一种微型燃料电池与PCB板的接口的制作方法

本发明属于微型燃料电池技术领域，具体涉及一种微型燃料电池与pcb板的接口。

背景技术：

能源问题一直以来都是国家发展的关键问题，能源技术的创新与开发推动着人类社会产品的快速发展，而微能源技术是能源产业中的重要组成部分；随着科技的不断进步，人们对于能源的需求发生了改变，寻找清洁，高效的新能源供应方式是大势所趋；在此背景下，微型燃料电池技术因其高体积能量密度，理论无限的电池容量，对自然环境友好的产物，越来越受到人们的重视；燃料电池是一种把燃料所具有的化学直接能转换成电能的能量转换装置，已有很长的发展历史；与传统的能量储存或转换装置相比，微型燃料电池具有许多优点，如：适应各种极端环境，不因恶劣天气导致供电中断，稳定可靠；续航时间长，设备一经调试，完全自主运行，节约项目运行期间内的维护费用；装置轻便小巧，方便运输及携行；设备运行过程中噪音极小，电池工作不产生任何污染环境的排放物等；燃料电池有许多不同种类，包括固体氧化物燃料电池(sofc)、氢燃料电池(rfc)、直接甲醇燃料电池(dmfc)。

燃料电池技术国外起步发展较早，正在储能电站、便携式储能设备、燃料电池汽车等领域逐步实现商业化；而我国在20世纪五十年代开始开展燃料电池方面的研究，在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多的突破；新世纪以来，政府十分注重燃料电池的研究开发，陆续开发出30kw级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等关键产品；而近年来，集成电子技术、微电子机械系统(microelectromechanicalsystem，mems)技术得到广泛应用，微型武器装备系统与便携式电子产品向集成化、多功能化方向上发展，同时对其所配备电源提出了更高的要求。

燃料电池技术国外起步发展较早，正在储能电站、便携式储能设备、燃料电池汽车等领域逐步实现商业化；而我国在20世纪五十年代开始开展燃料电池方面的研究，在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多的突破；新世纪以来，政府十分注重燃料电池的研究开发，陆续开发出30kw级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等关键产品；燃料电池今后的发展方向除了电动车辆和热电站等体积较大的大型设备之外，另一研究方向便是使其微小小型化；由于其具有诸多优于普通电池的特点，被寄希望于代替普通电池，用于移动设备，便携式装置等设备；而近年来，集成电子技术、微电子机械系统(microelectromechanicalsystem，mems)技术得到广泛应用，便携式电子产品向集成化、多功能化方向上发展，同时对其所配备电源提出了更高的要求；与此同时mems技术的发展为微能源器件的制作与加工提供了技术保障，使得液相进料的燃料电池向着微小型方向发展。

同时，由于嵌入式设备的快速发展，印刷电路板(pcb)使电路迷你化、直观化，对于固定电路的批量生产和优化用电器布局起重要作用，近年来，其快速发展使得pcb板上的元器件越来越多，应用于pcb板上的元器件种类也越来越多，而液相进料微型直接甲醇燃料电池及电堆作为一种高能量密度的能量转换器，无论是作为集成印刷电路板的常规能源供应装置还是应急能源供应系统，都能够有效的为设备的能源供应提供支持。

而如何将燃料电池与pcb板上的电路系统连接是值得思考的问题，外加的接口设备过于复杂，不能够发挥微型燃料电池小型化，集成化的特点，而燃料电池由于燃料用尽后需要重新注入，或重新更换新电池，且燃料电池的性能受到温度等外界因素影响较大，因此需要独特的接口设计使得电池与电路能够较好的连接；常见pcb板与元器件连接方式为贴板式，悬空式，直插式等方式，无法满足燃料电池与pcb板连接后可方便拆卸，同时能够良好的接触空气的的要求。燃料电池与pcb板连接后，仍使其能够自由的进行燃料的注入，使燃料电池真正成为印刷电路板上的器件；同时，考虑温度等影响燃料电池性能的因素何种接口设计方式能够使得燃料电池发挥出其最优性能。

目前pcb板常用的用于连接电子元器件的方式，一旦完工后，电路很难再次修改，因此在设计之初就要预留燃料电池与电路板的接口。同时，燃料电池的性能受温度影响较大，而集成电路板上由于器件分布及布线不同，因此各区域温度也不尽相同。此外，燃料电池提供能量需要以空气中的氧气为反应物，同时反应生成的气体也需要及时排出，该特性要求了燃料电池在与pcb板连接之后，仍然需要有良好的通气特性。而且目前对燃料电池的研究主要还处于对燃料电池性能的研究和优化阶段，对于如何将成品化的电池与传统的集成电路板通过接口连接起来，还很少有人提及。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种微型燃料电池与pcb板的接口，以解决如下问题：

1、直接甲醇燃料电池在与pcb电路板连接时不能保证反应物产物正常供给与排出的问题。

2、直接甲醇燃料电池与pcb板连接后不方便拆卸的问题

3、不能合理利用pcb电路板上元器件产热来提升电池性能的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种微型燃料电池与pcb板的接口，包括设置在pcb板上的第一连接组件和设置在燃料电池上的第二连接组件，第一连接组件与第二连接组件通过插接、滑轨式连接或子母连接的方式实现可拆卸式连接，pcb板上分别设置有阳极接口和阴极接口，燃料电池上分别设置有阳极极板和阴极极板，阳极极板与阳极接口相连，阴极极板与阴极接口相连，阳极极板与燃料电池内部的储液腔连通，阴极极板与燃料电池内部的换气腔连通。

作为一种优选的方案，第一连接组件包括开设在pcb板上的通孔，第二连接组件包括第一凹槽和第一卡槽，所述通孔与燃料电池的底面形状相适配，燃料电池的外壁与通孔内壁滑动装配，阳极接口和阴极接口顶部均设置有卡勾，阳极极板和阴极极板上分别设置有与卡勾相适配的第一凹槽，通孔内壁设置有第一凸起，燃料电池的外壁设置有与第一凸起相配合的第一卡槽。

作为一种优选的方案，所述阳极极板和阴极极板均设置于燃料电池的下方，阳极极板位于阴极极板的下方，阳极接口和阴极接口分别设置于所述通孔内壁的两侧。

作为一种优选的方案，第一连接组件包括安装在pcb板上的工形滑轨，第二连接组件包括开设在燃料电池上的与工形滑轨相适配的第三凹槽，工形滑轨与第三凹槽滑动装配，所述工形滑轨顶部设置有第二卡槽，所述第三凹槽的内壁顶部设置有与第二卡槽相适配的第二凸起。

作为一种优选的方案，所述阳极极板和阴极极板分别设置于第三凹槽内壁的两侧，所述阳极接口和阴极接口分别设置于工形滑轨外壁的两侧。

作为一种优选的方案，第一连接组件包括安装在pcb板上的立柱，第二连接组件包括设置在燃料电池底部的与通孔相适配的滑道，立柱与滑道滑动装配，滑道内壁设置有第三凸起，立柱外表面设置有与第三凸起相适配的第三卡槽。

作为一种优选的方案，所述阳极极板和阴极极板分别设置与滑道内壁两侧，所述阳极接口和阴极接口分别设置于立柱外壁的两侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明燃料电池和pcb板之间通过插接、滑轨式连接或子母连接的方式实现可拆卸式连接，使得与pcb板连接后的燃料电池仍然能方便的拆卸，自由进行燃料的注入，通过阳极极板与阳极接口之间的连接、阴极极板与阴极接口之间的连接，实现了燃料电池与pcb板之间的热传导，使燃料电池稳定的为集成电路板提供能量的同时还能有效利用pcb板上的其他元器件所产生的热量，以提高燃料电池的性能，同时燃料电池的阴极极板可与空气充分的接触，使得空气能够给燃料电池提供电池内部反应所需要的氧气，同时也能使反应所产生的气体及时排出，避免反应物及产物的堆积对电池性能以及电池内部反应速率造成影响。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为图2中a向的剖面示意图；

图4为本发明实施例3的结构示意图。

其中：阳极接口1；阴极接口2；阳极极板3；阴极极板4；储液腔5；换气腔6；通孔7；第一凹槽8；第一卡槽9；卡勾10；第一凸起11；工形滑轨12；第三凹槽13；第二卡槽14；第二凸起15；立柱16；滑道17；第三凸起18；第三卡槽19。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

为了解决现有技术存在的问题，如图1所示，本发明提供了一种微型燃料电池与pcb板的接口，包括设置在pcb板上的第一连接组件和设置在燃料电池上的第二连接组件，第一连接组件与第二连接组件通过插接的方式实现可拆卸式连接，pcb板上分别设置有阳极接口1和阴极接口2，燃料电池上分别设置有阳极极板3和阴极极板4，阳极极板3与阳极接口1相连，阴极极板4与阴极接口2相连，阳极极板3与燃料电池内部的储液腔5连通，阴极极板4与燃料电池内部的换气腔6连通。

具体而言，第一连接组件包括开设在pcb板上的通孔7，第二连接组件包括第一凹槽8和第一卡槽9，通孔7与燃料电池的底面形状相适配，燃料电池的外壁与通孔7内壁滑动装配，阳极接口1和阴极接口2顶部均设置有卡勾10，阳极极板3和阴极极板4上分别设置有与卡勾10相适配的第一凹槽8，通孔7内壁设置有第一凸起11，燃料电池的外壁设置有与第一凸起11相配合的第一卡槽9。

具体而言，阳极极板3和阴极极板4均设置于燃料电池的下方，阳极极板3位于阴极极板4的下方，阳极接口1和阴极接口2分别设置于通孔7内壁的两侧。

在本实施例中所使用的pcb板为四层板，其由上至下第一层为信号布线一层，第二层为地层，第三层为电源层，第四层为信号布线二层，pcb板各层之间铺铜，相当于导线的作用。

目前，电子元器件与pcb板的安装形式主要为贴片式、悬空式、直插式、嵌入式、固定支架式、弯折式等，而与其它电子元器件不同，燃料电池作为提供电能的供能器件，其安装方式与常规电子元器件有较大差异。

燃料电池的阳极极板3通过阳极接口1与pcb板的地层连接，阴极极板4通过阴极接口2与pcb板的电源层连接，从而实现阳极极板3与地层、阴极极板4与电源层之间的导热，为pcb电路板提供稳定有效的能量供应的同时，又尽量满足燃料电池工作过程中所需要的条件，避免电池工作过程中产生的附加产物对pcb板工作产生影响。

燃料电池与pcb板上的通孔7通过第一凸起11和第一卡槽9之间的配合实现固定，设置卡勾10和第一卡槽9的目的在于进一步提高燃料电池的固定效果。

实施例2

一种微型燃料电池与pcb板的接口，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：该实施例中公开了一种第一连接组件与第二连接组件通过滑轨式连接实现可拆卸式连接的方式，如图2和图3所示，第一连接组件包括安装在pcb板上的工形滑轨12，第二连接组件包括开设在燃料电池上的与工形滑轨12相适配的第三凹槽13，工形滑轨12与第三凹槽13滑动装配，工形滑轨12顶部设置有第二卡槽14，第三凹槽13的内壁顶部设置有与第二卡槽14相适配的第二凸起15，工形滑轨12与燃料电池通过第二卡槽14与第二凸起15的配合实现固定。

具体而言，阳极极板3和阴极极板4分别设置于第三凹槽13内壁的两侧，阳极接口1和阴极接口2分别设置于工形滑轨12外壁的两侧。

与实施例1相比，此种连接方式的优点在于，避免了pcb板上开孔，从而避免了pcb板的强度下降。

实施例3

一种微型燃料电池与pcb板的接口，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：该实施例中公开了一种第一连接组件与第二连接组件通过子母连接实现可拆卸式连接的方式，如图4所示，第一连接组件包括安装在pcb板上的立柱16，第二连接组件包括设置在燃料电池底部的与通孔7相适配的滑道17，立柱16与滑道17滑动装配，滑道17内壁设置有第三凸起18，立柱16外表面设置有与第三凸起18相适配的第三卡槽19，立柱16与燃料电池通过第三凸起18与第三卡槽19之间的配合实现固定。

具体而言，阳极极板3和阴极极板4分别设置与滑道17内壁两侧，阳极接口1和阴极接口2分别设置于立柱16外壁的两侧。

与实施例1相比，此种连接方式的优点在于，避免了pcb板上开孔，从而避免了pcb板的强度下降，同时与实施例2相比结构较为简单，降低了制造成本。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。