专利名称：一种组合式金属燃料电池模块的制作方法
一种组合式金属燃料电池模块方法
技术领域：
本发明涉及一种金属燃料电池，具体涉及一种组合式金属燃料电池模块。背景技术：
金属燃料电池的基本部分是电芯，电芯由燃料金属电极、空气电极、电解液三个主要部 分构成。此前的金属燃料电池将若干电芯串并组合，构成不同参数的金属燃料电池装置。金属燃料电池的主要缺点之一是内阻高，表现在工作时，当负载发生变化，其输出电压 随之变化的幅度偏大。对于动力应用，在电机启动瞬间，电压波动十分明显，使得电机启动 显得'疲软'。而当外电路断开，或者处于低负载情况，其输出电压大大升高，往往超出额定 工作电压50%以上，使得许多电器难以直接使用。配置DC/DC或DC/AC适配器，其输入电 压动态范围大，增加适配器设计和调试、生产难度，增加了成本，又降低了适配器的平均效 率，更降低了其可靠性指标。这些对于实际应用都是非常不合理的。
发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种组合式金属燃料电池模块。将若干个此类模块进行 适当地串并组合，构成全新的金属燃料电池装置，达到高效、安全、低成本供电的目的。为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是 一种组合式金属燃料电池模块如图1所 示，将金属燃料电池电芯组件(1)、法拉级电容器(3)、限压电路(4)、开关(2)有机组合 在一起。图2为金属燃料电池单元电芯的原理结构示意图。在安装有空气电极板(5)的特制容器内注入电解液(7)，插入作为燃料的金属电极板(6)， 接通外电路使电子流(9)在负载(10)上释放电能做功。金属板(6)表面金属原子释放电 子，变成游离金属离子(8);而容器外围的氧分子02透过空气电极(5)获得电子成为0—2 氧离子进入电解液，夺取电解液(7)里水分子H20中的氢生成OH—游离氢氧根离子(11);
金属离子(8)与氢氧根离子(11)相向运动并反应结合，生成金属氢氧化物沉淀(12)，完 成金属燃料'燃烧'释放电能全过程。上述结构的金属燃料电池单元称为电芯。将单个电芯或若干个电芯进行串并组合，构成 实用的金属燃料电池装置。这种金属燃料电池装置可以解决许多用电难题，在一定范围获得 推广，具有相当的社会意义和经济价值。然而，上述结构的金属燃料电池内阻大，开路电压比正常工作电压高出50%以上，导致 在许多应用中，难以直接与电器连接。
一般的做法是在金属燃料电池输出端，再配接专门设计制造的DC/DC或DC/AC适配器，使得输出电压适合用电设备的要求。这种传统的技术 方案增加技术难度、提高设备成本、牺牲系统效率、降低总体可靠性，应该改进。金属燃料电池输出的虚电压高，其实质为内阻大。通过并联适当数值的法拉级电容器， 降低其等效内阻，并转移其一部分能量存储于电容器。实践表明，如此改进结构的金属燃料 电池的启动性能极大提高，瞬间提供的功率超过原先的IO倍以上。但仅此改进还不够，因为 电容器的容量有限，过一段时间充满电以后，虚电压还会出现； 一旦出现，其危害更大，因 此必须限制虚电压的出现。最简单、最可靠也是成本最低的办法就是增加限压电路。限压电路有多种形式，图1中的限压电路(4)是一实用电路示意图。稳压管提供基准电压，加上PNP三极管VBE作为该金属燃料电池模块的输出电压上限阈值。 一旦输出端电压超过该阈值，就有电流流经稳压管和三极管的基极，三极管形成电流泻放，实现稳压功能。作 为稳压管的替代元器件，可以选择图3所示的LED发光二极管(13)，既可以提供阈值电压， 又有泄放电流的指示功能。作为优选设计，如图1所示。采用2个参数相同的金属燃料电池电芯串联，经过常规的 电源开关与法拉级电容、限压电路并联。法拉级电容采用国产2.7V系列产品，根据电池输出 功率大小以及负载特征，选取法拉级电容器的容量， 一般可取120F-1200F之间，容量大性能 好，但成本增加也多。限压电路可选择图3方案，LED为红色或黄色，V产2.0V左右，三极 管型号根据泄放电流大小确定。开关(2)为手动开关，在电池装置启用之前靠人工闭合，使 用结束后再人工断开，只需简单操作就可以十分有效地减少金属燃料的无谓消耗，明显提高 系统性能。采用上述技术方案，本发明有益的技术效果在于l)改善内阻特性，明显提高金属燃料 电池装置整体的性能同样的体积、重量，可以提供更强劲的功率；2)简易的手动开关设置， 可以十分有效地减少金属燃料的无谓消耗，明显提高系统性能；3)明显提高金属燃料供电装 置的整体效率，使金属燃料燃烧效率提高，消耗减少，用户的综合使用成本明显下降；4)标 准化的组合式金属燃料电池模块有利于组成不同参数不同用途的金属燃料供电装置，实现该 模块的互换和回收；结合该模块的大批量生产，有利于进一步降低成本，实现普及。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明
图1是组合式金属燃料电池模块的电路结构示意图。图2是图1例组合式金属燃料电池模块中电芯单元的工作原理示意图。图3是采用LED替代稳压二极管的限压电路，LED既提供三极管的基极电流，又有指示功能。
具体实施方式实施例一、采用5个内部结构如图1所示、标称输出电压为2.4VDC标称输出功率为200W 的组合式金属燃料电池模块，串联构成一个输出直流12V功率1000W的供电装置。由于该 装置不是传统结构的金属燃料供电装置，而是采用了本专利技术的组合式金属燃料电池模块， 因此该供电装置具有更高的效率和明显提高的启动性能，启动瞬间提供IO倍于标称功率。实施例二、采用160个内部结构如图1所示、标称输出电压为2.4VDC标称输出功率为 250W的组合式金属燃料电池模块，串联构成一个输出380VDC输出功率40KW的供电装置。 由于该装置不是传统结构的金属燃料供电装置，而是采用了本专利技术的组合式金属燃料电 池模块，因此该供电装置具有更高的效率和明显提高的启动性能，适用于环保型电动车辆。
权利要求
1、一种组合式金属燃料电池模块，其特征是包含金属燃料电池电芯组件(1)，包含并联的法拉级电容(3)和限压电路(4)，还包含串联于电芯组件和并联电路之间的开关(2)。
2、 根据权利要求1所述的一种组合式金属燃料电池模块包含的金属燃料电池电芯组件，其特征是金属燃料电池电芯组件由一个电芯组成，或由多个电芯经串、并联组成。
3、 根据权利要求1所述的一种组合式金属燃料电池模块包含的并联电路,其特征是-由法拉级电容和限压电路并联而成。
4、 根据权利要求1所述的一种组合式金属燃料电池模块包含的开关，其特征是串 接于电芯组件和并联电路之间；开关闭合时，等效于电芯组件与并联电路并联，并接通输出。
5、 根据权利要求1所述的一种组合式金属燃料电池模块包含的法拉级电容，其特征 是该电容是单只电容器，也可以是多只电容器的串、并组合。
6、 根据权利要求1所述的一种组合式金属燃料电池模块包含的限压电路，其特征是 该限压电路检测电池模块输出端电压数值， 一旦超过输出电压上限阈值，立即开启泄放电路， 将金属燃料电池模块多余电流泄掉，以保持电压输出平衡。
7、 根据权利要求6所述的限压电路，其特征是该限压电路检测电池模块输出端电 压数值的器件是稳压二极管。
8、 根据权利要求6所述的限压电路，其特征是该限压电路检测电池模块输出端电 压数值的器件是发光二极管，该发光二极管兼有工作状态指示功能。
全文摘要
本发明公开了一种组合式金属燃料电池模块，包括金属燃料电池电芯单元，包括法拉级电容，还包括限压电路以及控制电芯工作状态的开关。金属燃料电池内阻高，输出电压波动大。当外电路断开，虚电压值超过正常电压50％以上，要求适配器的动态范围宽，既提高成本，又降低系统效率和可靠性。法拉级电容器与限压电路并联后，再经开关与电芯组合。开关控制电芯工作状态闭合时可降低系统等效内阻，改善起动性能，消减虚电压，将多余电能储存于电容器中；电容器储满则限压电路泄放多余电流，确保电池输出电压不再虚高。开关断开可减缓甚至中止电芯电化学反应，减少燃料损耗。
文档编号H01M16/00GK101150212SQ20071007649
公开日2008年3月26日 申请日期2007年8月24日 优先权日2007年8月24日
发明者吕大明 申请人:吕大明;马润芝