专利名称：空冷电堆燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空冷电堆燃料电池系统，具体来说是一种用若干薄片式模块代替 体积大的常规模块并把电堆空气预热和薄片式模块冷却相结合的燃料电池系统。
背景技术：
为了解决环境污染和化石燃料日益枯竭的迫切问题，世界各国都对燃料电池极为 关注，因为燃料电池是一种高效清洁能源，对环境没有或只有很小的污染，并能用可再生性 物质如氢气和甲醇做为燃料。很多国家尤其是发达国家已投入了大量的人力物力和财力对 燃料电池进行广泛的研究和开发。作为发展中国家的中国也加大了对燃料电池研发的投 入。很多省市已把开发燃料电池提升到了战略高度，并把开发燃料电池作为最重要的研发 方向之一。燃料电池是一种电化学能量转换器，把燃料(和氧气)中的化学能直接转化成电 能。电堆是燃料电池系统中的核心部分。电堆是由若干单片膜电极和其他部件(如双极 板、气体扩散层等)摞加在一起组成。一个电堆中可能有几百片膜电极、双极板、和气体扩 散层。燃料在电堆的阳极被氧化，氧气(一般来自空气)在电堆的阴极被还原。只要有燃 料和氧气不停地输入，燃料电池就能源源不断地产生电能。反应式(1)表述了氢气在阳极 的氧化过程，反应式⑵表述了甲醇在阳极的氧化过程，反应式⑶表述了相应的氧气在阴 极的还原过程H2 = 2H++2e"(1)CH30H+H20 = C02+6H++6e"(2)02+4H++4e" = 2H20(3)电堆是一个燃料电池系统的核心部分，通常有液体冷却和空气冷却两种。通过液 体冷却的电堆包含有液体冷却板，这些板上有让液体流过的通道，冷却液在这些密封的通 道中流动，空气和氢气也在各自的密封通道中流动。目前最常见的通过空气冷却的电堆类 似蜂窝状，如图1所示，空气通道3是敞开的，从电堆1的一侧通过这些敞开的“蜂窝”通道 而流到另一侧。这些空气既为阴极电化学反应提供气体，又把电堆产生的热带走。由于空气的热容量比液体小得多，为了能有效地把电堆产生的热量带走，空冷电 堆在空气流通的方向一般不会超过15厘米厚。若想提高电堆的输出功率，只能增加极板 的长度或增加极板的数目。这样，一个几千瓦的空冷电堆长度c和高度a就会远大于厚度 b (如图2所示，m表示空气流动方向)。另外，由于空气的进出都直接敞开与大气，在电堆厚 度方向的前后都不能有阻碍物，否则，空气的流通就会受到阻碍，影响电堆的正常工作。这 样，现有技术中在集成采用空冷电堆的燃料电池系统时，比较大的其它模块如DC-DC变换 器等通常置于电堆的上下或左右，加上本来就又长又高的电堆，整个系统就更加又长又高； 而相比之下，整个系统在厚度方向就太薄了。这样一个很长、很高、但很薄的系统不但在外 观上不吸引人，而且给搬运和安装也增加了麻烦。另外，众所周知，电器模块如DC-DC工作 时会产生热量，要用散热装置如风扇把热量散走，否则DC-DC上的一些电器元件会被烧毁。发明内容针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构合理的空冷电堆燃 料电池系统，使得空冷电堆燃料电池系统在长度、宽度和高度三个方向上的尺寸都比较合 理，避免空冷电堆燃料电池系统因某个方向上的尺寸过大而造成整体外观效果差以及由此 带来的搬运和安装不便。本发明的技术方案是这样实现的空冷电堆燃料电池系统，包括具有空气通道的 空冷电堆，沿空气流动方向m在所述空冷电堆的一侧为空气进入侧、另一侧为空气排出侧， 所述空气进入侧与所述空气排出侧通过所述空气通道导通；还包括设置在所述空气进入侧 的片式电子模块，所述片式电子模块的最大平面垂直于所述空气通道的进气平面。上述空冷电堆燃料电池系统，所述片式电子模块在所述空冷电堆上的投影不在所 述空气通道的进气平面上。上述空冷电堆燃料电池系统，所述片式电子模块与所述空冷电堆的最小距离大于 O0上述空冷电堆燃料电池系统，所述片式电子模块为片式DC-DC变换器或其它电路 板。上述空冷电堆燃料电池系统，所述DC-DC变换器并联在一起。上述空冷电堆燃料电池系统，所述DC-DC变换器串联在一起。上述空冷电堆燃料电池系统，所述DC-DC变换器混联在一起。本发明的有益效果是由于在本发明的空冷电堆燃料电池系统中采用片式模块代 替体积大的常规模块，且片式电子模块的最大平面垂直于空冷电堆上的空气通道的进气平 面，进而不影响空气均勻进入空冷电堆的空气通道中，这样就可以使空冷电堆燃料电池系 统在长、宽、高三个方向的尺寸都比较合理，整体外观效果好，并且方便搬运和安装。同时还解决了为片式电子模块的散热问题，可以省略掉为薄片式DC-DC变换器或 电路板等配备散热装置(如风扇等)；另外，流经薄片式DC-DC变换器或电路板的空气被加 热，从而还实现了为流经空气通道的冷空气进行预热。
图1为现有技术中空冷电堆的正视图；图2为现有技术中空冷电堆的侧视图；图3本发明空冷电堆燃料电池系统的结构示意图；图4本发明空冷电堆燃料电池系统的另一种结构示意图。图中1-空冷电堆，2-片式电子模块，21-最大平面，3-空气通道，31-进气平面。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步的说明如图3所示，本实施例的空冷电堆燃料电池系统包括具有空气通道3的空冷电堆 1，沿空气流动方向m在所述空冷电堆1的一侧为空气进入侧、另一侧为空气排出侧，所述空 气进入侧与所述空气排出侧通过所述空气通道3导通；还包括设置在所述空气进入侧的片式电子模块2，所述片式电子模块2的最大平面21垂直于所述空气通道3的进气平面31。 所述片式电子模块2在所述空冷电堆1上的投影不在所述空气通道3的进气平面31上，从 而使得所述片式电子模块2不影响空气均勻进入所述空冷电堆1的所述空气通道3中，本 实施例中所述片式电子模块2的设置方式是本发明创造最为优选的设置方式。在本实施例 中，所述片式电子模块2为薄片式DC-DC变换器，所述薄片式DC-DC变换器并联在一起。在本实施例的空冷电堆燃料电池系统中，所述空冷电堆1和多个所述薄片式 DC-DC变换器的组装方式能够合理、有效地利用燃料电池系统内的空间；同时反应气之一 空气在经过所述薄片式DC-DC变换器时对所述薄片式DC-DC变换器起到冷却作用，而空气 本身又得到预热。在具体应用的时候，常规所用的大体积DC-DC变换器被多块很薄的所述薄片式 DC-DC变换器所取代，它们被平行地安置在和所述空冷电堆1的空气进出方向平行的方向 上，即所述薄片式DC-DC变换器设置在所述空气进入侧并且所述薄片式DC-DC变换器的最 大平面垂直于所述空气通道3的所述进气平面31 ；由于所述片式电子模块2在所述空冷电 堆1上的投影不在所述空气通道3的进气平面31上，在本实施例中所述薄片式DC-DC变换 器可以与所述空冷电堆1保持一定的距离，也可以紧贴所述空冷电堆1设置，优选所述薄片 式DC-DC变换器与所述空冷电堆1保持一定的距离，这样更加有利于空气进入所述空气通 道3中。由于每一片所述薄片式DC-DC变换器都很薄，它们对空气的流动基本上不增加多 大阻力，而且不影响空气能均勻地进到所述空冷电堆1的空气通道3中。这种薄片式DC-DC 变换器的安置方式就使本实施例的空冷电堆燃料电池系统在所述空冷电堆1的厚度方向 的尺寸增加了，从而使得本实施例的空冷电堆燃料电池系统的长、宽、高尺寸趋于合理，外 观效果好，方便搬运和安装。在其它一些实施例中，所述片式电子模块2在所述空冷电堆1上的投影也可以在 所述空气通道3的进气平面31上，如图4所示。在这种情况下空气进入所述空气通道3可 能会受到阻碍、流畅性变差；为了减小所述片式电子模块2对空气的阻碍，所述片式电子模 块2与所述空冷电堆1的最小距离要大于0并且所述片式电子模块2与所述空冷电堆1的 最小距离要通过流体力学计算或实际测试来确定，以保证空气均勻进入所述空气通道3。此 外，作为一种较为极端的情况(即本发明创造较差的实施方式)，所述片式电子模块2在所 述空冷电堆1上的投影也可以完全覆盖住所述空气通道3的进气平面31，这时只要所述片 式电子模块2与所述空冷电堆1的最小距离足够大(此时空冷电堆燃料电池系统整体外观 尺寸也相对增大)，也同样可以实现本发明创造的发明目的。另外，所述薄片式DC-DC变换器工作时会产生热量，现有技术中要用散热装置如 风扇把热量散走，否则所述薄片式DC-DC变换器上的一些电器元件会被烧毁。本发明把所 述薄片式DC-DC变换器置于所述空冷电堆1所需空气的入口端，进来的冷空气在通过这些 薄片式DC-DC变换器时会对它们起到自然的冷却作用，而无需安置额外的风扇。再次，冷空气在通过这些薄片式DC-DC变换器时会被加热，这在外界环境温度比 较低时相当于对空气的有效预热，从而使所述空冷电堆1能保持在较理想的温度范围，而 无需安置额外的加热装置来预热空气。此外，燃料电池中所需的一些其它薄片式部件如电路板也可以像图3中所示的方 式和空冷电堆1结合。由于电路板都很薄，它们也不会对空气的流动来了多少阻力，同时，[0032] 在其它一些实施例中，所述薄片式DC-DC变换器也可以串联在一起或者采取既有 串联又有并联的混联模式。
权利要求1.一种空冷电堆燃料电池系统，包括具有空气通道(3)的空冷电堆(1)，沿空气流动方 向m在所述空冷电堆(1)的一侧为空气进入侧、另一侧为空气排出侧，所述空气进入侧与所 述空气排出侧通过所述空气通道(3)导通，其特征在于，还包括设置在所述空气进入侧的 片式电子模块O)，所述片式电子模块O)的最大平面垂直于所述空气通道(3)的进 气平面(31)。
2.根据权利要求1所述的空冷电堆燃料电池系统，其特征在于，所述片式电子模块(2) 在所述空冷电堆(1)上的投影不在所述空气通道(3)的进气平面(31)上。
3.根据权利要求1所述的空冷电堆燃料电池系统，其特征在于，所述片式电子模块(2) 与所述空冷电堆(1)的最小距离大于O。
4.根据权利要求1-3任一所述的空冷电堆燃料电池系统，其特征在于，所述片式电子 模块(2)为片式DC-DC变换器或电路板。
5.根据权利要求4所述的空冷电堆燃料电池系统，其特征在于，所述片式DC-DC变换器 并联在一起。
6.根据权利要求4所述的空冷电堆燃料电池系统，其特征在于，所述片式DC-DC变换器串联在一起。
7.根据权利要求4所述的空冷电堆燃料电池系统，其特征在于，所述片式DC-DC变换器混联在一起。
专利摘要本实用新型公开一种空冷电堆燃料电池系统，包括具有空气通道的空冷电堆，沿空气流动方向m在所述空冷电堆的一侧为空气进入侧、另一侧为空气排出侧；所述空气进入侧与所述空气排出侧通过所述空气通道导通；还包括设置在所述空气进入侧的片式电子模块，所述片式电子模块的最大平面垂直于所述空气通道的进气平面，不影响空气均匀进入电堆的空气通道。本实用新型的空冷电堆燃料电池系统结构合理，使得空冷电堆燃料电池系统在长度、宽度和高度三个方向上的尺寸都比较合理，避免空冷电堆燃料电池系统因某个方向上的尺寸过大而造成整体外观效果差以及由此带来的搬运和安装不便；同时解决了为片式电子模块散热和为冷空气预热的问题。
文档编号H01M8/04GK201845831SQ20102061040
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者吴望生, 段惠松, 齐志刚 申请人:武汉银泰科技燃料电池有限公司