专利名称：一种可使集成式燃料电池正负极引线布置合理的方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种可使集成式燃料电池正负极引线布置合理的方法。
背景技术：
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达
阳极反应阴极反应在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的导流孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池既可以用作车、船等运载工具的动力系统，又可以用作移动式或固定式的发电站。
燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。作为车、船动力或发电站大功率的燃料电池发电系统方面的应用，要求可以输出几十千瓦，甚至输出几百千瓦的功率。对这样大功率的输出要求，必须有相应的大功率输出的燃料电池堆与支持运行系统。
大功率输出的燃料电池堆工程设计与制造，从技术与制造成本方面来分析，一般无法采用一个由许多块大活性面积极板构成的巨型大功率单堆方法，而是采用由多个中小功率燃料电池堆模块集成在一起达到大功率输出要求的方法。
现有的大规模、大功率的燃料电池如图1所示，其中1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16为各电池堆模块上的电流集流母板，作正负极。17为中央总集流、导流面板。A为第一对相对应的二组电池堆模块，B为第二对相对应的二组电池堆模块，C、D为第三、第四对相对应的二组电池堆模块。现有的各电堆间正负极连接为3与2串联，1与8串联，7与6串联，5与12串联，11与10串联，9与16串联，15与14串联，最后13与4电流集流母板作为整个集成式燃料电池正负极向外输出端。可以看出，这个集成式燃料电池的若干正负极串联引线在电堆的两侧，其跨越独立式电堆模块数量较多，引线空间布置很不合理。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可使集成式燃料电池正负极引线布置合理的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种可使集成式燃料电池正负极引线布置合理的方法，其特征在于，该方法包括将燃料电池左右两侧同一组的二个电堆模块中各个导流极板加工完全一样，并使各个单电池正负极取向完全一致，这样这两个模块就可以直接通过各自的集流母板串联连接；而相邻的另一组的二个电堆模块中燃料电池各个导流极板加工完全一样，但是却与相邻组中的燃料电池各个导流极板成镜像加工，使这一组中各个单电池正负极取向、排列虽然完全一致，但与相邻组的正负极取向恰好相反，这样这相邻两组电堆模块就可以通过各自的集流母板很容易实现正负极串联连接，使得正负极引线处于整个电堆的同侧，并在空间连接上实现距离最小化。
与现有技术相比，本发明可使大功率集成式燃料电池堆的正负极接线空间安排合理，可以根据实际需要来布置其电流输出端的位置。
图1为现有的集成式燃料电池堆正负极引线布置示意图；图2为本发明集成式燃料电池堆正负极引线布置示意图；图3为本发明集成式燃料电池堆空气导流极板的结构示意图；图4为本发明集成式燃料电池堆氢气导流极板的结构示意图；图5为与图3呈镜像加工的空气导流极板的结构示意图；图6为与图4呈镜像加工的氢气导流极板的结构示意图。
具体实施例方式
如图2～6所示，一种可使集成式燃料电池正负极引线布置合理的方法，其特征在于，该方法包括将燃料电池左右两侧同一组的二个电堆模块中各个导流极板加工完全一样，并使各个单电池正负极取向完全一致，这样这两个模块就可以直接通过各自的集流母板串联连接；而相邻的另一组的二个电堆模块中燃料电池各个导流极板加工完全一样，但是却与相邻组中的燃料电池各个导流极板成镜像加工，使这一组中各个单电池正负极取向、排列虽然完全一致，但与相邻组的正负极取向恰好相反，这样这相邻两组电堆模块就可以通过各自的集流母板很容易实现正负极串联连接，使得正负极引线处于整个电堆的同侧，并在空间连接上实现距离最小化。
在本实施例中，同一组左右两侧二个电堆模块中各个导流极板的加工方法，并经过多个单电池叠加成堆后，各个单电池正负极取向完全一致。
图3、图4是一种10-20KW电堆模块中导流双极板的正反面，尺寸为206×206×1.5mm，正面是燃料氢导流场加工图，反面是氧化剂空气导流场加工图；双极板中间内置冷却流体导流夹层(图未示)。
当这种许多块双极板与“三合一”电极按串联叠加成堆时，各个单电池正负极取向完全一致。
如图5、图6所示，相邻同一组左右两侧二个电堆模块各个导流板与图3、图4中的导流板成镜像加工，并经过多个单电池叠加成堆后，各个单电池正负极取向虽然完全一致，但恰好与上述第一组中的正负取向相反。
在图2中，标号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16为表示各电池堆模块上的电流集流母板，作正负极。17为中央总集流母板。A为第一对相对应的二组电池堆模块，B为第二对相对应的二组电池堆模块，C、D为第三、第四对相对应的二组电池堆模块。本发明各电堆间正负极连接为3与2串联，1与5串联，6与7串联，8与12串联，11与10串联，9与13串联，14与15串联，最后16与4电流集流母板作为整个集成式燃料电池正负极向外输出端。可以看出，这个集成式燃料电池的正负引线在整个电堆同侧，空间跨越比原有的引线布置更加合理。
权利要求
1.一种可使集成式燃料电池正负极引线布置合理的方法，其特征在于，该方法包括将燃料电池左右两侧同一组的二个电堆模块中各个导流极板加工完全一样，并使各个单电池正负极取向完全一致，这样这两个模块就可以直接通过各自的集流母板串联连接；而相邻的另一组的二个电堆模块中燃料电池各个导流极板加工完全一样，但是却与相邻组中的燃料电池各个导流极板成镜像加工，使这一组中各个单电池正负极取向、排列虽然完全一致，但与相邻组的正负极取向恰好相反，这样这相邻两组电堆模块就可以通过各自的集流母板很容易实现正负极串联连接，使得正负极引线处于整个电堆的同侧，并在空间连接上实现距离最小化。
全文摘要
本发明涉及一种可使集成式燃料电池正负极引线布置合理的方法，该方法包括将燃料电池左右两侧同一组的二个电堆模块中各个导流极板加工完全一样，并使各个单电池正负极取向完全一致，这样这两个模块就可以直接通过各自的集流母板串联连接；而相邻的另一组的二个电堆模块中燃料电池各个导流极板加工完全一样，但是却与相邻组中的燃料电池各个导流极板成镜像加工，使这一组中各个单电池正负极取向、排列虽然完全一致，但与相邻组的正负极取向恰好相反，这样这相邻两组电堆模块就可以通过各自的集流母板很容易实现正负极串联连接，使得正负极引线处于整个电堆的同侧，并在空间连接上实现距离最小化。
文档编号H01M2/20GK1866597SQ20051002600
公开日2006年11月22日 申请日期2005年5月20日 优先权日2005年5月20日
发明者胡里清, 夏建伟 申请人:上海神力科技有限公司