CN110265687A - 一种电池堆电极块的散热装置及燃料电池堆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种电池堆电极块的散热装置及燃料电池堆；包括导热壳体，导热壳体包括位于两端的吸热部和散热部以及位于中部的传导部；其中，吸热部位于电池堆内相邻两电极块之间；传导部和散热部均位于电池堆外，散热部上安装有散热器，导热壳体内设有热传导腔室，用于将电极块产生的热量经吸热部吸入到热传导腔室内，并沿着热传导腔室经由传导部热传导至散热部；导热壳体的内壁上还布设有用于加速热传导的传热材料层；通过电池堆电极块散热装置的结构设计以解决现有技术中存在的不充分或者无效的电池冷却会导致整个或局部电池温度过高，这样会使得膜脱水，收缩，褶皱甚至破裂的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种电池堆电极块的散热装置及燃料电池堆。
背景技术
当前，针对环境污染以及化石能源不断消耗的现状，高效、清洁的替代能源成为当今世界各国能源政策的主导方向。质子交换膜燃料电池是一种将储存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转换为电能的发电装置，主要产物是水、发电效率高，质子交换膜燃料电池以其能量密度高、转换效率高、低碳、零排放、噪音低、使用灵活方便的等优点，逐渐成为国内外大力研究的新型动力源。质子交换膜燃料电池，其结构主要包括：设置在一对端板之间的若干单电池，单电池包括阳极极板和阴极极板，阳极极板和阴极极板间设有膜电极。
燃料电池的温度分布对电池性能的显著的影响，它决定了水的蒸发和凝结，影响了水的分布，通过热表面张力和热浮力作用影响了多组分气体扩散传输。不充分或者无效的电池冷却会导致整个或局部电池温度过高，这样会使得膜脱水，收缩，褶皱甚至破裂，膜的水合对保证高的质子传导率和相应的电池性能很重要。因此，需要保持燃料电池内部的热平衡，使其在一定的温度范围内工作。
而现有的燃料电池散热方式大多为液冷，需要额外的冷却机组等附属设备，还需要在极板背面加工冷却流道，使得极板的强度降低，还相应的增大了整个燃料电池系统的体积和成本，不符合现代设备趋向于微型化、绿色化的思想。CN201210592538.7，即一种燃料电池用风冷一体化双极板，在阳极板和阴极板间设置散热板，在散热板上开始流道散热，该结构设计导热慢，不利于热量的散出。
因此，针对上述问题本发明急需提供一种电池堆电极块的散热装置及燃料电池堆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池堆电极块的散热装置及燃料电池堆，通过电池堆电极块散热装置的结构设计以解决现有技术中存在的不充分或者无效的电池冷却会导致整个或局部电池温度过高，这样会使得膜脱水，收缩，褶皱甚至破裂的技术问题。
本发明提供的一种电池堆电极块的散热装置，包括导热壳体，导热壳体包括位于两端的吸热部和散热部以及位于中部的传导部；其中，吸热部位于电池堆内相邻两电极块之间；传导部和散热部均位于电池堆外，散热部上安装有散热器，导热壳体内设有热传导腔室，用于将电极块产生的热量经吸热部吸入到热传导腔室内，并沿着热传导腔室经由传导部热传导至散热部；导热壳体的内壁上还布设有用于加速热传导的传热材料层。
优选地，沿热传导腔室内间隔布设有多个传热材料层支柱，用于对传热材料层的支撑，传热材料层支柱的两端均与传热材料层固接。
优选地，吸热部、传导部和散热部的长度比为1：0.5：1-1.5。
优选地，传热材料层包括布设于导热壳体内壁的多孔金属，多孔金属内部吸附有传热工质。
优选地，传热工质包括丙酮、乙醇、甲苯或水中的至少一种。
优选地，散热器包括沿散热部的长度方向间隔布设的多个翅片，各翅片上设有沿翅片长度方向间隔布设的多个散热孔。
优选地，传热材料层支柱的材质为金属；翅片的材质为金属。
优选地，翅片设置在导热壳体的一侧或两侧。
优选地，导热壳体的厚度为0.8mm-1.2mm。
本发明还包括一种燃料电池堆，包括多个顺序叠放的电极块，相邻两电极块间设有如上述中任一项所述的电池堆电极块的散热装置。
本发明提供的一种电池堆电极块的散热装置及燃料电池堆与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明通过导热壳体包括位于两端的吸热部和散热部以及位于中部的传导部；其中，吸热部位于电池堆内相邻两电极块之间；传导部和散热部均位于电池堆外，散热部上安装有散热器，导热壳体内设有热传导腔室，用于将电极块产生的热量经吸热部吸入到热传导腔室内，并沿着热传导腔室经由传导部热传导至散热部；导热壳体的内壁上还布设有用于加速热传导的传热材料层的设计，吸热部将电池堆内部的热量吸入，通过传导部传导到散热部中，通过安装在散热部处的散热器散出，具体的吸热部将电池堆内部的热量吸附到热传导腔室，热传导腔室内的传热材料层吸附热量后经由传导部热传导至散热部，从而实现对电池堆内部的降温，可以避免电池堆内部过热，出现电池堆内部膜脱水，收缩，褶皱甚至破裂的技术问题，延长电池堆的使用寿命。
2、本发明通过传热材料层包括布设于导热壳体内壁的多孔金属，多孔金属内部吸附有传热工质；传热工质包括丙酮、乙醇、甲苯或水中的至少一种的设计，传热材料层的材质为多孔金属，多孔金属内吸附有传热工质，本实施例选用的传热工质的材料为丙酮，丙酮的沸点是56.53℃，当热传导腔室内部的热量达到丙酮的沸点时，丙酮变成蒸汽，向上移动，经传导部热传导至散热部中，并通过散热器散出，当丙酮蒸汽到达散热部处时，丙酮蒸汽散出热量并冷凝吸附于多孔金属，下流到吸热部处，这种往复过程，有效的降低电池堆内部的热量，可以将电池堆内部热量维护在80℃-100℃左右，保证电池堆的正常工作。
3、本发明通过散热器包括沿散热部的长度方向间隔布设的多个翅片，各翅片上设有沿翅片长度方向间隔布设的多个散热孔；翅片的材质为金属；翅片设置在导热壳体的一侧或两侧的设计，增加散热部的散热面积，提高散热部的散热速率，进而保证对电池堆的散热效果。
4、本发明中通过导热壳体的厚度为0.8mm-1.2mm，具体的，本实施例中的导热壳体的厚度为0.8mm，在保证对电池堆的散热的前提下，不会过多的增加电池堆的体积，不会影响电动汽车的续航里程。
5、本发明通过沿热传导腔室内间隔布设有多个传热材料层支柱，用于对传热材料层的支撑，传热材料层支柱的两端均与传热材料层固接的设计，传热材料层支柱有效的对传热材料层进行支撑，避免传热材料层的坍塌，形成一个稳固的气体流道，保证热量的有效散出。
6、本发明相比液冷方式，无需额外的冷却机组等附属设备，也无需在极板背面加工冷却流道，降低了燃料电池堆的体积和生产成本，符合现代设备趋向于微型化、绿色化的思想。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中所述燃料电池堆的结构示意图(立体图)；
图2为本发明中所述电池堆电极块的散热装置的结构示意图(立体图)；
图3为图2中A处的放大图；
图4为本发明中所述电池堆电极块的散热装置的结构示意图(剖视图)。
附图标记说明：
1、导热壳体；101、吸热部；102、传导部；103、散热部；2、传热材料层；3、热传导腔室；4、散热器；5、传热材料层支柱；41、翅片；410、散热孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2所示，本实施例提出了一种燃料电池堆，包括多个顺序叠放的电极块6，相邻两电极块6间设有电池堆电极块的散热装置，还包括两侧端板7，两端板7将多个电极块6和多个所述的电池堆电极块的散热装置压紧于一体；电极块6包括阳极极板61和阴极极板62，阳极极板61和阴极极板62间设有膜电极63，电极块6的结构为公知常识，此处不再赘述。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提出了一种电池堆电极块的散热装置，包括导热壳体1，导热壳体1包括位于两端的吸热部101和散热部103以及位于中部的传导部102；其中，吸热部101位于电池堆内相邻两电极块之间；传导部102和散热部103均位于电池堆外，散热部103上安装有散热器4，导热壳体1内设有热传导腔室3，用于将电极块产生的热量经吸热部101吸入到热传导腔室3内，并沿着热传导腔室3经由传导部102热传导至散热部103；导热壳体1的内壁上还布设有用于加速热传导的传热材料层2；传热材料层2包括布设于导热壳体1内壁的多孔金属，多孔金属内部吸附有传热工质；传热工质包括丙酮、乙醇、甲苯或水中的至少一种；散热器4包括沿散热部103的长度方向间隔布设的多个翅片41，各翅片上设有沿翅片41长度方向间隔布设的多个散热孔410；翅片41的材质为金属；翅片41设置在导热壳体1的一侧或两侧；导热壳体1的厚度为0.8mm-1.2mm。
本发明通过导热壳体1包括位于两端的吸热部101和散热部103以及位于中部的传导部102；其中，吸热部101位于电池堆内相邻两电极块之间；传导部102和散热部103均位于电池堆外，散热部103上安装有散热器4，导热壳体1内设有热传导腔室3，用于将电极块产生的热量经吸热部101吸入到热传导腔室3内，并沿着热传导腔室3经由传导部102热传导至散热部103；导热壳体1的内壁上还布设有用于加速热传导的传热材料层2的设计，吸热部101将电池堆内部的热量吸入，通过传导部102传导到散热部103中，通过安装在散热部103处的散热器散出，具体的吸热部101将电池堆内部的热量吸附到热传导腔室3，热传导腔室3内的传热材料层2吸附热量后经由传导部102热传导至散热部103，从而实现对电池堆内部的降温，可以避免电池堆内部过热，出现电池堆内部膜脱水，收缩，褶皱甚至破裂的技术问题，延长电池堆的使用寿命。
本发明通过传热材料层2包括布设于导热壳体1内壁的多孔金属，多孔金属内部吸附有传热工质；传热工质包括丙酮、乙醇、甲苯或水中的至少一种的设计，传热材料层2的材质为多孔金属，多孔金属内吸附有传热工质，本实施例选用的传热工质的材料为丙酮，丙酮的沸点是56.53℃，当热传导腔室3内部的热量达到丙酮的沸点时，丙酮变成蒸汽，向上移动，经传导部102热传导至散热部103中，并通过散热器4散出，当丙酮蒸汽到达散热部103处时，丙酮蒸汽散出热量并冷凝吸附于多孔金属，下流到吸热部101处，这种往复过程，有效的降低电池堆内部的热量，可以将电池堆内部热量维护在80℃-100℃左右，保证电池堆的正常工作。
本发明通过散热器4包括沿散热部103的长度方向间隔布设的多个翅片41，各翅片上设有沿翅片41长度方向间隔布设的多个散热孔410；翅片41的材质为金属；翅片41设置在导热壳体1的一侧或两侧的设计，增加散热部103的散热面积，提高散热部103的散热速率，进而保证对电池堆的散热效果。
本发明中通过导热壳体1的厚度为0.8mm-1.2mm，具体的，本实施例中的导热壳体1的厚度为0.8mm，在保证对电池堆的散热的前提下，不会过多的增加电池堆的体积，不会影响电动汽车的续航里程。
如4所示，本实施例中的沿热传导腔室3内间隔布设有多个传热材料层支柱5，用于对传热材料层2的支撑，传热材料层支柱5的两端均与传热材料层2固接；吸热部101、传导部102和散热部103的长度比为1：0.5：1-1.5；传热材料层支柱5的材质为金属。
本发明通过沿热传导腔室3内间隔布设有多个传热材料层支柱5，用于对传热材料层的支撑，传热材料层支柱5的两端均与传热材料层2固接的设计，传热材料层支柱5有效的对传热材料层进行支撑，避免传热材料层2的坍塌，形成一个稳固的气体流道，保证热量的有效散出。
本发明通过吸热部101、传导部102和散热部103的长度比为1：0.5：1-1.5的设计，具体的本实施例中的吸热部101、传导部102和散热部103的长度比为1：0.5：1，传导部102具有一定的长度，可以保证对热量的有效导出，在进入散热部103散出，保证对电池堆的有效散热。
本发明中的传热材料层支柱5的材质为金属，保证传热材料层支柱5的刚性，实现对传热材料层的有效支撑。
本发明相比液冷方式，无需额外的冷却机组等附属设备，也无需在极板背面加工冷却流道，降低了燃料电池堆的体积和生产成本，符合现代设备趋向于微型化、绿色化的思想。
燃料电池堆的组装过程：
依次排列多个电极块6，将多个导热壳体1的吸热部101分别置于相邻两电极6块间，且与电极块6外壁紧贴，通过两端板将多个电极块6和导热壳体1夹紧于一体，通过卡夹固定，卡夹为现有技术，本发明没有画出，为本领域人员公知常识，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种电池堆电极块的散热装置，其特征在于：包括导热壳体(1)，导热壳体(1)包括位于两端的吸热部(101)和散热部(103)以及位于中部的传导部(102)；其中，吸热部(101)位于电池堆内相邻两电极块之间；传导部(102)和散热部(103)均位于电池堆外，散热部(103)上安装有散热器(4)，导热壳体(1)内设有热传导腔室(3)，用于将电极块产生的热量经吸热部(101)吸入到热传导腔室(3)内，并沿着热传导腔室(3)经由传导部(102)热传导至散热部(103)；导热壳体(1)的内壁上还布设有用于加速热传导的传热材料层(2)。
2.根据权利要求1所述的电池堆电极块的散热装置，其特征在于：沿热传导腔室(3)内间隔布设有多个传热材料层支柱(5)，用于对传热材料层(2)的支撑，传热材料层支柱(5)的两端均与传热材料层(2)固接。
3.根据权利要求2所述的电池堆电极块的散热装置，其特征在于：吸热部(101)、传导部(102)和散热部(103)的长度比为1：0.5：1-1.5。
4.根据权利要求3所述的电池堆电极块的散热装置，其特征在于：传热材料层(2)包括布设于导热壳体(1)内壁的多孔金属，多孔金属内部吸附有传热工质。
5.根据权利要求4所述的电池堆电极块的散热装置，其特征在于：传热工质包括丙酮、乙醇、甲苯或水中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的电池堆电极块的散热装置，其特征在于：散热器(4)包括沿散热部(103)的长度方向间隔布设的多个翅片(41)，各翅片(41)上设有沿翅片(41)长度方向间隔布设的多个散热孔(410)。
7.根据权利要求6所述的电池堆电极块的散热装置，其特征在于：传热材料层支柱(5)的材质为金属；翅片(41)的材质为金属。
8.根据权利要求7所述的电池堆电极块的散热装置，其特征在于：翅片(41)设置在导热壳体(1)的一侧或两侧。
9.根据权利要求8所述的电池堆电极块的散热装置，其特征在于：导热壳体(1)的厚度为0.8mm-1.2mm。
10.一种燃料电池堆，其特征在于：包括多个顺序叠放的电极块(6)，相邻两电极块(6)间设有如权利要求1-9中任一项所述的电池堆电极块的散热装置。
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