CN112086659A - 一种便于温度控制的燃料电池堆 - Google Patents

一种便于温度控制的燃料电池堆 Download PDF

Info

Publication number
CN112086659A
CN112086659A CN202010862990.5A CN202010862990A CN112086659A CN 112086659 A CN112086659 A CN 112086659A CN 202010862990 A CN202010862990 A CN 202010862990A CN 112086659 A CN112086659 A CN 112086659A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
plate
heat
heat conducting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010862990.5A
Other languages
English (en)
Inventor
曾睿
康慧芳
吕建国
肖雪莲
黄奕成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
China North Vehicle Research Institute
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
China North Vehicle Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT, China North Vehicle Research Institute filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202010862990.5A priority Critical patent/CN112086659A/zh
Publication of CN112086659A publication Critical patent/CN112086659A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明公开了一种便于温度控制的燃料电池堆，包括：双极板和导热板；当只有一层双极板时，其两个相对的活化面分别固定导热板；当有两层以上双极板时，两层以上双极板依次堆叠形成燃料电池堆，相邻双极板之间固定有导热板，燃料电池堆的两个相对的活化面分别固定有导热板，且所有导热板相互平行；其中，导热板用于均匀控制双极板的温度。

Description

一种便于温度控制的燃料电池堆
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种便于温度控制的燃料电池堆。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
燃料电池的温度会直接影响到燃料电池的运行效率、运行稳定性和使用寿命；因此，如何提高冷却效率和冷却均匀性是提高质子交换膜燃料电池性能和寿命的研究重点。
现有技术中，考虑低温冷启动时，为了让燃料电池在低环境温度下达到理想工作温度，一般将加热丝埋入燃料电池的双极板中，通过加热加热丝以快速提高燃料电池温度；但是这种方式使得双极板加工成本和难度变高。
现有技术中，考虑燃料电池散热时，多采用在双极板上雕刻冷却水流道，再通以冷却水来进行散热，但是这种方式也使得双极板加工成本和难度变高，且冷却温度分布不均匀。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种便于温度控制的燃料电池堆，通过导热板夹持双极板，用于控制双极板的温度，能够避免在双极板上埋设加热丝以及雕刻冷却水流道，有效降低双极板的加工成本和难度，解决燃料电池温度控制难的问题，提高了燃料电池的冷启动速度、散热速度和散热均匀性。
本发明的技术方案为：一种便于温度控制的燃料电池堆，包括：双极板和导热板；
当只有一层双极板时，其两个相对的活化面分别固定导热板；当有两层以上双极板时，两层以上双极板依次堆叠形成燃料电池堆，相邻双极板之间固定有导热板，燃料电池堆的两个相对的活化面分别固定有导热板，且所有导热板相互平行；其中，导热板用于均匀控制双极板的温度。
优选地，所述导热板的材质采用多层石墨烯。
优选地，所述导热板上埋设加热丝。
优选地，所述导热板相对双极板伸出有散热翅。
优选地，所述散热翅可折叠。
优选地，还包括：绝缘材料，其包裹在所述燃料电池的外周。
优选地，所述绝缘材料包裹形成的腔体为密封腔时，其内能够通入液态冷却介质。
优选地，夹持在所述燃料电池堆中部的导热板的散热翅上布置两个冷却孔，且两个冷却孔位于导热板的对角上，当所述燃料电池堆中部包括两个以上导热板时，中部的相邻两个导热板错位设置，使包裹后的燃料电池堆中形成迷宫型的冷却通道。
有益效果：
1、本发明的燃料电池，通过导热板与双极板的活化面均匀接触，能够均匀控制双极板的温度，有效降低双极板的加工成本和难度，解决燃料电池温度控制难的问题，提高了燃料电池的冷启动速度、散热速度和散热均匀性，进而提高了燃料电池的工作效率，从而延长了燃料电池寿命。
2、本发明导热板的材质设置，使其具有较好的导热性能。
3、本发明导热板上埋设加热丝，有利于在低温冷启动时对燃料电池有效增温。
4、本发明导热板设有散热翅，便于散热。
5、本发明设置可折叠散热翅，既能够在低温冷启动时折叠有效保温，又能够适时减小体积。
6、本发明绝缘材料的设置，能够有效将燃料电池与外界环境绝缘。
7、本发明设置绝缘密封腔，能够通入液态冷却介质，进而在需要散热时快速降温散热。
8、本发明中冷却孔的具体设置，能够使包裹后的燃料电池堆中的散热翅位置处形成迷宫型的冷却通道，便于有效增加散热。
附图说明
图1为本发明燃料电池的结构示意图。
图2为散热翅折叠后的燃料电池的结构示意图。
图3为包裹绝缘材料后的燃料电池的结构示意图。
图4为图3中的A-A剖视图。
图5为导热板的结构示意图，(1)未设置加热丝的导热板，(2)埋设有加热丝的导热板。
其中，1-双极板，2-中间层，3-导热板，4-加热丝，5-绝缘材料，6-进口，7-出口，8-冷却孔。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种便于温度控制的燃料电池堆，通过导热板夹持双极板，用于控制双极板的温度，能够避免在双极板上埋设加热丝以及雕刻冷却水流道，有效降低双极板的加工成本和难度，解决燃料电池温度控制难的问题，提高了燃料电池的冷启动速度、散热速度和散热均匀性。
如图1所示，该燃料电池堆包括：双极板1和导热板3；其中，双极板1用于为燃料气体提供流道，包括阴极板、阳极板以及夹持在阴极板和阳极板之间的中间层2；
当该燃料电池堆只有一层双极板1时，其阴极板和阳极板对应的端面(即两个相对的活化面)分别固定导热板3；当该燃料电池堆包括两层以上双极板1时，两层以上双极板1依次堆叠形成燃料电池堆，相邻双极板1之间固定有导热板3，燃料电池堆的两个相对的活化面分别固定有导热板3，且所有导热板3相互平行；导热板3与双极板1的整个活化面接触，有利于均匀控制双极板1的温度；
进一步地，导热板3采用多层石墨烯制成，其导热率为5300W/m·K左右，远大于水0.62W/m·K左右的导热率，具有较好的导热性能；
进一步地，如图5所示，导热板3上可埋设加热丝4，用于提高燃料电池温度，便于低温冷启动时对燃料电池堆加热；
进一步地，导热板3的尺寸大于双极板1的尺寸，即导热板3相对双极板1伸出有散热翅，便于散热；
进一步地，如图2所示，导热板3的散热翅可折叠，以便于非散热情况下减小该燃料电池的体积，且低温冷启动时具有保温效果；
进一步地，该燃料电池的外周还包裹有绝缘材料5，用于保证该燃料电池与外界环境的绝缘；
进一步地，如图3所示，燃料电池堆外周的绝缘材料5包裹形成密封腔，且绝缘材料5上设有与密封腔连通的进口6和出口7，通过进口6向密封腔通入冷却介质(如水、空气、液氮等)，冷却介质对密封腔内的燃料电池冷却降温后，从出口7排出；
进一步地，夹持在该燃料电池堆中部的导热板3的散热翅上布置两个冷却孔8，且两个冷却孔8位于导热板3的对角上，当该燃料电池堆中包括四个以上导热板3时，其中部包括两个以上导热板3，此时，如图4所示，中部的相邻两个导热板3错位设置，使相邻两个导热板3上冷却孔8的连线相交，以确保包裹后的燃料电池堆中散热翅对应位置处形成迷宫型的冷却通道；
使用时，低温冷启动的情况下：将导热板3的散热翅折叠起来，能够起到一定的保温效果，加热加热丝4，启动燃料电池，温度达到设定值后停止加热，并展开散热翅；
需要散热时：当燃料电池未包裹绝缘材料5或未密封包裹绝缘材料5时，通过空气冷却即可；当燃料电池密封包裹绝缘材料5时，向密封腔内通入冷却介质，通过冷却介质的热对流循环带走热量实现有效散热。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种便于温度控制的燃料电池堆，其特征在于，包括：双极板(1)和导热板(3)；
当只有一层双极板(1)时，其两个相对的活化面分别固定导热板(3)；当有两层以上双极板(1)时，两层以上双极板(1)依次堆叠形成燃料电池堆，相邻双极板(1)之间固定有导热板(3)，燃料电池堆的两个相对的活化面分别固定有导热板(3)，且所有导热板(3)相互平行；其中，导热板(3)用于均匀控制双极板(1)的温度。
2.如权利要求1所述的便于温度控制的燃料电池堆，其特征在于，所述导热板(3)的材质采用多层石墨烯。
3.如权利要求1所述的便于温度控制的燃料电池堆，其特征在于，所述导热板(3)上埋设加热丝(4)。
4.如权利要求1所述的便于温度控制的燃料电池堆，其特征在于，所述导热板(3)相对双极板(1)伸出有散热翅。
5.如权利要求4所述的便于温度控制的燃料电池堆，其特征在于，所述散热翅可折叠。
6.如权利要求4所述的便于温度控制的燃料电池堆，其特征在于，还包括：绝缘材料(5)，其包裹在所述燃料电池的外周。
7.如权利要求6所述的便于温度控制的燃料电池堆，其特征在于，所述绝缘材料(5)包裹形成的腔体为密封腔时，其内能够通入液态冷却介质。
8.如权利要求6所述的便于温度控制的燃料电池堆，其特征在于，夹持在所述燃料电池堆中部的导热板(3)的散热翅上布置两个冷却孔(8)，且两个冷却孔(8)位于导热板(3)的对角上，当所述燃料电池堆中部包括两个以上导热板(3)时，中部的相邻两个导热板(3)错位设置，使包裹后的燃料电池堆中形成迷宫型的冷却通道。
CN202010862990.5A 2020-08-25 2020-08-25 一种便于温度控制的燃料电池堆 Pending CN112086659A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010862990.5A CN112086659A (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种便于温度控制的燃料电池堆

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010862990.5A CN112086659A (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种便于温度控制的燃料电池堆

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112086659A true CN112086659A (zh) 2020-12-15

Family

ID=73728805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010862990.5A Pending CN112086659A (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种便于温度控制的燃料电池堆

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112086659A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114899429A (zh) * 2022-07-13 2022-08-12 潍柴动力股份有限公司 一种双极板粘合工装

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1416184A (zh) * 2001-11-01 2003-05-07 哈尔滨工业大学 质子交换膜燃料电池的金属复合双极板
KR20040098000A (ko) * 2002-02-20 2004-11-18 이온 아메리카 코포레이션 고체 산화물 연료 전지와 시스템
CN209607843U (zh) * 2019-03-28 2019-11-08 浙江高成绿能科技有限公司 一种简化风冷阴极封闭式燃料电池系统
CN110783610A (zh) * 2019-10-12 2020-02-11 中国电子科技集团公司电子科学研究院 一种直接甲醇燃料电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1416184A (zh) * 2001-11-01 2003-05-07 哈尔滨工业大学 质子交换膜燃料电池的金属复合双极板
KR20040098000A (ko) * 2002-02-20 2004-11-18 이온 아메리카 코포레이션 고체 산화물 연료 전지와 시스템
CN209607843U (zh) * 2019-03-28 2019-11-08 浙江高成绿能科技有限公司 一种简化风冷阴极封闭式燃料电池系统
CN110783610A (zh) * 2019-10-12 2020-02-11 中国电子科技集团公司电子科学研究院 一种直接甲醇燃料电池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114899429A (zh) * 2022-07-13 2022-08-12 潍柴动力股份有限公司 一种双极板粘合工装

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210384534A1 (en) Thermal management system for fuel cell vehicle and control method thereof
CN207233866U (zh) 一种质子交换膜燃料电池双极板结构以及燃料电池电堆
CN109037726A (zh) 一种用于燃料电池传热均温的风冷式模块
WO2007128202A1 (fr) Pile à combustible sans plaques à bornes destinée à fonctionner à basse température
KR20020087967A (ko) 연료 셀 시스템들의 열 관리를 위한 방법 및 장치
CN107275559B (zh) 电池组装置
CN101210750A (zh) 一种利用燃料电池废热驱动空调的方法
CN109037731A (zh) 一种用于大功率燃料电池传热均温的液冷式模块
CN112086659A (zh) 一种便于温度控制的燃料电池堆
CN203218380U (zh) 一种质子交换膜燃料电池冷启动的装置
CN210866383U (zh) 一种燃料电池
JP2002190313A (ja) 固体高分子電解質形燃料電池
CN108054410B (zh) 一种质子交换膜燃料电池的自加热装置及其自加热方法
JPS6113348B2 (zh)
AU2021101482A4 (en) Temperature control device for battery of electric automobile
KR100619729B1 (ko) 연료전지의 스택 방열 장치
US20090162713A1 (en) Stack for fuel cell and bipolar plate and cooling plate adopted in the same
US8778550B2 (en) Battery of fuel cells
JP4085669B2 (ja) 燃料電池
CN114566734A (zh) 基于反馈系统和水冷条件下的锂电池组维稳装置
KR102119912B1 (ko) 응축수 제거용 발열부 가지는 연료전지 및 그 제조 방법
CN208723000U (zh) 应用于高电流密度燃料电池传热均温的液冷式装置
CN112768739A (zh) 一种改善燃料电池堆端板弱片的结构
CN112133989A (zh) 电池热管理结构及管理方法
CN116190846B (zh) 一种均温储能pack包及储能设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20201215

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication