一种燃料电池热管理系统

本发明属于质子交换膜燃料电池散热系统，具体涉及一种燃料电池热管理系统。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池是一种高效的发电装置，其功率密度可以达到1.2w/cm2甚至更高，在发电的同时，散发大量的热量，按照效率为45%计算，需要散热量达到1.56w/cm2。

2、目前常用散热的办法是采用风冷和冷却液液冷，缺点是当燃料电池的功率很大时，燃料电池电堆内部的温度场均匀性较差，且需要的风量或冷却液流量都很大。当温度场不均匀时，电堆各单片电池的性能会受到影响，而且可能会出现局部温度过低、过高的现象，温度过低时存在水淹的风险，温度过高则可能导致燃料电池损坏。

3、目前燃料电池电堆的高度一般都不超过一米，若需要提高功率需要多个电堆，这导致电堆的控制变的复杂。所以，若燃料电池的热量可以高效的散发，对提高燃料电池的功率密度，提高单堆的输出功率都有很大的帮助。

技术实现思路

1、本发明为了解决目前质子交换膜燃料电池内部温度场不均匀的问题，提供了一种燃料电池热管理系统。

2、本发明由如下技术方案实现的：一种燃料电池热管理系统，所述燃料电池热管理系统包含通过热管与燃料电池连接的板式换热器，燃料电池与板式换热器中间设置有绝热隔板；板式换热器出水口依次通过水泵、节温器分别与余热回收换热器和散热器连接；余热回收换热器与散热器的出水口通过过滤器连接板式换热器入水口；余热回收换热器与散热器的出水口还连接有水箱。

3、所述热管设为蒸发段与冷凝段，蒸发段设于燃料电池的冷却流道上，冷凝段设于板式换热器的热流道上；冷却流道与热管的缝隙处、热流道与热管的缝隙处分别充填导热材料。

4、所述热管为直径3-10mm的直管。

5、所述蒸发段与冷凝段为直扁管，冷却流道与热流道尺寸相同，为长方体直流道，深度为0.5-2mm。

6、所述热管内循环回流制冷剂。

7、所述制冷剂为水、乙醇或r134a制冷剂。

8、所述导热材料为导热硅脂。

9、所述燃料电池电堆的多片单电池之间增加u形热管。

10、本发明通过热管将热量导到板式换热器，然后通过循环冷却液将热量带至散热器，并进一步将热量散发至空气中。在燃料电池和板式换热器之间设置有绝热隔板，用于隔绝热量，避免填充工质未流动到冷凝段就液化回流。本发明燃料电池电堆的温度更均匀，散热速度快，散热系统无需使用去离子器，减少运维成本，可以利用余热，系统的效率更高。

技术特征：

1.一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述燃料电池热管理系统包含通过热管（1）与燃料电池（2）连接的板式换热器（3），燃料电池（2）与板式换热器（3）中间设置有绝热隔板（4）；板式换热器（3）出水口依次通过水泵（5）、节温器（6）分别与余热回收换热器（7）和散热器（8）连接；余热回收换热器（7）与散热器（8）的出水口通过过滤器（9）连接板式换热器（3）入水口；余热回收换热器（7）与散热器（8）的出水口还连接有水箱（10）。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述热管设为蒸发段（1.1）与冷凝段（1.2），蒸发段（1.1）设于燃料电池（2）的冷却流道上，冷凝段（1.2）设于板式换热器（3）的热流道上；冷却流道与热管的缝隙处、热流道与热管的缝隙处分别充填导热材料。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述热管为直径3-10mm的直管。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述蒸发段与冷凝段为直扁管，冷却流道与热流道尺寸相同，为长方体直流道，深度为0.5-2mm。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述热管内循环回流制冷剂。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述制冷剂为水、乙醇或r134a制冷剂。

7.根据权利要求2所述的一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述导热材料为导热硅脂。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述燃料电池电堆的多片单电池之间增加u形热管（12）。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述散热器上设有散热风扇（11）。

技术总结
本发明属质子交换膜燃料电池散热系统技术领域，为解决目前质子交换膜燃料电池内部温度场不均的问题，提供一种燃料电池热管理系统。燃料电池热管理系统包含通过热管与燃料电池连接的板式换热器，燃料电池与板式换热器中间设绝热隔板；板式换热器出水口依次通过水泵、节温器分别与余热回收换热器和散热器连接；余热回收换热器与散热器的出水口通过过滤器连接板式换热器入水口；余热回收换热器与散热器的出水口还连接有水箱。在燃料电池和板式换热器之间设置有绝热隔板，用于隔绝热量，避免填充工质未流动到冷凝段就液化回流。本发明燃料电池电堆的温度更均匀，散热速度快，散热系统无需使用去离子器，减少运维成本，可利用余热，系统的效率更高。

技术研发人员：吴光平,徐旭东,郭丽,张帅,白昊,叶泽甫,马跃,朱竹军,袁志国,王超
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13