CN113594497A - 一种燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池，包括：燃料电池本体和加热板，所述加热板设置在所述燃料电池本体的端部，燃料电池本体内布设有冷却介质管路，所述加热板上开设有第一流道，所述第一流道的进液口与所述冷却介质管路的出口连通，所述第一流道的排液口用于将所述第一流道中的冷却介质排出。本发明能够提升燃料电池堆端部电池的温度，从而减少端部电池的液态水的含量，提升燃料电池的性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种电化学能力转换装置，其通入阳极的氢气发生氧化反应，通入阴极的氧气发生还原发应并产生大量热。为使其保持在正常工作温度(在80℃以下)，会在冷却流道供给冷却水或冷冻液用来冷却燃料电池堆。燃料电池堆由几十至几百片彼此堆叠的双极板和膜电极组成，布置在电堆堆叠中间位置的单体电池会从相邻两侧电池中交换吸收热量，温度相对较高。而位于电堆两端的单体电池由于与外界进行热交换和辐射散热，温度较低。这样会导致位于端部的单体电池内部液态水含量较高，发生端部单体电池水淹，电池性能降低，影响电堆单体的均一性。
现有燃料电池堆为解决端部单体电池温度过低的问题，通常会采用以下几种方式：
1、会加入不同数量的假电池，里面只走冷却介质，不走反应介质，此方式燃料电池堆两端温度只受冷却水入堆温度的影响，端部温度几乎和入堆温度持平，所以此种方式对端部单体电池温度提升效果不明显；
2、在电堆端部加装热绝缘板，由于热绝缘板通常具有较厚的厚度或较大的体积，进而会增大燃料电池堆的体积，减少电堆体积比功率；
3、在端板处增加一个加热器，利用加热器直接对燃料电池端部进行加热，或者是加热器加热导热介质，利用导热介质对燃料电池的端部进行加热，此会增大辅助功耗，且需要复杂控制策略。
因此，需要一种燃料电池来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池，无需在燃料电池端部加装热绝缘板或者加热器就能够提升燃料电池堆端部电池的温度，从而减少端部电池的液态水的含量，提升燃料电池的性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃料电池，包括：燃料电池本体和加热板，所述加热板设置在所述燃料电池本体的端部，所述燃料电池本体内布设有冷却介质管路，所述加热板上开设有第一流道，所述第一流道的进液口与所述冷却介质管路的出口连通，所述第一流道的排液口用于将所述第一流道中的冷却介质排出。
进一步地，所述加热板包括：
流道板，所述流道板上开设有所述第一流道；
第一盖板，所述第一盖板设置在所述流道板具有所述第一流道的一侧，且与所述流道板密封连接。
进一步地，所述流道板的一侧设置有所述第一流道，所述流道板背离所述第一流道的另一侧设置有第二流道，所述第二流道与所述第一流道连通，第二盖板设置在所述流道板具有所述第二流道的一侧，且与所述流道板密封连接，所述进液口开设在所述第一盖板上，所述排液口开设在所述第二盖板上，且与所述第二流道连通。
进一步地，所述流道板上开设有贯穿孔，所述贯穿孔分别与所述第一流道和所述第二流道连通。
进一步地，所述贯穿孔位于所述流道板远离所述进液口的一端，且所述流道板上间隔开设多个所述贯穿孔。
进一步地，所述流道板靠近所述进液口的一端凸设有多个第一导流凸起，所述第一导流凸起朝向所述第一盖板延伸。
进一步地，所述流道板具有所述第二流道的一侧凸设有多个第二导流凸起，所述第二导流凸起朝向所述第二盖板延伸。
进一步地，所述燃料电池本体包括端板与集流板，所述加热板设置在所述端板与所述集流板之间。
进一步地，所述燃料电池本体包括集流板与双极板，所述加热板设置在所述集流板和所述双极板之间。
进一步地，所述进液口的面积小于所述冷却介质管路的出口的面积。
本发明的有益效果：
本发明所提供的一种燃料电池，加热板设置在燃料电池本体的端部，加热板上开设有第一流道，第一流道的进液口与燃料电池的冷却介质出口连通。当冷却介质流经燃料电池对燃料电池进行冷却后，冷却介质的温度升高，利用高温的冷却介质通过进液口进入到第一流道，由于加热板设置在燃料电池的端部，可以利用高温的冷却介质对燃料电池的端部进行加热，从而提升燃料电池的端部的温度，进而减少端部单体电池液态水的含量，提升燃料电池的整体性能，而且无需加装热绝缘板，从而保证燃料电池的电堆的体积比功率，无需增加加热器，从而避免产生辅助功耗。通过巧妙地回收和利用燃料电池加热位于端部的单体电池，实现节能减排的技术效果。
附图说明
图1是本发明一种燃料电池中流道板的示意图；
图2是本发明一种燃料电池中流道板开设多个贯穿孔的示意图；
图3是本发明一种燃料电池中加热板的截面图；
图4是本发明一种燃料电池中加热板安装在端板和集流板之间的剖视图。
图中：
1、加热板；11、第一盖板；111、冷却介质进口；112、反应介质入口；113、进液口；114、反应介质出口；12、流道板；121、第一流道；122、第二流道；123、贯穿孔；124、第一导流凸起；125、第二导流凸起；13、第二盖板；2、集流板；3、双极板；4、端板。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
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；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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本实施例涉及一种燃料电池，该燃料电池包括燃料电池本体。燃料电池本体包括端板、集流板和双极板，其中端板位于燃料电池的端部，双极板位于燃料电池的内部，集流板用于汇集电流。为了保证燃料电池在工作的过程中多余的热量及时排出，在燃料电池本体内设置有冷却介质管路，在冷却介质管路中循环冷却介质。
由于电堆两端的单体电池与外界进行热交换和辐射散热，温度较低，从而会导致端部电池水淹，电池性能降低，因此，需要提升燃料电池堆端部单体电池的温度，减少端部单体电池的液态水的含量，提高电堆堆叠方向温度均匀性，提升燃料电池的整体性能，如图1-图4所示，在燃料电池本体的端部固定设置加热板1，加热板1开设有第一流道121，第一流道121的进液口113与冷却介质管路的出口连通，第一流道121的排液口用于将第一流道121中的冷却介质排出。
当冷却介质流经燃料电池对燃料电池进行冷却后，冷却介质的温度升高，利用高温的冷却介质通过进液口113进入到第一流道121，由于加热板1设置在燃料电池的端部，可以利用高温的冷却介质对燃料电池的端部进行加热，从而提升燃料电池的端部的温度，减少液态水的含量，提升燃料电池的性能，而且无需加装热绝缘板，从而保证燃料电池的电堆的体积比功率，无需增加加热器，从而避免产生辅助功耗。通过巧妙地利用冷却完燃料电池的高温的冷却介质加热位于端部的电池，实现了能量的回收和利用，提高了能量的利用率。
进一步地，加热板1包括流道板12和第一盖板11，流道板12上开设有第一流道121；第一盖板11固定设置在流道板12具有第一流道121的一侧，且与流道板12密封连接；进液口113开设在第一盖板11上，且分别与第一流道121和燃料电池的冷却介质出口连通；排液口开设在流道板12上，与第一流道121连通，用于将位于第一流道121中的冷却介质排出。在本实施例中，通过将加热板1设计为盖板11和流道板12可拆分的形式，便于在流道板12上开设第一流道121，降低加工第一流道121的难度。在其他实施例中，也可以将盖板11和流道板12为一体化结构，可以保证盖板11和流道板12的连接强度和盖板11和流道板12之间的密封性。
进一步地，流道板12的一侧设置有第一流道121，流道板12背离第一流道121的另一侧设置有第二流道122，第二流道122与第一流道121连通，第二盖板13设置在流道板12具有第二流道122的一侧，且与流道板12密封连接。在本实施例中，进液口113开设在第一盖板11上，排液口开设在第二盖板13上，且与第二流道122连通。高温的冷却介质通过进液口113进入到第一流道121，然后通过第一流道121进入第二流道122，再通过排液口流出，使得第一盖板11和第二盖板13均可以辐射散发热量，增大了散热面积，从而保证对燃料电池端部进行快速加热，提升燃料电池的温度的一致性，从而提升燃料电池的性能。
进一步地，第一盖板11、流道板12和第二盖板13为一体化结构。在本实施例中，第一盖板11、流道板12和第二盖板13为一体注塑成型，保证第一盖板11、流道板12和第二盖板13之间的连接强度，而且省去了组装的工序，便于快速使用，采用一体注塑成型还可以保证第一盖板11、第二盖板13分别与流道板12的密封性，防止冷却介质流出。在其他实施例中，流道板12可以采用钣金工艺制造，在流道板12和第一盖板11、第二盖板13之间设置有密封圈，保证连接后的密封性。值得注意的是，本加热板1采用电绝缘材料制成，以提升绝缘性。
进一步地，流道板12上开设有贯穿孔123，贯穿孔123分别与第一流道121和第二流道122连通。通过开设贯穿孔123，使得高温的冷却介质首先通过第一流道121然后进入第二流道122，从而延长了冷却介质的流动路径，保证对燃料电池端部的加热效果。
进一步地，贯穿孔123位于流道板12远离进液口113的一端，且流道板12上间隔开设多个贯穿孔123。通过上述设置，便于冷却介质在整个流道板12内流动，且提升冷却介质在整个流道板12中分布的均匀性。
进一步地，流道板12靠近进液口113的一端凸设有多个第一导流凸起124，第一导流凸起124朝向第一盖板11延伸。具体地，在流道板12上间隔开设多根第一流道121。通过设置第一导流凸起124，一方面，第一导流凸起124能够对第一盖板11进行支撑，提升板加热板1的结构强度，另一方面，冷却介质通过进液口113进入后，第一导流凸起124起到分流的作用，从而保证冷却介质顺利进入多个第一流道121，保证冷却介质在第一流道121中的分布的均匀性。为了保证进入到第二流道122的冷却介质的均匀性，在本实施例中，每个第一流道121对应设置有一个贯穿孔123。
进一步地，流道板12具有第二流道122的一侧凸设有多个第二导流凸起125，第二导流凸起125朝向第二盖板13延伸。通过设置第二导流凸起125能够对第二盖板13进行支撑。而且多个第二导流凸起125能够实现扰动冷却介质的流动，提高热交换效率，即可以提升燃料电池端部的加热效果。
如图4所示，进一步地，加热板1设置在端板4与集流板2之间。如此设置，可以减小燃料电池的电堆堆芯的体积和质量，从而提燃料电池的体积比功率和质量比功率。
当然，加热板1也可以设置在集流板2和双极板3之间。当加热板1设置在双极板3处时，在加热板1上开设有反应介质入口112、冷却介质进口111和反应介质出口114，反应介质入口112与双极板3上的入口面积相同，反应介质出口114与双极板3的出口面积相同，从而保证反应介质流动的流畅性。
进一步地，进液口113的面积小于冷却介质管路的出口的面积。通过上述设置，使得冷却介质在流入加热板1时，存在流动阻力，从而延缓冷却介质的流动速度，保证对燃料电池端部的加热效果。
进一步地，在本实施例中，加热板1的厚度大于1.3mm，大于双极板3的厚度。加热板1的厚度大于1.3mm，便于第一流道121和第二流道122的布设；而且对双极板3进行冷却的冷却介质进入到加热板1时，由于加热板1的厚度较大，可以保证第一流道121和第二流道122的直径较大，从而可以降低冷却介质的流阻，保证冷却介质可以快速进入到加热板1中对位于端部的单体电池进行加热，而且提升冷却介质的循环速度，及时快速对端部的单体电池进行加热。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池，其特征在于，包括：燃料电池本体和加热板(1)，所述加热板(1)设置在所述燃料电池本体的端部，所述燃料电池本体内布设有冷却介质管路，所述加热板(1)上开设有第一流道(121)，所述第一流道(121)的进液口(113)与所述冷却介质管路的出口连通，所述第一流道(121)的排液口用于将所述第一流道(121)中的冷却介质排出。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池，其特征在于，所述加热板(1)包括：
流道板(12)，所述流道板(12)上开设有所述第一流道(121)；
第一盖板(11)，所述第一盖板(11)设置在所述流道板(12)具有所述第一流道(121)的一侧，且与所述流道板(12)密封连接。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池，其特征在于，所述流道板(12)的一侧设置有所述第一流道(121)，所述流道板(12)背离所述第一流道(121)的另一侧设置有第二流道(122)，所述第二流道(122)与所述第一流道(121)连通，第二盖板(13)设置在所述流道板(12)具有所述第二流道(122)的一侧，且与所述流道板(12)密封连接，所述进液口(113)开设在所述第一盖板(11)上，所述排液口开设在所述第二盖板(13)上，且与所述第二流道(122)连通。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池，其特征在于，所述流道板(12)上开设有贯穿孔(123)，所述贯穿孔(123)分别与所述第一流道(121)和所述第二流道(122)连通。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池，其特征在于，所述贯穿孔(123)位于所述流道板(12)远离所述进液口(113)的一端，且所述流道板(12)上间隔开设多个所述贯穿孔(123)。
6.根据权利要求2所述的一种燃料电池，其特征在于，所述流道板(12)靠近所述进液口(113)的一端凸设有多个第一导流凸起(124)，所述第一导流凸起(124)朝向所述第一盖板(11)延伸。
7.根据权利要求3所述的一种燃料电池，其特征在于，所述流道板(12)具有所述第二流道(122)的一侧凸设有多个第二导流凸起(125)，所述第二导流凸起(125)朝向所述第二盖板(13)延伸。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池本体包括端板(4)与集流板(2)，所述加热板(1)设置在所述端板(4)与所述集流板(2)之间。
9.根据权利要求1-7任一项所述的一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池本体包括集流板(2)与双极板(3)，所述加热板(1)设置在所述集流板(2)和所述双极板(3)之间。
10.根据权利要求1-7任一项所述的一种燃料电池，其特征在于，所述进液口(113)的面积小于所述冷却介质管路的出口的面积。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211102 |