[發明專利]用于燃料電池的冷卻系統及散熱方法

有效

• 申請號: 201710894005.7
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN109585877B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 李驍
• 申請（專利權）人: 武漢眾宇動力系統科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029
• 代理公司: 寧波理文知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33244
• 代理人: 尹飛宇;孟湘明

本發明提供一種用于燃料電池的冷卻系統，其中該冷卻系統無需任何去離子元件或部件，從而在降低該冷卻系統的制造成本的同時，還減少了燃料電池的制造工藝步驟和降低了燃料電池的結構復雜度，和大幅度降低了整個燃料電池(系統)的維護難度。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池，尤其涉及一種用于燃料電池的冷卻系統。本發明還進一步涉及一種用于燃料電池的散熱方法。

背景技術

燃料電池，尤其是質子膜交換燃料電池(或氫燃料電池)，能夠直接將化學能轉化為電能而不必經過熱機過程，因而具有能量轉化效率高,噪音低,污染小和壽命長等優點,日益受到人們的重視。然而，在實際運行中，燃料的相當大部分化學能被燃料電池轉化成熱能。在燃料電池中，熱能的產生方式包括電化學反應熱、電阻熱和相變熱等。如果不對燃料電池進行有效的熱管理，隨著燃料電池持續運行和電化學反應的不斷發生，熱量將在燃料電池堆內不斷積累，最終導致燃料電池的流場板，甚至導致整個燃料電池堆的溫度過高。燃料電池流場板的溫度過高，會導致質子交換膜失去水分而失去其應有功能和催化劑催化效率的下降，而這將會導致燃料電池的電化學反應速度和輸出功率快速下降，甚至可能會造成安全事故。因此，要使燃料電池能夠持續地高效率運行，良好的熱管理系統不可或缺。

根據冷卻介質的不同，燃料電池可被分為空冷(熱傳遞介質或冷卻介質為空氣等氣體)燃料電池和水冷(熱傳遞介質或冷卻介質為水或水溶液等液體)燃料電池。對于輸出功率較低的燃料電池，如輸出功率不高于2kW的燃料電池，則采用空氣冷卻就能滿足電池的冷卻需要。對于輸出功率較高的燃料電池，如當燃料電池的輸出功率超過10kW時，則需要采用液體，如水或水溶液進行冷卻。

如附圖之圖1和圖2所示的是兩種常見的現有用于燃料電池的(水)冷卻系統。一般地，現有用于燃料電池的水冷系統包括水泵1、設置在燃料電池2的陰極流場板和陽極流場板之間的冷卻通道、與冷卻通道的兩端分別相連通的水流管路3和與水流管路3相連接的熱交換器4(或散熱器)，其中流動在該冷卻通道和水流管路3中的水(或其它熱傳遞介質)將燃料電池的陰極流場板和陽極流場板產生的熱傳輸至該散熱器4，以便其通過空氣或空氣流將其散發出去，水泵或加壓泵1維持和/或加速水流在冷卻通道、水流管路3和/或散熱器4中的流動。此外，由于燃料電池的陰極流場板和陽極流場板的導電性，冷卻系統所使用的熱傳遞介質需要保持低導電性甚至是絕緣性，以確保燃料電池的正常運行和能量轉化效率。然而，為了確保散熱效率，冷卻系統的熱傳遞介質流經的管路，尤其是散熱器4，甚至是水流管路3，所使用的材料一般由金屬材料制成。熱傳遞介質，尤其是水性或含水熱傳遞介質，長時間接觸金屬材質的散熱器4和水流管路3后，會生成金屬離子，并進入該熱傳遞介質。為了防止熱傳遞介質中金屬離子的產生，人們嘗試了諸多手段。例如，人們嘗試向熱傳遞介質中加入緩蝕劑的方式，來保護散熱器4和水流管路3的內壁，以延緩兩者的腐蝕。但是，這種添加緩蝕劑的方式僅能緩解金屬離子的產生，并不能從根本上解決問題。此外，在長時間使用緩蝕劑后，由于一些不明原因，某些時候，緩蝕劑的緩蝕效果會大大降低。最后，緩蝕劑價格昂貴，導致燃料電池的制造成本較高。另外，人們還嘗試了在散熱器4和水流管路3的內壁鍍層、對散熱器4和水流管路3的內壁進行鈍化處理或涂覆防腐蝕涂層。然而，散熱器4和水流管路3為一體成型結構，且其管道較為細小。這些因素給對散熱器4和水流管路3的內壁處理帶來了很大困難。例如，在對散熱器4和水流管路3的內壁進行鍍層時，很難對散熱器4和水流管路3的內壁深處部分進行鍍層處理，或者此部分形成的鍍層不均。對散熱器4和水流管路3的內壁的鈍化處理，不但消耗時間長，會降低其散熱性能，也會出現鈍化不均的現象。此外，使用酸性試劑對散熱器4和水流管路3的內壁進行鈍化時，還可能導致其被酸性試劑蝕穿。