[發明專利]冷卻系統及燃料電池堆

無效

• 申請號: 201210129153.7
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102637885A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 王晶;王榮貴;曹立勇;李婷;殷聰;謝光有
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/24
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術領域

本發明涉及燃料電池冷卻技術領域，具體而言，涉及一種冷卻系統及燃料電池堆。

背景技術

燃料電池是一種電化學反應裝置，可以直接、高效地實現反應物的化學能與電能之間的轉化。燃料電池具有能量轉化效率高、無污染、可連續供電、可靠性高等優點，廣泛應用于航空航天、軍事、電動汽車、不間斷電源等領域。

現有技術的燃料電池中，燃料連續不斷的輸入陽極(負極)，同時氧化劑連續不斷的輸入陰極(正極)，在兩個電極上發生電化學反應，產生電流。燃料電池的基本物理結構由電解質層及其兩邊的電極層組成。其中電解質存在最佳的工作溫度，如質子交換膜燃料電池的電解質的最佳工作溫度為80℃左右。

電池堆的端板單節電池和中心位置單節電池存在較大的溫度差異，如質子膜燃料電池堆端板單節電池的氣體進口溫度和進出口溫度梯度都要低于中心單節電池的氣體進口溫度和進出口溫度梯度，導致端板單節電池性能加速衰減，降低了整個電池堆的使用壽命。

發明內容

本發明旨在提供一種冷卻系統及燃料電池堆，以解決現有技術中電池堆端板單節電池與中間位置單節電池之間溫度分布不均勻的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種冷卻系統，包括：進液管，包括：進液主管，具有位于上游端的進液口，進液口位于進液主管的兩端；多個進液支管，連接在進液主管和燃料電池堆本體之間；出液管，包括：出液主管，具有位于下游端的出液口，出液口位于出液主管的中部；多個出液支管，連接在出液主管和燃料電池堆本體之間，其中，出液口通過循環回路與進液口相連以形成燃料電池的冷卻循環回路。

進一步地，進液主管為一根或兩根，進液主管設置在燃料電池堆本體的一側或者相對的兩側。

進一步地，每根進液主管均包括第一管段和第二管段，第一管段和第二管段均從燃料電池堆本體的端板朝向燃料電池堆本體的沿堆疊方向的中部延伸，第一管段和第二管段的相互遠離的端部上各設有一個進液口，其中，第一管段和第二管段之間相連通或者相隔離。

進一步地，進液主管為一根時，出液主管設置在燃料電池堆本體的相對于進液主管的另一側，進液主管為兩根時，出液主管設置在燃料電池堆本體的底面中部下方。

進一步地，本發明的冷卻系統還包括：依次連接在出液管的出口至進液管的入口之間的調溫裝置、冷卻劑輸送泵和熱交換器。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種燃料電池堆，包括燃料電池堆本體和與燃料電池堆本體連接的冷卻系統，冷卻系統為上述的冷卻系統。

進一步地，燃料電池堆本體包括多個疊置的亞電池堆，每個亞電池堆均包括多個雙極板和設置在相鄰的兩個雙極板之間的膜電極組件，相鄰的兩個亞電池堆中的相互接觸的兩個雙極板中至少一個雙極板上背向膜電極組件的側面上具有冷卻劑流場，冷卻劑流場包括冷卻劑入口和冷卻劑出口，進液支管與冷卻劑入口連接，出液支管與冷卻劑出口連接。。

進一步地，燃料電池堆本體包括多個疊置的亞電池堆，每個亞電池堆均包括多個雙極板和設置在相鄰的兩個雙極板之間的膜電極組件，相鄰的兩個亞電池堆之間設有冷卻板，冷卻板的至少一個側面上具有冷卻劑流場，冷卻劑流場包括冷卻劑入口和冷卻劑出口，進液支管與冷卻劑入口連接，出液支管與冷卻劑出口連接。

進一步地，冷卻劑流場包括：冷卻劑入口通道，具有位于冷卻劑流場的上游端的冷卻劑入口；冷卻劑出口通道，具有位于冷卻劑流場的下游端的冷卻劑出口；多條間隔分布的流道溝和流道脊，流道溝和流道脊在冷卻劑入口通道與冷卻劑出口通道之間并行地延伸。

進一步地，流道溝的表面配置為具有設定的粗糙度的粗糙表面，并且，燃料電池堆本體的沿堆疊方向的中部的冷卻劑流場的流道溝的粗糙表面的粗糙度最大，從燃料電池堆本體的沿堆疊方向的中部朝向燃料電池堆本體的端板延伸方向上，冷卻劑流場的流道溝的粗糙表面的粗糙度逐漸減小。

進一步地，每個冷卻劑流場均包括多條截面的面積和/或周長相等的流道溝，并且，燃料電池堆本體的沿堆疊方向的中部的冷卻劑流場的流道溝的截面的面積和/或周長最大，從燃料電池堆本體的沿堆疊方向的中部朝向燃料電池堆本體的端板延伸方向上，冷卻劑流場的流道溝的截面的面積和/或周長逐漸減小。

進一步地，在冷卻劑入口通道的延伸方向上，多條流道溝中位于中間的流道溝的截面的面積和/或周長最大，并且在朝向兩側的方向上流道溝的截面的面積和/或周長逐漸減小。