專利名稱：一種低壓空氣呼吸燃料電池堆的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種低壓空氣呼吸燃料電池堆。
背景技術：
PEMFC燃料電池是一種把H2和O2反應產(chǎn)生的化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，它具有室溫啟動，轉(zhuǎn)化效率高，比功率密度高，產(chǎn)物零污染等特點。燃料電池用途很廣，大型燃料電池可用做潛艇，汽車等的動力源。小型燃料電池可用做電動摩托車，電動自行車，筆記本電腦，數(shù)碼相機及其它移動用電設備的電源。
小型燃料電池堆一般具有螺栓，螺母即兩端端板等零部件。這些部件大大將低了小型燃料電池燃料堆功率密度，同樣小型燃料電池堆往往采用風扇或小型離心風機或低壓空氣泵等設備為燃料電池堆提供空氣，這些附屬設備在結構上很難同燃料電池堆結構相匹配，因而由此組裝的燃料電池堆集成度不高，造成整個電池系統(tǒng)能量密度的降低。電池堆結構合理，簡單，緊湊是提高小型電池堆系統(tǒng)功率密度一個非常重要的方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的不足之處而提供一種可使燃料電池系統(tǒng)結構緊湊、功率密度高的低壓空氣呼吸燃料電池堆。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，包括雙極板、膜電極、集流板、電絕緣隔板、空氣進氣孔、氫氣進口與出口、氫氣進孔道與出孔道、空氣流道、氫氣流道、空氣流場、氫氣流場、風扇、固定裝置、散熱裝置，所述的多個空氣流道構成一空氣流場，所述的多個氫氣流道構成一氫氣流場，所述的氫氣進口與出口分別和氫氣進孔道與出孔道連通，該氫氣進孔道與出孔道和氫氣流場連通，其特征在于，所述的雙極板呈楔形結構，該楔形雙極板兩個面上設有空氣流道和氫氣流道，所述的空氣流道平行于楔形雙極板的橫截面方向，其槽深按楔形厚度變化規(guī)律由淺變深，該楔形空氣流道的外端設有空氣進氣孔，所述的氫氣流道與該空氣流道垂直設置，所述的氫氣進口與出口設置于電絕緣隔板上，所述的多個楔形雙極板與膜電極加上集流板、電絕緣隔板組裝成具有一定壁厚的多孔圓筒狀電池堆，該電池堆軸向設有風扇。
所述的固定裝置包括圓環(huán)套，該圓環(huán)套設在所述的多孔圓筒狀電池堆軸向兩端，并將其固定。
所述的固定裝置包括膠粘劑，該膠粘劑設在楔形石墨雙極板、膜電極、集流板、電絕緣隔板的兩面，并將其粘結壓緊組裝成具有一定壁厚的多孔圓筒狀電池堆。
所述的散熱裝置包括散熱孔道，該散熱孔道設在楔形雙極板的軸向中間。
所述的散熱裝置包括散熱片，該散熱片設在雙極板的外端。
所述的散熱裝置包括楔形空氣流道，該楔形空氣流道兼具散熱功能。
所述的風扇包括反應用風扇和散熱風扇，所述的反應用風扇為電池堆提供反應用空氣，所述的散熱風扇為電池堆提供冷卻用空氣。
所述的雙極板采用高強石墨板、金屬板、模壓石墨板、柔性石墨板中的一種。
所述的楔形空氣流道，其最深處和最淺處比值小于50，反應用空氣流動方向為從流道深處流向淺處。
所述的電池堆可分成幾個相等電池組，通過筒內(nèi)引線方式進行并聯(lián)，以提高電池堆的輸出電流，降低輸出電壓。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一個新的技術解決方案，電池堆不具有端板，螺栓，螺母等緊固結構，電池堆呈具有一定壁厚多孔圓筒狀，雙極板呈楔形結構，楔形雙極板兩個面上具有氫氣流道和空氣流道，其中空氣流道平行于楔形截面成楔形并列分布，氫氣進口和出口位于電絕緣隔板上，風扇可為該電池堆提供反應或散熱用空氣，圓形風扇位于該電池堆兩個端面上，與該結構能夠很好的匹配在一起，大大降低了燃料電池系統(tǒng)體積，提高了燃料電池系統(tǒng)功率密度。


圖1為燃料電池堆的端面結構示意圖；
圖2為燃料電池堆的圓筒狀側(cè)面結構示意圖；圖3為石墨雙極板空氣面結構示意圖；圖4為石墨雙極板氫氣面結構示意圖；圖5為沿A-A線切割截面結構示意圖；圖6為電池堆和風扇組裝后側(cè)面結構示意圖。
圖7為一種不帶散熱孔道的燃料電池堆端面圖；圖8為圖7所示燃料電池堆及風扇側(cè)面圖；圖9為一種帶散熱片的電池堆端面圖；圖10為另一種不帶散熱孔道的燃料電池堆端面圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖及具體實施例，對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1如圖1～6所示，一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，包括石墨雙極板1、膜電極2、集流板3、電絕緣隔板4、空氣進氣孔6、氫氣進口5與出口5′、氫氣進孔道8與出孔道8′、空氣流道9、空氣流場9′、氫氣流道10、氫氣流場10′、反應用風扇14、散熱風扇15、圓環(huán)套7、散熱孔道11，所述的多個空氣流道9構成一空氣流場9′，所述的多個氫氣流道10構成一氫氣流場10′，所述的氫氣進口5與出口5′分別和氫氣進孔道8與出孔道8′連通，該氫氣進孔道8與出孔道8′和氫氣流場10′連通，所述的雙極板1呈楔形結構，該楔形雙極板1兩個面上設有空氣流道9和氫氣流道10，所述的空氣流道9平行于楔形雙極板1的橫截面方向，其槽深按楔形厚度變化規(guī)律由淺變深，該楔形空氣流道9的外端設有空氣進氣孔6，所述的氫氣流道10與該空氣流道9垂直設置，所述的氫氣進口5與出口5′設置于電絕緣隔板4上，所述的多個楔形雙極板1與膜電極2加上集流板3、電絕緣隔板4組裝成具有一定壁厚的多孔圓筒狀電池堆，該電池堆軸向設有反應用風扇14、散熱風扇15。所述的圓環(huán)套7設在所述的多孔圓筒狀電池堆軸向兩端，并將其固定。所述的散熱孔道11設在楔形雙極板的軸向中間。所述的反應用風扇14為電池堆提供反應用空氣，所述的散熱風扇15為電池堆提供冷卻用空氣。所述的楔形空氣流道9，其最深處和最淺處比值小于50，反應用空氣流動方向為從流道深處流向淺處。
本實施例是一種帶散熱空氣流道結構的燃料電池堆及雙極板結構。電池堆的緊固是靠一個圓環(huán)，電池堆中沒有螺桿，螺母，兩端夾板等附屬構件。從圖6中可以看出，該燃料電池堆的端面能夠同風扇形狀形成非常好的配合，該電池堆結構可以配置兩個功能風扇，一個風扇外徑尺寸和端面外圓尺寸接近，為電池堆散熱提供冷卻空氣，一個風扇外徑尺寸和端面內(nèi)圓尺寸相接近，為燃料電池提供反應用空氣，楔形空氣流道結構有利于保持電池電極的水熱均勻分布，提高了電極整體性能，該結構特別有利于直接空氣呼吸型燃料電池。
實施例2圖7給出了一種不帶散熱孔道11的燃料電池堆端面圖，圖8給出了一種該結構的燃料電池堆及風扇側(cè)面圖，該結構中的楔形空氣流道9具有反應和散熱兩種功能，14為兩個和電池堆內(nèi)筒尺寸匹配的風扇。其余結構與實施例1相同。
實施例3圖9給出了一種帶散熱片的電池堆端面圖，圖中17所示為燃料電池散熱片，該電池堆中散熱用風扇尺寸大小和散熱片外尺寸相當。其余結構與實施例1相同。
實施例4圖10給出了一種不帶散熱孔道的燃料電池堆端面圖，該電池堆中有三個燃料電池組，通過16所示筒內(nèi)兩根導線，方便實現(xiàn)了電池組并聯(lián)。其余結構與
權利要求
1.一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，包括雙極板、膜電極、集流板、電絕緣隔板、空氣進氣孔、氫氣進口與出口、氫氣進孔道與出孔道、空氣流道、氫氣流道、空氣流場、氫氣流場、風扇、固定裝置、散熱裝置，所述的多個空氣流道構成一空氣流場，所述的多個氫氣流道構成一氫氣流場，所述的氫氣進口與出口分別和氫氣進孔道與出孔道連通，該氫氣進孔道與出孔道和氫氣流場連通，其特征在于，所述的雙極板呈楔形結構，該楔形雙極板兩個面上設有空氣流道和氫氣流道，所述的空氣流道平行于楔形雙極板的橫截面方向，其槽深按楔形厚度變化規(guī)律由淺變深，該楔形空氣流道的外端設有空氣進氣孔，所述的氫氣流道與該空氣流道垂直設置，所述的氫氣進口與出口設置于電絕緣隔板上，所述的多個楔形雙極板與膜電極加上集流板、電絕緣隔板組裝成具有一定壁厚的多孔圓筒狀電池堆，該電池堆軸向設有風扇。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，其特征在于，所述的固定裝置包括圓環(huán)套，該圓環(huán)套設在所述的多孔圓筒狀電池堆軸向兩端，并將其固定。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，其特征在于，所述的固定裝置包括膠粘劑，該膠粘劑設在楔形石墨雙極板、膜電極、集流板、電絕緣隔板的兩面，并將其粘結壓緊組裝成具有一定壁厚的多孔圓筒狀電池堆。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，其特征在于，所述的散熱裝置包括散熱孔道，該散熱孔道設在楔形雙極板的軸向中間。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，其特征在于，所述的散熱裝置包括散熱片，該散熱片設在雙極板的外端。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，其特征在于，所述的散熱裝置包括楔形空氣流道，該楔形空氣流道兼具散熱功能。
7.根據(jù)權利要求1或4或5或6所述的一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，其特征在于，所述的風扇包括反應用風扇和散熱風扇，所述的反應用風扇為電池堆提供反應用空氣，所述的散熱風扇為電池堆提供冷卻用空氣。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，其特征在于，所述的雙極板采用高強石墨板、金屬板、模壓石墨板、柔性石墨板中的一種。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，其特征在于，所述的楔形空氣流道，其最深處和最淺處比值小于50，反應用空氣流動方向為從流道深處流向淺處。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，其特征在于，所述的電池堆可分成幾個相等電池組，通過筒內(nèi)引線方式進行并聯(lián)，以提高電池堆的輸出電流，降低輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低壓空氣呼吸燃料電池堆，包括雙極板、膜電極、集流板、電絕緣隔板、空氣進氣孔、氫氣進口與出口、氫氣進孔道與出孔道、空氣流道、氫氣流道、空氣流場、氫氣流場、風扇、固定裝置、散熱裝置，所述的雙極板呈楔形結構，該楔形雙極板兩個面上設有空氣流道和氫氣流道，所述的空氣流道平行于楔形雙極板的橫截面方向，所述的氫氣流道與該空氣流道垂直設置，所述的氫氣進口與出口設置于電絕緣隔板上，所述的多個楔形雙極板與膜電極加上集流板、電絕緣隔板組裝成具有一定壁厚的多孔圓筒狀電池堆，該電池堆軸向設有風扇。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有結構緊湊、功率密度高等特點。
文檔編號H01M8/00GK1622375SQ200310108958
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權日2003年11月28日
發(fā)明者田丙倫 申請人:上海河森電氣有限公司