專(zhuān)利名稱(chēng)：一種組合式金屬燃料電池模塊的制作方法
一種組合式金屬燃料電池模塊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬燃料電池，具體涉及一種組合式金屬燃料電池模塊。背景技術(shù)：
金屬燃料電池的基本部分是電芯，電芯由燃料金屬電極、空氣電極、電解液三個(gè)主要部 分構(gòu)成。此前的金屬燃料電池將若干電芯串并組合，構(gòu)成不同參數(shù)的金屬燃料電池裝置。金屬燃料電池的主要缺點(diǎn)之一是內(nèi)阻高，表現(xiàn)在工作時(shí)，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化，其輸出電壓 隨之變化的幅度偏大。對(duì)于動(dòng)力應(yīng)用，在電機(jī)啟動(dòng)瞬間，電壓波動(dòng)十分明顯，使得電機(jī)啟動(dòng) 顯得'疲軟'。而當(dāng)外電路斷開(kāi)，或者處于低負(fù)載情況，其輸出電壓大大升高，往往超出額定 工作電壓50%以上，使得許多電器難以直接使用。配置DC/DC或DC/AC適配器，其輸入電 壓動(dòng)態(tài)范圍大，增加適配器設(shè)計(jì)和調(diào)試、生產(chǎn)難度，增加了成本，又降低了適配器的平均效 率，更降低了其可靠性指標(biāo)。這些對(duì)于實(shí)際應(yīng)用都是非常不合理的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種組合式金屬燃料電池模塊。將若干個(gè)此類(lèi)模塊進(jìn)行 適當(dāng)?shù)卮⒔M合，構(gòu)成全新的金屬燃料電池裝置，達(dá)到高效、安全、低成本供電的目的。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是 一種組合式金屬燃料電池模塊如圖1所 示，將金屬燃料電池電芯組件(1)、法拉級(jí)電容器(3)、限壓電路(4)、開(kāi)關(guān)(2)有機(jī)組合 在一起。圖2為金屬燃料電池單元電芯的原理結(jié)構(gòu)示意圖。在安裝有空氣電極板(5)的特制容器內(nèi)注入電解液(7)，插入作為燃料的金屬電極板(6)， 接通外電路使電子流(9)在負(fù)載(10)上釋放電能做功。金屬板(6)表面金屬原子釋放電 子，變成游離金屬離子(8);而容器外圍的氧分子02透過(guò)空氣電極(5)獲得電子成為0—2 氧離子進(jìn)入電解液，奪取電解液(7)里水分子H20中的氫生成OH—游離氫氧根離子(11);
金屬離子(8)與氫氧根離子(11)相向運(yùn)動(dòng)并反應(yīng)結(jié)合，生成金屬氫氧化物沉淀(12)，完 成金屬燃料'燃燒'釋放電能全過(guò)程。上述結(jié)構(gòu)的金屬燃料電池單元稱(chēng)為電芯。將單個(gè)電芯或若干個(gè)電芯進(jìn)行串并組合，構(gòu)成 實(shí)用的金屬燃料電池裝置。這種金屬燃料電池裝置可以解決許多用電難題，在一定范圍獲得 推廣，具有相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。然而，上述結(jié)構(gòu)的金屬燃料電池內(nèi)阻大，開(kāi)路電壓比正常工作電壓高出50%以上，導(dǎo)致 在許多應(yīng)用中，難以直接與電器連接。
一般的做法是在金屬燃料電池輸出端，再配接專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的DC/DC或DC/AC適配器，使得輸出電壓適合用電設(shè)備的要求。這種傳統(tǒng)的技術(shù) 方案增加技術(shù)難度、提高設(shè)備成本、犧牲系統(tǒng)效率、降低總體可靠性，應(yīng)該改進(jìn)。金屬燃料電池輸出的虛電壓高，其實(shí)質(zhì)為內(nèi)阻大。通過(guò)并聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的法拉級(jí)電容器， 降低其等效內(nèi)阻，并轉(zhuǎn)移其一部分能量存儲(chǔ)于電容器。實(shí)踐表明，如此改進(jìn)結(jié)構(gòu)的金屬燃料 電池的啟動(dòng)性能極大提高，瞬間提供的功率超過(guò)原先的IO倍以上。但僅此改進(jìn)還不夠，因?yàn)?電容器的容量有限，過(guò)一段時(shí)間充滿(mǎn)電以后，虛電壓還會(huì)出現(xiàn)； 一旦出現(xiàn)，其危害更大，因 此必須限制虛電壓的出現(xiàn)。最簡(jiǎn)單、最可靠也是成本最低的辦法就是增加限壓電路。限壓電路有多種形式，圖1中的限壓電路(4)是一實(shí)用電路示意圖。穩(wěn)壓管提供基準(zhǔn)電壓，加上PNP三極管VBE作為該金屬燃料電池模塊的輸出電壓上限閾值。 一旦輸出端電壓超過(guò)該閾值，就有電流流經(jīng)穩(wěn)壓管和三極管的基極，三極管形成電流瀉放，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能。作 為穩(wěn)壓管的替代元器件，可以選擇圖3所示的LED發(fā)光二極管(13)，既可以提供閾值電壓， 又有泄放電流的指示功能。作為優(yōu)選設(shè)計(jì)，如圖1所示。采用2個(gè)參數(shù)相同的金屬燃料電池電芯串聯(lián)，經(jīng)過(guò)常規(guī)的 電源開(kāi)關(guān)與法拉級(jí)電容、限壓電路并聯(lián)。法拉級(jí)電容采用國(guó)產(chǎn)2.7V系列產(chǎn)品，根據(jù)電池輸出 功率大小以及負(fù)載特征，選取法拉級(jí)電容器的容量， 一般可取120F-1200F之間，容量大性能 好，但成本增加也多。限壓電路可選擇圖3方案，LED為紅色或黃色，V產(chǎn)2.0V左右，三極 管型號(hào)根據(jù)泄放電流大小確定。開(kāi)關(guān)(2)為手動(dòng)開(kāi)關(guān)，在電池裝置啟用之前靠人工閉合，使 用結(jié)束后再人工斷開(kāi)，只需簡(jiǎn)單操作就可以十分有效地減少金屬燃料的無(wú)謂消耗，明顯提高 系統(tǒng)性能。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于l)改善內(nèi)阻特性，明顯提高金屬燃料 電池裝置整體的性能同樣的體積、重量，可以提供更強(qiáng)勁的功率；2)簡(jiǎn)易的手動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)置， 可以十分有效地減少金屬燃料的無(wú)謂消耗，明顯提高系統(tǒng)性能；3)明顯提高金屬燃料供電裝 置的整體效率，使金屬燃料燃燒效率提高，消耗減少，用戶(hù)的綜合使用成本明顯下降；4)標(biāo) 準(zhǔn)化的組合式金屬燃料電池模塊有利于組成不同參數(shù)不同用途的金屬燃料供電裝置，實(shí)現(xiàn)該 模塊的互換和回收；結(jié)合該模塊的大批量生產(chǎn)，有利于進(jìn)一步降低成本，實(shí)現(xiàn)普及。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明
圖1是組合式金屬燃料電池模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1例組合式金屬燃料電池模塊中電芯單元的工作原理示意圖。圖3是采用LED替代穩(wěn)壓二極管的限壓電路，LED既提供三極管的基極電流，又有指示功能。
具體實(shí)施方式實(shí)施例一、采用5個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示、標(biāo)稱(chēng)輸出電壓為2.4VDC標(biāo)稱(chēng)輸出功率為200W 的組合式金屬燃料電池模塊，串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)輸出直流12V功率1000W的供電裝置。由于該 裝置不是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的金屬燃料供電裝置，而是采用了本專(zhuān)利技術(shù)的組合式金屬燃料電池模塊， 因此該供電裝置具有更高的效率和明顯提高的啟動(dòng)性能，啟動(dòng)瞬間提供IO倍于標(biāo)稱(chēng)功率。實(shí)施例二、采用160個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示、標(biāo)稱(chēng)輸出電壓為2.4VDC標(biāo)稱(chēng)輸出功率為 250W的組合式金屬燃料電池模塊，串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)輸出380VDC輸出功率40KW的供電裝置。 由于該裝置不是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的金屬燃料供電裝置，而是采用了本專(zhuān)利技術(shù)的組合式金屬燃料電 池模塊，因此該供電裝置具有更高的效率和明顯提高的啟動(dòng)性能，適用于環(huán)保型電動(dòng)車(chē)輛。
權(quán)利要求
1、一種組合式金屬燃料電池模塊，其特征是包含金屬燃料電池電芯組件(1)，包含并聯(lián)的法拉級(jí)電容(3)和限壓電路(4)，還包含串聯(lián)于電芯組件和并聯(lián)電路之間的開(kāi)關(guān)(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式金屬燃料電池模塊包含的金屬燃料電池電芯組件，其特征是金屬燃料電池電芯組件由一個(gè)電芯組成，或由多個(gè)電芯經(jīng)串、并聯(lián)組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式金屬燃料電池模塊包含的并聯(lián)電路,其特征是-由法拉級(jí)電容和限壓電路并聯(lián)而成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式金屬燃料電池模塊包含的開(kāi)關(guān)，其特征是串 接于電芯組件和并聯(lián)電路之間；開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，等效于電芯組件與并聯(lián)電路并聯(lián)，并接通輸出。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式金屬燃料電池模塊包含的法拉級(jí)電容，其特征 是該電容是單只電容器，也可以是多只電容器的串、并組合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式金屬燃料電池模塊包含的限壓電路，其特征是 該限壓電路檢測(cè)電池模塊輸出端電壓數(shù)值， 一旦超過(guò)輸出電壓上限閾值，立即開(kāi)啟泄放電路， 將金屬燃料電池模塊多余電流泄掉，以保持電壓輸出平衡。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的限壓電路，其特征是該限壓電路檢測(cè)電池模塊輸出端電 壓數(shù)值的器件是穩(wěn)壓二極管。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的限壓電路，其特征是該限壓電路檢測(cè)電池模塊輸出端電 壓數(shù)值的器件是發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管兼有工作狀態(tài)指示功能。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種組合式金屬燃料電池模塊，包括金屬燃料電池電芯單元，包括法拉級(jí)電容，還包括限壓電路以及控制電芯工作狀態(tài)的開(kāi)關(guān)。金屬燃料電池內(nèi)阻高，輸出電壓波動(dòng)大。當(dāng)外電路斷開(kāi)，虛電壓值超過(guò)正常電壓50％以上，要求適配器的動(dòng)態(tài)范圍寬，既提高成本，又降低系統(tǒng)效率和可靠性。法拉級(jí)電容器與限壓電路并聯(lián)后，再經(jīng)開(kāi)關(guān)與電芯組合。開(kāi)關(guān)控制電芯工作狀態(tài)閉合時(shí)可降低系統(tǒng)等效內(nèi)阻，改善起動(dòng)性能，消減虛電壓，將多余電能儲(chǔ)存于電容器中；電容器儲(chǔ)滿(mǎn)則限壓電路泄放多余電流，確保電池輸出電壓不再虛高。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)可減緩甚至中止電芯電化學(xué)反應(yīng)，減少燃料損耗。
文檔編號(hào)H01M16/00GK101150212SQ20071007649
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者呂大明 申請(qǐng)人:呂大明;馬潤(rùn)芝