專利名稱：質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是質(zhì)子交換膜燃料電池，具體來說涉及的是質(zhì)子交 換膜燃料電池的氣體流道和流場設(shè)計。
技術(shù)背景質(zhì)子交換膜燃料電池電堆是由多個基本電池單元疊加而成的。而 每一個基本電池單元，則是由兩塊平行的氣體導(dǎo)流板和夾在它們中間的一片膜電極集合體所組成。為向各基本電池單元供燃料氣和助燃 氣，以及排出反應(yīng)后的水和過量的氣體，還設(shè)置有進氣通道和排氣通 道。如圖1所示，現(xiàn)有的技術(shù)是對燃料電池的燃料氣體(例如氫氣)設(shè)有一氣體立井通道X1貫穿電堆的所有基本電池單元，每一基本電 池單元的氣體導(dǎo)流板1的進氣口 Yl連通該氣體立井通道X1。同樣 地，對于助燃?xì)怏w(空氣或氧氣)，每一基本電池單元的氣體導(dǎo)流板 的進氣口也是全部連通到同一個助燃?xì)怏w的立井通道。同樣的，所有 基本電池單元的燃料氣體導(dǎo)流板和助燃?xì)怏w導(dǎo)流板的出氣口都分別連接到同一個燃料氣體的出氣立井通道和助燃?xì)怏w的出氣立井通道， 并排出到電堆外部。上述氣體流道的設(shè)計方式，對各基本電池單元組來講，是一種并 聯(lián)進氣和并聯(lián)排氣的方式。但是，隨著基本電池單元數(shù)目的增加，各 單元氣體供給和排放的不均勻性明顯增加，特別是在燃料電池工作過程中，各單元氣體導(dǎo)流板的氣體流道上會產(chǎn)生大量的水份(包括生成 水和濕化氣體時所帶來的水份)，這些水份會被流動的氣體帶走大部 分，但仍有少部分殘留在流道內(nèi)，時間一長，殘留在流道里的水份會 越來越多，而由于各單元的個體差異性，水份殘留越多的單元氣體阻 力就越大，阻力增大又使氣體流量減少，隨氣體帶走的水份就越少， 形成惡性循環(huán)，該單元性能會嚴(yán)重下降。在這一過程里，由于各基本電池單元的氣體都是來自于同一個進 氣的氣體立井通道并且排放到同一個排氣的立井通道，氣體總是會從 阻力小的基本電池單元通過，而不會走阻力大的基本電池單元， 一旦 形成這種狀況又很難改善阻力大的單元的流道情況，使其恢復(fù)正常。 因此電堆的整體性能就會逐漸降低。 發(fā)明內(nèi)容針對目前質(zhì)子交換膜電池電堆各基本電池單元都是全部并聯(lián)進 氣和并聯(lián)出氣造成的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種質(zhì)子交換 膜燃料電池氣體流道結(jié)構(gòu)，以改善由上述原因造成的氣體分配不均勻 問題。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道 結(jié)構(gòu)，包括若干個疊加在一起構(gòu)成電堆的基本電池單元，所有基本電 池單元被分成至少兩組，每組電池單元采用獨立的進氣立井通道用于 僅向該組中各基本電池單元供氣，同樣每組電池單元還采用獨立的排 氣立井通道僅用于該組中各基本電池單元的排氣。由于構(gòu)成一個質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的基本電池單元被分成至少兩組，分別采用獨立的進氣立井通道和排氣立井通道用于該組的 進氣和排氣，所以每一組可以獨立控制供氣，相對于把電堆中所有基 本電池單元并聯(lián)的方式來說，可改善氣體分配不均勻問題。當(dāng)每組電 池單元僅包含一個基本電池單元時，可實現(xiàn)對每一個基本電池單元的 獨立進氣和排氣控制，因此可以有效解決并聯(lián)方式帶來的不均勻性問 題，即使這種差異仍然存在，也可以通過調(diào)節(jié)各自氣路的進、排氣控 制系統(tǒng)，可以有效地改善指定的任一基本電池單元的氣路狀況，排出 積水，使其恢復(fù)到最佳狀態(tài)。但由于各立井通道要去到每一個基本電 池單元組，即各進氣立井通道的數(shù)量和各排氣立井通道的數(shù)量與被分 成的電池單元的組數(shù)是一致的，因此當(dāng)一個電堆采用的基本電池單元 較多時其基本電池單元的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外部控制部件和連接設(shè)備會較 多，增加了成本。實用上為了減少外部硬件控制和連接設(shè)備的大量增 加，可以采用折中方法，由多于一個的基本電池單元使用同一組氣體 進出的立井通道，但使用同一立井通道的基本電池單元數(shù)目不應(yīng)該超 過5個，即每組電池單元以由2-5個基本電池單元疊加而成為宜。所述的進氣立井通道包括燃料氣體進氣立井通道和助燃?xì)怏w進 氣立井通道，所述的排氣立井通道包括燃料氣體排氣立井通道和助燃 氣體排氣立井通道。這有利于對每組電池單元的燃料氣和助燃?xì)夥謩e 進行控制。所述的燃料氣體進氣立井通道、助燃?xì)怏w進氣立井通道、燃料氣 體排氣立井通道和助燃?xì)怏w排氣立井通道均貫穿從電堆的一端(或兩 端)到達其所作用的電池組所必須通過的每一個基本電池單元，形成在電池電堆的一端(或兩端)安裝進排氣管的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過將構(gòu)成一個電堆的所有基本電池單元分成多組，以采 用獨立的進氣立井通道和排氣立井通道以分別獨立控制每組的進氣 和排氣，因此可以改善電堆氣體的不均勻問題。


圖1為現(xiàn)有質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道布置方式示意圖。圖2為本發(fā)明的質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道布置方式示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以助于理解 本發(fā)明的內(nèi)容。如圖2所示， 一個質(zhì)子交換膜燃料電池電堆由三組電池單元疊加 而成，即由第一組電池單元l、第二組電池單元2、第三組電池單元 3依次疊加而成，每一組電池單元又可以采用一個基本電池單元或者 由2 5個基本電池單元疊加而成。同時設(shè)置三個燃料氣體進氣立井 通道，分別為X1、 X2、 X3，形成三個獨立的燃料氣體進氣立井通道。在第一組電池單元1中的所有基本電池單元都通過燃料氣體導(dǎo) 流板上的進氣口 Yl與立井通道X1相通，而與另兩個立井通道X2、 X3不通。第二組電池單元2中的所有基本電池單元都通過燃料氣體導(dǎo)流 板上的進氣口 Y2與立井通道X2相通，而與另兩個立井通道X1、 X3 不通。第三組電池單元3中的所有基本電池單元都通過燃料氣體導(dǎo)流板上的進氣口 Y3與立井通道X3相通，而與另兩個立井通道X1、 X2 不通。這樣三個燃料氣體進氣立井通道XI、 X2、 X3只分別向其中一 組電池電堆的基本電池單元供燃料氣體，使得每組電池單元之間燃料 氣的供應(yīng)是獨立控制的。同樣，助燃?xì)怏w進氣以及助燃?xì)怏w排氣、燃料氣體排氣的立井通 道與圖2所示的燃料氣體進氣立井通道的方式相同，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn) 了整個燃料電池電堆中多組電池單元各氣體進出的獨立控制，控制更 加靈活方便，可改善不同組間氣體分布不均勻問題。當(dāng)構(gòu)成電堆所用 的基本電池單元數(shù)較少時可以使每組電池單元只有一個基本電池單 元構(gòu)成，能夠完全實現(xiàn)獨立控制。當(dāng)較多時，則可使每組中由多個基 本電池單元構(gòu)成，但以不超過5個為宜。
權(quán)利要求
1、一種質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道結(jié)構(gòu)，包括若干個疊加在一起構(gòu)成電堆的基本電池單元，其特征在于所有基本電池單元被分成至少兩組，每組電池單元采用獨立的進氣立井通道用于僅向該組中各基本電池單元供氣，同樣每組電池單元還采用獨立的排氣立井通道僅用于該組中各基本電池單元的排氣。
2、 如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述每組電池單元由一個基本電池單元構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述每組電池單元由2-5個基本電池單元疊加構(gòu)成。
4、 如權(quán)利要求1至3中之一所述的質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體 流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的進氣立井通道包括燃料氣體進氣立井 通道和助燃?xì)怏w進氣立井通道，所述的排氣立井通道包括燃料氣體排 氣立井通道和助燃?xì)怏w排氣立井通道。
5、 如權(quán)利要求4所述的質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的燃料氣體進氣立井通道、助燃?xì)怏w進氣立井通道、 燃料氣體排氣立井通道和助燃?xì)怏w排氣立井通道均貫穿該電堆的每 一個基本電池單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體流道結(jié)構(gòu)，包括若干個疊加在一起構(gòu)成電堆的基本電池單元，所有基本電池單元被分成至少兩組，每組電池單元采用獨立的進氣立井通道用于僅向該組中各基本電池單元供氣，同樣每組電池單元還采用獨立的排氣立井通道僅用于該組中各基本電池單元的排氣。本發(fā)明以改善電堆氣體的不均勻。
文檔編號H01M8/02GK101335355SQ20081007010
公開日2008年12月31日 申請日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者姚赤光, 欣 駱 申請人:重慶宗申技術(shù)開發(fā)研究有限公司