CN101853949B - 一种风散热的车用燃料电池 - Google Patents

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Abstract

一种风散热的车用燃料电池，包括多节单电池组成的燃料电池堆，燃料电池堆用端板紧密固定，燃料电池外封装固定连接在燃料电池堆端板上，燃料电池外封装的外表面带有散热片，散热片与车运动方向平行布置，外封装内表面贴覆有导热橡胶，导热橡胶面与燃料电池堆的双极板接靠。本发明的优点是：由于燃料电池堆外封装的外表面设有散热片，使燃料电池堆外封装更为坚固，从而使燃料电池双极板的组装更强固；可以节省能量，减少散热设备，优化系统，增加可靠性；能降低成本，有利于实现燃料电池的商业化应用。

Description

一种风散热的车用燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及燃料电池的散热技术。
背景技术
现有技术中，车用燃料电池的散热一是靠燃料电池的冷却水系统冷却燃料电池内反应产生的大部分热，二是靠燃料电池的外封装表面散发传导到燃料电池外封装表面的热。现有技术的不足是：燃料电池外封装表面散热效果差，并且需增加额外散热装置，既浪费能源又增加重量和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用燃料电池外封装散热的车用燃料电池。
本发明的技术方案是：一种风散热的车用燃料电池，包括多节单电池组成的燃料电池堆，燃料电池堆用端板紧密固定，燃料电池堆外封装固定连接在燃料电池堆端板上，其特征在于所述燃料电池外封装的外表面带有散热片，散热片与车运动方向平行布置，外封装内表面贴覆有导热橡胶，导热橡胶面与燃料电池堆的双极板接靠。
本发明所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述风散热的车用燃料电池的迎风面的带有散热片的外封装和背风面的带有散热片的外封装呈流线型。
本发明所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述外表面带有散热片的外封装是金属材料。
本发明所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述外表面带有散热片的外封装是铝合金材料。
本发明所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述外封装内表面贴覆的导热橡胶是硅橡胶为基材，氮化硼陶瓷颗粒为填充剂的导热橡胶。
本发明所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述外封装内表面贴覆的导热橡胶的厚度为0.5--2mm。
本发明的原理是：车用燃料电池的输出功率与车辆运行速度成正比，燃料电池工作时产生的热量也与车辆运行的速度成正比。当车辆以u速度行驶时，相当于静止的车辆迎面吹来u速度的风，当以u速度的空气直接吹向燃料电池表面的时候，就可以带走燃料电池表面的热量。由于燃料电池表面带有散热片，可及时将传导到表面的热量散发到空间，实现自然散热的目的。
本发明的优点是：由于燃料电池堆外封装的外表面设有散热片，使燃料电池堆外封装更为坚固，对防止燃料电池堆塌腰起到加强支撑作用，从而使燃料电池双极板的组装更强固；同时，由于外封装内表面贴覆的导热橡胶，可以起到防水、防尘作用；可以节省能量，减少散热设备，优化系统，增加可靠性；能降低成本，有利于实现燃料电池的商业化应用。
附图说明
本发明共有附图10幅，其中：
附图1是本发明的风散热的车用燃料电池的结构示意图，
附图2是本发明的风散热的车用燃料电池的外封装散热片结构示意图，
附图3是本发明的风散热的车用燃料电池的导热橡胶示意图，
附图4是本发明的风散热的车用燃料电池外封装散热片及导热橡胶组装结构示意图，
附图5是本发明的风散热的车用燃料电池迎风面外封装外侧结构示意图，
附图6是本发明的风散热的车用燃料电池迎风面外封装内侧结构示意图，
附图7是本发明的风散热的车用燃料电池背风面外封装外侧结构示意图，
附图8是本发明的风散热的车用燃料电池背风面外封装内侧结构示意图，
附图9是本发明的风散热的车用燃料电池外观示意图，
附图10是本发明的风散热的车用燃料电池车辆行驶时气流带走热量示意图。
附图中，1、端板，2、集流板，3、双极板，4辅助散热水入口，5、空气入口，6、氢气入口，7、带散热片的外封装，8、导热橡胶，9、迎风面外封装，10、背风面外封装，11、外封装上面，12、外封装下面，13、引线端。
具体实施方式
附图所示的实施例为15kW的车用燃料电池堆，由不导电的端板1、金属双极板3、集流板2组成，端板1的侧面设置空气出入口5、氢气出入口6以及辅助的散热水出入口4。电池的有效面积为360平方厘米，电池的节数为120节，电流密度为每平方厘米500毫安。用现有技术的燃料电池的端板1、金属双极板3和集流板2组装燃料电池堆，保持各板板型不变，保留散热水的进出口4，这样可在自然散热不能满足整车散热需求时，作辅助散热使用。燃料电池外封装7的外表面带有翅片型散热片，燃料电池外封装7用螺钉固定连接在端板1上，外封装内表面贴覆有导热橡胶8，导热橡胶面与燃料电池堆的双极板3接靠。翅片型散热片用铝合金制成。导热橡胶8是硅橡胶为基材，氮化硼陶瓷颗粒为填充剂的导热橡胶，导热橡胶的厚度为1mm。燃料电池的迎风面的带有散热片的外封装9和背风面的的带有散热片的外封装10呈流线型。
该燃料电池工作时可产生约15KW的热量，由于金属双极板导热能力很强，工作时这些热量迅速被传导到燃料电池堆外封装的翅片型散热片上，车辆行驶中产生的风速迅速的把这些热量散发到空气中，实现电池的散热。
该燃料电池自然散热效果估算：
下表为几种不同金属材料的热传导系数。
热传导系数(单位：W/mK)
银                429
铜                401
金                317
铝                237
1070型铝合
                  226
金
1050型铝合
                  209
金
6063型铝合
                  201
金
6061型铝合
                  155
金
铁                80
铅                34.8
从表中可以看出，银和铜是最好的导热材料，其次是金和铝，但是金、银太昂贵，铜又很重，加工复杂。因此铝合金材料是最佳选择。本实施例采用的是1070型铝合金，其导热系数为226。翅片型散热片的平均厚度是12.5mm，电池外侧的上下侧面积为1.68平方米，一般情况下，燃料电池最大功率运行时电池表面温度为80摄氏度，汽车在高速行驶中稳定传热时翅片表面温度为70摄氏度，由热传导公式：
Q＝K*A*T/L
可求出每秒钟传导到散热翅片表面的热量为30KW。实际使用中，电池达不到如此高的热量，因此，该实施例的燃料电池的自然散热方式散发出了大部分的燃料电池产生的热量。

Claims (6)

1.一种风散热的车用燃料电池，包括多节单电池组成的燃料电池堆，燃料电池堆用端板(1)紧密固定，燃料电池外封装(7)固定连接在燃料电池堆端板(1)上，其特征在于所述燃料电池外封装(7)的外表面带有散热片，散热片与车运动方向平行布置，外封装(7)内表面贴覆有导热橡胶(8)，导热橡胶(8)面与燃料电池堆的双极板(3)接靠。
2.根据权利要求1所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述风散热的车用燃料电池的迎风面的带有散热片的外封装(9)和背风面的带有散热片的外封装(10)呈流线型。
3.根据权利要求1所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述外表面带有散热片的外封装(7)是金属材料。
4.根据权利要求3所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述外表面带有散热片的外封装(7)是铝合金材料。
5.根据权利要求1所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述外封装(7)内表面贴覆的导热橡胶(8)是硅橡胶为基材，氮化硼陶瓷颗粒为填充剂的导热橡胶。
6.根据权利要求5所述的一种风散热的车用燃料电池，其特征在于所述外封装内表面贴覆的导热橡胶(8)的厚度为0.5--2mm。
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