[发明专利]冷却系统及燃料电池堆

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池冷却技术领域，具体而言，涉及一种冷却系统及燃料电池堆。

背景技术

燃料电池是一种电化学反应装置，可以直接、高效地实现反应物的化学能与电能之间的转化。燃料电池具有能量转化效率高、无污染、可连续供电、可靠性高等优点，广泛应用于航空航天、军事、电动汽车、不间断电源等领域。

现有技术的燃料电池中，燃料连续不断的输入阳极(负极)，同时氧化剂连续不断的输入阴极(正极)，在两个电极上发生电化学反应，产生电流。燃料电池的基本物理结构由电解质层及其两边的电极层组成。其中电解质存在最佳的工作温度，如质子交换膜燃料电池的电解质的最佳工作温度为80℃左右。

电池堆的端板单节电池和中心位置单节电池存在较大的温度差异，如质子膜燃料电池堆端板单节电池的气体进口温度和进出口温度梯度都要低于中心单节电池的气体进口温度和进出口温度梯度，导致端板单节电池性能加速衰减，降低了整个电池堆的使用寿命。

发明内容

本发明旨在提供一种冷却系统及燃料电池堆，以解决现有技术中电池堆端板单节电池与中间位置单节电池之间温度分布不均匀的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种冷却系统，包括：进液管，包括：进液主管，具有位于上游端的进液口，进液口位于进液主管的两端；多个进液支管，连接在进液主管和燃料电池堆本体之间；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；多个出液支管，连接在出液主管和燃料电池堆本体之间，其中，出液口通过循环回路与进液口相连以形成燃料电池的冷却循环回路。

进一步地，进液主管为一根或两根，进液主管设置在燃料电池堆本体的一侧或者相对的两侧。

进一步地，每根进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从燃料电池堆本体的端板朝向燃料电池堆本体的沿堆叠方向的中部延伸，第一管段和第二管段的相互远离的端部上各设有一个进液口，其中，第一管段和第二管段之间相连通或者相隔离。

进一步地，进液主管为一根时，出液主管设置在燃料电池堆本体的相对于进液主管的另一侧，进液主管为两根时，出液主管设置在燃料电池堆本体的底面中部下方。

进一步地，本发明的冷却系统还包括：依次连接在出液管的出口至进液管的入口之间的调温装置、冷却剂输送泵和热交换器。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种燃料电池堆，包括燃料电池堆本体和与燃料电池堆本体连接的冷却系统，冷却系统为上述的冷却系统。

进一步地，燃料电池堆本体包括多个叠置的亚电池堆，每个亚电池堆均包括多个双极板和设置在相邻的两个双极板之间的膜电极组件，相邻的两个亚电池堆中的相互接触的两个双极板中至少一个双极板上背向膜电极组件的侧面上具有冷却剂流场，冷却剂流场包括冷却剂入口和冷却剂出口，进液支管与冷却剂入口连接，出液支管与冷却剂出口连接。。

进一步地，燃料电池堆本体包括多个叠置的亚电池堆，每个亚电池堆均包括多个双极板和设置在相邻的两个双极板之间的膜电极组件，相邻的两个亚电池堆之间设有冷却板，冷却板的至少一个侧面上具有冷却剂流场，冷却剂流场包括冷却剂入口和冷却剂出口，进液支管与冷却剂入口连接，出液支管与冷却剂出口连接。

进一步地，冷却剂流场包括：冷却剂入口通道，具有位于冷却剂流场的上游端的冷却剂入口；冷却剂出口通道，具有位于冷却剂流场的下游端的冷却剂出口；多条间隔分布的流道沟和流道脊，流道沟和流道脊在冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间并行地延伸。

进一步地，流道沟的表面配置为具有设定的粗糙度的粗糙表面，并且，燃料电池堆本体的沿堆叠方向的中部的冷却剂流场的流道沟的粗糙表面的粗糙度最大，从燃料电池堆本体的沿堆叠方向的中部朝向燃料电池堆本体的端板延伸方向上，冷却剂流场的流道沟的粗糙表面的粗糙度逐渐减小。

进一步地，每个冷却剂流场均包括多条截面的面积和/或周长相等的流道沟，并且，燃料电池堆本体的沿堆叠方向的中部的冷却剂流场的流道沟的截面的面积和/或周长最大，从燃料电池堆本体的沿堆叠方向的中部朝向燃料电池堆本体的端板延伸方向上，冷却剂流场的流道沟的截面的面积和/或周长逐渐减小。

进一步地，在冷却剂入口通道的延伸方向上，多条流道沟中位于中间的流道沟的截面的面积和/或周长最大，并且在朝向两侧的方向上流道沟的截面的面积和/或周长逐渐减小。