CN102456901A - 用于燃料电池组的端板的加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于燃料电池组的端板的加热装置，该加热装置可通过提供使从燃料电池组排放的高温冷却剂在端板中循环的结构，防止围绕燃料电池组末端的单元电池的温度的降低。由此可防止在燃料电池组中的非均匀温度分布。具体地，提供一种用于燃料电池组的端板的加热装置，其中使从冷却剂出口歧管的上游流动到下游的高温冷却剂循环通过端板内，并排放到外部，使得冷却剂的热能被供应到端板，并且同时将冷却剂的热能传递到邻近端板的单元电池。
Description
技术领域
本发明涉及用于燃料电池组的端板的加热装置。更特别地，本发明涉及通过提供一种使从燃料电池组排放的高温冷却剂在端板中循环的结构，能够防止围绕燃料电池组末端的单元电池的温度降低的用于燃料电池组的端板的加热装置。由此可防止在燃料电池组中的非均匀的温度分布。
背景技术
首先，参考下面的图6和图8简要描述燃料电池组(在下文中也称为电池组)的结构。
膜电极组件(MEA)被安置在燃料电池组的每个单元电池的中心，并且MEA包括输送氢离子(质子)的固态聚合物电解质膜10，以及设置在聚合物电解质膜10的两侧的电极/催化剂层，例如阴极(“空气电极”)12和阳极(“燃料电极”)14，在此，在氢和氧之间发生电化学反应。
此外，气体扩散层(GDL)16和衬垫18顺序地堆叠在设置有阴极12和阳极14的MEA的两侧。包括流场的隔板20设置在每个GDL16的外侧，反应气体(例如作为燃料的氢和作为氧化剂的氧)通过该隔板供应，并且冷却剂穿过该隔板。
在堆叠几百个单元电池之后，用于支撑和固定单元电池的端板30连接到燃料电池组的每端。
进一步地，收集在电池组中生成的电，并且向外供电的集电器32被安装在每个端板30的内侧。
氢的氧化反应发生在电池组的阳极14，从而通过设置在电极/催化剂层中的催化剂产生氢离子(质子，H+)和电子(e-)。氢离子和电子通过电解质膜10和隔板20传输到阴极12。在阴极12，通过在从阳极14传输的氢离子和电子与含氧空气之间的电化学反应产生水。通过电子的流动生成的电能通过端板30的集电器32被供应到使用电能的负载。
氢入口和出口歧管、空气入口和出口歧管，以及冷却剂入口和出口歧管在隔板20和端板30上彼此相邻地进一步形成。
冷却电池组的单元电池的冷却剂的流动如下。如图6所示，通过冷却剂入口歧管34供应的冷却剂冷却电池组的单元电池，并且然后通过冷却剂出口歧管36排放。
然而，在测量冷却剂出口歧管36中的冷却剂的温度时，从显示电池组中多个单元电池的温度的图7的曲线中可知，在上游的冷却剂的温度高，并且在下游的冷却剂的温度逐渐降低。换句话说，冷却剂的温度随着它冷却电池组的单元电池而升高，并且，然后随着冷却剂通过冷却剂出口歧管流向端板的出口而逐渐降低。
如果冷却剂的温度随着冷却剂通过冷却剂出口歧管流向端板出口而降低，那么邻近端板的单元电池的温度也降低，因此，在全部的单元电池中发生不均匀的温度分布。
典型的聚合物电解质薄膜燃料电池通常在从室温到80℃的温度范围展现优越的性能。然而，如果由于若干单元电池的温度降低而在全部的单元电池中发生非均匀温度分布，那么由反应活性的降低和电解质膜的离子传导性的降低而使性能降低。
特别地，如果在车辆中安装的电池组的温度降低到凝固点以下(例如，如果外部温度低于零度，例如在冬天条件下)，则在电池组中的包括阴极和阳极的电极的活性降低。此外，在电池组中的电解质膜中负载氢离子的水凝固，其降低了电解质膜的离子传导性，由此使电池组的性能劣化。
进一步地，如果在增湿气体供应到电池组时电池组的温度低，那么由水的冷凝引起溢流问题。这对电池组的性能和耐久性具有关健的影响。因此，为了在合适温度操作燃料电池组，将其中几百个单元电池堆叠在一起的燃料电池组的温度分布均匀地维持在预定的范围非常重要。
考虑这些因素，许多方法是试图防止邻近端板的单元电池的温度降低的装置。例如，提出了插入一种装置以隔热或加热在端板和堆叠的单元电池之间的区域的方法。
例如，美国专利No.6,824,901描述在端板和隔板之间插入厚绝缘体，从而将发生反应的区域隔热，或在端板和隔板之间设置平面加热器，从而在冷起动期间将全部燃料电池组的温度维持在预定水平的方法。
韩国专利No.10-2006-0077284描述了一种燃料电池组，其中，提供具有不同热膨胀系数的不同类型的集电器以生成热，由此将围绕端板的单元电池绝热。
韩国专利No.10-2006-0074397描述了用于燃料电池车辆的冷起动的堆叠固定结构，其中覆盖端板外侧的外罩连接到燃料电池组，从而形成用于绝热的空气层。
然而，在全部端板被热隔离的情况下，用于隔热的绝缘体的厚度要增加，其增加了整个燃料电池组的厚度。在外罩连接到端板外侧的情况下，不能防止在电极中生成的热被传递到端板。此外，在加热器被设置在端板和隔板之间的情况下，必需为加热器的操作提供外部电源，因此控制加热器和电源的系统变得复杂。
因此，在本领域中仍需要在燃料电池组中维持均匀温度分布的设备和方法。
在该背景部分中描述的上面的信息仅用于加强本对发明背景的理解，因此它可能包含不形成在本国中对于本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种用于燃料电池组的端板的加热装置。该加热装置可以这样的方式将构成燃料电池组的单元电池的温度分布均匀地维持在预定的范围内，即，使从冷却剂出口歧管的上游流动到下游的高温冷却剂循环通过端板内并释放到外部的方式。由此，冷却剂的热能被供应到端板，同时，冷却剂的热能被传递到与端板相邻的单元电池。
一方面，本发明提供一种用于燃料电池组的端板的加热装置，该装置包括设置在端板内的冷却剂循环器，使得流过冷却剂出口歧管的高温冷却剂的全部或部分流过冷却剂循环器。这样，冷却剂的热能被传递到端板和与端板相邻的单元电池。
在优选实施方式中，冷却剂循环器包括：在端板的一端上形成，并与冷却剂出口歧管接触的单冷却剂入口和单冷却剂出口，其中单冷却剂出口可被设置在燃料电池组的前面，并且单冷却剂入口可被设置在单冷却剂出口的后面；以及在单冷却剂入口和单冷却剂出口之间连接，并且在循环冷却剂的端板内形成的单冷却剂流场。
在另一优选实施方式中，单冷却剂流场包括：从单冷却剂入口通过端板的一侧延伸到与冷却剂入口歧管接触的端板的另一端内的单上游通道；以及从端板的另一端通过端板的另一侧延伸到单冷却剂出口的单下游通道。
在另一优选实施方式中，冷却剂循环器包括：形成在与冷却剂出口歧管接触的端板的一端的多冷却剂入口和多冷却剂出口，多冷却剂入口或多冷却剂出口被设置在在燃料电池组的前面；以及在多冷却剂入口和多冷却剂出口之间连接，并且在循环冷却剂的端板的内形成的多冷却剂流场。
在另一优选实施方式中，多冷却剂流场包括：从多冷却剂入口通过端板的一侧延伸到与冷却剂入口歧管接触的端板另一端内的多上游通道，多上游通道在端板中在左右方向上形成若干分隔的空间；以及从端板的另一端通过端板的另一侧延伸到多冷却剂出口的多下游通道，多下游通道在端板中在左右方向上形成若干分隔的空间。
在另一优选实施方式中，多冷却剂入口中的每一个整体形成有翼片以便引导冷却剂的流动。
在进一步的优选实施方式中，在多冷却剂入口上形成的翼片的高度随着从冷却剂出口歧管的上游到下游增加。
在另一进一步的优选实施方式中，多冷却剂流场的多上游通道相互平行地设置在左右侧中的一侧上，并且多下游通道相互平行地设置在左右侧的另一侧上。
在另一进一步的优选实施方式中，多冷却剂流场的多上游通道中的每一个和多冷却剂流场的多下游通道中的每一个在左右侧上交替形成。
本发明的其它方面和优选实施方式在下面进行说明。
应当理解，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它相似术语包括机动车，通常例如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车的乘用车，包括各种船只和船舶的水上交通工具，飞行器，等等，并包括混合车辆、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆和其它代用燃料的车辆(例如，源于除石油之外资源的燃料)。如在此所提及的，混合车辆是具有两个或多个动力源的车辆，例如汽油驱动和电驱动的车辆。
本发明的上面和其它特性在下面描述。
附图说明
现将参照由下面仅以示例方式给出的附图示例性说明的特定典型的实施方式来详细说明本发明的以上和其它特征，因此，这些特征不限制本发明，并且其中：
图1是示出根据本发明第一实施方式的用于燃料电池组的端板的加热装置的剖面图。
图2是示出根据本发明第二实施方式的用于燃料电池组的端板的加热装置的剖面图。
图3是示出根据本发明第三实施方式的用于燃料电池组的端板的加热装置的剖面图。
图4是示出根据本发明第四实施方式的用于燃料电池组的端板的加热装置的剖面图。
图5是示出根据本发明第五实施方式的用于燃料电池组的端板的加热装置的剖面图。
图6是示出燃料电池组的冷却剂流动的剖面图。
图7是示出流过燃料电池组的冷却剂出口歧管的冷却剂的温度变化的曲线。
图8是示出典型的燃料电池组的配置的示意图。
在附图中阐述的参考号包括如下面进一步讨论的下列元件：
应当理解，附图不必按尺寸绘制，呈现图解本发明基本原理的图解的各种优选特征稍简化的表示。包括例如具体尺寸、取向、位置和形状的如在此公开的本发明具体设计特征，部分地通过特定意指的应用和使用环境确定。
在图中，参考号涉及附图中的若干图的本发明的相同或等效部分。
具体实施方式
下面对本发明的各种实施方式进行详细说明，其中的实施例在附图中例示并在下面进行说明。尽管将连同示例性实施方式本说明发明，但应理解本说明不旨在将本发明限于这些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施方式，也覆盖通过权利要求限定的包括在本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等效物以及其它实施方式。
如上面提及，当冷却燃料电池组之后的冷却剂的温度随着冷却剂通过冷却剂出口歧管流向端板的出口而降低时，与端板相邻的单元电池的温度也降低。结果，在全部的单元电池中发生不均匀的温度分布。
本发明提供一种方法和设备，用于将构成燃料电池组的单元电池的温度分布维持在预定范围。具体地，根据本发明，将冷却电池组的单元电池之后排放的高温冷却剂的热能传递到端板和与端板相邻的单元电池，由此在操作期间减少并甚至防止与在燃料电池组的末端的端板相邻的单元电池的温度降低。
例如，如在图中示出，分离的冷却剂循环器40被设置在端板30内，以使冷却电池组的单元电池并流过冷却剂出口歧管36的高温冷却剂的全部或部分引入到冷却剂循环器40中。
因此，流过冷却剂循环器40的冷却剂的热能容易传递到端板30和与端板30相邻的单元电池，并且可减少甚至防止邻近燃料电池组的末端的端板30的单元电池的温度的降低。
接下来，参考图1描述根据本发明第一实施方式的冷却剂循环器的配置和操作。
在图1中示出的冷却剂循环器40中，单冷却剂入口41和单冷却剂出口42形成在端板30的一端(“底”端，如在图中示出)，并且被设置成与冷却剂出口歧管36接触。具体地，可在电池组的前面提供单冷却剂出口42(即，在冷却剂的最终排放端口)，而在单冷却剂出口42后面提供单冷却剂入口41，如图所示。
如进一步示出，在单冷却剂入口41和单冷却剂出口42之间连接的单冷却剂流场43被设置在端板30内。
具体地，单冷却剂流场43可包含单上游通道44和单下游通道45。如所示出的，例如，单上游通道44可从单冷却剂入口41通过端板30的一侧延伸到与冷却剂入口歧管34接触的端板30的另一端(如在图中示出的“顶”端)内。单下游通道45可从端板30的另一端(“顶”端)通过端板30的另一侧延伸到单冷却剂出口42。
因此，通过冷却剂入口歧管34供应的低温冷却剂冷却电池组的单元电池从而吸收热，并然后流过冷却剂出口歧管36。
随后，从冷却剂出口歧管36的上游流动到下游的高温冷却剂的全部或部分通过单冷却剂入口41供应到单冷却剂流场43。
通过单冷却剂入口41供应的冷却剂然后沿着单上游通道44流动，并流过端板30的一侧，然后沿单下游通道45流过端板30的另一侧流动到单冷却剂出口42。
这里，源自流过单上游通道44和单下游通道45的高温冷却剂的热能传递到端板30和与端板30相邻的单元电池，从而维持与端板30相邻的单元电池的温度。结果，可以减少并甚至防止单元电池的温度降低，因此可以将构成电池组的单元电池的温度分布维持在预定范围内。
接下来，参考图2描述根据第二实施方式的冷却剂循环器的配置和操作。
在如图2中示出的冷却剂循环器50中，多冷却剂入口51和多冷却剂出口52形成在与冷却剂出口歧管36接触的端板30的一端(“底”端)。例如，两个冷却剂出口52可相互平行地设置在电池组的前面(即，在冷却剂的最终排放端口)，并且两个冷却剂入口51可相互平行地设置在冷却剂出口52的后面。当然，冷却剂入口和出口51、52不限于只有两个，并且可设置任何数量的多个冷却剂入口和出口51、52。
如进一步示出，多冷却剂流场53可布置在多冷却剂入口51和多冷却剂出口52之间端板30内。
具体地，多冷却剂流场53可包含从多冷却剂入口51通过端板30的一侧延伸到与冷却剂入口歧管接触的端板30的另一端(“顶”端)内的多上游通道54，以及从端板30的另一端(“顶”端)通过端板30的另一侧延伸到多冷却剂出口52的多下游通道55。
例如，多上游通道54可在端板30中在左右方向上形成若干分隔的空间，并且多下游通道55也可在端板30中在左右方向上形成若干分隔的空间。在优选实施方式中，多冷却剂流场53的多上游通道54相互平行地设置在多下游通道55的右侧，并且多冷却剂流场53的多下游通道55相互平行地设置在多上游通道54的左侧。当然，本发明不限于该具体排列，并且例如，多冷却剂流场53的多上游通道54和多下游通道55可在左右侧分别形成在一个空间中。
结合图2示出，可以进一步地设置翼片56以引导冷却剂的流动。例如，翼片56可整体地形成在多冷却剂入口51中的一个或多个上。根据优选实施方式，例如，如在图2中示出，在多冷却剂入口51上形成的翼片56的高度从冷却剂出口歧管36的上游到下游增加。
例如，基于冷却剂的流动方向，具有较小高度的翼片56可安装在冷却剂出口歧管36的上游的冷却剂入口51上，而具有较大高度的翼片56可安装在冷却剂出口歧管36的下游的冷却剂入口51上。这样，可容易地向多冷却剂流场53引导冷却剂的流动。
因此，通过冷却剂入口歧管34供应的低温冷却剂将电池组的单元电池冷却从而吸收热，并然后流过冷却剂出口歧管36。
随后，优选地，利用翼片56的引导通过多冷却剂入口51向冷却剂流场53供应从冷却剂出口歧管36的上游流动到下游的高温冷却剂的全部或部分。
例如，通过多冷却剂入口51供应的冷却剂沿通过端板30的一侧延伸到与冷却剂入口歧管34接触的端板30的另一端(“顶”端)内的多上游通道54流动，然后沿从端板30的另一端(“顶”端)通过端板30的另一侧延伸到多冷却剂出口52的多下游通道55流动。
因此，源自流过多上游通道54和多下游通道55的高温冷却剂的热能传递到端板30和邻近端板30的单元电池上，从而维持邻近端板30的单元电池的温度。结果，可减少并甚至防止单元电池的温度降低，因此可将构成电池组的全部单元电池的温度分布维持在预定范围内。
接下来，参考图3描述根据本发明第三实施方式的冷却剂循环器的配置和操作。
在图3中示出的冷却剂循环器中，多冷却剂入口51和多冷却剂出口52形成在与冷却剂出口歧管36接触的端板30的一端(“底”端)。例如，优选地，在电池组的前面(即，在冷却剂最终排放端口)可相互平行地设置两组多冷却剂入口51。在多冷却剂入口51后面可优选地相互平行地进一步设置两组多冷却剂出口52。结合图2，也可提供除两组之外的任何组多数量的冷却剂入口和出口51、52。
在第三实施方式中，多冷却剂入口51和多冷却剂出口52的位置与在第二实施方式中的位置相反。因此，对应结构的位置，特别是多冷却剂流场53的多上游通道54和多下游通道55的位置也与在第二实施方式中的位置相反。
因此，在第二实施方式中，在冷却剂通过多下游通道55和多冷却剂出口52排放时，冷却剂可被重新引入多下游通道55。然而，在第三实施方式中，多下游通道55和多冷却剂出口52设置在相对于多上游通道54和多冷却剂入口51的下游侧，并因此可能防止冷却剂与朝向多下游通道55反向流动。
同样，在第三实施方式中，源自流过多上游通道54和多下游通道55的高温冷却剂的热能被传递到端板30和邻近端板30的单元电池，从而维持邻近端板30的单元电池的温度。结果，可减少并甚至防止单元电池的温度降低，因此可将构成电池组的全部单元电池的温度分布维持在预定的范围内。
接下来，参考图4和5描述根据本发明第四和第五实施方式的冷却剂循环器的配置和操作。
在根据本发明第四实施方式(图4)的冷却剂循环器中，多冷却剂入口51和多冷却剂出口52形成在与冷却剂出口歧管36接触的端板30的一端(“底”端)上。例如，在左侧和右侧中的一侧(例如，在如图4中示出的右侧)优选相互平行地设置多组多冷却剂入口51，并且在左侧和右侧中的另一侧(例如，在如图4中示出的左侧)优选相互平行地设置多组多冷却剂出口52。
根据一些实施方式，优选地，具有从上游到下游增加的高度的一个或多个翼片56安装在多冷却剂入口51中的一个或多个上。
进一步地，在左侧和右侧中的一侧(例如，在如图4中示出的右侧)，优选相互平行地设置形成在端板30里面的多冷却剂流场53的多组多上游通道54，并且，在左侧和右侧中的另一侧(例如，在如图4中示出的左侧)优选相互平行地设置多组多下游通道55。因此，多上游通道54从多冷却剂入口51延伸，并且多下游通道55汇合多冷却剂出口52。
在根据本发明第五实施方式(图5)的冷却剂循环器中，多冷却剂入口51和多冷却剂出口52形成在与冷却剂出口歧管36接触的端板30的一端(“底”端)。具体地，优选相互平行地设置多组多冷却剂入口51和多组多冷却剂出口52，并且多组多冷却剂入口51中的每个和多组多冷却剂出口52中的每个交替排列形成，如图所示。
此外，在端板内优选相互平行地设置多冷却剂流场53的多组多上游通道54和多组多下游通道55，其中多上游通道54中的每个和多下游通道55中的每个交替排列设置，如图所示。分别地，多上游通道54从多冷却剂入口51延伸，并且多下游通道55汇合多冷却剂出口52。
因此，通过冷却剂入口歧管34供应的低温冷却剂冷却电池组的单元电池从而吸收热，然后流过冷却剂出口歧管36。
随后，优选利用翼片56的引导，通过多冷却剂入口51向多冷却剂流场53供应从冷却剂出口歧管36的上游流动到下游的高温冷却剂的全部或部分。
具体地，通过多冷却剂入口51供应的冷却剂沿通过端板30的一侧延伸到与冷却剂入口歧管34接触的端板30的另一端(“顶”端)里面的多上游通道54流动，然后沿从端板30的另一端(“顶”端)通过端板30的另一侧延伸到多冷却剂出口52的多下游通道55流动。
在冷却剂通过冷却剂出口歧管36排放时，通过引导翼片56将高惯性能量施加于冷却剂，因此，冷却剂容易引入多冷却剂入口51，经过多上游通道54，并流过压力相对低的多下游通道55，流动到多冷却剂出口52。
同样，源自流过多上游通道54和多下游通道55的高温冷却剂的热能传递到端板30和邻近端板30的单元电池，由此维持邻近端板30的单元电池的温度。结果，可减少甚至防止单元电池的温度降低，因此可将构成电池组的全部单元电池的温度分布维持在预定的范围。
如上面描述，本发明具有下面的效果。
根据本发明，在端板中提供冷却剂流场，使得冷却电池组并从冷却剂出口歧管的上游侧排放到下游测的高温冷却剂中的全部或部分经过冷却剂循环流场，从而将冷却剂的热能传递到端板和邻近端板的单元电池。这样，将构成电池组的单元电池的温度分布维持在预定的范围内。
具体地，源自流过端板中冷却剂循环流场的高温冷却剂的热能传递到端板和邻近端板的单元电池，从而减少甚至防止单元电池温度降低。因此，可将构成电池组的全部单元电池的温度分布维持在预定的范围内，由此减少甚至防止电池组的性能的劣化。
已参考其优选实施方式详细说明了本发明。然而，本领域技术人员认识到可在这些实施方式中做出改变而不违背本发明的原理和精神，本发明的范围在权利要求及其等效物中限定。
Claims (10)
1.一种用于燃料电池组的端板的加热装置，所述装置包括设置在所述端板内的冷却剂循环器，使得流过冷却剂出口歧管的高温冷却剂的全部或部分流过所述冷却剂循环器，以将所述冷却剂的热能传递到所述端板和与所述端板相邻的单元电池。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却剂循环器包括：
形成在与所述冷却剂出口歧管接触的所述端板的底端的单冷却剂入口和单冷却剂出口，所述单冷却剂出口设置在所述燃料电池组的前面，并且所述单冷却剂入口设置在所述单冷却剂出口的后面；以及
设置在所述端板内在所述单冷却剂入口和所述单冷却剂出口之间的单冷却剂流场，所述冷却剂通过所述单冷却剂流场循环。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述单冷却剂流场包括：
从所述单冷却剂入口延伸到所述端板的顶端内的单上游通道，所述端板的所述顶端与冷却剂入口歧管接触，所述单上游通道延伸通过所述端板的第一侧；以及
从所述端板的所述顶端延伸到所述单冷却剂出口的单下游通道，所述单下游通道延伸通过所述端板的第二侧。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却剂循环器包括：
形成在所述端板的底端的多冷却剂入口和多冷却剂出口，所述端板的所述底端与所述冷却剂出口歧管接触，所述多冷却剂入口或多冷却剂出口被设置在所述燃料电池组的前面；以及
设置在所述端板内在所述多冷却剂入口和多冷却剂出口之间的多冷却剂流场，所述冷却剂通过所述多冷却剂流场循环。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述多冷却剂流场包括：
从所述多冷却剂入口延伸到所述端板的顶端内的多上游通道，所述顶端与冷却剂入口歧管接触，所述多上游通道延伸通过所述端板的第一侧，所述多上游通道在所述端板中形成相对于所述顶端的左右方向上延伸的多个分隔的空间；以及
从所述端板的所述顶端延伸到所述多冷却剂出口的多下游通道，所述多下游通道延伸通过所述端板的第二侧，所述多下游通道在相对于所述顶端的左右方向上延伸的所述端板中形成若干分隔的空间。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述多冷却剂入口中的一个或多个整体形成有翼片以引导所述冷却剂的流动。
7.根据权利要求6所述的装置，其中一个或多个翼片的高度分别从所述冷却剂出口歧管的上游到下游增加。
8.根据权利要求5所述的装置，其中所述多冷却剂流场的所述多上游通道相互平行地设置在所述第一侧，所述第一侧包括所述端板的左侧或右侧，并且所述多下游通道相互平行地设置在与所述第一侧相反的所述第二侧。
9.根据权利要求5所述的装置，其中所述多冷却剂流场的所述多上游通道中的每个和所述多冷却剂流场的所述多下游通道中的每个沿所述端板交替排列设置。
10.一种燃料电池组，包括：
多个堆叠的单元电池；
连接到所述燃料电池组的每端的端板；以及
与所述端板连接的根据权利要求1所述的加热装置。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108463914A (zh) * | 2015-12-29 | 2018-08-28 | 汉阳大学校产学协力团 | 燃料电池用气体加热单元及包括其的燃料电池堆 |
| CN109383220A (zh) * | 2017-08-09 | 2019-02-26 | 现代自动车株式会社 | 用于电动车的冷却剂加热装置 |
| CN110265696A (zh) * | 2018-03-12 | 2019-09-20 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池组 |
| CN113594497A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-11-02 | 中汽创智科技有限公司 | 一种燃料电池 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013203314A1 (de) * | 2013-02-27 | 2014-08-28 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Brennstoffzellensystem |
| JP6216264B2 (ja) * | 2014-02-28 | 2017-10-18 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP6198674B2 (ja) * | 2014-05-19 | 2017-09-20 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| KR101724910B1 (ko) | 2015-09-24 | 2017-04-07 | 현대자동차주식회사 | 다층 집전판 구조를 갖는 연료전지 스택 |
| KR101923893B1 (ko) * | 2016-05-17 | 2019-02-25 | 현대자동차주식회사 | 연료전지의 냉시동 성능 향상을 위한 열관리 시스템 |
| KR101827123B1 (ko) | 2016-06-03 | 2018-02-07 | 한온시스템 주식회사 | 엔드 셀 히터 어셈블리, 및 이 엔드 셀 히터 어셈블리를 가지는 연료전지 스택 |
| KR102371046B1 (ko) * | 2016-07-15 | 2022-03-07 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 엔드셀 히터 |
| WO2019026676A1 (ja) * | 2017-07-31 | 2019-02-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電池モジュール、電池パック、及び統合電池パック |
| DE102020205884A1 (de) | 2020-05-11 | 2021-11-11 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Zellenstapel mit beheizbarer Endplatte |
| DE102021206806A1 (de) | 2021-06-30 | 2023-01-05 | Cellcentric Gmbh & Co. Kg | Brennstoffzellensystem mit wenigstens einem Brennstoffzellenstapel |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001068141A (ja) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池 |
| CN1406400A (zh) * | 2000-12-28 | 2003-03-26 | 三菱综合材料株式会社 | 燃料电池组件、其上所用的分配器构造以及燃料电池的气体供给构造 |
| CN101785135A (zh) * | 2007-07-18 | 2010-07-21 | 塞能量公司 | 包括用于氧化剂气体的旁路蛇形流路的用于燃料电池的双极板、包括用于冷却剂流体的旁路蛇形流路的用于燃料电池的冷却板、包括这些板的燃料电池及其应用 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000164234A (ja) | 1998-11-24 | 2000-06-16 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2000294262A (ja) | 1999-04-02 | 2000-10-20 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| JP4043352B2 (ja) * | 2002-12-02 | 2008-02-06 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP4815733B2 (ja) | 2003-03-24 | 2011-11-16 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2005285682A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池スタック |
| EP1866995B1 (en) | 2005-03-11 | 2017-10-25 | BDF IP Holdings Ltd. | Shutdown methods and designs for fuel cell stacks |
| US7799479B2 (en) * | 2006-10-16 | 2010-09-21 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Integrated pressure relief valve for fuel cell stack |
| CN101908636B (zh) * | 2009-06-04 | 2014-05-28 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池组 |
-
2010
- 2010-10-25 KR KR1020100103805A patent/KR101219342B1/ko active IP Right Grant
-
2011
- 2011-03-03 US US13/039,704 patent/US9502722B2/en active Active
- 2011-03-14 CN CN201110065598.9A patent/CN102456901B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001068141A (ja) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池 |
| CN1406400A (zh) * | 2000-12-28 | 2003-03-26 | 三菱综合材料株式会社 | 燃料电池组件、其上所用的分配器构造以及燃料电池的气体供给构造 |
| CN101785135A (zh) * | 2007-07-18 | 2010-07-21 | 塞能量公司 | 包括用于氧化剂气体的旁路蛇形流路的用于燃料电池的双极板、包括用于冷却剂流体的旁路蛇形流路的用于燃料电池的冷却板、包括这些板的燃料电池及其应用 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108463914A (zh) * | 2015-12-29 | 2018-08-28 | 汉阳大学校产学协力团 | 燃料电池用气体加热单元及包括其的燃料电池堆 |
| CN108463914B (zh) * | 2015-12-29 | 2021-10-29 | 汉阳大学校产学协力团 | 燃料电池用气体加热单元及包括其的燃料电池堆 |
| CN109383220A (zh) * | 2017-08-09 | 2019-02-26 | 现代自动车株式会社 | 用于电动车的冷却剂加热装置 |
| CN109383220B (zh) * | 2017-08-09 | 2023-06-02 | 现代自动车株式会社 | 用于电动车的冷却剂加热装置 |
| CN110265696A (zh) * | 2018-03-12 | 2019-09-20 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池组 |
| CN110265696B (zh) * | 2018-03-12 | 2021-12-03 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池组 |
| CN113594497A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-11-02 | 中汽创智科技有限公司 | 一种燃料电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120042224A (ko) | 2012-05-03 |
| KR101219342B1 (ko) | 2013-01-08 |
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