CN219937085U - 燃料电池系统和物流车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池系统和物流车，所述燃料电池系统包括：散热壳体；燃料电池堆，设置在所述散热壳体内，所述燃料电池堆包括双极板，所述双极板之间的空间形成冷却液流道；绝缘冷却液，填充在所述散热壳体内并填充所述冷却液流道。根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，整个系统更加简单，占用空间较小。

Description

燃料电池系统和物流车

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统和包括该燃料电池系统的物流车。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因为低噪音、高能量转换效率以及零排放等优势，可满足多领域(例如，汽车、航空航天器、潜艇、电子设备等)的用电需要。

目前，质子交换膜燃料电池按照冷却方式可分为风冷系统燃料电池和液冷系统燃料电池。风冷系统的结构相对简单，通过空气流动降低电池温度，但受环境因素影响较大，导致质子交换膜燃料电池的实际使用寿命较低。液冷系统可以有效改善风冷系统受环境影响较大的缺点，但需要增加许多辅助硬件，例如空压机、水泵、散热器等，成本提升的同时也增加了系统的复杂程度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种冷却结构简单的燃料电池系统和包括该燃料电池系统的物流车。

根据本实用新型的一方面，提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：散热壳体；燃料电池堆，设置在所述散热壳体内，所述燃料电池堆包括双极板，所述双极板之间的空间形成冷却液流道；绝缘冷却液，填充在所述散热壳体内并填充所述冷却液流道。

可选地，所述散热壳体为散热板弯折而围成的密闭壳体。

可选地，所述燃料电池系统还包括绝缘底座，所述绝缘底座支撑所述燃料电池堆以使所述燃料电池堆与所述散热壳体隔开。

可选地，所述燃料电池堆还包括两个端板和膜电极，所述双极板和所述膜电极在所述两个端板之间交替设置，所述绝缘底座包括彼此分开的两个绝缘支座，两个绝缘支座分别设置在所述两个端板下方并支撑所述两个端板。

可选地，所述绝缘冷却液填充在所述两个端板与所述散热壳体之间、所述燃料电池堆的下端与所述散热壳体之间以及所述燃料电池堆的上端与所述散热壳体之间。

可选地，所述燃料电池系统还包括进气管路和出气管路，所述进气管路的第一端和所述出气管路的第一端分别与所述燃料电池堆的进气口和出气口连接，所述进气管路的第二端和所述出气管路的第二端从所述散热壳体向外伸出，所述进气管路与所述散热壳体之间密封连接，所述出气管路与所述散热壳体之间密封连接。

可选地，所述燃料电池系统还包括出线管路，所述出线管路的第一端与所述燃料电池堆连接，所述出线管路的第二端从散热壳体向外伸出，所述出线管路与所述散热壳体之间密封连接。

可选地，所述膜电极包括气体扩散层、催化层和质子交换膜，所述气体扩散层和所述催化层设置在所述双极板和所述质子交换膜之间。

可选地，所述燃料电池系统还包括散热风扇，所述散热风扇设置在所述散热壳体外侧用于对所述散热壳体进行散热。

根据本实用新型的另一方面，提供一种物流车，所述物流车包括如上所述的燃料电池系统。

根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，与现有技术中的风冷型燃料电池相比，可节省散热器和水泵等辅助设备，整个系统更加简单，占用空间也随之减小。另外，与现有技术中的风冷型燃料电池相比，受环境影响较小，因此有利于提高燃料电池堆的使用寿命。

根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，由于冷却液流道内的绝缘冷却液与填充在散热壳体内的绝缘冷却液流通，因此可提高导热效果。

根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，绝缘冷却液还可填充散热壳体的弯折区域，从而更好地发挥将热量导向散热壳体的作用。

根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，绝缘冷却液还可填充在燃料电池堆的下端与散热壳体之间，从而，绝缘冷却液可在各个方向包裹燃料电池堆，以更好地发挥导热效果。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本实用新型的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据本实用新型的实施例的燃料电池系统的立体图；

图2是根据本实用新型的实施例的燃料电池系统的主视图；

图3是沿图1的A-A线截取的燃料电池系统的截面图；

图4是沿图1的B-B线截取的燃料电池系统的截面图；

图5是根据本实用新型的实施例的燃料电池系统的双极板和膜电极的布置方式的示意图。

附图符号说明：100-燃料电池系统；110-散热壳体；120-燃料电池堆；121、122-端板；123-双极板；124-膜电极；125-冷却液流道；130-绝缘底座；131、132-绝缘支座；141、142-进气管路；143、145-出线管路；144-出气管路；146-冷却液灌注口；150-绝缘冷却液；126-氢气流动通道；127-氧气流动通道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本领域的技术人员通常理解的含义相同。本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

以下，将参照图1至图5描述根据本实用新型的实施例的燃料电池系统。图1是根据本实用新型的实施例的燃料电池系统的立体图；图2是根据本实用新型的实施例的燃料电池系统的主视图；图3是沿图1的A-A线截取的燃料电池系统的截面图；图4是沿图1的B-B线截取的燃料电池系统的截面图；图5是根据本实用新型的实施例的燃料电池系统的双极板和膜电极的示意图。

如图1至图4所示，根据本实用新型的实施例的燃料电池系统100可包括散热壳体110、燃料电池堆120和绝缘冷却液150。

如图4和图5所示，燃料电池堆120可设置在散热壳体110内，燃料电池堆120包括双极板123，双极板123之间的空间形成冷却液流道125。根据本实用新型的实施例，绝缘冷却液150可填充在散热壳体110内并填充冷却液流道125。

根据本实用新型的实施例，燃料电池堆120设置在散热壳体110内，绝缘冷却液150填充散热壳体110并填充燃料电池堆120的冷却液流道125，从而燃料电池堆120产生的热量可通过冷却液流道125和散热壳体110内的绝缘冷却液150导出到散热壳体110，通过散热壳体110向外散热。与现有技术中的液冷型燃料电池相比，可节省散热器和水泵等辅助设备，整个系统更加简单，占用空间也随之减小。另外，与现有技术中的风冷型燃料电池相比，由于不直接使用外界空气进行冷却，因此受环境影响较小，有利于提高燃料电池堆的使用寿命。

另外，根据本实用新型的实施例，由于冷却液流道125内的绝缘冷却液150与填充在散热壳体110内的绝缘冷却液150流通，因此温度较高的冷却液流道125内的绝缘冷却液150可通过与温度较低的填充在散热壳体110内的绝缘冷却液150流通而更好地进行导热。例如，当将本实用新型的实施例的燃料电池系统应用于物流车时，在物流车行驶过程中，会促使冷却液流道125内的绝缘冷却液150与填充在散热壳体110内的绝缘冷却液150流通，从而提高导热效果。本实用新型的实施例的燃料电池系统的应用领域不限于物流车，还可以为其它类型的新能源车辆。另外，还可以被应用于航空航天器、潜艇、电子设备等领域。

根据本实用新型的实施例，如图2至图4所示，散热壳体110为散热板弯折而围成的密闭壳体。散热壳体110可使用导热性良好的铝合金形成，然而，本实用新型不限于此，只要散热壳体110的材料具有较好的导热性且适于弯折围成密闭壳体即可。根据本实用新型的实施例，通过将散热板弯折来围成散热壳体110，与先形成密封壳体主体再在密封壳体主体上设置散热翅片的结构相比，导热和散热效果更优。

作为示例，如图1所示，散热壳体110可围成六面体箱式壳体。然而，散热壳体110的形状不限于此，只要能够围成密闭结构即可。散热壳体110内形成冷却液填充空间。冷却液灌注口146可设置在散热壳体110的上部并且可穿透散热壳体110。可通过冷却液灌注口146向散热壳体110内灌注绝缘冷却液150。在灌注绝缘冷却液150之后，可通过密封塞等密封冷却液灌注口146。

根据本实用新型的实施例，绝缘冷却液150可以为电子设备中常用的绝缘导热液体，绝缘冷却液150的具体类型不受具体限制，作为示例，可以为氢氟烯烃类化合物、氢氟醚烃类化合物、全氟酮类化合物和氢氟环烷烃类化合物等。如图3和图4所示，绝缘冷却液150可充满整个散热壳体110。此外，由于散热壳体110为散热板弯折而围成的密闭壳体，因此绝缘冷却液150还可填充散热壳体110的弯折区域，从而更好地发挥将热量导向散热壳体110的作用。

根据本实用新型的实施例，如图4和图5所示，燃料电池堆120设置在散热壳体110内部，并且被绝缘冷却液150浸没。燃料电池堆120可包括两个端板121和122。两个端板121和122可主要起到支撑的作用。燃料电池堆120还可包括双极板123和膜电极124，双极板123和膜电极124在两个端板121和122之间交替设置。

每个双极板123可包括彼此结合的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板之间形成如上所述的冷却液流道125，阳极板与膜电极124之间的空间为氢气流动通道126，阴极板与膜电极124之间的空间为氧气流动通道127。图5中示意性示出了阳极板和阴极板的结构和形状，然而阳极板和阴极板的结构和形状不限于此，而是可具有本领域已知的任意结构和形状。并且，容易理解的是，当阳极板和阴极板的结构和形状改变时，相应地形成在阳极板和阴极板之间的冷却液流道125的形状也会改变。本实用新型的目的不在于限定冷却液流道125的形状，只要冷却液流道125与散热壳体110内的冷却液填充空间连通使得绝缘冷却液150既能够填充在散热壳体110内又能够填充冷却液流道125即可。

膜电极124包括气体扩散层、催化层和质子交换膜，气体扩散层和催化层设置在双极板123和质子交换膜之间。即，在两个双极板123之间依次设置气体扩散层、催化层、质子交换膜、催化层、气体扩散层。膜电极124可使用本领域已知的任何结构，对此不做详细阐述。

在燃料电池堆120工作过程中，氢气通过阳极板上的氢气流动通道126穿过扩散层(阳极扩散层)到达催化层(阳极催化层)，吸附在阳极催化层上，氢气在催化剂的催化作用下分解为氢离子，即氢质子，并释放出2个电子。氧气通过阴极板上的氧气流动通道127穿过扩散层到达催化层(阴极催化层)，吸附在阴极催化层，同时，氢离子穿过质子交换膜到达阴极催化层，电子通过外电路也到达阴极催化层。在阴极催化剂的作用下，氧气与氢离子和电子发生反应生成水。与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能，生成的水通过电极随反应尾气排出。

根据本实用新型的实施例，如图3和图4所示，燃料电池系统100还可包括绝缘底座130，绝缘底座130支撑燃料电池堆120以使燃料电池堆120与散热壳体110隔开。作为示例，绝缘底座130可包括彼此分开的两个绝缘支座131和132，两个绝缘支座131和132分别设置在两个端板121和122下方并支撑两个端板121和122，以使两个端板121和122与散热壳体110间隔开。作为具体示例，绝缘支座131可覆盖端板121的侧表面和下表面，绝缘支座132可覆盖端板122的侧表面和下表面。

如图3和图4所示，绝缘冷却液150除了填充在两个端板121和122与散热壳体110之间以及燃料电池堆120的上端与散热壳体110之间之外，通过利用绝缘底座130支撑燃料电池堆120，绝缘冷却液150还可填充在燃料电池堆120的下端与散热壳体110之间。从而，绝缘冷却液150可包裹燃料电池堆120的各个面，以更好地发挥导热效果。

如图1和图4所示，燃料电池系统还可包括进气管路141和142以及出气管路144。进气管路141和142的第一端与燃料电池堆120的进气口(未示出)连接，出气管路144的第一端与燃料电池堆120的出气口(未示出)连接。进气管路141和142的第二端和出气管路144的第二端从散热壳体110向外伸出。

进气管路141可以为氢气进气管路，进气管路142可以为氧气进气管路。进气管路141可通过燃料电池堆120的氢气进气口进入上面描述的氢气进气管路，进气管路142可通过燃料电池堆120的氧气进气口进入上面描述的氧气进气管路。反应剩余的氢气、氧气和水可经由燃料电池堆120的出气口通过出气管路144排出。出气管路144可设置为一个或两个。当设置一个出气管路144时，反应剩余的氢气、氧气和水通过一个出气管路144排出，当设置两个出气管路144时，反应剩余的氢气可通过其中一个出气管路144排出，反应剩余的氧气和水可通过另一个出气管路144排出。

根据本实用新型的实施例，如图1和图4所示，为了保证散热壳体110的密封性，进气管路141和142与散热壳体110之间密封连接，出气管路144与散热壳体110之间密封连接。

根据本实用新型的实施例，如图4所示，燃料电池系统还可包括出线管路143和145。出线管路143和145是用于引出燃料电池堆120的接线的管路。出线管路143和145的第一端与燃料电池堆120连接，出线管路143和145的第二端从散热壳体110向外伸出。为了保证散热壳体110的密封性，出线管路143和145与散热壳体110之间密封连接。虽然图4中示出了两个出线管路143和145，但出线管路143和145的数量不受具体限制，而是可根据需要进行调整。

根据本实用新型的实施例，燃料电池系统还可包括散热风扇(未示出)。散热风扇可设置在散热壳体110外侧用于对散热壳体110进行散热，以提高散热效果。

根据本实用新型的实施例，当燃料电池堆120为小功率电堆(例如，2kW以下)时，例如，当燃料电池系统应用于无人机、电动车、小型物流车时，可以不设置散热风扇。当燃料电池堆120的功率较大，例如，大于2kW时，为了提高散热效果，延长燃料电池堆120的使用寿命，可额外设置散热风扇。散热风扇的具体结构和类型不受限制，只要能够强制空气流通即可。

根据本实用新型的另一实施例，还可提供一种包括上述燃料电池系统的物流车。

根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，可取得不限于以下描述的有益技术效果。

根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，与现有技术中的风冷型燃料电池相比，可节省散热器和水泵等辅助设备，整个系统更加简单，占用空间也随之减小。另外，与现有技术中的风冷型燃料电池相比，受环境影响较小，因此有利于提高燃料电池堆的使用寿命。

根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，由于冷却液流道内的绝缘冷却液与填充在散热壳体内的绝缘冷却液流通，因此可提高导热效果。

根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，绝缘冷却液还可填充散热壳体的弯折区域，从而更好地发挥将热量导向散热壳体的作用。

根据本实用新型的实施例的燃料电池系统，绝缘冷却液还可填充在燃料电池堆的下端与散热壳体之间，从而，绝缘冷却液可在各个方向包裹燃料电池堆，以更好地发挥导热效果。

尽管已经参照其示例性实施例具体描述了本实用新型的示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统(100)包括：

散热壳体(110)；

燃料电池堆(120)，设置在所述散热壳体(110)内，所述燃料电池堆(120)包括双极板(123)，所述双极板(123)之间的空间形成冷却液流道(125)；

绝缘冷却液(150)，填充在所述散热壳体(110)内并填充所述冷却液流道(125)。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述散热壳体(110)为散热板弯折而围成的密闭壳体。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统(100)还包括绝缘底座(130)，所述绝缘底座(130)支撑所述燃料电池堆(120)以使所述燃料电池堆(120)与所述散热壳体(110)隔开。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池堆(120)还包括两个端板(121、122)和膜电极(124)，所述双极板(123)和所述膜电极(124)在所述两个端板(121、122)之间交替设置，所述绝缘底座(130)包括彼此分开的两个绝缘支座(131、132)，两个绝缘支座(131、132)分别设置在所述两个端板(121、122)下方并支撑所述两个端板(121、122)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述绝缘冷却液(150)填充在所述两个端板(121、122)与所述散热壳体(110)之间、所述燃料电池堆(120)的下端与所述散热壳体(110)之间以及所述燃料电池堆(120)的上端与所述散热壳体(110)之间。

6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括进气管路(141、142)和出气管路(144)，所述进气管路(141、142)的第一端和所述出气管路(144)的第一端分别与所述燃料电池堆(120)的进气口和出气口连接，所述进气管路(141、142)的第二端和所述出气管路(144)的第二端从所述散热壳体(110)向外伸出，所述进气管路(141、142)与所述散热壳体(110)之间密封连接，所述出气管路(144)与所述散热壳体(110)之间密封连接。

7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括出线管路(143、145)，所述出线管路(143、145)的第一端与所述燃料电池堆(120)连接，所述出线管路(143、145)的第二端从散热壳体(110)向外伸出，所述出线管路(143、145)与所述散热壳体(110)之间密封连接。

8.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述膜电极(124)包括气体扩散层、催化层和质子交换膜，所述气体扩散层和所述催化层设置在所述双极板(123)和所述质子交换膜之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括散热风扇，所述散热风扇设置在所述散热壳体(110)外侧用于对所述散热壳体(110)进行散热。

10.一种物流车，其特征在于，所述物流车包括根据权利要求1至9中任一项所述的燃料电池系统(100)。