液第一分配区；204、冷却液第二分配区；205、冷却液出口；71、沉槽。
具体实施方式
49.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
50.在本发明的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.实施例1
53.本实施例提供一种双极板结构，如图1-图5所示，双极板结构包括阴极板1和阳极板2，阴极板1的第一面具有空气流道11，阳极板2的第一面具有氢气流道21，阳极板2的第二面具有冷却液流道201；阴极板1第一面的一条短边上设置有进气歧管单元，进气歧管单元包括两个空气进气歧管12，两个空气进气歧管12关于阴极板1短边的中线对称，使得空气经进气歧管单元后均匀地流入空气流道11中；
54.具体地，阴极板1和阳极板2均为长方形的板状结构，其具有相背的第一面和第二面，在本实施例中，阴极板1的第一面和阳极板2的第一面贴合，当然，第一面和第二面并非绝对地，而是一个相对的概念。本实施例中进气歧管单元包括两个空气进气歧管12，且两个空气进气歧管12关于阴极板1短边的中线对称，如此，空气在进入空气流道11中时，其中一个空气进气歧管12中的空气进入空气流道11中的上半部分或下半部分，另外一个空气进气歧管12中的空气进入空气流道11中的下半部分或上半部分，也就说：假如空气流道11可为均为地被分为上半部分和下半部分，则当其中一个空气进气歧管12中的空气进入上半部分中时，另外一个空气进气歧管12中的空气进入下半部分中，反之亦然；通过这种方式实现了空气均匀的流入空气流道11中；当介质在流道中均匀分布后，可使得该介质更好的参与反应，进而提高电池电堆的性能。
55.在具体实施例中：阳极板2第二面的一条短边上设置有冷却液入口202，冷却液入口202关于阳极板2短边的中线对称，冷却液入口202与冷却液流道201连通；且当阴极板1和阳极板2贴合后，冷却液入口202位于两个空气进气歧管12之间，使得冷却液入口202与空气进气歧管12无重叠。
56.首先，冷却液入口202关于阳极板2短边的中线对称，如此，和空气类似，冷却液也也通过冷却液入口202均匀地流入冷却液流道201中，这样就实现了该介质的均匀分布，使得冷却效果更佳；其次，在该实施例中，阴极板1和阳极板2贴合后，冷却液入口202位于两个空气进气歧管12之间，这样，冷却液入口202和空气进气歧管12之间没有重叠，互不影响，更佳有益于介质的均匀分配。
57.在具体实施例中：阳极板2第一面的一条长边上设置有氢气进气歧管22，氢气进气歧管22与空气进气歧管12和冷却液入口202均无重叠；氢气进气歧管22与氢气流道21连通。
58.具体地，当阴极板1和阳极板2贴合后，空气进气歧管12设置在短边上，氢气进气歧管22设置在长边上，两者之间无重叠，互不影响，使得空气和氢气可以均匀的流入各自的流道中，即空气流道11和氢气流道21中。
59.在具体实施例中：空气流道11与进气歧管单元之间设置有空气第一分配区单元，空气第一分配单元包括两个空气第一分配区13，两个空气第一分配区13关于阴极板1短边的中线对称；且进气歧管单元通过空气第一分配区单元与空气流道11连通。
60.由于空气第一分配单元用于连接进气歧管单元和空气流道11，因此空气第一分配单元也至关重要，一般地，组成进气歧管单元的空气进气歧管12为具有多个出口的结构，为了能顺利的将介质引入对应的流场中，一般会设置分配区，本实施例中的空气第一分配单元与进气歧管单元类似，其包括两个空气第一分配区13，且为了实现介质可以均匀地被分配至空气流道11中，两个空气第一分配区13关于阴极板1短边的中线对称。
61.在具体实施例中：阴极板1第一面的另一条短边上设置有出气歧管单元，出气歧管单元与进气歧管单元关于阴极板1长边的中线对称；出气歧管单元包括两个空气出气歧管14，两个空气出气歧管14关于阴极板1短边的中线对称。并且，空气流道11与出气歧管单元之间设置有空气第二分配区单元，空气第二分配单元包括两个空气第二分配区15，两个空气第二分配区15关于阴极板1短边的中线对称；且空气流道11通过空气第二分配区单元与出气歧管单元连通。
62.一般地，出气歧管单元用于参与反应后的介质的流出，而在本实施例中，由于出气歧管单元与进气歧管单元关于阴极板1长边的中线对称，因此使得本实施例提供的双极板结构具有较高的灵活性，也就是说用户可以根据实际需求选择介质的流动方向，调换出口和入口。
63.在具体实施例中：双极板结构还包括阴极盖板3，阴极盖板3设置有四个，四个阴极盖板3和与其所覆盖的阴极板1之间分别形成两个空气第一分配区13和两个空气第二分配区15。
64.具体地，每个阴极盖板3上均设置有多个凸起的第一流道31，第一流道31与空气流道11连通；且第一流道31的上表面和空气流道11的凸面处于同一水平面；其中，空气流道11的凸面为相邻的两个空气流道11之间的凸起。也就是说，空气走的是“凸流道”，即阴极盖板3上表面和空气流道11的凸面处于同一平面。
65.在具体实施例中：阳极板2第二面上还设置有冷却液第一分配区203、冷却液第二分配区204以及冷却液出口205，冷却液入口202、冷却液第一分配区203、冷却液流道201、冷却液第二分配区204以及冷却液出口205依次连通；且冷却液入口202和冷却液出口205关于阳极板2长边的中线对称，冷却液第一分配区203和冷却液第二分配区204关于阳极板2长边
的中线对称。
66.具体地，沿着阳极板2第二面的长边方向，依次设置有冷却液入口202、冷却液第一分配区203、冷却液流道201、冷却液第二分配区204以及冷却液出口205；而由于冷却液入口202和冷却液出口205关于阳极板2长边的中线对称，冷却液第一分配区203和冷却液第二分配区204关于阳极板2长边的中线对称，因此，冷却液的流动方向也可以根据实际需要进行选择。
67.在具体实施例中：冷却液第一分配区203和冷却液第二分配区204内均设置有多个引流条，引流条将冷却液第一分配区203和冷却液第二分配区204均匀的分为多个区域，进而使得冷却液均匀地流入对应的冷却液流道201中。
68.在具体实施例中：阳极板2的第一面上还设置有氢气第一分配区23、氢气第二分配区24以及氢气出气歧管25，氢气进气歧管22、氢气第一分配区23、氢气流道21、氢气第二分配区24以及氢气出气歧管25依次连通；且氢气出气歧管25设置在阳极板2第一面的另一条长边上；且氢气流道21为s形流道；具体地，s形流道是指：连接流道的入口和出口的管道上设置有弯角。
69.在具体实施例中：双极板结构还包括阳极盖板4，阳极盖板4设置两个，两个阳极盖板4和与其所覆盖的阳极板2之间形成氢气第一分配区23和氢气第二分配区24。
70.具体地，两个阳极盖板4靠近氢气流道21的一端和氢气流道21搭接，且搭接处的氢气流道21下凹，下凹的深度为阳极盖板4的厚度；并且，阳极盖板4上设置有多个凸起的第二流道41，第二流道41与氢气流道21连通；且第二流道41的上表面高于第二流道41的凸面；其中，第二流道41的凸面为相邻的两个氢气流道21之间的凸起；也就是说，氢气走的是“凹流道”，即阳极盖板4上表面高于氢气流道21凸面，阳极盖板4与阳极板2搭接处阳极板需要“下凹”，下凹深度即为阳极盖板4的板厚，阳极盖板4的“下弯”和阳极板2的“下凹”共同保证阳极盖板4和阳极板2搭接处处于同一平面。
71.本实施例提供的双极板的工作原理为：
72.空气从空气进气歧管12进入空气第一分配区13，进而扩散至空气流道11，参与相应的反应后通过空气第二分配区15从空气出气歧管14排出；氢气从氢气进气歧管22进入氢气第一分配区23，进而扩散至氢气流道21，参与相应的反应后通过氢气第二分配区24从氢气出气歧管25排出；冷却液从冷却液入口202进入冷却液第一分配区203，进而扩散至冷却液流道201，带走反应过程中的热量后经冷却液第二分配区204，从冷却液出口205排出。
73.在上述过程中，阴极板1和阳极板2贴合后，由于氢气进气歧管22设置在长边上，两个空气进气歧管12设置在短边上，而冷却液入口202位于两个空气进气歧管12之间；如此，三种介质在进入对应的流场时没有重叠，使得三种介质可以被很均匀的导入对应的流场中；并且两个空气进气歧管12关于短边的中线对称，冷却液入口202也关于短边的中线对称，介质冷却液和空气对应的分配区与有对称的设置，这种对称的分布方式使得空气和冷却液可以更加均匀地进入对应的流道中。
74.实施例2
75.本实施例提供一种单电池，如图6和图7所示，单电池包括实施例1的双极板结构。
76.在一些实施例中：单电池还包括膜电极5，膜电极5位于阴极板1和阳极板2之间且三者之间通过密封件54填充以实现密封；密封件54优选为橡胶；相较于传统技术，本实施例
实现了单电池的一体化结构，在阴极板1和阳极板2之间封装膜电极5，三者之间边缘通过注入橡胶，实现密封和空隙处的填充，而传统方式的膜电极位于双极板外部；由此可见，本实施例提供的单电池，一体化度更高。
77.在一些实施例中：膜电极5包括第一碳纸51、第二碳纸52以及位于第一碳纸51和第二碳纸52之间的质子交换膜53，第一碳纸51与阴极板1的第一面接触，第二碳纸52与阳极板2的第一面接触；且第二碳纸52的长度大于第一碳纸51的长度，质子交换膜53的大小与第二碳纸52的大小相同。也就是说：本实施例的膜电极5采用“大小碳纸”结构，即与阳极板接触碳纸(第二碳纸52)的长度大于阴极板碳纸(第一碳纸51)，质子交换膜53的尺寸和大碳纸(第二碳纸52)的尺寸相同，且通过特定工艺与大碳纸贴合在一起，大碳纸对极薄的质子交换膜53形成支撑。
78.实施例3
79.本实施例提供一种电池电堆，如图8所示，电池电堆包括多个个实施例2的单电池，各个单电池之间串联。
80.在一些实施例中：
81.相邻的单电池之间通过冷却液密封垫6形成冷却液流场64。单电池和单电池之间通过冷却液密封垫6形成冷却液流道201，冷却液第一分配区203和冷却液第二分配区204在阳极板2上冲压出来，并且通过运用引流条，实现冷却液均匀流入各流道中。
82.在一些实施例中：
83.如图9-图11所示，冷却液密封垫6的长边上设置有第一凸起条61和第二凸起条62，第一凸起条61和第二凸起条62之间设置有多条横向筋63，每条横向筋63的一端与第一凸起条61接触，另一端与第二凸起条62接触。冷却液密封垫6采用2道纵向凸起筋(第一凸起条61和第二凸起条62)，第一凸起条61和第二凸起条62之间设计多个凸起的横向筋63，第一凸起条61和第二凸起条62和横向筋63将密封带分隔成若干类似“水密舱”的结构，当某一处内部纵向筋破损时，冷却液流入该破损处所在的水密舱，依然能实现密封功能。
84.在一些实施例中：如图12所示，电池电堆还包括设置在所示电池电堆底部的电堆底板7，电堆底板7上开设有沉槽71；电堆底板7内部开设有气体通道72，气体通道72的一端通过沉槽71与空气进气口连通，另一端与空气出气口连通；气体通道72内设置有流量控制阀73；流量控制阀73可以是简单的机械式阀门或是电控的比例阀。
85.传统技术中，空气或氢气(下文以空气为例)，会从进气歧管往电堆底部走，最终“撞”在底部端板上，空气无序反弹开，形成所谓的气体“撞壁”现象；这种撞壁产生的杂乱气流也会进入底部的双极板流场，干扰原本正常有序的气流运动，导致尾部的若干片膜电极发电性能扰动，使底部的电池单体发电性能变差。同时，随着进气歧管中的气体从入口端到底部，各个电池单体分流，流道尾部的气流逐渐减少，也会导致底部单电池发电性能降低。这两种尾部若干片单电池性能下降的现象可称之为氢氢气电池电堆的“尾部效应”；沉槽71和气体通道72的设置就是为了避免上述问题，在每种介质发生撞壁的端板上，设计沉槽结构，让介质撞壁发生在沉槽底部，气流反弹也控制在沉槽中，避免纷乱的乱流不受控的进入极板，使这些部份的膜电极性能表现不一，一致性差；并且在电堆底板7上设计导通进气歧管(空气进气口)和出气歧管(空气出气口)的气体通道72，其作用是起气流“旁通”，进一步降低气流“撞壁”，引导更多的气体到达电堆底部，从而增加流经底部若干单电池的气体的
量，提升底部单电池的发电性能；并且，根据电堆工作状态，气体流量有大有小，通过控制流量控制阀73的开度，实现不同流量的气体“旁通”，使电堆性能始终处在最优状态。
86.综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。
87.以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。