1.本技术属于燃料电池技术领域，具体涉及一种双极板，以及配置有该双极板的燃料电池电堆和车辆。
背景技术：2.质子交换膜燃料电池，是一种以氢气为燃料，直接将化学能转换为电能的发电装置。燃料电池的能量密度高、启动速度快、操作温度低、产物无污染等优点，使得其在新能源汽车领域具有潜在的应用价值。燃料电池堆的结构，通常为数百片膜电极、双极板和密封件堆叠而成，通过两侧的端板、绝缘板和集流板施加紧固力，组成燃料电池堆。在燃料电池电堆内部，反应气体(氢气和空气)以及冷却剂通过双极板的总管口分配至每片单电池，因此，总管口的尺寸大小直接影响电堆三腔流阻大小。在每片单电池内部，氢气和空气分别通过阳极侧和阴极侧流道分布均匀，传递给膜电极，发生电化学反应，冷却剂则通过冷却通道均匀分布，移出电化学反应的废热。
3.双极板是氢燃料电池的重要部件，起到气体分配、水热管理、收集电流、支撑电堆的作用。目前双极板的常用材料为316l不锈钢，厚度0.07～0.1mm，通常先将原材料冲压为具有精微流道的阴极板和阳极板，然后再将两块单极板连接在一起，形成“两板三场”的结构。因此，双极板的流场设计对于提升燃料电池的工作性能至关重要。
4.常规的双极板设计方案如图1所示：该方案中，将氢气入口1a、空气出口2a和冷却水入口3a设计在双极板的一端，氢气出口4a、空气入口5a和冷却水出口6a设计在双极板的另一端，采用平行流场7a。冷却水通过冷却水入口流入，扩散至整个双极板夹层中的冷却水流场，带走热量并从冷却水出口流出。由于双极板宽度方向尺寸有限，导致入口侧和出口侧的3个开口的面积都比较小，进气及排水的压损较大，反应气体和冷却水容易从中间流道流动，导致极板两侧边缘活性差，且冷却效果不佳。
5.为解决反应气体和冷却水的分布问题，部分双极板上设置了流体分配区，流体分配区虽然一定程度上解决了分配均匀性的问题，但是流体分配区中流道的流阻较大，介质均匀性较差。
6.综上，现有技术的双极板存在压损大、介质分配不均的技术问题。
技术实现要素：7.为解决上述技术问题，本技术提供一种双极板，以及配置有该双极板的燃料电池电堆和车辆，通过改进阳极板和阴极板的分配区结构，使得反应介质和冷却剂均能够均匀分配，且压损小。
8.实现本技术目的所采用的技术方案为，一种双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板上均设置有至少两个流体通口，所述至少两个流体通口对称分布于所述双极板的长边方向的两端；所述阳极板和所述阴极板的流体场均包括分配区、活性区和汇流区，所述分配区、所述活性区和所述汇流区沿所述双极板的长边方向依次分布；所述分配
区和/或汇流区为向所述双极板的内部凹陷的凹陷区，所述凹陷区的凹陷深度小于所述活性区中流道的深度；
9.所述凹陷区中设有向所述双极板的内部凹陷的凹部和向所述双极板的外部凸起的凸部，位于所述阳极板上的所述凹部与位于所述阴极板上的所述凹部位置相对、且相互抵接。
10.在某些实施例中，所述阳极板的凹陷区的凹陷深度与所述阴极板的凹陷区的凹陷深度相同，均为h1，且h*1/2≤h1≤h*3/4；所述凹部的凹陷深度h2为h*1/4≤h2≤h*1/2；其中h为所述活性区中流道的深度。
11.在某些实施例中，所述凸部的凸起高度h3与所述凹陷深度h1相同；或者，所述凸部的上表面与所述活性区的上表面齐平。
12.在某些实施例中，所述阳极板和所述阴极板上均设置六个所述流体通口，六个所述流体通口呈中心对称，六个所述流体通口分别为氧化剂进口、还原剂进口、冷却剂进口、氧化剂出口、还原剂出口和冷却剂出口。
13.在某些实施例中，所述还原剂进口的面积与所述还原剂出口的面积相同，且均为a，0.005s≤a≤0.01s；所述氧化剂进口的面积与所述氧化剂出口的面积相同，且均为b，0.02s≤b≤0.04s；所述冷却剂进口的面积与所述冷却剂出口的面积相同，且均为c，0.02s≤b≤0.045s；其中，s为所述双极板的面积。
14.在某些实施例中，所述面积a、所述面积b与所述面积c设置为a：b：c＝1：3：3～1：5：5。
15.在某些实施例中，所述阳极板上设有供还原剂流通的还原剂导流结构，所述还原剂导流结构位于所述还原剂进口与所述分配区之间和/或所述还原剂出口与所述汇流区之间；
16.所述阴极板上设有供氧化剂流通的氧化剂导流结构，所述氧化剂导流结构位于所述氧化剂进口与所述分配区之间和/或所述氧化剂出口与所述汇流区之间。
17.在某些实施例中，所述还原剂导流结构和/或所述氧化剂导流结构包括两个以上间隔分布的导流凸台。
18.在某些实施例中，所述还原剂导流结构和/或所述氧化剂导流结构包括两排凸台组，每排所述凸台组均包括两个以上所述导流凸台；所述两排凸台组沿介质流通方向间隔设置，位于同一所述凸台组中的所述两个以上导流凸台沿垂直于介质流通方向的方向间隔分布。
19.在某些实施例中，所述氧化剂进口和还原剂进口的靠近于所述分配区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置；所述氧化剂出口和还原剂出口的靠近于所述汇流区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置。
20.在某些实施例中，沿所述双极板的短边方向，所述流体通口所在区域的所述双极板的宽度尺寸h1大于所述活性区所在区域的所述双极板的宽度尺寸h2。
21.在某些实施例中，所述宽度尺寸h2为0.9h1≤h2＜h1。
22.在某些实施例中，所述活性区的流道的数量为80～100；所述流道的流道周期为1.2～1.5mm；所述流道的长度为250～280mm。
23.在某些实施例中，所述流道设置为：深度为0.3～0.5mm，流道倾角为10
°
～30
°
，脊
槽比为0.8～1.2，流道圆角不大于0.2mm。
24.基于同样的发明构思，本技术还提供一种燃料电池电堆，包括至少一个上述的双极板。
25.基于同样的发明构思，本技术还提供一种燃料电池模块，包括至少一个上述的燃料电池电堆。
26.基于同样的发明构思，本技术还提供一种燃料电池系统，包括：
27.上述的燃料电池模块；
28.空气供应子系统，与所述燃料电池模块的各个所述燃料电池电堆连通，以提供空气；
29.燃料供应子系统，与所述燃料电池模块的各个所述燃料电池电堆连通，以提供燃料；
30.热管理子系统，与所述燃料电池模块的各个所述燃料电池电堆连通，以提供冷却液从而对所述燃料电池电堆进行冷却和/或加热；
31.自动控制系统，与所述燃料电池模块、所述空气供应子系统、所述燃料供应子系统和所述热管理子系统分别电连接。
32.基于同样的发明构思，本技术还提供一种燃料电池动力系统，包括：
33.上述的燃料电池系统；
34.dc/dc变换器，与所述燃料电池系统的各个所述燃料电池电堆电连接；
35.驱动电机，与所述dc/dc变换器电连接；
36.电机控制器，与所述驱动电机电连接；
37.车载储能装置，与所述dc/dc变换器电连接。
38.基于同样的发明构思，本技术还提供一种车辆，包括上述的燃料电池电堆；
39.或者，包括上述的燃料电池模块；
40.或者，包括上述的燃料电池系统；
41.或者，包括上述的燃料电池动力系统。
42.由上述技术方案可知，本技术提供的双极板，包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板上均设置有至少两个流体通口，至少两个流体通口对称分布于双极板的长边方向的两端。阳极板和阴极板的流体场均包括分配区、活性区和汇流区，分配区、活性区和汇流区沿双极板的长边方向依次分布，也就是分配区和汇流区靠近于流体通口。本技术提供的双极板中，分配区和/或汇流区向双极板的内部凹陷，形成凹陷区，凹陷区的凹陷深度小于活性区中流道的深度，凹陷区的底部与流道的沟槽底部存在一定高差，则当阳极板和阴极板叠加为一体后，阳极板和阴极板上位置相对的凹陷区之间形成空腔，供冷却剂流通，从而在分配区、活性区和汇流区中均形成“两板三场”的结构，冷却剂从该凹陷区之间形成空腔中流通，压损小。
43.该凹陷区中设有向双极板的内部凹陷的凹部以及向双极板的外部凸起的凸部，位于阳极板上的凹部与位于阴极板上的凹部位置相对、且相互抵接，起到支撑凹陷区的作用，避免阳极板和阴极板上位置相对的凹陷区向内塌陷，并且该凹部在冷却剂流动场中形成“凸台”，使冷却剂均匀流入活性区。凹陷区的凸部向双极板的外部凸起，凸起用于对反应介质均匀分配，使反应介质均匀流入活性区。
44.由此，本技术提供的双极板，通过设置直通式的分配区/汇流区，取消分配区/汇流区中的流道，使得流体介质在分配区/汇流区中流动时的流阻显著降低，并且凹陷区中设置的凹部和凸部均起到均匀分配流体介质的作用，使得介质均匀性好，确保燃料电池堆性能可靠。
附图说明
45.图1为现有技术中双极板的结构示意图。
46.附图标记说明：1a-氢气入口，2a-空气出口，3a-冷却水入口，4a-氢气出口，5a-空气入口，6a-冷却水出口，7a-平行流场。
47.图2为本技术实施例1的双极板的阳极板气场侧结构示意图。
48.图3为本技术实施例1的双极板的阴极板气场侧结构示意图。
49.图4为图2的a处放大图。
50.图5为图3的b处放大图。
51.图6为图2的c-c剖面图。
52.图7为图6的d处放大图。
53.图8为图2的e-e剖面图。
54.图9为本技术实施例2的燃料电池电堆的结构示意图。
55.图10为本技术实施例3的燃料电池模块的结构框图。
56.图11为本技术实施例4的燃料电池系统的结构框图。
57.图12为本技术实施例5的燃料电池动力系统的结构框图。
58.图13为本技术实施例6的车辆的结构框图。
59.附图标记说明：
60.100-阳极板；101-阳极板的氧化剂进口，102-阳极板的还原剂进口，103-阳极板的冷却剂进口，104-阳极板的氧化剂出口，105-阳极板的还原剂出口，106-阳极板的冷却剂出口，107-反应气体(还原剂)分配区，108-反应气体(还原剂)流场活性区，109-反应气体(还原剂)汇流区。
61.200-阴极板，201-阴极板的氧化剂进口，202-阴极板的还原剂进口，203-阴极板的冷却剂进口，204-阴极板的氧化剂出口，205-阴极板的还原剂出口，206-阴极板的冷却剂出口，207-反应气体(氧化剂)分配区，208-反应气体(氧化剂)流场活性区，209-反应气体(氧化剂)汇流区。
62.300-双极板。
63.10-凹陷区；20-凹部；30-凸部；40-导流结构，40a-还原剂导流结构，40b-氧化剂导流结构，41-导流凸台；50-流道；60-密封槽；70-进气边；80-出气边。a-冷却剂通道；b-氧化剂通道；c-还原剂通道。
64.1000-燃料电池电堆；1100-进气端板；1200-进气端绝缘板；1300-进气端集流板；1400-堆芯；1500-盲端集流板；1600-盲端绝缘板；1700-盲端端板；1800-紧固组件；1900-碟簧支撑板。
具体实施方式
65.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。
66.双极板设计的关键在于如何优化流场设计，使得反应气体和冷却剂分布均匀，同时尽可能地降低流阻和压损。双极板的分布均匀化和流阻最小化是保障电堆与系统附件适配性和可靠性的重要设计指南。而目前常规的双极板设计方案导致反应气体和冷却剂的分配不均，主要是沿双极板短边方向(横向)分布不均。部分改进的双极板虽然设置了分配区，但是分配区中流道密度较大，导致分配区中压损大。
67.为此，本技术实施例提供一种双极板以及燃料电池，能够解决现有技术的双极板存在难以兼顾流体分配均匀性以及压损小的技术问题，增加反应的均匀性，提高燃料电池电池性能。
68.下面通过具体实施方式对本技术的内容进行详细介绍：
69.实施例1：
70.参见图2和图3，本技术实施例提供一种双极板300，包括阳极板100和阴极板200，阳极板100和阴极板200贴合并密封，形成“两板三场”的结构：以水为冷却剂、空气为氧化剂、氢气为还原剂为例，阳极板100与阴极板200之间为冷却剂流动场(以下简称水场)；阳极板的另一侧为气场，供还原剂流通(以下简称氢气场)；阴极板的另一侧为气场，供氧化剂流通(以下简称空气场)。阳极板100和阴极板200由于要输出电压/电流，因此其基材均为导体，本实施例中阳极板100和阴极板200的基材可采用不锈钢或者钛板，基材厚度为0.07～0.1mm。
71.阳极板100和阴极板200上均设置有至少两个流体通口，至少两个流体通口对称分布于双极板300的长边方向的两端。阳极板100和阴极板200的流体场均包括分配区、活性区和汇流区，分配区、活性区和汇流区沿双极板300的长边方向依次分布，也即流体(反应气体和冷却剂)从双极板300其中一端的流体通口流入双极板300，经过分配区进行扩流分配，均匀分配至活性区，活性区的分布面积较大，氢和氧的电化学反应主要发生在活性区，流体经过汇流区汇聚，并通过双极板300另一端的流体通口流出双极板300。
72.参见图2和图3，阳极板100和阴极板200的流体场均包括分配区、活性区和汇流区，分配区、活性区和汇流区沿双极板300的长边方向依次分布。具体的：阳极板100和阴极板200的气场侧均设置有反应气体分配区107、207，反应气体流场活性区108、208，以及反应气体汇流区109、209。其中：反应气体分配区107、207用于将进口的反应气体均匀分配至反应气体流场活性区108、208；反应气体流场活性区108、208的分布面积最大，一般超过阳极板100/阴极板200单侧面积的一半，氢和氧的电化学反应主要发生在反应气体流场活性区108、208；反应气体汇流区109、209用于将未反应的氢气以及反应后的空气(含反应产生的水蒸气)汇聚输出至出口。
73.在上述流体的流通过程中，压力损失主要发生在分配区和汇流区，这是由于流体通口通常仅位于阳极板100/阴极板200的局部，但是活性区要求尽可能多地覆盖阳极板100/阴极板200的中间区域，由此导致流体必然存在由“点”到“面”的扩散状态以及由“面”到“点”的汇聚状态，也正因如此，流体在流经分配区和汇流区时，会存在压损。由于汇流区属于出口侧，因此分配区的压损对于燃料电池的性能影响更大。相关技术中分配区靠近流
体通口一侧由于面积小，因此流道密度大，导致流道周期小，压损大。燃料电池工作时，氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生热量，需要的冷却剂将热量及时带走，保证燃料电池正常工作，因此冷却剂的流量比较大，而该流阻的存在会对冷却剂产生不利影响，导致冷却效果降低，单电池内部温度较高，影响燃料电池的工作性能。
74.为了降低分配区/汇流区的流阻(压损)，本技术的双极板300中，分配区和/或汇流区中不设流道50，分配区和/或汇流区为向双极板300的内部凹陷的凹陷区10。具体参见图2和图3，可选择将分配区设置为向双极板300的内部凹陷的凹陷区10，汇流区由于对流体流道50影响较小，可以仍采用相关技术中流道50的结构；在某些实施例中，也可将分配区和汇流区均设置为凹陷区10；在另一些实施例中，也可仅将汇流区设置为凹陷区10。具体设置方式本技术不做限制。
75.凹陷区10的凹陷深度小于活性区中流道50的深度，以流道50的深度为0.3mm为例，则凹陷区10的凹陷深度可以设置为0.2mm，则凹陷区10的底部与流道50的沟槽底部存在0.1mm的高度差，当阳极板100与阴极板200贴合后，阳极板100和阴极板200上位置相对的凹陷区10之间形成高度为0.2mm的空腔，从而在分配区、活性区和汇流区中均形成“两板三场”的结构：阳极板100和阴极板200之间为冷却剂通道a，供冷却剂“水”流通；阳极板100外侧为还原剂通道c，供还原剂“氢气”流通；阴极板200外侧为氧化剂通道b，供氧化剂“空气”流通。由于凹陷区10取消的传统双极板300的分配流道，因此流体介质在该凹陷区10中流通时压损小。
76.请参阅图4至图8，凹陷区10中设有向双极板300的内部凹陷的凹部20和向双极板300的外部凸起的凸部30，具体的，由于双极板300内部流场为水场，因此凹部20是向水场内凹，凹部20对于水场则形成了“凸起”；凸部30是向气场外凸，凸部30对于水场则形成了“凹陷”。在某些实施例中，凸部30和凹部20的数量均为两个以上；凸部30和凹部20在凹陷区10中呈阵列分布。具体的，请参阅图8，位于阳极板100上的凹部20与位于阴极板200上的凹部20位置相对、且相互抵接，起到支撑凹陷区10的作用，避免阳极板100和阴极板200上位置相对的凹陷区10向内塌陷，并且该凹部20在冷却剂流动场中形成“凸台”，使冷却剂均匀流入活性区。凹陷区10的凸部30向双极板300的外部凸起，凸起用于对反应介质均匀分配，使反应介质均匀流入活性区。
77.阳极板100的凹陷区10的凹陷深度与阴极板200的凹陷区10的凹陷深度可以设置为相同或不同，例如，在某些实施例中，阳极板100和阴极板200上的分配区107、207和汇流区109、209均设置为凹陷区10，其中阳极板100的分配区107和汇流区109的凹陷深度均大于阴极板200的分配区207和汇流区209的凹陷深度。为了保证双极板300生产模具的通用性，在某些实施例中，阳极板100的凹陷区10的凹陷深度与阴极板200的凹陷区10的凹陷深度相同，均为h1，且h*1/2≤h1≤h*3/4，例如h1＝h*2/3，其中h为活性区中流道50的深度。为了保证位置相对的凹部20能够抵接，凹部20的凹陷深度h2应当与凹陷区10的底部与流道50的沟槽底部的高度差相匹配，即凹陷深度h2为h*1/4≤h2≤h*1/2，例如h2＝h*1/3。
78.在某些实施例中，该凸部30的凸起高度h3与凹陷区10的凹陷深度h1相同，使得分配区/汇流区气场侧外表面较为平整；在另一些实施例中，该凸部30的上表面与活性区的上表面齐平，由此使得凸部30的上表面与活性区流道50的凸脊共同支撑膜电极。
79.参见图2和图3，本实施例中，阳极板100和阴极板200上均设置有六个流体通口，分
别为：氧化剂进口101、201，还原剂进口102、202，冷却剂进口103、203，氧化剂出口104、204，还原剂出口105、205，以及冷却剂出口106、206。具体的，氧化剂进口101/201、还原剂进口102/202和冷却剂进口103/203，以及氧化剂出口104/204、还原剂出口105/205和冷却剂出口106/206分别分布于双极板300的两短边侧，且呈中心对称分布，极板面积利用率高。
80.由于阳极板100的两侧分别为水场侧和氢气场侧，因此阳极板100中还原剂进口102、反应气体分配区107、反应气体流场活性区108、反应气体汇流区109和还原剂出口105依次连通。由于阴极板200的两侧分别为水场侧和空气场侧，因此阴极板200中氧化剂进口202、反应气体分配区207、反应气体流场活性区208、反应气体汇流区209和氧化剂出口205依次连通。阳极板100和阴极板200中冷却剂进口103/203、冷却剂分配区、冷却剂流场活性区、冷却剂汇流区和冷却剂出口106/206依次连通。
81.在某些实施例中，还原剂进口的面积与还原剂出口的面积相同，且均为a，0.005s≤a≤0.01s；氧化剂进口的面积与氧化剂出口的面积相同，且均为b，0.02s≤b≤0.04s；冷却剂进口的面积与冷却剂出口的面积相同，且均为c，0.02s≤b≤0.045s；其中，s为双极板300的面积。由于冷却剂的流量较大，通常将冷却剂进口/冷却剂出口的面积设置为最大，或者与氧化剂进口/氧化剂出口的面积基本一致，而还原剂通常为高纯度介质，因此所需流量相对较小，因此还原剂进口/还原剂出口的面积最小。通过将各流体通口的面积设置为上述面积值，一方面保证介质供应充分，另一方面保证活性区具有足够大的面积，活性区的面积不小于0.5s。
82.在某些实施例中，面积a、面积b与面积c设置为a：b：c＝1：3：3～1：5：5，例如a：b：c＝1：4：4，假设氢气口的面积为500mm2，则空气口的面积可以是1500mm2、1600mm2、1750mm2、1850mm2、1950mm2等，水口的面积可以是1600mm2、1750mm2、1850mm2、1950mm2、2000mm2等。
83.流体介质由上述流体通口经导流结构40导流后进入分配区，汇流区的流体介质经导流结构40导流后由进入对应的流体通口，导流结构40的作用是将流体介质引导至对应的区域，对于氢燃料电池，常见的导流结构是“层越式”结构，气体流入流体通口后在通道内流通，之后翻越至分配区。这种“层越式”结构由于气体需要翻越，因此气体在流体通口至分配区之间的区域中的流通路径较长，并且气体在“翻越”时存在一定压损。
84.在某些实施例中，阳极板100上设有供还原剂流通的还原剂导流结构40a，还原剂导流结构40a位于还原剂进口102与分配区107之间和/或还原剂出口105与汇流区109之间；阴极板200上设有供氧化剂流通的氧化剂导流结构40b，氧化剂导流结构40b位于氧化剂进口201与分配区207之间和/或氧化剂出口204与汇流区209之间。该还原剂导流结构40a/氧化剂导流结构40b可以采用上述的“层越式”结构，也可采用“直通式”结构，即气体不需要“翻越”，直接进入对应的流体场。
85.在某些实施例中，该还原剂导流结构40a/氧化剂导流结构40b采用“直通式”结构，具体的还原剂导流结构40a和/或氧化剂导流结构40b包括两个以上间隔分布的导流凸台41，优选为还原剂导流结构40a和氧化剂导流结构40b均包括两个以上间隔分布的导流凸台41。则阳极板100上位于氧化剂进口与分配区之间和/或氧化剂出口与汇流区之间的区域设置密封槽60，通过密封圈阻挡氧化介质在阳极板100气场侧流通。相应的，阴极板200上位于还原剂进口与分配区之间和/或还原剂出口与汇流区之间的区域设置密封槽60，通过密封圈阻挡还原介质在阴极板200气场侧流通。
86.在某些实施例中，上述还原剂导流结构40a和/或氧化剂导流结构40b包括两排凸台组，每排凸台组均包括两个以上导流凸台41。两排凸台组沿介质流通方向间隔设置，以在两排凸台组之间提供双极板300焊接区域。位于同一凸台组中的两个以上导流凸台41沿垂直于介质流通方向的方向间隔分布，该两个以上导流凸台41起到均匀气体流动，将气体导流到分配区的作用。由于采用“直通式”结构，相比于“层越式”结构，气体流通路径变短，因此减小传统结构中进气区域的尺寸，从而提升活性区的面积，提升燃料电池的体积功率密度。
87.双极板300通常呈矩形，具有长边(平行于活性区流道50)和短边(垂直于活性区流道50)。各流体通口通常呈矩形或圆角矩形，氢气口/空气口靠近于分配区的侧边为进气边70，氢气口/空气口靠近于汇流区的侧边为出气边80。在某些实施例中，氧化剂进口和还原剂进口的进气边70与双极板300的各侧边均呈角度设置；氧化剂出口和还原剂出口的靠近于汇流区的侧边与双极板300的各侧边均呈角度设置。也即，相比于双极板300的长边和短边，氢气口的进气边70和/或出气边80为斜边，空气口的进气边70和/或出气边80为斜边，由于氢气口和空气口均位于双极板300的边角处，因此将进气边70和/或出气边80设置为斜边，可以实现斜边进气/出气，进而在进气时使得气流具有平行于长边和短边的分速度，使得反应气体更快速的均布反应区；在出气时使得汇流区各处的气流均能以较短的流通路径流入对应的流体通口。
88.为了进一步降低入口压损，请参阅图2和图3，在某些实施例中，沿双极板300的短边方向，流体通口所在区域的双极板300的宽度尺寸h1大于活性区所在区域的双极板300的宽度尺寸h2。也就是说，沿双极板300的长边方向，双极板300的宽度先减小后增加，使得该双极板300整体呈“工”字型或者哑铃型。由于流体通口所在区域的双极板300的宽度尺寸较大，能有效增大流体通口的尺寸，减小流体通口入口处的压损，增大流量，提高燃料电池的发电效率。
89.为了保证活性区的面积占比，在某些实施例中，宽度尺寸h2为0.9h1≤h2＜h1，也就是说宽度尺寸h2可以为0.91h1、0.92h1、0.93h1、0.94h1、0.95h1、0.96h1、0.97h1等，例如宽度尺寸h2为140mm，则宽度尺寸h1可以是145mm、147mm、150mm、152mm、155mm等。
90.燃料电池内部的电化学反应主要发生在活性区108、208，因此活性区108、208的流道50设计直接影响双极板300的输出功率。活性区108、208中设置有若干流道50，活性区108、208为沟槽、凸脊沿变短方向交替分布的结构，气场侧的沟槽在水场侧则形成凸脊，因此本实施例中“凸”和“凹”为相对的概念，即阳极板100/阴极板200的其中一面表现为“凸”，则另一面对应位置则表现为“凹”。沟槽用于供介质流通，形成流道50。在某些实施例中，活性区的流道50的数量为80～100根，例如80根、83根、86根、90根、95根等；流道50的流道周期为1.2～1.5mm，例如1.2mm、1.3mm、1.35mm、1.45mm等；流道50的长度为250～280mm，例如250mm、260mm、265mm、271mm、275mm等。
91.对于金属双极板300，沟槽和凸脊通常通过模压成型工艺加工得到，为降低冲压产生的内应力，沟槽和凸脊通常采用斜边连接并圆弧过渡，并且斜边连接并圆弧过渡的结构也能够降低流体在流道50中流动时的流阻。在某些实施例中，流道50设置为：深度为0.3～0.5mm，例如0.3mm、0.35mm、0.38mm、0.45mm、0.5mm等；流道50倾角为10
°
～30
°
，例如10
°
、15
°
、20
°
、22
°
、25
°
、30
°
等；脊槽比(流道50的脊背宽度与沟槽宽度的比值)为0.8～1.2，流道
50圆角不大于0.2mm。
92.燃料电池工作时，氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生热量，需要的冷却剂将热量及时带走，保证燃料电池正常工作，因此冷却剂的流量比较大，而该流阻的存在会对冷却剂产生不利影响，导致冷却效果降低，单电池内部温度较高，影响燃料电池的工作性能。本技术实施例提供的双极板300，分配区和/或汇流区取消传统的流道50，采用点阵结构，保证各流体介质的均匀性，最大化冷却效果。这样在气体过渡区域(分配区、汇流区)也可以作为活性区参加反应，提高双极板300的反应区域面积，从而增加燃料电池的体积功率密度。采用上述结构的双极板300的输出电压为0.6～0.65v，输出功率可达400w。
93.实施例2：
94.基于同样的发明构思，本技术还提供一种燃料电池电堆1000，包括至少一个上述实施例1的双极板。在燃料电池中，将靠近反应介质输入端定义为进气端，将远离反应介质输入端定义为盲端，相应的将位于进气端的端板定义为进气端板，将位于盲端的端板定义为盲端端板。
95.参见图9，燃料电池电堆1000中，进气端板1100、进气端绝缘板1200、进气端集流板1300、堆芯1400、盲端集流板1500、盲端绝缘板1600、盲端端板1700依次堆叠，然后通过紧固组件1800提供紧固力。在某些实施例中，盲端还设有碟簧(图中未示出)和碟簧支撑板1900。在另一些实施例中，也可将进气端板与进气端绝缘板集成为一体，和/或，将盲端绝缘板与盲端端板集成为一体。具体的，堆芯包含若干重复单元(也称单电池)，重复单元包括双极板和膜电极，在若干重复单元中，至少一个双极板采用上述实施例1的双极板，双极板的具体结构此处不再赘述。在某些实施例中，堆芯中重复单元的数量为300～460个，整堆输出功率120～150kw。
96.由于设置有上述实施例1的双极板，使得该燃料电池具有介质压损小、分配均匀的优点，确保燃料电池堆可靠、适配性强。该电堆的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，此处不展开说明。
97.实施例3：
98.请参阅图10，基于同样的发明构思，本技术还提供一种燃料电池模块，包括至少一个上述实施例2的燃料电池电堆，也就是说该燃料电池模块可以为单堆方案，也可以为多堆集成方案。
99.在一些实施方式中，为了封装燃料电池电堆，该燃料电池模块包括具有安装腔的壳体，燃料电池电堆封装于在壳体的安装腔内。在一些实施方式中，燃料电池模块还包括用于输出电能的高压组件、用于控制的低压组件(例如电压巡检装置等)，以向外输出电流和巡检信号。对于多堆集成的燃料电池模块，还应当包括为各个电堆均匀配气的歧管组件。本实施例未对该燃料电池模块除燃料电池电堆以外的具体结构进行改进，故而本实施例中该燃料电池模块的未做改变之处的结构均可参照现有技术，具体内容此处不做展开说明。
100.实施例4：
1.基于同样的发明构思，本技术还提供一种燃料电池系统，如图11所示，该燃料电池系统包括燃料电池模块以及燃料电池辅助系统，燃料电池系统在外接燃料供应源的条件下可以正常工作。该燃料电池系统中燃料电池模块可以采用上述实施例3例的燃料电池模块，具体内容此处不再赘述。
2.燃料电池辅助系统包括空气供应子系统、燃料供应子系统、热管理子系统和自动控制系统，其中空气供应子系统用于向燃料电池模块的各个电堆提供空气，并可选择对空气进行过滤、增湿、压力调节等方面的处理，空气供应子系统与燃料电池模块的各个电堆的空气进口、空气排口连通；燃料供应子系统用于向燃料电池模块的各个电堆提供燃料，并可选择对燃料进行增湿、压力调节等方面的处理，从而转变成适于在燃料电池堆内运行的燃料气，以氢气作为燃料为例，燃料供应子系统与燃料电池模块的各个电堆的氢气进口、氢气排口连通；热管理子系统，与燃料电池模块的各个电堆连通，以提供冷却液从而对电堆进行冷却和/或加热，以及对电堆生成水的回收处理。
3.自动控制系统与燃料电池模块、空气供应子系统、燃料供应子系统和热管理子系统分别电连接，自动控制系统为包含传感器、执行器、阀，开关、控制逻辑部件的总成，保证燃料电池系统无需人工干涉就可以正常工作。在其他实施例中，该燃料电池辅助系统还可以包括通风系统，用于借助机械的方法，将燃料电池系统中机壳内的气体排到外部。本实施例中该燃料电池系统中的燃料电池辅助系统并未做改进，因此更为详细的内容均可参考现有技术的相关公开，此处不展开说明。
4.实施例5：
5.基于同样的发明构思，本实施例提供一种燃料电池动力系统，如图12所示，该燃料电池动力系统包括燃料电池系统、dc/dc变换器、驱动电机及其电机控制器以及车载储能装置，燃料电池系统可以采用上述实施例4的燃料电池系统，具体内容此处不再赘述。
6.dc/dc变换器与燃料电池系统的各个电堆电连接，以实现电压变换，将各个电堆产生的电压调压后输出至驱动电机、汽车空调压缩机等高压器件，以及电池等储电器件。驱动电机与dc/dc变换器电连接，用于提供车辆行驶所需的扭矩；电机控制器与驱动电机电连接，控制驱动电机的启动、停止、扭矩输出等，电机控制器与整车控制连接，接收整车控制器发出的驾驶信号，并且也可选择将电机控制器与燃料电池系统的自动控制系统电连接。车载储能装置用于存储电能，以向车内其他电子设备供电，车载储能装置与dc/dc变换器电连接，例如车载储能装置为蓄电池。
7.本实施例中该燃料电池动力系统中的dc/dc变换器、驱动电机及其电机控制器以及车载储能装置并未做改进，因此更为详细的内容均可参考现有技术的相关公开，此处不展开说明。
8.实施例6：
9.基于同样的发明构思，本实施例提供一种车辆，如图13所示，该车辆包括上述实施例5的燃料电池动力系统；或者，该车辆可以配置有上述实施例4的燃料电池系统；或者，该车辆可以配置有上述实施例3的燃料电池模块；或者，该车辆可以配置有上述实施例2的燃料电池电堆。
10.此外，该车辆还需要包括传动系统和用于存储燃料的燃料存储装置，传动系统传递驱动电机的扭矩，驱动车轮转动，燃料存储装置作用类似与燃油车中的油箱，燃料存储装置通过管路与燃料电池系统的燃料供应子系统连通。
11.由此，该车辆可以是氢能源车辆或氢能+充电的混合动力电动车，可以为家用轿车、客车、货车等。由于本实施例未对该车辆的具体结构进行改进，故而本实施例中该车辆的未做改变之处的结构均可参照现有技术，具体内容此处不做展开说明。由此，该车辆具有
前文针对燃料电池动力系统、燃料电池系统、燃料电池模块、燃料电池电堆所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。
101.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
102.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
技术特征：1.一种双极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板上均设置有至少两个流体通口，所述至少两个流体通口对称分布于所述双极板的长边方向的两端；所述阳极板和所述阴极板的流体场均包括分配区、活性区和汇流区，所述分配区、所述活性区和所述汇流区沿所述双极板的长边方向依次分布，其特征在于：所述分配区和/或汇流区为向所述双极板的内部凹陷的凹陷区，所述凹陷区的凹陷深度小于所述活性区中流道的深度；所述所述凹陷区中设有向所述双极板的内部凹陷的凹部和向所述双极板的外部凸起的凸部，位于所述阳极板上的所述凹部与位于所述阴极板上的所述凹部位置相对、且相互抵接。2.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述阳极板的凹陷区的凹陷深度与所述阴极板的凹陷区的凹陷深度相同，均为h1，且h*1/2≤h1≤h*3/4；所述凹部的凹陷深度h2为h*1/4≤h2≤h*1/2；其中h为所述活性区中流道的深度。3.如权利要求2所述的双极板，其特征在于：所述凸部的凸起高度h3与所述凹陷深度h1相同；或者，所述凸部的上表面与所述活性区的上表面齐平。4.如权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述阳极板和所述阴极板上均设置六个所述流体通口，六个所述流体通口呈中心对称，六个所述流体通口分别为氧化剂进口、还原剂进口、冷却剂进口、氧化剂出口、还原剂出口和冷却剂出口。5.如权利要求4所述的双极板，其特征在于：所述还原剂进口的面积与所述还原剂出口的面积相同，且均为a，0.005s≤a≤0.01s；所述氧化剂进口的面积与所述氧化剂出口的面积相同，且均为b，0.02s≤b≤0.04s；所述冷却剂进口的面积与所述冷却剂出口的面积相同，且均为c，0.02s≤b≤0.045s；其中，s为所述双极板的面积。6.如权利要求5所述的双极板，其特征在于：所述面积a、所述面积b与所述面积c设置为a：b：c＝1：3：3～1：5：5。7.如权利要求4所述的双极板，其特征在于：所述阳极板上设有供还原剂流通的还原剂导流结构，所述还原剂导流结构位于所述还原剂进口与所述分配区之间和/或所述还原剂出口与所述汇流区之间；所述阴极板上设有供氧化剂流通的氧化剂导流结构，所述氧化剂导流结构位于所述氧化剂进口与所述分配区之间和/或所述氧化剂出口与所述汇流区之间。8.如权利要求7所述的双极板，其特征在于：所述还原剂导流结构和/或所述氧化剂导流结构包括两个以上间隔分布的导流凸台。9.如权利要求8所述的双极板，其特征在于：所述还原剂导流结构和/或所述氧化剂导流结构包括两排凸台组，每排所述凸台组均包括两个以上所述导流凸台；所述两排凸台组沿介质流通方向间隔设置，位于同一所述凸台组中的所述两个以上导流凸台沿垂直于介质流通方向的方向间隔分布。10.如权利要求4所述的双极板，其特征在于：所述氧化剂进口和还原剂进口的靠近于所述分配区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置；所述氧化剂出口和还原剂出口的靠近于所述汇流区的侧边与所述双极板的各侧边均呈角度设置。11.如权利要求1-10中任一项所述的双极板，其特征在于：沿所述双极板的短边方向，所述流体通口所在区域的所述双极板的宽度尺寸h1大于所述活性区所在区域的所述双极板的宽度尺寸h2。
12.如权利要求11所述的双极板，其特征在于：所述宽度尺寸h2为0.9h1≤h2＜h1。13.如权利要求1-10中任一项所述的双极板，其特征在于：所述活性区的流道的数量为80～100；所述流道的流道周期为1.2～1.5mm；所述流道的长度为250～280mm。14.如权利要求13所述的双极板，其特征在于：所述流道设置为：深度为0.3～0.5mm，流道倾角为10
°
～30
°
，脊槽比为0.8～1.2，流道圆角不大于0.2mm。15.一种燃料电池电堆，其特征在于：包括至少一个权利要求1-14中任一项所述的双极板。16.一种车辆，其特征在于：包括至少一个权利要求15所述的燃料电池电堆。
技术总结本申请公开了一种双极板、燃料电池电堆以及车辆，用于解决现有双极板存在压损大、介质分配不均的技术问题。本申请提供的双极板，包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板均包括分配区、活性区和汇流区，分配区和/或汇流区向双极板的内部凹陷，形成凹陷区，凹陷区的凹陷深度小于活性区中流道的深度，凹陷区中设有向双极板的内部凹陷的凹部以及向双极板的外部凸起的凸部。本申请提供的双极板，通过设置直通式的分配区/汇流区，取消分配区/汇流区中的流道，使得流体介质在分配区/汇流区中流动时的流阻显著降低，并且凹陷区中设置的凹部和凸部均起到均匀分配流体介质的作用，使得介质均匀性好，确保燃料电池堆性能可靠。确保燃料电池堆性能可靠。确保燃料电池堆性能可靠。
技术研发人员：王手龙 王慧 欧兵兵
受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
