[发明专利]供给燃料电池堆的冷却剂流体

说明书

技术领域

本发明涉及设置成堆叠形式的电化学燃料电池，并且具体地说，涉及用于这类燃料电池堆的冷却系统。

背景技术

常规电化学燃料电池将通常均为气流形式的燃料和氧化剂转换成电能和反应产物。用于使氢和氧反应的普通类型电化学燃料电池包括位于膜电极组件(MEA)内的聚合物离子转移膜，也叫质子交换膜(PEM)，其中使燃料和空气经过所述膜的相应侧。质子(即氢离子)被传导通过所述膜，由传导通过连接燃料电池的阳极和阴极的电路的电子加以平衡。为了增大可用电压，形成包括若干电串联布置的MEA的堆。每一个MEA具备分开的阳极流体流动路径和阴极流体流动路径。阳极流体流动路径和阴极流体流动路径分别将燃料和氧化剂传送至膜。燃料电池堆通常是包括很多独立的燃料电池板的块形式，这些燃料电池板由位于所述堆的任一末端处的端板保持在一起。

因为燃料与氧化剂的反应产生热量以及电能，所以一旦已达到操作温度就需要冷却燃料电池堆，以避免对燃料电池的破坏。冷却可以至少部分通过在阳极流体流动路径中(其用于使阳极水合)将水传送至所述堆的独立电池和/或在阴极流体流动路径中将水传送至所述堆的独立电池(其与反应物水化合)来实现。在每一种情况下，可发生燃料电池的蒸发冷却。

在典型的布置中，将冷却水从沿着燃料电池堆的侧面延伸的一个或多个普通歧管注入到阳极流体流动通道或阴极流体流动通道中。由于这类歧管内的水流速，引起了潜在的问题。可将水送入到歧管的一个末端处的入口中，水从这个入口被送入到所述堆的独立电池中。这就导致沿着歧管远离入口处的水流速的减少。如果，例如100电池堆需要在所述堆的一个末端处传送100ml/min的流量，在第一个电池处，歧管中的流速将为100ml/min，在第50个电池之后，歧管中的流速可能大概为50ml/min，并且在最后的电池处，歧管中的流速可为仅仅1ml/min。歧管中如此低的流量，例如1ml/min，可能导致燃料电池堆的可靠性问题。在停滞或接近停滞的流动区域内，由于增加的腐蚀风险(尤其是当使用去离子水时)以及增加的细菌积累风险，可能发生问题。

将水传送至燃料电池堆(尤其是用于如上所述的蒸发冷却)的另一个潜在问题是，所需的总体水流速随燃料电池上的电流需求而变。对于低的堆电流，水流量要求可以非常低。提供水流的水泵即使是在低流量情况下也应当能够可靠地传送适当的流速。一些水泵具有最小下止点(即，最小流速)，这个流速高于低电流情况下的燃料电池堆操作可能所需要的流速。在低电流和超过必需的较高水流量下运行可以导致燃料电池过早地浸水。于是，当电流需求升高并且电池负载时，堆的性能受到限制。随着燃料电池堆的尺寸增加，可能越来越难以实现由高至低水流速的所需范围，并且许多泵不能够实现所需的大调节比，即所需最大水流速与所需最小水流速的比。

发明内容

本发明的目标是提供对上述问题中的至少一个或多个的解决方案。本发明的目标是减少或消除由水分配歧管中非常低的流量引起的问题。本发明的目标是提供用于在燃料电池堆上的高电流需求和低电流需求两种情况下维持适当的冷却水流量水平的解决方案。

根据一个方面，本发明提供一种燃料电池堆组件，其包括：

多个电池，每一个电池具有流体冷却剂管道；

冷却剂进料歧管，其具有第一入口和第二入口并且还连接至每一个流体冷却剂管道以便在每一个电池内分配流体冷却剂；

泵，其被连接以便将流体冷却剂通过第一入口和第二入口传送至冷却剂进料歧管；以及

流量控制组件，其被配置来定期变更通过第一入口和第二入口的流体冷却剂的相对流速。