CN210897482U - 一种燃料电池冷却系统、燃料电池及燃料电池汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，具体公开了一种燃料电池冷却系统、燃料电池及燃料电池汽车。燃料电池冷却系统，包括第一双极板和第二双极板，第一双极板和第二双极板的板面上均设置有多个蛇形流场通道，蛇形流场通道上间隔设置有多个校正通道，校正通道水平设置，并连通多个蛇形流场通道；第一双极板和第二双极板均包括：冷却液入口，位于双极板的上边，且第一双极板的冷却液入口靠近第一边设置，第二双极板的冷却液入口靠近第二边设置；冷却液出口，位于双极板的下边，且第一双极板的冷却液出口靠近第二边设置，第二双极板的冷却液出口靠近第一边设置。燃料电池冷却系统提高了各蛇形流场通道内冷却液温度分布的均匀性，以及降低了水泵负荷。

Description

一种燃料电池冷却系统、燃料电池及燃料电池汽车

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池冷却系统、燃料电池及燃料电池汽车。

背景技术

高功率燃料电池通常需要极强的散热能力，燃料电池的散热一般通过冷却液和相应的热管理装置得以实现。不充分或者无效的电池冷却会导致整个或者局部电池温度过高，使得膜电极组件脱水、收缩、褶皱甚至破裂，对于电池的性能和寿命都有很大的影响。

热管理装置包括至少两个平行设置的双极板，双极板包括冷却液入口和冷却液出口，冷却液由冷却液入口流向冷却液出口。现有技术中的热管理装置中的冷却液的流动方式有两种，其中一种为每个双极板内的冷却液的流向相同，该种形式的热管理装置会导致电池沿冷却液流动方向的温度分布不均，温度梯度过大；另一种为相邻的双极板内的冷却液的流向相反，该种形式的热管理装置解决了电池内温度分布不均，温度梯度过大的问题，但是由于其将冷却液入口和冷却液出口布置在双极板两端的中间部分，冷却液入口的两侧布置有氢气入口和空气入口，这导致冷却液的出、入口面积缩减，因此在维持原冷却液流量的情况下，就使得冷却流道压降显著提高，进而导致水泵负荷提升。另一方面，狭小的冷却液出、入口对应于平行直流道必然使得冷却液流场的分布极不均匀。最后，由于流道的长度较长，且各个流道之间只有两端连通，导致各个流道内压力不均匀，进而使得各个流道内冷却液流速和温度不同。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池冷却系统、燃料电池及燃料电池汽车，以提高各蛇形流场通道内冷却液的压力的均匀性、分布的均匀性及温度分布的均匀性，以及降低水泵负荷。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种燃料电池冷却系统，包括多个平行设置的双极板组，所述双极板组包括平行设置的第一双极板和第二双极板，所述第一双极板和所述第二双极板的板面上均设置有多个蛇形流场通道，且多个所述蛇形流场通道平行设置，所述蛇形流场通道上间隔设置有多个校正通道，所述校正通道水平设置，并连通多个所述蛇形流场通道；

所述第一双极板和第二双极板均包括：

氢气入口和空气入口，设置于所述双极板的第一边；

氢气出口和空气出口，设置于所述双极板的第二边，所述第一边和所述第二边相对设置；

冷却液入口，位于所述双极板的上边，且所述第一双极板的所述冷却液入口靠近所述第一边设置，所述第二双极板的冷却液入口靠近所述第二边设置；

冷却液出口，位于所述双极板的下边，且所述第一双极板的所述冷却液出口靠近所述第二边设置，所述第二双极板的所述冷却液出口靠近所述第一边设置，所述上边和所述下边相对设置，且均位于所述第一边和所述第二边之间。

优选地，所述蛇形流场通道包括多个水平设置的水平通道和多个竖直设置的竖直通道，所述水平通道和所述竖直通道交替连通。

优选地，所述竖直通道包括两个口部竖直通道和多个中间竖直通道，两个所述口部竖直通道分别位于所述冷却液出口和所述冷却液入口处，冷却液由所述口部竖直通道流入或流出所述蛇形流场通道，所述口部竖直通道远离所述冷却液入口或所述冷却液出口的一端连通有所述水平通道，所述中间竖直通道的两端均连通有所述水平通道。

优选地，所述校正通道开设于所述竖直通道上。

优选地，所述校正通道开设于一所述蛇形流场通道中相邻的两个所述中间竖直通道中的一个上。

优选地，所述上边上开设有上封闭口，且同一所述双极板上的所述上封闭口和所述冷却液出口正对设置，一所述双极板中的所述上封闭口与另一所述双极板中的所述冷却液入口连通；所述下边上开设有下封闭口，且同一所述双极板上的所述下封闭口和所述冷却液入口正对设置；一所述双极板中的所述下封闭口与另一所述双极板中的所述冷却液出口连通。

优选地，所述第一双极板和所述第二双极板均为长方体结构。

优选地，所述上边位于所述下边的上方。

一种燃料电池，包括上述的燃料电池冷却系统。

一种燃料电池汽车，包括上述的燃料电池。

本实用新型的有益效果：校正通道能够平衡经过阶段性分离流动后的各蛇形流场通道内冷却液的压力，提高冷却液分布的均匀性，进而提高各蛇形流场通道中冷却液温度分布的均匀性。

冷却液入口与冷却液出口呈对角分布，第一双极板和第二双极板中的冷却液的整体流动方向相反，使得冷却液沿流动路径的热量和温度变化相互抵消，最终达成一个均匀稳定的温度分布，减少温度梯度，有利于改善质子交换膜以及膜电极组件的使用寿命，提升电堆的性能。

氢气入口和空气入口设置于双极板的第一边，氢气出口和空气出口设置于双极板的第二边，冷却液入口位于双极板的上边，冷却液出口位于双极板的下边，相较现有技术，本实用新型中的燃料电池冷却系统能够扩大冷却液入口和冷却液出口口径，减少冷却液流场压降，进而降低水泵负荷。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的第一双极板的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的第二双极板的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的第二双极板的部分结构示意图。

图中：

100、第一双极板；200、第二双极板；

1、冷却液入口；2、冷却液出口；

3、蛇形流场通道；31、水平通道；32、口部竖直通道；33、中间竖直通道；

4、氢气入口；5、空气入口；6、氢气出口；7、空气出口；8、第一边；9、第二边；10、上边；11、下边；12、上封闭口；13、下封闭口；14、校正通道。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

本实用新型中限定了一些方位词，在未作出相反说明的情况下，所使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”，这些方位词是为了便于理解而采用的，因而不构成对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型中，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。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

如图1和图2所示，本实施例提供的燃料电池冷却系统包括多个平行设置的双极板组，双极板组包括平行设置的第一双极板100和第二双极板200，第一双极板100和第二双极板200之间设置有膜电极。第一双极板100和第二双极板200的板面上均设置有多个蛇形流场通道3，且多个蛇形流场通道3平行设置。优选地，第一双极板100和第二双极板200的相对的两个板面上均设置有多个蛇形流场通道3。

蛇形流场通道3上间隔设置有多个校正通道14，校正通道14水平设置，并连通多个蛇形流场通道3。校正通道14能够平衡经过阶段性分离流动后的各蛇形流场通道3内冷却液的压力，提高冷却液分布的均匀性，进而提高各蛇形流场通道3中冷却液温度分布的均匀性。

第一双极板100和第二双极板200均包括氢气入口4、空气入口5、氢气出口6、空气出口7、冷却液入口1和冷却液出口2。氢气入口4和空气入口5设置于双极板的第一边8，氢气出口6和空气出口7设置于双极板的第二边9，第一边8和第二边9相对设置。

冷却液入口1位于双极板的上边10，且第一双极板100的冷却液入口1靠近第一边8设置，第二双极板200的冷却液入口1靠近第二边9设置。冷却液出口2位于双极板的下边11，且第一双极板100的冷却液出口2靠近第二边9设置，第二双极板200的冷却液出口2靠近第一边8设置，上边10和下边11相对设置，且均位于第一边8和第二边9之间。冷却液由冷却液入口1进入蛇形流场通道3，经过蛇形流场通道3的导流，由冷却液出口2流出。

本实施例提供的燃料电池冷却系统中的冷却液入口1与冷却液出口2呈对角分布，且如图1中箭头所示，第一双极板100的冷却液的整体流动方向为由第一边8流向第二边9，如图2中箭头所示，第二双极板200的冷却液的整体流动方向为由第二边9流向第一边8，即第一双极板100和第二双极板200中的冷却液的整体流动方向相反，使得冷却液沿流动路径的热量和温度变化相互抵消，最终达成一个均匀稳定的温度分布，减少温度梯度，有利于改善质子交换膜以及膜电极组件的使用寿命，提升电堆的性能。

氢气入口4和空气入口5设置于双极板的第一边8，氢气出口6和空气出口7设置于双极板的第二边9，冷却液入口1位于双极板的上边10，冷却液出口2位于双极板的下边11，相较现有技术，本实施例中的燃料电池冷却系统能够扩大冷却液入口1和冷却液出口2口径，减少冷却液流场压降，进而降低水泵负荷。

第一双极板100和第二双极板200均为长方体结构，第一边8和第二边9为长方体结构长度方向的两端，上边10和下边11为长方体结构高度方向的两端。上边10位于下边11的上方，第一双极板100和第二双极板200的冷却液均由上边10流入，因此便于冷却液自动流入到冷却液入口1，降低水泵负荷。

蛇形流场通道3包括多个水平设置的水平通道31和多个竖直设置的竖直通道，水平通道31与竖直通道交替连通，冷却液沿水平通道31和竖直通道在水平方向和竖直方向流动。

如图1-图3所示，竖直通道包括两个口部竖直通道32和多个中间竖直通道33，两个口部竖直通道32分别位于冷却液出口2和冷却液入口1处，冷却液由口部竖直通道32流入或流出蛇形流场通道3，口部竖直通道32远离冷却液入口1或冷却液出口2的一端连通有水平通道31，中间竖直通道33的两端均连通有水平通道31。

由于蛇形流场通道3有多个，且相互平行设置，因此，冷却液入口1处也设置有多个平行设置的口部竖直通道32，因此冷却液可以由冷却液入口1均匀地流入多个口部竖直通道32内，进而使冷却液均匀地分布于各个蛇形流场通道3内。

冷却液流动一段距离后，各个蛇形流场通道3内的冷却液的压力出现差异，因此，将水平的校正通道14开设于竖直通道上，有助于消除该压力差，且使各个蛇形流场通道3的压力不受重力的影响。

如图1和图2所示，为避免冷却液出现紊乱，校正通道14开设于一蛇形流场通道3中相邻的两个中间竖直通道33中的一个上。一个蛇形流场通道3包括依次设置的七个中间竖直通道33，可以将校正通道14开设于第二个、第四个和第六个中间竖直通道33上。当然，在其他实施例中，也可以将校正通道14开设于第一个、第三个和第五个中间竖直通道33上。

为了实现相邻的两个双极板组之间的冷却液的流通，以及为所有的双极板提供冷却液，上边10上开设有上封闭口12，且同一双极板上的上封闭口12和冷却液出口2正对设置，一双极板中的上封闭口12与另一双极板中的冷却液入口1连通；下边11上开设有下封闭口13，且同一双极板上的下封闭口13和冷却液入口1正对设置。一双极板中的下封闭口13与另一双极板中的冷却液出口2连通。冷却液由上封闭口12进入，由下封闭口13流出。

本实施例还提供了一种燃料电池，包括上述的燃料电池冷却系统。

本实施例还提供了一种燃料电池汽车，包括上述的燃料电池。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池冷却系统，其特征在于，包括多个平行设置的双极板组，所述双极板组包括平行设置的第一双极板(100)和第二双极板(200)，所述第一双极板(100)和所述第二双极板(200)的板面上均设置有多个蛇形流场通道(3)，且多个所述蛇形流场通道(3)平行设置，所述蛇形流场通道(3)上间隔设置有多个校正通道(14)，所述校正通道(14)水平设置，并连通多个所述蛇形流场通道(3)；

所述第一双极板(100)和第二双极板(200)均包括：

氢气入口(4)和空气入口(5)，设置于所述双极板的第一边(8)；

氢气出口(6)和空气出口(7)，设置于所述双极板的第二边(9)，所述第一边(8)和所述第二边(9)相对设置；

冷却液入口(1)，位于所述双极板的上边(10)，且所述第一双极板(100)的所述冷却液入口(1)靠近所述第一边(8)设置，所述第二双极板(200)的冷却液入口(1)靠近所述第二边(9)设置；

冷却液出口(2)，位于所述双极板的下边(11)，且所述第一双极板(100)的所述冷却液出口(2)靠近所述第二边(9)设置，所述第二双极板(200)的所述冷却液出口(2)靠近所述第一边(8)设置，所述上边(10)和所述下边(11)相对设置，且均位于所述第一边(8)和所述第二边(9)之间。

2.根据权利要求1所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述蛇形流场通道(3)包括多个水平设置的水平通道(31)和多个竖直设置的竖直通道，所述水平通道(31)和所述竖直通道交替连通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述竖直通道包括两个口部竖直通道(32)和多个中间竖直通道(33)，两个所述口部竖直通道(32)分别位于所述冷却液出口(2)和所述冷却液入口(1)处，冷却液由所述口部竖直通道(32)流入或流出所述蛇形流场通道(3)，所述口部竖直通道(32)远离所述冷却液入口(1)或所述冷却液出口(2)的一端连通有所述水平通道(31)，所述中间竖直通道(33)的两端均连通有所述水平通道(31)。

4.根据权利要求3所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述校正通道(14)开设于所述竖直通道上。

5.根据权利要求3所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述校正通道(14)开设于一所述蛇形流场通道(3)中相邻的两个所述中间竖直通道(33)中的一个上。

6.根据权利要求1所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述上边(10)上开设有上封闭口(12)，且同一所述双极板上的所述上封闭口(12)和所述冷却液出口(2)正对设置，一所述双极板中的所述上封闭口(12)与另一所述双极板中的所述冷却液入口(1)连通；所述下边(11)上开设有下封闭口(13)，且同一所述双极板上的所述下封闭口(13)和所述冷却液入口(1)正对设置；一所述双极板中的所述下封闭口(13)与另一所述双极板中的所述冷却液出口(2)连通。

7.根据权利要求1所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述第一双极板(100)和所述第二双极板(200)均为长方体结构。

8.根据权利要求1所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述上边(10)位于所述下边(11)的上方。

9.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的燃料电池冷却系统。

10.一种燃料电池汽车，其特征在于，包括权利要求9所述的燃料电池。

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