CN104681830B - 一种燃料电池模块化集装体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池模块化集装体，其包括多个电池模块，所述多个电池模块串联或并联连接，所述电池模块包括多个单池和支撑板，所述多个单池中的一半数量的单池位于支撑板的一侧，所述多个单池中的另一半数量的单池位于支撑板的另一侧，所述多个单池之间采用串联连接方式。该集装体的结构单元工艺简单，可实现规模化生成。

Description

一种燃料电池模块化集装体
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，属于新能源领域，尤其是涉及一种散热简单、可规模化生产与装配的燃料电池模块化集装体。
背景技术
燃料电池是一种通过电化学反应将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为低压直流电能的装置。常规的电池堆以叠加方式串联，如图1所示，所述电池堆包括多个单池叠加结构26，供电的取电板27，位于两侧的压板28以及用于固定的锁堆螺杆29。这种结构方式的电堆虽然结构紧凑，但存在以下问题：冷却结构非常复杂，一般包括水泵、散热器、水位计、净水单元、补水单位，即燃料电池系统结构复杂；散热流场被包覆在内部，散热负荷大，以水为冷却介质时低温结冰问题、冷却水的防腐问题难以克服；叠加式电堆须通过压力机组装，电堆规模化生产难度大，且不利于燃料电池电源产品集成过程的模块化；氢燃料电池堆的密封工艺(包括膜电极与极板间的密封、极板之间的密封)有很高的要求，使电池堆的组装工艺繁琐，进一步加大了电池堆的规模化生产难度。
发明内容
本发明的目的是简化燃料电池的散热结构、提供一种可规模化生产的燃料电池模块化集装体，推进燃料电池的产业化进程。
为解决常规叠加式燃料电池电堆结构形式导致的散热单元复杂、规模化量产难度大等问题。本发明提供了一种燃料电池模块化集装体，其包括多个电池模块，所述多个电池模块串联或并联连接，所述电池模块包括多个单池和支撑板，所述多个单池中的一半数量的单池位于支撑板的一侧，所述多个单池中的另一半数量的单池位于支撑板的另一侧，所述多个单池之间采用串联连接方式。
其中，所述单池包括阴极取电板和阳极取电板。
其中，在所述阴极取电板和阳极取电板的上方分别设置有取电孔12。
其中，在所述支撑板上的一端设置有两侧单池对应的取电柱穿孔。
其中，单池以平铺式结构固定在支撑板的两侧。
其中，单池由销钉固定在支撑板上。
本发明提出了的并排平铺式燃料电池模块化集装体结构，以空气作冷却介质，仅需一台风扇即可达到散热目的；该集装体的结构单元工艺简单，可实现规模化生成。
附图说明
图1为现有技术的电池堆结构示意图；
图2为本发明的单池结构示意图；
图3为本发明的支撑板结构的示意图；
图4为本发明的支撑板结构一侧的单池模块结构分布示意图；
图5本发明的支撑板的两侧设置单池模块的结构示意图；
图6为本发明的流体管道的结构示意图；
图7为本发明单池对称固定在支撑板两侧的立体结构示意图；
图8为本发明的燃料电池集装体；
图9为本发明总管道的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面对本发明的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。
本发明的燃料电池模块化集装体结构的最小结构单元为单池结构，如图2所示，所述单池依次包括左侧的散热板1、阴极取电板2、阴极导流板3、膜电极组件4、阳极导流板5、阳极取电板6以及右侧的散热板1。各结构组件均设有定位销钉孔，通过定位销钉11固定在一起形成独立的单池。同时每个单池布有阴极进气孔7、阴极排水孔8、阳极进气孔9、阳极排水孔10和两个取电孔12，所述两个取电孔12分别位于阴极取电板2和阳极取电板6的上方。燃料气体氢气由阳极进气孔9进入单池、氧化剂气体氧气由阴极进气孔7进入单池，经阳极导流板5、阴极导流板3传输到单池膜电极组件，在电极表面发生电化学反应，生成电、热、水，电通过两个取电孔12连接到外负载，水由阳极进气孔10和阴极进气孔8排出电池。
如图3所示的支撑板结构，其上设计有每节单池的定位孔，单池由穿过销钉定位孔14的销钉固定在支撑板上。支撑板上同时设计有一端两单池对应的取电柱穿孔13，该取电孔结构主要针对端侧单池的串联取电。
图4是支撑板结构一侧的单池模块结构分布示意图。如图4所示，在支撑板结构的一侧上设置有10片单池，所述10片单池以平铺式结构固定在支撑板15上，各单池之间通过取电柱16以串联方式连接，一个单池的阴极与相邻的另一电池的阳极之间通过Z形取电柱16进行串联，所述取电柱16的形状不局限于图4所示的Z形，也可以是斜线或其他形状。
图5支撑板的两侧设置单池模块的结构示意图。在支撑板15的两侧均固定有单池，其中，20片单池以平铺式结构固定在支撑板15的两侧，同侧的10片单池布有四个流体管道，分别是阴极进气管道17、阳极进气管道18、阳极排水管道19、阴极排水管道20。
流体管道的结构如图6所示，在管道上设置有多个流通孔21，其中的单池流通孔21与单池的阴极进气孔7，阴极排水孔8，阳极进气孔9，阳极排水孔，相对应连接。具体而言，阴极进气管道17上的多个流通孔21分别与支撑板一侧的10个单池的阴极进气孔7相连接，阳极进气管道18上的多个流通孔21分别与支撑板一侧的10个单池的阳极进气孔9相连接，阳极排水管道19上的多个流通孔21分别与支撑板一侧的10个单池的阳极排水孔10相连接，阴极排水管道20上的多个流通孔21分别与支撑板一侧的10个单池的阴极排水孔8相连接。
图7为本发明单池对称固定在支撑板两侧的立体结构示意图，两侧单池通过支撑板上的取电柱穿孔13相串联，相邻两单池之间通过取电柱16以串联方式连接。
图8是由多个模块组成的燃料电池集装体，举例而言，由模块1、模块2、模块3、模块4组成燃料电池集装体，一个模块包括若干个单池和支撑板以及多个管道，由燃料电池模块和总流体管道即氢气总管道22，空气／氧气总管道23，阴气排水总管道24，阳极排水总管道25组成。各总管道的结构如图9所示，其中两相近的孔对应同模块中两侧同一流体管道。
该集装体由两个或多个燃料电池模块以及中央总流体管道组成，其中的每个燃料电池模块分别独立，该模块通过其端部的流体孔道口与中央总流体管道的支流体孔道口相对接。每个模块由n(n≥2)节电池以平铺形式排列并通过销钉固定在支撑板上组成，模块也可由通过支撑板呈镜面对称的2n(n≥2)节电池组成。其中的每节电池由五合一膜电极组件(由阴极气体扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层、阳极气体扩散层组成)以及两侧的导流板、取电板、散热板组成。模块内的电池一般以串联方式连接，各模块间结构及取电相互独立，可根据负载需要选择模块之间的串联或并联连接模式。与常规叠加式燃料电池堆相比，本专利结构的优点如下：
(1)本发明结构中的所有单池的散热流道直接暴露在环境中，散热负荷小，可以实现空气做冷却介质的大功率发电系统；
(2)以空气为冷却介质的散热形式，解决了水作冷却介质的低温结冰问题；
(3)以空气为冷却介质的散热形式，避免了冷却水的补充、水位及电导率监控、净化及防腐等一系列工作，简化了冷却模块结构、降低了冷却模块的成本；
(4)该结构的最基本组成单元即单电池由散热板、双极板、膜电极组件、取电板通过销钉固定在一起，这种结构单元生产工艺简单，实现了燃料电池的规模化批量生产；
(5)该结构中的燃料电池模块由单电池直接通过销钉固定在支持板上组成，模块生产工艺简单，可实现燃料电池模块化集成体的大规模工业化生产、燃料电池产品的热插拔技术；
(6)该结构中的模块之间相互独立，可以任意数量的模块集成到一起，实现了模块的自由拓展，易于电源系统的规模化集成；
(7)与现有燃料电池密封技术相比，本发明结构无需相邻极板之间的密封工艺，而膜电极与极板之间的密封则通过膜电极与密封件的一体化设计方案、或通过面密封技术方案实现，这两种方案都可通过简易的工业化生产实现。
当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的产品由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。

Claims (6)

1.一种燃料电池模块化集装体，其包括多个电池模块，所述多个电池模块串联或并联连接，其特征在于：所述电池模块包括多个单池和支撑板，所述多个单池中的一半数量的单池位于支撑板的一侧，所述多个单池中的另一半数量的单池位于支撑板的另一侧，所述多个单池之间采用串联连接方式；其中，一个单池的阴极与相邻的另一单池的阳极之间通过取电柱进行串联；
所述单池依次包括左侧的散热板、阴极取电板、阴极导流板、膜电极组件、阳极导流板、阳极取电板以及右侧的散热板。
2.如权利要求1所述的燃料电池模块化集装体，其特征在于：所述单池包括阴极取电板和阳极取电板。
3.如权利要求2所述的燃料电池模块化集装体，其特征在于：在所述阴极取电板和阳极取电板的上方分别设置有取电孔12。
4.如权利要求1所述的燃料电池模块化集装体，其特征在于：在所述支撑板上的一端设置有两侧单池对应的取电柱穿孔。
5.如权利要求1所述的燃料电池模块化集装体，其特征在于：单池以平铺式结构固定在支撑板的两侧。
6.如权利要求1所述的燃料电池模块化集装体，其特征在于：单池由销钉固定在支撑板上。
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