一种电池堆结构

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种电池堆结构。

背景技术

质子交换膜燃料电池(或称氢燃料电池)的主要部件包括流场板(双极板)和膜电极。在实际应用中采用了多片单电池串联装配的形式组成电池堆。根据燃料电池的装配工艺，目前有基于单电池单元的装配方式和基于双极板单元的装配方式。其中，前者采用阴阳极板将膜电极夹在中间构成单电池，随后再将多片单电池重复串联构成电池堆；后者采用已经制备好的双极板，在双极板两侧分别放置膜电极，然后逐渐串联叠装，直至成为目标需求的大型电池堆。两种装配方式各有优缺点。但无论采用哪种方式，最终燃料电池堆均以多片单电池串联的方式对外输出电能。

工程实践中的燃料电池堆拥有高达几百片的单电池，因材料差异、组装工艺差异以及其他随机性因素，单电池的结构不一致性客观存在(高质量、高技术水平的设计与装配仅仅能降低这种不一致性，无法消除)，影响着电池堆整体的性能和可靠性。具体而言，当其中一片单电池发生故障时候，整个电池堆须立即停止工作，且只能通过拆堆、替换的方式才能恢复，这种情况大大增加了燃料电池堆的可靠性风险，也增加了检修成本。

因此，现有技术有待于进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种电池堆结构，以解决相关技术中电池堆中的单电池发生故障时电池堆须立即停止工作的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：提供了一种电池堆结构，包括：电池模块，电池模块包括用于供电的电池部件；电池模块为多个；多个电池模块沿预设方向布置；绝缘板，绝缘板位于相邻的两个电池模块之间，绝缘板上设置有流通口，以使相邻的两个电池模块中的一个电池模块内的用于产生电能的工质通过流通口，流动至相邻的两个电池模块中的另一个电池模块内；取电模块，所述取电模块可选择地与至少一个所述电池模块连接，以将与所述取电模块连接的所述电池模块内的电流引出；其中，绝缘板用于隔绝位于绝缘板两侧的电池模块，位于绝缘板两侧的电池模块均与绝缘板可拆卸地连接。

进一步地，电池部件为多个，多个电池部件沿预设方向布置。

进一步地，电池堆结构还包括集流板，集流板设置在绝缘板与电池模块之间，集流板用于引导电池模块内的电流。

进一步地，集流板上设置有连通口，连通口与流通口相对应地设置，以使电池模块内的工质通过连通口进入流通口。

进一步地，流通口包括第一流通口和第二流通口；第一流通口和第二流通口相间隔地设置在绝缘板上；电池堆结构还包括封堵部件，封堵部件可选择地封堵第一流通口或者第二流通口，以阻止工质穿过第一流通口或者第二流通口。

进一步地，绝缘板为多个，多个绝缘板沿预设方向布置，相邻的两个绝缘板中的其中一个绝缘板上的封堵部件封堵第一流通口；相邻的两个绝缘板上的另一个绝缘板上的封堵部件封堵第二流通口。

进一步地，电池堆结构还包括两个端板，两个端板相间隔地设置，以通过两个端板将多个电池模块和绝缘板夹设在两个端板之间；端板上设置有工质进口，以使工质通过工质进口进入到电池模块内。

进一步地，流通口为方形通孔；或者，流通口为圆形通孔。

进一步地，所述取电模块包括能流母线，能流母线上相间隔地设置有多个输出线，多个输出线与多个电池模块一一对应地连接，以将多个电池模块内的电流汇集到能流母线内。

进一步地，多个输出线上均设置有用于控制输出线的通断的控制开关。

有益效果：

1、本实施例中的电池堆结构提出了一种高效、灵活的，能够实现一定特殊功能的燃料电池堆结构及装配方法，尤其适用于具有几百片电池部件的大型燃料电池堆及系统，通过结构上的巧妙设计，在不改变电池堆主要结构及集成性的前提下实现燃料电池堆的单元化、模块化。

2、将本实施例中的电池堆结构应用到实际生产中，大型燃料电池堆(具有几百片单电池)在运行过程中因一片或者若干片电池部件发生性能衰退或故障时，能够有效检测出故障位置，在不停机的情况下在线屏蔽故障模块，使得其他电池模块正常工作、整个电池堆结构的性能仅受到有限的影响，提高性能与可靠性，降低维护成本。

3、本实施中的电池堆结构具有便于灵活设计电池堆的歧管系统，氢气与空气(或氧气)通过歧管输送至电池模块，应用本发明的设计思路，能够灵活布置电池堆的歧管系统，有助于提高电池堆内部的工质均匀分布特性，从而提升电池堆性能与可靠性，解决了相关技术中电池堆中的单电池发生故障时电池堆须立即停止工作的技术问题。

附图说明

图1是本发明实施例采用的电池堆结构的结构示意图；

图2是本发明实施例采用的电池堆结构的能流母线的结构示意图；

图3是本发明实施例采用的电池堆结构的连通口的结构示意图；

图4是本发明实施例采用的电池堆结构的流通口的结构示意图；

图5是本发明实施例采用的电池堆结构的电池部件的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、电池模块；11、电池部件；111、膜电极；112、双极板；2、绝缘板；21、流通口；211、第一流通口；212、第二流通口；3、集流板；31、连通口；4、封堵部件；5、端板；6、工质进口；7、能流母线；71、输出线；72、控制开关。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

根据本发明实施例，提供了一种电池堆结构，参见图1-图5，包括：电池模块1，电池模块1包括用于供电的电池部件11；电池模块1为多个；多个电池模块1沿预设方向布置；绝缘板2，绝缘板2位于相邻的两个电池模块1之间，绝缘板2上设置有流通口21，以使相邻的两个电池模块1中的一个电池模块1内的用于产生电能的工质通过流通口21，流动至相邻的两个电池模块1中的另一个电池模块1内；取电模块，所述取电模块可选择地与至少一个所述电池模块1连接，以将与所述取电模块连接的所述电池模块1内的电流引出；其中，绝缘板2用于隔绝位于绝缘板2两侧的电池模块1，位于绝缘板2两侧的电池模块1均与绝缘板2可拆卸地连接，通过上述设置，将若干片电池部件11进行模块化，每个电池模块1之间有绝缘板进行绝缘，使电池模块1之间得电能流通相对独立，通过设置流通口21，使工质在各个电池模块1之间连通，通过设置取电模块，不同电池模块1在电池堆结构外部通过并联或者串联一起向外输出电能，当电池堆结构中的单个电池部件11或者电池模块1出现故障后，可以通过取电模块及时切断与出现故障的电池模块1的连接，从而可以实现屏蔽故障模块，剩余的电池模块1可以继续正常工作并向外提供电能，解决了相关技术中电池堆中的单电池发生故障时电池堆须立即停止工作的技术问题。

在本实施例的电池堆结构中，参见图1，电池部件11为多个，多个电池部件11沿预设方向布置。这样，将若干电池部件11集成为一个模块进行设计和管理，电池模块1中的电池部件11片数根据实际需求、工艺水平等确定。

在本实施例的电池堆结构中，参见图1，电池堆结构还包括集流板3，集流板3设置在绝缘板2与电池模块1之间，集流板3用于引导电池模块1内的电流。这样，不同电池模块1间共用相同的集流板3、绝缘板2等，并按照模块堆叠的方式进行布置，每个电池模块1均设置一对集流板3，而电池模块1与电池模块1之间则采用有一层绝缘板2隔绝。

在本实施例的电池堆结构中，参见图3，集流板3上设置有连通口31，连通口31与流通口21相对应地设置，以使电池模块1内的工质通过连通口31进入流通口21。这样，通过在集流板3和绝缘板2上相应位置设置连通口31与流通口21，可以实现不同电池模块1工质流动路径的个性化设计。

在本实施例的电池堆结构中，参见图4，流通口21包括第一流通口211和第二流通口212；第一流通口211和第二流通口212相间隔地设置在绝缘板2上；电池堆结构还包括封堵部件4，封堵部件4可选择地封堵第一流通口211或者第二流通口212，以阻止工质穿过第一流通口211或者第二流通口212。

具体地，绝缘板2为多个，多个绝缘板2沿预设方向布置，相邻的两个绝缘板2中的其中一个绝缘板2上的封堵部件4封堵第一流通口211；相邻的两个绝缘板2上的另一个绝缘板2上的封堵部件4封堵第二流通口212。

具体地，电池部件11由膜电极111和双极板112两大部件组装而成，而双极板112和膜电极111在相同位置处有若干开孔，堆叠以后开孔位置自然形成歧管通道，用于工质的流通，参见图5，双极板112与膜电极111之间的空白区域为工质流通通道。对于传统电池堆而言，工质进入电池堆以后，在每一片电池部件11的进口处进行分流，然后通过工质流通通道流动，并在出口歧管汇集，最终排出电池堆。根据排出歧管中工作的流动方向，可以分为U型流动方式和Z型流动。

具体地，在工质系统设计方面，由于各个电池模块1在结构上是集成在一起，因此工质系统可以方便的按照传统电池堆进行布置。此外，传统的U型或者Z型工质流动路径，当电池部件11片数较多时候均存在流动分配不均匀的现象，且随着电池部件11片数的增多，流动分配不均匀的现象趋于严重。

因此，在本实施例中可以通过在集流板3上以封堵第一流通口211或者第二流通口212的形式对整体的U型或者Z型工质流动路径进行分段，客观上减少了U型或者Z型工质分配所涉及的电池部件11数目，大大提升了工质流动的均匀性，从而有利于提升电池堆结构的性能与可靠性。

具体地，通过封堵部件4封堵第一流通口211或者第二流通口212，本实施例中的电池堆结构的工质的流动方向将被改变，从而将传统电池堆中的单U型或者单Z型流动结构改变多个Z型或者U型，此时的每一个Z型或者U型则只须负责一个电池模块1中的较少数量的电池部件11，从而提升电池堆结构中的流量分配均匀性。

另外，本实施例中的电池堆结构还可以灵活设置氢气和空气的流动路径，例如空气侧采用多U型/Z型流动结构，而氢气侧采用单U型/Z型结构，从而实现更加高效、优质的流动分配方案。

具体地，本实施例中的电池堆结构装配以后，电池堆总高度会高于传统的电池堆高度，假设电池部件11总片数为N，每个电池模块1包含电池部件11数量为M，集流板3厚度为d1，绝缘板2厚度为d2，则电池堆高度比传统电池堆高出：(N/M-1)*(2*d1+d2)。

在本实施例的电池堆结构中，参见图1，电池堆结构还包括两个端板5，两个端板5相间隔地设置，以通过两个端板5将多个电池模块1和绝缘板2夹设在两个端板5之间；端板5上设置有工质进口6，以使工质通过工质进口6进入到电池模块1内。

在本实施例的电池堆结构中，参见图1，流通口21为方形通孔；或者，流通口21为圆形通孔。

在本实施例的电池堆结构中，参见图2，取电模块包括能流母线7，能流母线7上相间隔地设置有多个输出线71，多个输出线71与多个电池模块1一一对应地连接，以将多个电池模块1内的电流汇集到能流母线7内，多个输出线71上均设置有用于控制输出线71的通断的控制开关72。这样，相邻的电池模块1之间绝缘，电池模块1的电能通过取电模块连接和控制，通过设置取电模块为本实施例中的电池堆结构提供了便于灵活设计的串并联方案。

具体地，电池模块1的电能通过控制开关72连接到能流母线7内，电池模块1之间可以采用串联或者并联或者混联的方式灵活设计。当系统检测电池堆结构中某一片电池部件11出现故障时，可以迅速定位至该电池部件11所在的电池模块1，必要时切断该电池模块1与能流母线7的连接，从而屏蔽故障模块，剩余的电池模块1还可以继续工作而不受影响。这种机制当出现电池部件11故障时不需整体停机拆堆替换，大大提高了电池堆结构的使用可靠性和使用寿命。

本实施例中的电池堆结构提出了一种高效、灵活的，能够实现一定特殊功能的燃料电池堆结构及装配方法，尤其适用于具有几百片电池部件11的大型燃料电池堆及系统，通过结构上的巧妙设计，在不改变电池堆主要结构及集成性的前提下实现燃料电池堆的单元化、模块化。

将本实施例中的电池堆结构应用到实际生产中，大型燃料电池堆(具有几百片单电池)在运行过程中因一片或者若干片电池部件11发生性能衰退或故障时，能够有效检测出故障位置，在不停机的情况下在线屏蔽故障模块，使得其他电池模块1正常工作、整个电池堆结构的性能仅受到有限的影响，提高性能与可靠性，降低维护成本。另外，本实施中的电池堆结构具有便于灵活设计电池堆的歧管系统，氢气与空气(或氧气)通过歧管输送至电池模块1，应用本发明的设计思路，能够灵活布置电池堆的歧管系统，有助于提高电池堆内部的工质均匀分布特性，从而提升电池堆性能与可靠性，解决了相关技术中电池堆中的单电池发生故障时电池堆须立即停止工作的技术问题。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。