一种燃料电池，所述燃料电池包括：两个电化学电池的堆栈（6、7）；热管理系统，所述热管理系统由回路以及外回路形成，所述回路用于使冷却剂流入平行供给的堆栈，所述外回路用于使所述冷却剂流至所述堆栈（6、7）的外部，所述外回路（12）包括提供有热交换器（14）的第一子回路（12.1）和直接连接至所述内回路（10）的第二子回路（12.2）；控制阀（16、17），所述控制阀用于根据在每个堆栈的输出处的所述冷却剂的温度的函数控制所述冷却剂朝向子回路（12.1、12.2）中任意一个或两个流动，所述第二外子回路包括增加所述第二外子回路的压头损失的构件，从而所述第二外子回路的压头损失与所述第一外子回路的压头损失相近或相等。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的热管理的燃料电池
本专利技术涉及一种具有改进的热管理的燃料电池。
技术介绍
燃料电池被供应有燃料气体(例如，在质子交换膜燃料气体(PEMFC)型电池情况中的氢气以及例如空气或氧气的氧化性气体)以释放电力。燃料电池的运行也导致产生热能。燃料电池包括一堆电化学电池，每个电池包括一个阳极和一个阴极。这些电池通过拉杆连接的端板而保持彼此压靠。回路被提供用于供应电池中的反应气体。另一方面，由于所使用的材料的本质性质，燃料电池的电化学效率依赖于电池内的温度。因此，应当监测该温度以使其不超过80°C，从而获得尽可能最高的效率。事实上，如果运行温度过低时，不能实现燃料电池的最佳运行效率；并且如果燃料电池经受过高的温度上升，可能损坏制成燃料电池的材料。最佳温度范围为65°C至75°C。如前所述，燃料电池在其运行期间产生热。一般来说，该热应当被去除以限制燃料电池内的温度上升。为此，热管理回路被提供用来使冷却剂流经电池。该回路包括穿过电池堆栈的第一部分(被称为内回路)以及堆栈外部的部分(被称为外回路)。控制冷却剂的流量(flow rate)和温度。外回路包括两个子回路，一个子回路提供有热交换器以冷却该冷却剂，以及一个子回路将冷却剂带回到内回路的入口中，在内回路中，冷却剂不会且难以被冷却。当冷却剂的温度高于给定阈值时，所有的冷却剂或部分的冷却剂被送入提供有热交换器的子回路中以通过穿过热交换器而被冷却。为了管理燃料电池的温度，阀被直接置入在每个电池的出口处，并且根据冷却剂温度的函数被控制。在PEMFC燃料电池的情况下:当流体具有高于75°C的温度时，整个流体被导向包括热交换器的第一冷却子回路。当流体到达65°C和75°C之间的温度时，部分的该流体被偏离到直接将冷却剂带回至内回路的入口的第二子回路以及提供有热交换器的第一短回路，温度接近65°C，该短回路的分数变大。对于流体的温度低于65°C的情况，全部流量被短回路直接导向堆栈的入口。在具有高电功率(几十千瓦的数量级)的电池中，制成并联液压连接的双极板的几个堆栈，以限制整体高度空间并且限制冷却剂、氧化剂和燃料流体的分布中的压头损失，并且降低电池的电压水平。在至少包括并联供应有冷却剂的第一堆栈和第二堆栈的电池的情况下，每个堆栈被装备有阀以控制其温度，如果第一堆栈比第二堆栈更快速地升温，阀向提供有热交换器的第一冷却子回路打开。但是压头损失由于通过热交换器而增加。因此，第一堆栈中的冷却剂的流量降低，这将减少从第一堆栈中去除的热。然而，由于通过泵提供的总流量保持相同，第二冷却剂的流量增加，这将导致在第二个堆栈中热交换的增加，并且因此降低了第二堆栈的温度。第一堆栈(起始时是热的)进一步加热和第二堆栈(起始时是较冷的)被进一步冷却。然后，这就产生了两个堆栈之间热不平衡的加剧，这可能会危及最热堆栈的电化学隔膜(membrane)的完整性。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种燃料电池，所述燃料电池包括至少两个电池的堆栈，其中，避免或至少减少堆栈之间的热不平衡。通过燃料电池来实现本专利技术的目的，该燃料电池包括:至少两个电池的堆栈和热管理系统，所述热管理系统包括内回路和外回路，所述内回路用于使冷却剂流入堆栈，所述外回路由第一子回路和第二子回路形成，所述第一子回路提供有热交换器，所述第二子回路直接将冷却剂带回至冷却剂回路穿过的内回路的入口 ；以及阀，所述阀位于所述内子回路的出口处，并且控制在任意一个外子回路或两个外子回路中的冷却剂的流动。所述电池还包括用于确保两个外子回路之间的压头损失(head loss)相近或相等的构件。在本申请中“压头损失相近或相等”的意思是关于压头损失目标值的偏离至多为20%,这能够有效地避免两个堆栈之间的不平衡。有利地，在第二外子回路压头损失增加。为此，在第二子回路中的流动变差，然而，令人惊讶地，该恶化的流对电池的总体操作具有有利的影响。优选地，用于增加该压头损失的构件被提供在连接至第二外子回路的阀中。例如，其为降低了冷却剂流动横截面的膜(diaphragm) ο非常有利的是，该阀是温控阀，这就简化了电池的热管理。还非常有利的是，堆栈的每个阀被定位在堆栈的一个端板中，这将能够降低电池的轴向整体空间。因此，本专利技术的主题是一种燃料电池，所述燃料电池包括:至少两个电化学电池的堆栈和端板，所述端板施加紧固力(tightening strain)至电化学电池的堆栈；热管理系统，所述热管理由用于使冷却剂流入每个堆栈的被称为内回路的回路和用于使所述冷却剂流至所述堆栈的外部的被称为外回路的回路，所述外回路包括第一子回路和第二子回路，所述第一子回路提供有热交换器，所述第二子回路直接连接至所述内回路的入口 ；装置，所述装置用于根据在每个堆栈的输出处的所述冷却剂的温度的函数(function)控制所述冷却剂朝向子回路中任意一个或两个的流动；所述热管理系统包括用于确保所述第一外子回路和所述第二外子回路具有相近或相同的压头损失的构件。优选地，用于产生与由所述第一外子回路中的所述热交换器产生的压头损失相近或相等的压头损失的所述构件被提供在所述第二外子回路中。优选地，每个堆栈包括用于产生压头损失的构件。有利地，用于产生压头损失的构件被提供在控制装置中。在尤其有利的实例中，用于产生压头损失的构件通过形成隔膜的减小的横截面通道部而形成。所述减小的横截面通道部与用于将至少一个控制装置(16)连接至所述第二外子回路的尖端(tip)—体地制成。可替代地，所述减小的横截面通道部由钻孔板形成，所述钻孔板安装在至少一个控制装置中。有利地，所述控制装置中的至少一个被集成至端板中。优选地，所述控制装置中的至少一个是温控阀。燃料电池例如为PEMFC电池。本专利技术的主题还为一种用于制造根据本专利技术的燃料电池的方法，所述方法包括以下步骤:a)确定由所述热交换器产生的压头损失；b)调整所述第一外子回路和/或所述第二外子回路以使得两个子回路中的压头损失相近或相同。步骤b)包括选择待被引入所述第二子回路的构件，以产生与所述热交换器产生的压头损失相近或相同的压头损失的子步骤。例如，在步骤b)期间，确定隔膜的尺寸。【附图说明】通过以下描述和所附附图将更好地理解本专利技术，其中:图1为根据本专利技术的电池的示意代表图，其中表示了用于冷却剂流动的回路；图2A和2B为能够在两种不同状态中在本专利技术的电池中安装的温控阀的实施例的截面图；图3为可安装在本专利技术的电池中的温控阀的另一示例性实施例的截面图。【具体实施方式】在图1，可以看到装配有热控制系统4的燃料电池2的示意代表图。燃料电池2包括由交替地提供的双极板和离子交换膜构成的两个电化学电池的堆栈6、7和在堆栈的两侧(either side)上的下游端板8和上游端板9。端板8、9在堆栈6、7上施加压缩力(compressive strain)以确保电传导均勻分布在构成该电池的元件的整个表面上。在所示实例中，该电池包括两个堆栈共用的上游端板，但两个堆栈可以被分开。下游端板也可被共用的板来代替。此外,通过端板8、9中的任意一个或者这两者制成具有反应流体的电池的供应源，例如一边为氢气，另一边为氧气。端板(多个端板)包括均连接至堆栈内的回路以及供应回路和回收回路(未示出)的供应孔和排出孔。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池，所述燃料电池包括：至少两个电化学电池的堆栈（6、7）和端板（8、9），所述端板（8、9）施加紧固力至所述电化学电池的堆栈（6、7）；热管理系统，所述热管理系统由用于使冷却剂流入每个堆栈（6、7）的被称为内回路（10）的回路和用于使所述冷却剂流至所述堆栈（6、7）的外部的被称为外回路（12）的回路形成，两个堆栈并联连接，所述外回路（12）包括第一子回路（12.1）和第二子回路（12.2），所述第一子回路（12.1）提供有热交换器（14），所述第二子回路（12.2）直接连接至所述内回路（10）的入口；装置（16），所述装置（16）用于根据在每个堆栈的输出处的所述冷却剂的温度的函数控制所述冷却剂朝向子回路（12.1、12.2）中任意一个或两个的流动；所述热管理系统包括用于确保所述第一外子回路和所述第二外子回路具有相近或相同的压头损失的构件（24）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.26 FR 11546071.一种燃料电池，所述燃料电池包括:至少两个电化学电池的堆栈(6、7)和端板(8、9)，所述端板(8、9)施加紧固力至所述电化学电池的堆栈(6、7);热管理系统，所述热管理系统由用于使冷却剂流入每个堆栈(6、7)的被称为内回路(10)的回路和用于使所述冷却剂流至所述堆栈(6、7)的外部的被称为外回路(12)的回路形成，两个堆栈并联连接，所述外回路(12)包括第一子回路(12.1)和第二子回路(12.2)，所述第一子回路(12.1)提供有热交换器(14)，所述第二子回路(12.2)直接连接至所述内回路(10)的入口 ；装置(16)，所述装置(16)用于根据在每个堆栈的输出处的所述冷却剂的温度的函数控制所述冷却剂朝向子回路(12.1,12.2)中任意一个或两个的流动；所述热管理系统包括用于确保所述第一外子回路和所述第二外子回路具有相近或相同的压头损失的构件(24)。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，用于产生与由所述第一外子回路(12.1)中的所述热交换器产生的压头损失相近或相等的压头损失的所述构件(24)被提供在所述第二外子回路(12.2)中。3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，每个堆栈包括用于产生压头损失的构件。4.根据权利要求3所述的燃料电池，其中，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴尔芬·卓豪特，皮埃尔·尼维隆，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：
国别省市：
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