一種一體化燃料電池的制作方法

本發明涉及燃料電池技術領域，更具體地涉及一種一體化集成設計的燃料電池。

背景技術：

燃料電池是將氫氣等燃料和空氣中氧氣等氧化劑的化學能通過電化學反應直接轉化為電能的高效潔凈發電裝置，具有發電效率高、環境污染少等優點，應用前景極其廣闊。現有燃料電池產品通常含有多個層狀的單電池單元形成的層疊體，層疊體兩端加上端板、集流板等組件形成了燃料電池的主體部分——燃料電池堆。另外為了實現燃料電池的正常工作，還必須有一套相應的輔助系統，包括反應物供給系統、散熱系統、排水系統、電性能控制系統及安全裝置等，即燃料電池的控制系統。

現有技術中，燃料電池堆和控制系統一般采用分體式設計(如說明書附圖圖1所示)，燃料電池主體結構和控制系統的控制反饋模塊分開設計，燃料電池控制系統的控制反饋模塊集成于一體，外面設置保護殼及散熱組件，其通過控制線路(各種規格導線的集合體)和燃料電池各功能組件相連，實現對電池運行的控制，并輸出所需規格的電流。但是這種燃料電池結構緊湊性不好，需要占用較大的用電設備空間，安裝難度也較大。

為解決上述技術問題，有必要提供一種新型的一體化燃料電池，提高燃料電池的結構集成化程度，方便燃料電池的安裝。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種新型的一體化燃料電池，提高電池結構的集成化程度，以方便燃料電池的安裝及用電設備的空間設計。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種一體化燃料電池，包括燃料電池堆、集成式控制系統。所述燃料電池堆由多個單電池單元、集流板、端板、反應物進出口及管道組成，電池堆還可以再增設外殼用來保護燃料電池堆主體結構并方便其他功能組件的安裝；所述集成式控制系統由控制及電力轉化集成板、燃料電池堆散熱組件、反應物輸入控制組件、反應產物排放控制組件、保護殼、控制線路組成，用來進行燃料電池反應物料進出控制、溫度檢測、燃料電池散熱、輸出電流的采集調節、安全防護等。所述集成式控制系統中的控制及電力轉化集成板、控制線路、保護殼與所述燃料電池堆中的端板、外殼集成設計，形成一體化結構。

進一步地，所述燃料電池堆可采用空冷型或液冷型，空冷型燃料電池堆的散熱組件為風扇，液冷型燃料電池堆的散熱組件為泵驅循環液冷系統。

較佳地，所述燃料電池堆的端板上設有減重槽或減重孔，所述集成式控制系統中的控制及電力轉化集成板、控制線路的外形尺寸與所述燃料電池堆端板減重槽或減重孔的外形尺寸相配合，所述控制控制及電力轉化集成板上的電子元件和控制線路全部或部分安裝于所述燃料電池端板減重槽或減重孔內部，所述控制電路板和電力轉換組件外側設有保護殼，保護殼固定于所述電池堆端板上。

進一步地，所述集成式控制系統的保護殼和控制及電力轉化集成板的散熱器合為一體，采用導熱性能良好的金屬材質制成，保護殼外部還可以根據散熱需求再設置散熱槽或散熱翅片用來提高散熱效率。

進一步地，所述集成式控制系統中的控制及電力轉化集成板、控制線路也可安裝在所述燃料電池堆的外殼上，此種情況下在外殼的外側固定有所述集成式控制系統的保護殼，控制及電力轉化集成板安裝在保護殼和燃料電池端板之間的結構空間內，或者利用燃料電池堆外殼和控制系統保護殼的結構空間而安裝在這兩種殼體之間的空腔內。為保證上述兩種殼體的良好散熱性能，其均采用導熱性能良好的金屬材料制成，還可以根據散熱需求設置一定量的散熱孔、散熱槽或散熱翅片。

本發明與現有技術相比，其有益的效果是：

1、將燃料電池堆及燃料電池控制系統設計為一體，燃料電池的安裝更加方便，也有利于簡化用電設備的結構設計。

2、將燃料電池集成式控制系統中的控制及電力轉化集成板、控制線路、保護殼與燃料電池堆中的端板、外殼集成設計，充分利用各個組件的結構空間，如減重孔、凹槽、組件間的空腔及間隙等來放置其他組件，提高了燃料電池的結構緊湊性，可有效節省安裝空間，也能在保證結構強度同時最大限度的降低燃料電池的重量，實現輕量化設計。

3、燃料電池控制系統的控制及電力轉化集成板和電池堆設計為一體，控制電路中的導線固定于電池堆主體結構上，連接牢靠，控制系統的可靠性得到優化。

4、燃料電池的一體化結構相對于分體式結構可以縮短電流輸出導線的長度，在大電流輸出的情況下，可以縮小電能損耗，提高燃料電池的電能利用效率。

附圖說明

圖1為常規燃料電池燃料電池結構示意圖，圖中標號：1-燃料電池主體，2-控制反饋模塊。

圖2至圖5為本發明所述一體化燃料電池結構示意圖，其中圖2為空冷型一體化燃料電池的結構示意圖，圖3為液冷型一體化燃料電池的結構示意圖，圖4為集成式控制系統的保護殼結構示意圖(圖4a設有散熱槽或散熱翅片，圖4b未設散熱槽或散熱翅片)，圖5為燃料電池堆外殼和集成式控制系統集成的結構圖，圖中標號：11-單電池單元，12-集流板，13-端板，14-反應物進出口及管道，15-外殼，131-減重槽，151-散熱孔，21-控制及電力轉化集成板，22-燃料電池堆散熱組件，23-反應物輸入控制組件，24-反應產物排放控制組件，25-保護殼，221-冷卻液儲存箱，222-冷卻液驅動泵，223-冷卻液管道，251-散熱槽。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，所述實施例的一體化燃料電池及常規燃料電池的結構示意圖在附圖中示出，下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用以解釋本發明的技術方案，而不應當理解為對本發明的限制。

如圖1所示，常規燃料電池采用分體式設計，其控制反饋模塊2集中于控制盒內，和燃料電池及其他功能組件通過導線連接，從而實現燃料電池反應物料進出及散熱組件的控制、溫度監測、電壓電流調節等功能，本發明改進后將電池堆和控制系統融合于一體，具體如下：

實施例1：一種空冷型一體化燃料電池，所述如圖2所示，包括燃料電池堆、集成式控制系統。所述燃料電池堆由多個單電池單元11、集流板12、端板13、反應物進出口及管道14組成；所述集成式控制系統由控制及電力轉化集成板21、燃料電池堆散熱組件(即風扇)22、反應物輸入控制組件23、反應產物排放控制組件24、保護殼25、控制線路(圖中未示出，為連接燃料電池各功能組件的導電線路)組成，用來進行燃料電池反應物料進出控制、溫度檢測、燃料電池散熱風扇轉速、輸出電流的采集調節、安全防護等。

所述燃料電池堆的端板13上設有減重槽131(也可為減重孔)，所述集成式控制系統的控制及電力轉化集成板21、控制線路的外形尺寸與所述燃料電池端板減重槽131或減重孔的外形尺寸相配合，所述控制及電力轉化集成板21上的電子元件和控制線路全部或部分安裝于所述燃料電池端板減重槽131或減重孔的內部，所述控控制電路板及電力轉化集成板21外側設有保護殼25，保護殼25固定于所述電池堆端板13上。

所述集成式控制系統的集成式控制系統的保護殼25的結構圖如圖4所示，其和控制及電力轉化集成板21的散熱器合為一體，采用導熱性能良好的金屬材質制成，保護殼外部還設置了散熱槽251(也可為散熱翅片)用來提高散熱效率(在散熱效果滿足使用要求的情況下，保護殼上的散熱槽或散熱翅片可以省略，如圖4b所示)。

實施例2：一種液冷型一體化燃料電池，如圖3所示，包括燃料電池堆、集成式控制系統。所述燃料電池堆由多個單電池單元11、集流板12、端板13、反應物進出口及管道14組成；所述集成式控制系統由控制及電力轉化集成板21、燃料電池堆散熱組件22(即泵驅循環液冷系統，包括冷卻液儲存箱221、冷卻液驅動泵222、冷卻液管道223、夾持在單電池單元11中間的一個或以上的冷卻板，冷卻板圖中未示出)、反應物輸入控制組件23、反應產物排放控制組件24、保護殼25、控制線路(圖中未示出，為連接燃料電池各功能組件的導電線路)組成，用來進行燃料電池反應物料進出控制、溫度檢測、冷卻液驅動泵功率、輸出電流的采集調節、安全防護等。

所述燃料電池堆的端板13上設有減重槽131(也可為減重孔)，所述集成式控制系統的控制及電力轉化集成板21、控制線路的外形尺寸與所述燃料電池端板減重槽131或減重孔的外形尺寸相配合，所述控制及電力轉化集成板21上的電子元件和控制線路全部或部分安裝于所述燃料電池端板減重槽131或減重孔內部，所述集成式控制系統的控制及電力轉化集成板21外側設有保護殼25，保護殼25固定于所述電池堆端板13上。

所述控制系統的保護殼25如圖4a所示，其和控制及電力轉化集成板21的散熱器合為一體，采用導熱性能良好的金屬材質制成，保護殼外部還設置了散熱槽或散熱翅片251用來提高散熱效率(在散熱效果滿足使用要求的情況下，散熱槽或散熱翅片可以省略，如圖4b所示)。

實施例3：一種一體化燃料電池，包括燃料電池堆、集成式控制系統。所述燃料電池堆由多個單電池單元、集流板、端板、反應物進出口及管道、外殼組成；所述集成式控制系統由控制及電力轉化集成板、燃料電池堆散熱組件、反應物輸入控制組件、反應產物排放控制組件、保護殼、控制線路組成，用來進行燃料電池反應物料進出控制、溫度檢測、燃料電池散熱組件自動控制、輸出電流的采集調節、安全防護等。外殼15安裝于燃料電池堆的外側，用來保護燃料電池堆主體并方便各功能組件的安裝(如圖5所示)，其外側固定有所述集成式控制系統的保護殼25，控制及電力轉化集成板21安裝在保護殼25和燃料電池端板之間的結構空間內(也可直接安裝在外殼15和保護殼25之間的空腔內)，且燃料電池外殼和燃料電池保護殼均采用導熱性能良好的金屬材料制成，外殼15還設置有一定量的散熱孔151(也可為散熱槽或散熱翅片)。