质子交换膜燃料电池热管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池热管理系统，包括：散热装置，包括微通道热沉、超薄均温板蒸发腔组件和密封板，微通道热沉包括壳体和散热翅片阵列，超薄均温板蒸发腔组件包括底板和毛细芯，毛细芯一端与微通道热沉的基部直接接触，底板与基部之间形成蒸发腔，超薄均温板蒸发腔组件与密封板分别密封连于微通道热沉两端；通过至少两个单体电池以串联方式层叠组合而成的燃料电池堆，每个单体电池的一侧对应设有散热装置，且单体电池与散热装置间隔叠设；冷却液分配管；冷却液集液管；用于供应冷却液并控制冷却液流动的控制系统。该质子交换膜燃料电池热管理系统能够保证燃料电池在运行过程中处于合适的温度范围内以及燃料电池内部的均温性。

Proton exchange membrane fuel cell thermal management system

The invention discloses a proton exchange membrane fuel cell thermal management system, including: cooling device, including micro channel heat sink, ultra-thin radiating plate evaporation chamber assembly and a sealing plate, micro channel heat sink comprises a casing and a radiating fin array, ultra-thin radiating plate evaporation chamber assembly includes a bottom plate and a wick, direct contact with the base of the capillary one end of the core and the micro channel heat sink, the evaporation cavity is formed between the bottom plate and the base plate temperature, ultra-thin evaporation chamber assembly and sealing plate are respectively sealed and connected with the micro channel heat sink ends; fuel cell through at least two single cells in series stacked into piles, corresponding to one side of each single battery is provided cooling device and cooling device with single cell interval overlapping; distribution of coolant pipe; the coolant fluid collection tube; control system for supplying cooling liquid and controlling the coolant flow. The proton exchange membrane fuel cell thermal management system to ensure that the fuel cell is at the right temperature range and the internal temperature of the fuel cell during operation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池热管理
，特别涉及一种质子交换膜燃料电池热管理系统。
技术介绍
利用氢能进行工作的燃料电池具有安全环保的特点。燃料电池中的质子交换膜燃料电池具有能量转化效率高、能够实现零排放、运行噪音低、可靠性高、维护方便、发电效率受负荷变化影响很小等优点，具有较高的研究价值。质子交换膜燃料电池对温度要求较高，最佳温度区间在60至90℃之间。如果温度过高，将导致质子交换膜脱水、电导率下降、电池性能破坏，从而影响电池的使用寿命。质子交换膜燃料电池在运行过中，如果不能及时排出热量，燃料电池堆温度过高，影响电池的正常工作，甚至可能会引起安全事故。因而，质子交换膜燃料电池的有效热管理是确保质子交换膜燃料电池高效、安全使用的前提。质子交换膜燃料电池的一种典型的散热方式为强制风冷散热。此种散热方式无法保证将质子交换膜燃料电池在运行过程中的温度控制在最佳范围内，且无法保证燃料电池内部的均温性，质子交换膜燃料电池内部易产生热应力，从而使质子交换膜燃料电池遭到破坏。因此，如何保证质子交换膜燃料电池在运行过程中处于合适的温度范围内，同时又保证质子交换膜燃料电池内部的均温性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种质子交换膜燃料电池热管理系统，够保证质子交换能膜燃料电池在运行过程中处于合适的温度范围内，同时保证质子交换膜燃料电池内部的均温性。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种质子交换膜燃料电池热管理系统，包括：散热装置，包括微通道热沉、超薄均温板蒸发腔组件和密封板，所述微通道热沉包括两端开口的壳体和设于所述壳体中的散热翅片阵列，所述超薄均温板蒸发腔组件包括底板和设于所述底板的一侧的毛细芯，所述毛细芯的一端与所述微通道热沉的基部直接接触，所述底板与所述基部之间形成蒸发腔，所述超薄均温板蒸发腔组件与所述密封板分别密封连接于所述微通道热沉的两端；燃料电池堆，所述燃料电池堆通过至少两个单体电池以串联方式层叠组合而成，每个所述单体电池的一侧对应设有所述散热装置，且所述单体电池与所述散热装置间隔叠设；连通所有所述散热装置的进液口的冷却液分配管；连通所有所述散热装置的出液口的冷却液集液管；用于供应冷却液并控制冷却液在所述散热装置中流动的控制系统，连接于所述散热装置。优选地，所述基部的外表面为与所述壳体的边缘平齐的平面，所述底板为凹槽，所述毛细芯设于所述凹槽的凹陷侧，且所述毛细芯的高度与所述凹槽的深度相同，以便所述毛细芯的一端与所述基部直接接触。优选地，所述进液口与所述出液口设于所述壳体上，所述进液口与所述壳体上连接所述超薄均温板蒸发腔组件的端口相切，所述出液口与所述壳体上连接所述密封板的端口相切。优选地，所述单体电池与所述散热装置可以一一间隔叠设，每个所述单体电池与同一侧的相邻所述散热装置相对应。优选地，所述毛细芯为紫铜粉烧结的多尺度毛细芯或泡沫金属毛细芯。优选地，所述微通道热沉焊接或螺纹连接所述超薄均温板蒸发腔组件，所述微通道热沉焊接或螺纹连接所述密封板。优选地，所述控制系统包括：第一冷却装置，所述第一冷却装置的入口连接所述冷却液集液管的出口；用于探测所述出液口的冷却液温度的第一温度感应器，所述第一温度感应器的信号输入端连接于所述冷却液集液管的出口与所述第一冷却装置的入口之间；用于根据所述第一温度感应器的信号控制所述第一冷却装置的冷却速率的第一信号处理器，所述第一冷却装置、所述第一温度感应器分别连接于所述第一信号处理器；用于储存冷却液、容置不凝性气体及缓冲所述第一冷却装置排出的冷却液的储液罐，所述储液罐的入口连接所述第一冷却装置的出口；用于过滤冷却液中的杂质的过滤器，所述过滤器的入口连接于所述储液罐的出口；用于驱动冷却液循环流动的循环泵，所述循环泵的入口连接于所述过滤器的出口；第二冷却装置，所述第二冷却装置的入口连接所述循环泵的出口；用于探测所述进液口的冷却液温度的第二温度感应器，所述第二温度感应器的信号输入端连接于所述冷却液分配管的入口与所述第二冷却装置的出口之间，所述第一温度感应器与所述第二温度感应器协同作用；用于探测所述循环泵的出口的冷却液压力的压力感应器，所述压力感应器的信号输入端连接于所述循环泵的出口与所述第二冷却装置的入口之间；用于根据所述压力感应器的信号调节所述循环泵的转速、以及用于根据所述第二温度感应器的信号调节所述第二冷却装置的冷却速率的第二信号处理器，所述压力感应器、所述循环泵、所述第二冷却装置以及所述第二温度感应器分别连接于所述第二信号处理器。优选地，所述储液罐内还设有智能加热器，所述智能加热器包括温度感应探头和加热装置，所述智能加热器连接于所述第一信号处理器，所述加热装置在所述温度感应探头或所述第一信号处理器的控制信号下启动。优选地，所述第一冷却装置包括第一液冷散热排和设于所述第一液冷散热排上的第一风扇组，所述第一信号处理器通过调节所述第一风扇组的转速调节所述第一冷却装置的冷却速率；所述第二冷却装置包括第二液冷散热排和设于所述第二液冷散热排上的第二风扇组，所述第二信号处理器通过调节所述第二风扇组的转速调节所述第二冷却装置的冷却速率。优选地，所述控制系统还包括旁通阀，所述旁通阀连接于所述第一冷却装置的出口与所述储液罐的出口之间。本专利技术提供的质子交换膜燃料电池热管理系统通过对每个单体电池对应设置散热装置，可以快速将单体电池内部的热量导出，能够保证质子交换膜燃料电池在运行过程中处于合适的温度范围内，同时，可以保证单体电池内部温度的一致性，从而提高了质子交换膜燃料电池的散热效率。同时，冷却液在微通道热沉内部流动，即冷却液不与质子交换膜燃料电池直接接触，可以避免冷却液进入质子交换膜燃料电池内部，避免冷却液毒化质子交换膜燃料电池内部催化层。另外，微通道热沉内部设置有众多的散热翅片，扩大了整个散热装置的散热面积，提高了散热效率，如果合理布置散热翅片之间的距离，可以有效利用散热空间，使整个散热装置结构紧凑，占用空间少。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供质子交换膜燃料电池热管理系统的具体实施例的系统示意图；图2为本专利技术所提供质子交换膜燃料电池热管理系统的具体实施例中散热装置的分解示意图；图3为图2中毛细芯的放大示意图；图4为图2中散热翅片的放大示意图；图5为本专利技术所提供质子交换膜燃料电池热管理系统的具体实施例中燃料电池堆与散热装置的连接示意图；图6为本专利技术所提供质子交换膜燃料电池热管理系统的具体实施例中燃料电池堆、散热装置、冷却液分配管与冷却液集液管的连接示意图，其中，虚线中的箭头为冷却液的流动方向。图1至图6中，1为燃料电池堆，2为第一温度感应器，3为第一信号处理器，4为第一液冷散热排，5为第一风扇组后置风扇，6为第一风扇组前置风扇，7为旁通阀，8为储液罐，9为智能加热器，10为过滤器，11为循环泵，12为压力感应器，13为第二液冷散热排，14为第二风扇组前置风扇，15为第二风扇组后置风扇，16为第二温度感应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池热管理系统，其特征在于，包括：散热装置(18)，包括微通道热沉(18‑4)、超薄均温板蒸发腔组件(18‑1)和密封板(18‑6)，所述微通道热沉(18‑4)包括两端开口的壳体和设于所述壳体中的散热翅片阵列(18‑5)，所述超薄均温板蒸发腔组件(18‑1)包括底板和设于所述底板的一侧的毛细芯(18‑2)，所述毛细芯(18‑2)的一端与所述微通道热沉(18‑4)的基部直接接触，所述底板与所述基部之间形成蒸发腔，所述超薄均温板蒸发腔组件(18‑1)与所述密封板(18‑6)分别密封连接于所述微通道热沉(18‑4)的两端；燃料电池堆(1)，所述燃料电池堆(1)通过至少两个单体电池(19)以串联方式层叠组合而成，每个所述单体电池(19)的一侧对应设有所述散热装置(18)，且所述单体电池(19)与所述散热装置(18)间隔叠设；连通所有所述散热装置(18)的进液口(22)的冷却液分配管(20)；连通所有所述散热装置(18)的出液口(23)的冷却液集液管(21)；用于供应冷却液并控制冷却液在所述散热装置(18)中流动的控制系统，连接于所述散热装置(18)。

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池热管理系统，其特征在于，包括：散热装置(18)，包括微通道热沉(18-4)、超薄均温板蒸发腔组件(18-1)和密封板(18-6)，所述微通道热沉(18-4)包括两端开口的壳体和设于所述壳体中的散热翅片阵列(18-5)，所述超薄均温板蒸发腔组件(18-1)包括底板和设于所述底板的一侧的毛细芯(18-2)，所述毛细芯(18-2)的一端与所述微通道热沉(18-4)的基部直接接触，所述底板与所述基部之间形成蒸发腔，所述超薄均温板蒸发腔组件(18-1)与所述密封板(18-6)分别密封连接于所述微通道热沉(18-4)的两端；燃料电池堆(1)，所述燃料电池堆(1)通过至少两个单体电池(19)以串联方式层叠组合而成，每个所述单体电池(19)的一侧对应设有所述散热装置(18)，且所述单体电池(19)与所述散热装置(18)间隔叠设；连通所有所述散热装置(18)的进液口(22)的冷却液分配管(20)；连通所有所述散热装置(18)的出液口(23)的冷却液集液管(21)；用于供应冷却液并控制冷却液在所述散热装置(18)中流动的控制系统，连接于所述散热装置(18)。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池热管理系统，其特征在于，所述基部的外表面为与所述壳体的边缘平齐的平面，所述底板为凹槽，所述毛细芯(18-2)设于所述凹槽的凹陷侧，且所述毛细芯(18-2)的高度与所述凹槽的深度相同，以便所述毛细芯(18-2)的一端与所述基部直接接触。3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池热管理系统，其特征在于，所述进液口(22)与所述出液口(23)设于所述壳体上，所述进液口(22)与所述壳体上连接所述超薄均温板蒸发腔组件(18-1)的端口相切，所述出液口(23)与所述壳体上连接所述密封板(18-6)的端口相切。4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池热管理系统，其特征在于，所述单体电池(19)与所述散热装置(18)可以一一间隔叠设，每个所述单体电池(19)与同一侧的相邻所述散热装置(18)相对应。5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池热管理系统，其特征在于，所述毛细芯(18-2)为紫铜粉烧结的多尺度毛细芯或泡沫金属毛细芯。6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池热管理系统，其特征在于，所述微通道热沉(18-4)焊接或螺纹连接所述超薄均温板蒸发腔组件(18-1)，所述微通道热沉(18-4)焊接或螺纹连接所述密封板(18-6)。7.根据权利要求1至6任意一项所述的质子交换膜燃料电池热管理系统，其特征在于，所述控制系统包括：第一冷却装置，所述第一冷却装置的入口连接所述冷却液集液管(21)的出口；用于探测所述出液口(23...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红传，谢曙，钱伟，李俊荣，骆永光，
申请(专利权)人：淳铭散热科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44