[实用新型]一种用于大功率燃料电池的液相冷却模块

说明书

本实用新型公开了一种用于大功率燃料电池的液相冷却模块，主要由燃料电池电堆、进出液装置、冷却液管道、蓄液箱、循环液体泵和加热装置组成；多个膜电极和双极板交替设置，阳极模块和阴极模块在与膜电极连接的一侧间隔设有多个空气流道或氢气流道，阳极模块和阴极模块与膜电极相对的一侧都设有蛇形流道凹槽；阳极模块和阴极模块的蛇形流道凹槽叠合形成完整的蛇形流道；阳极模块和阴极模块在空气流道或氢气流道与蛇形流道凹槽之间设有空腔，空腔中设有吸液芯和工质；本实用新型热量从蒸发端外壁面传到内壁面和吸液芯，通过热管内部工质把热量传到冷凝端，冷却液将热量带走，达到电堆均温散热的效果，始终保持电堆在最佳的温度下工作。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种用于大功率燃料电池的液相冷却模块。

背景技术

燃料电池被称之为继水电、火电和核电之后能持续产生电力的第四种连续发电方式，有着传统的火力发电难以比拟的诸多技术上的优点，它不经历热机卡诺循环过程而直接把燃料的化学能转变成电能，再通过电机来驱动车辆，当用内燃机带动发电机时，其效率仅为30％～40％；而燃料电池的效率可达50％～60％，其突出优点是减少污染排放，对于氢燃料电池，发电后的产物只有水，可实现零污染。所以燃料电池动力装置在环保与节能两方面的优势均极其突出。PEMFC在低温快速启动、比功率能量转换效率等方面的优越性能使其成为运载工具的首选电源，由于电解质采用高分子膜，具有构造简单、启动快、常温工作的优势，最适宜为汽车等交通工具提供无污染的动力电源。而PEMFC燃料电池堆的散热是影响燃料电池性能、寿命和运行安全的主要因素，也是下一代燃料电池技术的研发重点之一。

伴随着PEMFC化学反应生成电能的同时，还有部分化学能转化成热量，再加上电堆向外部输出电能时，由于自身内部也会产生极化热、欧姆热等热量，其中40％～50％的能量耗散将会产生热能，这些热能在PEMFC电堆内部积累导致电堆温度不断升高。温度对PEMFC性能的影响十分显著，PEMFC在运行中不断产生热量，如不及时排出多余的热量，其内部将逐渐升温，温度升高，有利于提高电化学反应速度和质子在电解质膜内的传递速度，获得更大的电流，电池性能变好，但温度高将使质子交换膜脱水，不满足膜的湿润条件，其电导率下降，电池性能变差，当温度接近100℃时，由于PEMFC采用的是聚合物电解质，质子膜的强度将下降，此时，如不及时降温，膜会出现微孔，使得氢气进入空气系统，危及运行安全，而且温度过高，水易呈气态，不利于膜电极内维持必要的水分。当电池内部温度过低时，输出电压将下降，电池组整体性能恶化。因此，维持PEMFC内部正常电化学反应的温度应保持在60～80℃，电堆内部要求各部分温度基本一致，以保证其工作性能。

电流密度在0.7A/cm²以下的燃料电池采用风冷方式，可以基本满足冷却散热要求；冷却以上0.7A/cm²以上的高电流密度燃料电池，需要采用液冷方式进行冷却，才能满足高电流密度的散热要求。常见的燃料电池冷却方式空气冷却、液体蒸发冷却、空冷加蒸发冷却，这几种冷却方式一般常用于小功率燃料电池.

目前基于高功率密度、大功率的燃料电池电堆却没有很好的解决方案，常见的是用传统的冷却液(如冷却水)从电堆左端板流入，经过冷却板液体槽道直接进行电堆中进行散热，然后从右端板流出。这种散热方式冷却液流通阻力很大，不利于散热，且循环液体泵的功率较高，大大消耗了燃料电池的净输出功率。且电堆中加入了冷却板，增加了电堆的尺寸。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺点，本实用新型提供一种均温效果良好，可以始终保持电堆在最佳的温度下工作，保证燃料电池小尺寸，散热迅速的用于大功率燃料电池的液相冷却模块。