[发明专利]一种燃料电池堆及其串并联方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池堆及其串并联方法，属于氢燃料电池技术领域。该燃料电池单体是一个独立的电化学发电功能单元，主要由氧气流场板、膜电极、氢气流场板、绝缘固定件等组成，氧气流场板上设计有氧气进出口，氢气流场板上有氢气进出口。燃料电池堆由燃料电池单体、氢氧气分配板组成，氢氧气体分配板由三层金属成型件组合而成，具有氢气、氧气流量分配功能以及冷却水通道功能；燃料电池单体放置在气体分配板上，氢氧进气口分别对应，一层分配板可以配置并联多个单体；之后可以一层一层堆叠，形成电池堆。本发明可以将燃料电池单体的气体进出口并联在一起，具有制造工艺简单、可以增大电池堆的输出电流、冷却效果好的优点。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池堆及其串并联方法，属于氢燃料电池技术领域。

背景技术

锂离子动力电池作为一种储能装置在纯电动汽车中得到了推广应用，但由于其充电时间长、续驶里程短，使得纯电动汽车仅适用于个人短途交通出行，对于未来长途运输的移动工具极可能的解决方案聚焦于氢质子交换膜燃料电池系统。

随着新能源技术、材料技术的发展，制取、储存、运输氢气的瓶颈技术得以解决；催化剂的制备技术的进步，贵金属催化剂的应用担载量极大的降低，同时，氢燃料电池的应用场景的拓展，形成规模效应，使得燃料电池的成本极大的降低；加上国家将燃料电池汽车作为我国重点发展的战略方向，燃料电池发展的局面很快出现。

目前燃料电池堆，由串联用双极板、膜电极以及密封部件构成。双极板上分布氢、氧供给通道、冷却水通道，材料有金属双极板、石墨双极板、以及复合双极板；膜电极由氢气侧扩散层、催化层、质子交换膜、催化层、氧扩散层热合而成；双极板、膜电极以及密封件通过连接件固定在一起，形成燃料电池堆。该结构显著特点是单个燃料电池核心件膜电极通过双极板串连在一起，对外可以提供更高的电压，但为了提高更大的电流需增大膜电极的面积。而且，传统燃料电池结构中的双极板的制造工艺繁杂，燃料电池单体间气体不能并联，不能很好地增大电池堆的输出电流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的质子交换膜燃料电池单体结构及其单体气体通道的并联的方法。该新型燃料电池单体主要由氧气流场板、膜电极、氢气流场板、绝缘固定件等组成，氧气流场板上设计有氧气进出口，氢气流场板上有氢气进出口。本发明的燃料电池堆由燃料电池单体、氢氧气分配板组成，可以将燃料电池单体的气体进出口并联在一起，是一种新型的燃料电池堆结构。本本发明的结构提出了一种新型的氢气、氧气、热管理、电池堆的装配装置，与原有燃料电池堆结构相比较，是一种全新的电化学电源发生装置。

本发明的提供的一种燃料电池堆,其由燃料电池单体和氢氧气体分配板组成，所述燃料电池单体包括氢气流场板、氧气流场板、膜电极和绝缘固定件，所述氢气流场板上设有氢气进气口与氢气出气口，所述氧气流场板上设有氧气进气口与氧气出气口，所述燃料电池单体放置在所述氢氧气体分配板上，通过所述氢氧气体分配板一侧将多个燃料电池单体的氢气进气口、氢气出气口分别并联在一起；同理，通过所述氢氧气体分配板另一侧将多个燃料电池单体的氧气进气口、氧气出气口分别并联在一起，在电连接方面，分别通过所述氢气流场板1或氧气流场板引出导线，进行串并联，或者将所述氢氧气体分配板作为导体将多个燃料电池单体并联后的燃料电池单体串联起来。

另外，上述燃料电池堆中，所述绝缘固定件包括绝缘密封U形垫和金属固定U形夹条，所述氢气流场板、氧气流场板、膜电极叠在一起形成叠层体，将所述绝缘密封U形垫装在所述叠层体的四周，再用所述金属固定U形夹条夹在所述绝缘密封U形垫上，施加机械压力将所述金属固定U形夹条挤压变形，从而将所述叠层体固定、绝缘、密封。

另外，上述燃料电池堆中，所述氢气流场板外侧开有氢气进气口与氢气出气口，分别对应所述氢氧气体分配板上氢气通道的进气管道、出气管道，其材料可以采用金属表面处理、石墨以及金属复合材料；所述氧气流场板外侧开有氧气进气口与氧气出气口，分别对应所述氢氧气体分配板上氧气通道的进气管道、出气管道，其材料可以采用金属表面处理、石墨以及金属复合材料。