[发明专利]一种质子交换膜燃料电池单元及燃料电池堆和组装工艺及控制方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池单元，其特征在于，该燃料电池单元是一个独立的燃料电池，由氢气配流器、氢气流场板、膜组件MEA、氧气流场板、氧气配流器依次组装而成，氢气流场板兼做负极集流端为负极流场板，氧气流场板兼做正极集流端为正极流场板，其中由氢气配流器组成氢气的进、出口，并与负极流场板的氢气的进、出口分别相连，由氧气配流器组成氧气的进、出口，并与正极流场板的氧气的进、出口分别相连，采用焊接方式，将由氢气配流器组成氢气的进、出口与负极流场板的氢气的进、出口分别相连，将由氧气配流器组成氧气的进、出口与正极流场板的氧气的进、出口分别相连，燃料电池单元并联电压传感器检测、采样电压到控制单元，通过控制单元发出指令控制相应单元的氢气进气电动调节阀门、氧气进气电动调节阀门，并由燃料电池单元的氢气出口、氧气出口配置的气体流量传感器采样、反馈给控制单元，进行精确调控氧气或氢气的流量，适时地控制燃料电池单元。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池单元，其特征在于，所述膜组件MEA由负极电极、隔膜、正极扩散电极热合而成。

3.根据权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池单元，其特征在于，所述负极流场板和所述正极流场板，采用金属板成型工艺形成设计要求的流道，在流场区域部分表面处理一层致密的抗腐蚀层。

4.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池单元，其特征在于，所述抗腐蚀层材料为PTFE。

5.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池单元，其特征在于，所述负极电极，由炭布或炭纸或者金属泡沫板为基体，涂布微孔层、扩散层、催化层，四周镶金属压条与基体紧密相连接触；所述隔膜是磺化的全氟多孔膜，氢离子可以自由通过，阻隔氢气和氧气通过，并紧密与负极电极、正极扩散电极热合在一起；所述正极扩散电极由炭布或炭纸或者金属泡沫板为基体，涂布微孔层、扩散层、催化层，四周镶金属压条与基体紧密相连接触。

6.根据权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池单元，其特征在于，该燃料电池单元四周安装有U型密封绝缘金属压条组件，该密封绝缘金属压条组件由金属U型压条与绝缘垫组成，机械设备在四周通过绝缘垫的变形量控制正负极分别与正负极流场板的接触确保接触电阻。

7.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池单元，其特征在于，所述密封绝缘金属压条组件压缩后，施于机械压力，在所述密封绝缘金属压条组件上形成圆型对称凹坑，通过电阻焊焊接在一起，以确保接触压力和密封效果。

8.一种质子交换膜燃料电池堆，其特征在于，由若干权利要求1所述的燃料电池单元、正极引出端子、第一端板、若干液冷板、第二端板、负极引出端子、电池堆紧固螺栓、氢气进口、冷却液出口、氢气出口、氧气进口、冷却液进口、氧气出气口组成；其中燃料电池单元之间的气体、冷却液通道通过密封圈、连接块组合在一起，并在每个燃料电池单元间并联分配气量和冷却液，电连接通过一个燃料电池单元的负极端子、正极端子分别与另一个燃料电池单元的正极端子、负极端子串联连接，最终分别连接到正极引出端子、负极引出端子，所述若干燃料电池单元设置在第一端板和第二端板之间，若干液冷板分别设置在燃料电池单元之间或燃料电池单元与第一端板、第二端板之间。

9.一种质子交换膜燃料电池堆组装工艺，其特征在于，将权利要求1所述的燃料电池单元一个一个串联放置在一起形成燃料电池堆，若干液冷板可以分别设置在燃料电池单元之间或燃料电池单元与第一端板、第二端板之间，其中燃料电池单元之间的气体、冷却液通道通过密封圈、连接块组合在一起，并在每个燃料电池单元间并联分配气量和冷却液，电连接通过一个燃料电池单元的负极端子、正极端子分别与另一个燃料电池单元的正极端子、负极端子串联连接，最终分别连接到正极引出端子、负极引出端子，然后，将第一端板、第二端板装上，使得串联的燃料电池单元和/或液冷板位于第一端板、第二端板之间，然后，使用电池堆紧固螺栓插入相应的安装孔中进行安装固定，从而形成燃料电池堆组。

10.一种权利要求8所述的质子交换膜燃料电池堆的控制方法，其特征在于，每个电池单元并联电压传感器检测、采样电压到控制单元，通过控制单元发出指令控制相应单元的氢气/氧气进气电动调节阀门，并由电池单元的氢气/氧气出气口配置的气体流量传感器采样、反馈给控制单元，进行精确调控氧气或氢气的流量，适时的控制电池单元以及整个电池系统。