质子交换膜燃料电池的气体流道结构制造技术

本发明专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池的气体流道结构，包括若干个叠加在一起构成电堆的基本电池单元，所有基本电池单元被分成至少两组，每组电池单元采用独立的进气立井通道用于仅向该组中各基本电池单元供气，同样每组电池单元还采用独立的排气立井通道仅用于该组中各基本电池单元的排气。本发明专利技术以改善电堆气体的不均匀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是质子交换膜燃料电池，具体来说涉及的是质子交 换膜燃料电池的气体流道和流场设计。技术背景质子交换膜燃料电池电堆是由多个基本电池单元叠加而成的。而 每一个基本电池单元，则是由两块平行的气体导流板和夹在它们中间的一片膜电极集合体所组成。为向各基本电池单元供燃料气和助燃 气，以及排出反应后的水和过量的气体，还设置有进气通道和排气通 道。如图1所示，现有的技术是对燃料电池的燃料气体(例如氢气)设有一气体立井通道X1贯穿电堆的所有基本电池单元，每一基本电 池单元的气体导流板1的进气口 Yl连通该气体立井通道X1。同样 地，对于助燃气体(空气或氧气)，每一基本电池单元的气体导流板 的进气口也是全部连通到同一个助燃气体的立井通道。同样的，所有 基本电池单元的燃料气体导流板和助燃气体导流板的出气口都分别连接到同一个燃料气体的出气立井通道和助燃气体的出气立井通道， 并排出到电堆外部。上述气体流道的设计方式，对各基本电池单元组来讲，是一种并 联进气和并联排气的方式。但是，随着基本电池单元数目的增加，各 单元气体供给和排放的不均匀性明显增加，特别是在燃料电池工作过程中，各单元气体导流板的气体流道上会产生大量的水份(包括生成 水和湿化气体时所带来的水份)，这些水份会被流动的气体带走大部 分，但仍有少部分残留在流道内，时间一长，残留在流道里的水份会 越来越多，而由于各单元的个体差异性，水份残留越多的单元气体阻 力就越大，阻力增大又使气体流量减少，随气体带走的水份就越少， 形成恶性循环，该单元性能会严重下降。在这一过程里，由于各基本电池单元的气体都是来自于同一个进 气的气体立井通道并且排放到同一个排气的立井通道，气体总是会从 阻力小的基本电池单元通过，而不会走阻力大的基本电池单元， 一旦 形成这种状况又很难改善阻力大的单元的流道情况，使其恢复正常。 因此电堆的整体性能就会逐渐降低。
技术实现思路
针对目前质子交换膜电池电堆各基本电池单元都是全部并联进 气和并联出气造成的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种质子交换 膜燃料电池气体流道结构，以改善由上述原因造成的气体分配不均匀 问题。本专利技术采用如下技术方案 一种质子交换膜燃料电池的气体流道 结构，包括若干个叠加在一起构成电堆的基本电池单元，所有基本电 池单元被分成至少两组，每组电池单元采用独立的进气立井通道用于 仅向该组中各基本电池单元供气，同样每组电池单元还采用独立的排 气立井通道仅用于该组中各基本电池单元的排气。由于构成一个质子交换膜燃料电池电堆的基本电池单元被分成至少两组，分别采用独立的进气立井通道和排气立井通道用于该组的 进气和排气，所以每一组可以独立控制供气，相对于把电堆中所有基 本电池单元并联的方式来说，可改善气体分配不均匀问题。当每组电 池单元仅包含一个基本电池单元时，可实现对每一个基本电池单元的 独立进气和排气控制，因此可以有效解决并联方式带来的不均匀性问 题，即使这种差异仍然存在，也可以通过调节各自气路的进、排气控 制系统，可以有效地改善指定的任一基本电池单元的气路状况，排出 积水，使其恢复到最佳状态。但由于各立井通道要去到每一个基本电 池单元组，即各进气立井通道的数量和各排气立井通道的数量与被分 成的电池单元的组数是一致的，因此当一个电堆采用的基本电池单元 较多时其基本电池单元的结构较复杂，外部控制部件和连接设备会较 多，增加了成本。实用上为了减少外部硬件控制和连接设备的大量增 加，可以采用折中方法，由多于一个的基本电池单元使用同一组气体 进出的立井通道，但使用同一立井通道的基本电池单元数目不应该超 过5个，即每组电池单元以由2-5个基本电池单元叠加而成为宜。所述的进气立井通道包括燃料气体进气立井通道和助燃气体进 气立井通道，所述的排气立井通道包括燃料气体排气立井通道和助燃 气体排气立井通道。这有利于对每组电池单元的燃料气和助燃气分别 进行控制。所述的燃料气体进气立井通道、助燃气体进气立井通道、燃料气 体排气立井通道和助燃气体排气立井通道均贯穿从电堆的一端(或两 端)到达其所作用的电池组所必须通过的每一个基本电池单元，形成在电池电堆的一端(或两端)安装进排气管的结构。本专利技术通过将构成一个电堆的所有基本电池单元分成多组，以采 用独立的进气立井通道和排气立井通道以分别独立控制每组的进气 和排气，因此可以改善电堆气体的不均匀问题。 附图说明图1为现有质子交换膜燃料电池的气体流道布置方式示意图。图2为本专利技术的质子交换膜燃料电池的气体流道布置方式示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以助于理解 本专利技术的内容。如图2所示， 一个质子交换膜燃料电池电堆由三组电池单元叠加 而成，即由第一组电池单元l、第二组电池单元2、第三组电池单元 3依次叠加而成，每一组电池单元又可以采用一个基本电池单元或者 由2 5个基本电池单元叠加而成。同时设置三个燃料气体进气立井 通道，分别为X1、 X2、 X3，形成三个独立的燃料气体进气立井通道。在第一组电池单元1中的所有基本电池单元都通过燃料气体导 流板上的进气口 Yl与立井通道X1相通，而与另两个立井通道X2、 X3不通。第二组电池单元2中的所有基本电池单元都通过燃料气体导流 板上的进气口 Y2与立井通道X2相通，而与另两个立井通道X1、 X3 不通。第三组电池单元3中的所有基本电池单元都通过燃料气体导流板上的进气口 Y3与立井通道X3相通，而与另两个立井通道X1、 X2 不通。这样三个燃料气体进气立井通道XI、 X2、 X3只分别向其中一 组电池电堆的基本电池单元供燃料气体，使得每组电池单元之间燃料 气的供应是独立控制的。同样，助燃气体进气以及助燃气体排气、燃料气体排气的立井通 道与图2所示的燃料气体进气立井通道的方式相同，这样就能够实现 了整个燃料电池电堆中多组电池单元各气体进出的独立控制，控制更 加灵活方便，可改善不同组间气体分布不均匀问题。当构成电堆所用 的基本电池单元数较少时可以使每组电池单元只有一个基本电池单 元构成，能够完全实现独立控制。当较多时，则可使每组中由多个基 本电池单元构成，但以不超过5个为宜。权利要求1、一种质子交换膜燃料电池的气体流道结构，包括若干个叠加在一起构成电堆的基本电池单元，其特征在于所有基本电池单元被分成至少两组，每组电池单元采用独立的进气立井通道用于仅向该组中各基本电池单元供气，同样每组电池单元还采用独立的排气立井通道仅用于该组中各基本电池单元的排气。2、 如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的气体流道结构， 其特征在于所述每组电池单元由一个基本电池单元构成。3、 如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的气体流道结构， 其特征在于所述每组电池单元由2-5个基本电池单元叠加构成。4、 如权利要求1至3中之一所述的质子交换膜燃料电池的气体 流道结构，其特征在于所述的进气立井通道包括燃料气体进气立井 通道和助燃气体进气立井通道，所述的排气立井通道包括燃料气体排 气立井通道和助燃气体排气立井通道。5、 如权利要求4所述的质子交换膜燃料电池的气体流道结构，其特征在于所述的燃料气体进气立井通道、助燃气体进气立井通道、 燃料气体排气立井通道和助燃气体排气立井通道均贯穿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池的气体流道结构，包括若干个叠加在一起构成电堆的基本电池单元，其特征在于：所有基本电池单元被分成至少两组，每组电池单元采用独立的进气立井通道用于仅向该组中各基本电池单元供气，同样每组电池单元还采用独立的排气立井通道仅用于该组中各基本电池单元的排气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚赤光，骆欣，
申请(专利权)人：重庆宗申技术开发研究有限公司，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]