[发明专利]一种模块化串并联燃料电池堆组

说明书

本发明涉及一种模块化串并联燃料电池堆组，属于燃料电池技术领域；包括n个燃料电池堆单元和导气芯；其中，导气芯为轴向竖直放置的筒状结构；燃料电池堆单元为中心带有通孔的盘状结构；n个燃料电池堆单元同轴竖直堆叠，并套装在导气芯的外壁；导气芯内部设置有环状通气道，通气道与各燃料电池堆单元内壁连通；本发明可达到大活性面积电堆同样的反应区域面积，可灵活扩展燃料电池堆组的功率等级，可避免传统燃料电池堆由于单体故障而导致的停机，提高了燃料电池堆组工作的可靠性。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种模块化串并联燃料电池堆组。

背景技术

燃料电池是一种将氧化剂(空气、氧气等)和还原剂(氢气、储氢材料等)通过电化学氧化还原反应发电的装置。氢能和燃料电池被认为是替代石化能源的新一代可大规模应用的清洁能源体系。燃料电池包括燃料电池堆芯和辅助部件，燃料电池堆芯由几十至数百片单电池串连堆叠形成，单电池包括分配介质流动的双极板和电化学反应的核心结构，即膜电极。辅助部件的功能为压紧燃料电池堆芯，并提供燃料电池氧化剂、还原剂和冷却剂的介质进出口。辅助部件包括前后压紧端板、介质分配部件和介质进出管接口等。

在新能源车领域，目前主流应用为电动汽车，其动力电池组为许多节标准的电芯通过串并联形成，并通过能量管理单元进行电芯的一致性管理。动力电池组中少量的单体电池失效，并不会造成整个动力电池组无法工作，因此电动汽车动力输出的可靠性较好。氢能源动力汽车作为具有巨大潜力的新能源车类型，其原理是通过燃料电池发电，带动电机转动提供车辆前进的驱动力，常见车用燃料电池系统根据车辆功率需求设计单个大功率燃料电池，往往由几百片单电池串连堆叠形成。随着车载燃料电池系统功率需求的不断提高，燃料电池膜电极的活性区域面积越来越大，带来了活性面积内反应介质分布的不均匀程度增加，容易导致一部分单电池单体电压偏低，甚至局部水淹或缺气导致单电池反极，引起燃料电池结构的腐蚀破坏，造成危险，从而使燃料电池整体无法继续工作。

在航天和水下等特殊应用领域，燃料电池的应用首先要确保安全性和可靠性。传统的单电池串连形成的大功率燃料电池，一旦出现某个单电池的性能恶化或失效，将导致整个燃料电池系统无法继续发电工作，制约了燃料电池在这些领域的进一步推广应用。

燃料电池电堆需要连接氧化剂、还原剂和冷却剂的进出口，因此燃料电池结构相对于蓄电池来说更加复杂，不同功率等级的燃料电池需要单独设计，且燃料电池为单电池串连组装结构，无法做到动力电池组串并联的组成方式，导致燃料电池一旦单电池发生故障，则整个燃料电池无法继续工作，运行可靠性较动力电池组较差。此外，由于对燃料电池功率需求的不断增加，燃料电池膜电极活性反应区域的面积越来越大，反应物浓度、温度、电流密度等一致性变差，进一步恶化了燃料电池工作的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种模块化串并联燃料电池堆组，可达到大活性面积电堆同样的反应区域面积，可灵活扩展燃料电池堆组的功率等级，可避免传统燃料电池堆由于单体故障而导致的停机，提高了燃料电池堆组工作的可靠性。

本发明解决技术的方案是：

一种模块化串并联燃料电池堆组，其特征在于：包括n个燃料电池堆单元和导气芯；其中，导气芯为轴向竖直放置的筒状结构；燃料电池堆单元为中心带有通孔的盘状结构；n个燃料电池堆单元同轴竖直堆叠，并套装在导气芯的外壁；导气芯内部设置有环状通气道，通气道与各燃料电池堆单元内壁连通；n为大于等于2的正整数。

在上述的一种模块化串并联燃料电池堆组，所述燃料电池堆单元包括堆芯骨架、m个燃料电池堆芯、上盖板和下盖板；其中，堆芯骨架为中空圆盘结构；m个燃料电池堆芯从堆芯骨架顶部安装在堆芯骨架的内腔中；上盖板和下盖板均为盖状结构；上盖板从上至下罩在堆芯骨架的顶部；下盖板从下至上罩在堆芯骨架的底部；m为不小于4的偶数。