專利名稱：空冷電堆燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，具體來說是一種用若干薄片式模塊代替 體積大的常規(guī)模塊并把電堆空氣預(yù)熱和薄片式模塊冷卻相結(jié)合的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了解決環(huán)境污染和化石燃料日益枯竭的迫切問題，世界各國都對燃料電池極為 關(guān)注，因?yàn)槿剂想姵厥且环N高效清潔能源，對環(huán)境沒有或只有很小的污染，并能用可再生性 物質(zhì)如氫氣和甲醇做為燃料。很多國家尤其是發(fā)達(dá)國家已投入了大量的人力物力和財力對 燃料電池進(jìn)行廣泛的研究和開發(fā)。作為發(fā)展中國家的中國也加大了對燃料電池研發(fā)的投 入。很多省市已把開發(fā)燃料電池提升到了戰(zhàn)略高度，并把開發(fā)燃料電池作為最重要的研發(fā) 方向之一。燃料電池是一種電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換器，把燃料(和氧氣)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電 能。電堆是燃料電池系統(tǒng)中的核心部分。電堆是由若干單片膜電極和其他部件(如雙極 板、氣體擴(kuò)散層等)摞加在一起組成。一個電堆中可能有幾百片膜電極、雙極板、和氣體擴(kuò) 散層。燃料在電堆的陽極被氧化，氧氣(一般來自空氣)在電堆的陰極被還原。只要有燃 料和氧氣不停地輸入，燃料電池就能源源不斷地產(chǎn)生電能。反應(yīng)式(1)表述了氫氣在陽極 的氧化過程，反應(yīng)式⑵表述了甲醇在陽極的氧化過程，反應(yīng)式⑶表述了相應(yīng)的氧氣在陰 極的還原過程H2 = 2H++2e"(1)CH30H+H20 = C02+6H++6e"(2)02+4H++4e" = 2H20(3)電堆是一個燃料電池系統(tǒng)的核心部分，通常有液體冷卻和空氣冷卻兩種。通過液 體冷卻的電堆包含有液體冷卻板，這些板上有讓液體流過的通道，冷卻液在這些密封的通 道中流動，空氣和氫氣也在各自的密封通道中流動。目前最常見的通過空氣冷卻的電堆類 似蜂窩狀，如圖1所示，空氣通道3是敞開的，從電堆1的一側(cè)通過這些敞開的“蜂窩”通道 而流到另一側(cè)。這些空氣既為陰極電化學(xué)反應(yīng)提供氣體，又把電堆產(chǎn)生的熱帶走。由于空氣的熱容量比液體小得多，為了能有效地把電堆產(chǎn)生的熱量帶走，空冷電 堆在空氣流通的方向一般不會超過15厘米厚。若想提高電堆的輸出功率，只能增加極板 的長度或增加極板的數(shù)目。這樣，一個幾千瓦的空冷電堆長度c和高度a就會遠(yuǎn)大于厚度 b (如圖2所示，m表示空氣流動方向)。另外，由于空氣的進(jìn)出都直接敞開與大氣，在電堆厚 度方向的前后都不能有阻礙物，否則，空氣的流通就會受到阻礙，影響電堆的正常工作。這 樣，現(xiàn)有技術(shù)中在集成采用空冷電堆的燃料電池系統(tǒng)時，比較大的其它模塊如DC-DC變換 器等通常置于電堆的上下或左右，加上本來就又長又高的電堆，整個系統(tǒng)就更加又長又高； 而相比之下，整個系統(tǒng)在厚度方向就太薄了。這樣一個很長、很高、但很薄的系統(tǒng)不但在外 觀上不吸引人，而且給搬運(yùn)和安裝也增加了麻煩。另外，眾所周知，電器模塊如DC-DC工作 時會產(chǎn)生熱量，要用散熱裝置如風(fēng)扇把熱量散走，否則DC-DC上的一些電器元件會被燒毀。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理的空冷電堆燃 料電池系統(tǒng)，使得空冷電堆燃料電池系統(tǒng)在長度、寬度和高度三個方向上的尺寸都比較合 理，避免空冷電堆燃料電池系統(tǒng)因某個方向上的尺寸過大而造成整體外觀效果差以及由此 帶來的搬運(yùn)和安裝不便。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，包括具有空氣通道的 空冷電堆，沿空氣流動方向m在所述空冷電堆的一側(cè)為空氣進(jìn)入側(cè)、另一側(cè)為空氣排出側(cè)， 所述空氣進(jìn)入側(cè)與所述空氣排出側(cè)通過所述空氣通道導(dǎo)通；還包括設(shè)置在所述空氣進(jìn)入側(cè) 的片式電子模塊，所述片式電子模塊的最大平面垂直于所述空氣通道的進(jìn)氣平面。上述空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，所述片式電子模塊在所述空冷電堆上的投影不在所 述空氣通道的進(jìn)氣平面上。上述空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，所述片式電子模塊與所述空冷電堆的最小距離大于 O0上述空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，所述片式電子模塊為片式DC-DC變換器或其它電路 板。上述空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，所述DC-DC變換器并聯(lián)在一起。上述空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，所述DC-DC變換器串聯(lián)在一起。上述空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，所述DC-DC變換器混聯(lián)在一起。本發(fā)明的有益效果是由于在本發(fā)明的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)中采用片式模塊代 替體積大的常規(guī)模塊，且片式電子模塊的最大平面垂直于空冷電堆上的空氣通道的進(jìn)氣平 面，進(jìn)而不影響空氣均勻進(jìn)入空冷電堆的空氣通道中，這樣就可以使空冷電堆燃料電池系 統(tǒng)在長、寬、高三個方向的尺寸都比較合理，整體外觀效果好，并且方便搬運(yùn)和安裝。同時還解決了為片式電子模塊的散熱問題，可以省略掉為薄片式DC-DC變換器或 電路板等配備散熱裝置(如風(fēng)扇等)；另外，流經(jīng)薄片式DC-DC變換器或電路板的空氣被加 熱，從而還實(shí)現(xiàn)了為流經(jīng)空氣通道的冷空氣進(jìn)行預(yù)熱。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中空冷電堆的正視圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中空冷電堆的側(cè)視圖；圖3本發(fā)明空冷電堆燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明空冷電堆燃料電池系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-空冷電堆，2-片式電子模塊，21-最大平面，3-空氣通道，31-進(jìn)氣平面。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明如圖3所示，本實(shí)施例的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)包括具有空氣通道3的空冷電堆 1，沿空氣流動方向m在所述空冷電堆1的一側(cè)為空氣進(jìn)入側(cè)、另一側(cè)為空氣排出側(cè)，所述空 氣進(jìn)入側(cè)與所述空氣排出側(cè)通過所述空氣通道3導(dǎo)通；還包括設(shè)置在所述空氣進(jìn)入側(cè)的片式電子模塊2，所述片式電子模塊2的最大平面21垂直于所述空氣通道3的進(jìn)氣平面31。 所述片式電子模塊2在所述空冷電堆1上的投影不在所述空氣通道3的進(jìn)氣平面31上，從 而使得所述片式電子模塊2不影響空氣均勻進(jìn)入所述空冷電堆1的所述空氣通道3中，本 實(shí)施例中所述片式電子模塊2的設(shè)置方式是本發(fā)明創(chuàng)造最為優(yōu)選的設(shè)置方式。在本實(shí)施例 中，所述片式電子模塊2為薄片式DC-DC變換器，所述薄片式DC-DC變換器并聯(lián)在一起。在本實(shí)施例的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)中，所述空冷電堆1和多個所述薄片式 DC-DC變換器的組裝方式能夠合理、有效地利用燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的空間；同時反應(yīng)氣之一 空氣在經(jīng)過所述薄片式DC-DC變換器時對所述薄片式DC-DC變換器起到冷卻作用，而空氣 本身又得到預(yù)熱。在具體應(yīng)用的時候，常規(guī)所用的大體積DC-DC變換器被多塊很薄的所述薄片式 DC-DC變換器所取代，它們被平行地安置在和所述空冷電堆1的空氣進(jìn)出方向平行的方向 上，即所述薄片式DC-DC變換器設(shè)置在所述空氣進(jìn)入側(cè)并且所述薄片式DC-DC變換器的最 大平面垂直于所述空氣通道3的所述進(jìn)氣平面31 ；由于所述片式電子模塊2在所述空冷電 堆1上的投影不在所述空氣通道3的進(jìn)氣平面31上，在本實(shí)施例中所述薄片式DC-DC變換 器可以與所述空冷電堆1保持一定的距離，也可以緊貼所述空冷電堆1設(shè)置，優(yōu)選所述薄片 式DC-DC變換器與所述空冷電堆1保持一定的距離，這樣更加有利于空氣進(jìn)入所述空氣通 道3中。由于每一片所述薄片式DC-DC變換器都很薄，它們對空氣的流動基本上不增加多 大阻力，而且不影響空氣能均勻地進(jìn)到所述空冷電堆1的空氣通道3中。這種薄片式DC-DC 變換器的安置方式就使本實(shí)施例的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)在所述空冷電堆1的厚度方向 的尺寸增加了，從而使得本實(shí)施例的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)的長、寬、高尺寸趨于合理，外 觀效果好，方便搬運(yùn)和安裝。在其它一些實(shí)施例中，所述片式電子模塊2在所述空冷電堆1上的投影也可以在 所述空氣通道3的進(jìn)氣平面31上，如圖4所示。在這種情況下空氣進(jìn)入所述空氣通道3可 能會受到阻礙、流暢性變差；為了減小所述片式電子模塊2對空氣的阻礙，所述片式電子模 塊2與所述空冷電堆1的最小距離要大于0并且所述片式電子模塊2與所述空冷電堆1的 最小距離要通過流體力學(xué)計算或?qū)嶋H測試來確定，以保證空氣均勻進(jìn)入所述空氣通道3。此 外，作為一種較為極端的情況(即本發(fā)明創(chuàng)造較差的實(shí)施方式)，所述片式電子模塊2在所 述空冷電堆1上的投影也可以完全覆蓋住所述空氣通道3的進(jìn)氣平面31，這時只要所述片 式電子模塊2與所述空冷電堆1的最小距離足夠大(此時空冷電堆燃料電池系統(tǒng)整體外觀 尺寸也相對增大)，也同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明創(chuàng)造的發(fā)明目的。另外，所述薄片式DC-DC變換器工作時會產(chǎn)生熱量，現(xiàn)有技術(shù)中要用散熱裝置如 風(fēng)扇把熱量散走，否則所述薄片式DC-DC變換器上的一些電器元件會被燒毀。本發(fā)明把所 述薄片式DC-DC變換器置于所述空冷電堆1所需空氣的入口端，進(jìn)來的冷空氣在通過這些 薄片式DC-DC變換器時會對它們起到自然的冷卻作用，而無需安置額外的風(fēng)扇。再次，冷空氣在通過這些薄片式DC-DC變換器時會被加熱，這在外界環(huán)境溫度比 較低時相當(dāng)于對空氣的有效預(yù)熱，從而使所述空冷電堆1能保持在較理想的溫度范圍，而 無需安置額外的加熱裝置來預(yù)熱空氣。此外，燃料電池中所需的一些其它薄片式部件如電路板也可以像圖3中所示的方 式和空冷電堆1結(jié)合。由于電路板都很薄，它們也不會對空氣的流動來了多少阻力，同時，[0032] 在其它一些實(shí)施例中，所述薄片式DC-DC變換器也可以串聯(lián)在一起或者采取既有 串聯(lián)又有并聯(lián)的混聯(lián)模式。
權(quán)利要求1.一種空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，包括具有空氣通道(3)的空冷電堆(1)，沿空氣流動方 向m在所述空冷電堆(1)的一側(cè)為空氣進(jìn)入側(cè)、另一側(cè)為空氣排出側(cè)，所述空氣進(jìn)入側(cè)與所 述空氣排出側(cè)通過所述空氣通道(3)導(dǎo)通，其特征在于，還包括設(shè)置在所述空氣進(jìn)入側(cè)的 片式電子模塊O)，所述片式電子模塊O)的最大平面垂直于所述空氣通道(3)的進(jìn) 氣平面(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述片式電子模塊(2) 在所述空冷電堆(1)上的投影不在所述空氣通道(3)的進(jìn)氣平面(31)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述片式電子模塊(2) 與所述空冷電堆(1)的最小距離大于O。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述片式電子 模塊(2)為片式DC-DC變換器或電路板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述片式DC-DC變換器 并聯(lián)在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述片式DC-DC變換器串聯(lián)在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述片式DC-DC變換器混聯(lián)在一起。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種空冷電堆燃料電池系統(tǒng)，包括具有空氣通道的空冷電堆，沿空氣流動方向m在所述空冷電堆的一側(cè)為空氣進(jìn)入側(cè)、另一側(cè)為空氣排出側(cè)；所述空氣進(jìn)入側(cè)與所述空氣排出側(cè)通過所述空氣通道導(dǎo)通；還包括設(shè)置在所述空氣進(jìn)入側(cè)的片式電子模塊，所述片式電子模塊的最大平面垂直于所述空氣通道的進(jìn)氣平面，不影響空氣均勻進(jìn)入電堆的空氣通道。本實(shí)用新型的空冷電堆燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，使得空冷電堆燃料電池系統(tǒng)在長度、寬度和高度三個方向上的尺寸都比較合理，避免空冷電堆燃料電池系統(tǒng)因某個方向上的尺寸過大而造成整體外觀效果差以及由此帶來的搬運(yùn)和安裝不便；同時解決了為片式電子模塊散熱和為冷空氣預(yù)熱的問題。
文檔編號H01M8/04GK201845831SQ20102061040
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者吳望生, 段惠松, 齊志剛 申請人:武漢銀泰科技燃料電池有限公司