[發明專利]一種用于基站備用電源燃料電池電堆的自保溫封裝外殼

無效

• 申請號: 201310043825.7
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103151472A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 顧榮鑫;張超;沈軍;陶少龍;陳凌云;張詩偉;徐麟
• 申請（專利權）人: 昆山弗爾賽能源有限公司
• 主分類號: H01M2/02
• 分類號: H01M2/02;H01M8/04
• 代理公司: 上海宏威知識產權代理有限公司 31250
• 代理人: 金利琴

所屬技術領域

本發明涉及一種質子交換膜燃料電池封裝外殼，尤其涉及一種用于基站備用電源燃料電池電堆的自保溫封裝外殼。

背景技術

燃料電池是通過電催化反應將氧化劑和還原劑的化學能直接轉換成電能的裝置，是一種高效、安全、清潔、靈活的新型發電技術。其中的質子交換膜燃料電池因其具有效率高、能量密度大、反應溫度低、無噪音、無污染等顯著優點而在地面發電站、電動車和便攜式電源等方面具有廣泛的應用前景。燃料電池內部主要由質子交換膜、電化學反應催化劑、擴散層和雙極板組成。當燃料電池工作時，其內部發生下述反應過程：反應氣體在擴散層內擴散，當反應氣體到達催化層時，在催化層內被催化劑吸附并發生電催化反應；陽極反應生成的質子通過質子交換膜內傳遞到陰極側，電子經外電路到達陰極，同氧分子反應結合成水，同時放出熱量。電極反應為：

陽極（負極）：H₂→2H⁺+2e

陰極（正極）：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

電池反應：H₂+1/2O₂→H₂O

一個典型的質子交換膜燃料電池中，膜電極放在兩塊導電的導流極板中間，兩塊導流板分別是陽極燃料的導流板與陰極氧化劑的導流板。這樣形成的一個燃料電池稱為單電池，為了增大整個質子交換膜燃料電池的總功率，需要將多個單電池通過直疊的方式串聯成電池組，又叫燃料電池電堆。在燃料電池電堆中，一塊極板的兩面都可以有導流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導流面，另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面，這種極板叫做雙極板。電堆通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起。

當燃料電池發電系統用作燃料電池發動機時，對周圍的使用環境要求比較高，燃料電池在工作過程中，尤其是在室外工作環境，會有大量的灰塵或水侵蝕電堆，這些灰塵或水一旦進入電堆，則將導致電堆漏電、漏氫，甚至使電堆遭到致命性的破壞，另外在汽車使用環境下，震動也會對電堆本身造成極大的影響。為此燃料電池堆需要進行模塊化集成封裝，達到作為一種符合特定場合用途的一體化設計的防水防塵、抗震、絕緣、隔熱、氫氣泄露保護以及美觀的產品要求。

而燃料電池發電系統用于基站備用電源時，由于可能應用于室外，當天氣寒冷氣溫低時需要保證燃料電池的正常啟動，一種有自保溫功能的燃料電池封裝外殼不僅能起到防水防塵等常規作用，還能簡化燃料電池低溫冷啟動技術，降低燃料電池系統復雜性，降低成本，減少故障發生幾率。

專利號為99219220.X的實用新型專利提到現有的兩種燃料電池壓裝方式——內穿螺栓壓裝方式和外置螺栓壓裝方式，這兩種壓裝方式存在明顯的缺陷，如內穿螺栓壓裝由于需在導流板、碳紙及膜上打孔而減少了材料的有效電化學面積，使電池的體積比功率降低，而外置螺栓壓裝容易引起單電池在壓裝螺栓的垂直方向上發生位移。針對上述兩種燃料電池壓裝方式缺點設計了一種整體封裝的外殼，增加了結構的穩定性，可在各種強震動、沖擊環境下工作。但是沒有考慮到封裝外殼的防水防塵以及電絕緣設計。

專利號為200520047310.5的實用新型專利針對普通燃料電池堆發電系統零部件集成度不夠，太雜、太多，缺少人性化考慮，直接將去點插座，操作開關，安全指示燈等直接設計在殼體上，人性化、產品化、便攜式的設計。空氣過濾網直接封貼于側板內側，起到一定的散熱，防水防塵作用。但是忽略了電堆封裝外殼的電絕緣問題，并且沒有考慮到車用情況下的抗震問題。

專利號為201010153563.6的發明專利和專利號為201020168188.8的實用新型專利雖然達到了“一體化設計的防水防塵、抗震、絕緣、隔熱、氫氣泄露保護等所有的特定要求”，但是零部件較多，重量較重，裝配步驟也較繁瑣，電堆封裝完，體積也偏大。

專利號為201220005574.4的實用新型專利簡易美觀，裝配方便，成本低，又能實現防水防塵等基本要求，但沒有考慮到基站備用電源的實際使用情況，沒有設計必要的保溫結構，在低溫環境中使用需要有額外的低溫冷啟動技術支持，系統復雜性提高，成本上升。

對于上述燃料電池封裝外殼結構都只考慮封裝的美觀、簡易以及防水防塵、預防泄漏等常規功能，沒有針對室外低溫環境設計燃料電池的保溫功能，不適用于室外基站用備用電源系統。

發明內容