[发明专利]一种散热预热结合式燃料电池电堆

说明书

一种散热预热结合式燃料电池电堆，电堆内部采用三节单电池(MEA)搭配一路冷却油腔的布置，多个同样单元组成电堆，每一节油路用来冷却三节单电池，同时中间两张双极板长边外伸形成翅片，与外部隔热层及包裹外壳形成翅片式通道，运行时电堆内部由循环油路进行冷却，外部空气从电堆外一侧进入，对电堆外侧进行冷却，流经电堆两侧翅片通道后，被预热至合适温度，由另一侧汇集流出，进入电堆参与反应。本发明电堆实现油冷/风冷相结合、电堆散热/空气预热相耦合的设计理念，改善了电堆温度的均匀性，节省了额外的阴极空气预热装置，提升了电堆性能及系统的能量利用率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，涉及一种新型散热预热结合式燃料电池电堆，尤其适用于高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)，同时采用风冷与油冷两种形式对电堆进行冷却，同时外部风冷空气介质被预热后进入电堆参与反应，采用油冷/风冷相结合、电堆散热/空气预热相耦合的设计理念，冷却电堆的同时，利用电堆自身热量解决了电堆阴极入口温度较低的问题，改善了电堆温度的均匀性，节省了额外的阴极空气预热装置，提升了电堆性能及系统的能量利用率。

背景技术

燃料电池是一种通过化学反应将储存在化合物燃料中的化学能直接转化为电能的装置。质子交换膜燃料电池通常由阳极、阴极及质子交换膜组成。在电池运行过程中，燃料在阳极催化剂表面发生氧化反应生成质子和电子，质子通过质子交换膜到达阴极，氧气在阴极催化剂表面与质子发生还原反应生成水，电子则通过外电路做功到达阴极；发生电化学反应的同时会产生大量的热，为维持电堆正常运行温度需要对电堆进行冷却。

燃料电池放电过程阴极不断消耗氧气，因而需要不断地向电池中通入氧气，一般而言，电池阴极通过风机鼓入周围环境的空气进行氧的供给。然而，空气温度低于电池运行温度，尤其在低温工况下，直接将空气中的空气通入到电池中会导致电池入口温度偏低，从而使电池内存在较大的温度差异，影响电池运行过程中的性能及寿命。

本发明提出一种新型散热预热结合式燃料电池电堆，尤其适用于高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)，内部采用油循环方式对电堆进行冷却，外部利用周围空气对电堆进行冷却，外部用于冷却电堆的空气介质被预热后再进入电堆参与反应，采用油冷/风冷相结合、电堆散热/空气预热相耦合的设计理念，冷却电堆的同时，利用电堆自身热量解决了电堆阴极入口温度较低的问题，改善了电堆温度的均匀性，节省了额外的阴极空气预热装置，提升了电堆性能及系统的能量利用率。。

发明内容

本发明的目的是提出一种新型散热预热结合式燃料电池电堆，内部采用油循环方式对电堆进行冷却，外部利用周围空气对电堆进行冷却，外部用于冷却电堆的空气介质被预热后再进入电堆参与反应，采用油冷/风冷相结合、电堆散热/空气预热相耦合的设计理念，充分利用电堆热量，提升系统的能量利用率，同时解决了电堆阴极入口温度较低的问题，改善电堆温度的均匀性，提升电堆性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明燃料电池电堆内部采用三节单电池(MEA)搭配一路冷却油腔的布置，电堆重复单元为Air-MEA-H₂-Air-MEA-H₂-Air-MEA-H₂-Oil,用双极板可表示为油/空双极板-氢/空双极板-氢/空双极板-氢/油双极板，多个同样单元组成电堆，每一节油路用来冷却三节单电池，同时中间两张双极板长边外伸形成翅片(重复单元中这两张双极板温度较高)，与外部隔热层及包裹外壳形成翅片式通道，运行时电堆内部由循环油路进行冷却，外部空气从电堆外一侧进入，对电堆外侧进行冷却，流经电堆两侧翅片通道后，被预热至合适温度，由另一侧汇集流出，进入电堆参与反应，实现油冷/风冷相结合、电堆散热/空气预热相耦合的设计理念，冷却电堆的同时，利用电堆自身热量解决了电堆阴极入口温度较低的问题，改善了电堆温度的均匀性，节省了额外的阴极空气预热装置，提升了电堆性能及系统的能量利用率。。

附图说明

图1是本发明电堆重复单元示意图。