專利名稱：用于熱管理系統(tǒng)試驗的質(zhì)子交換膜燃料電池堆熱模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)堆熱模擬裝置，屬車用燃料電池動力系統(tǒng)熱管理技術(shù)領(lǐng)域。
燃料電池堆是動力系統(tǒng)的最主要熱源，燃料化學(xué)能通過燃料電池堆轉(zhuǎn)化的電能和熱能約各占50％，如一個輸出為75KW的燃料電池堆，通過熱管理帶出的熱量約為75KW，為傳統(tǒng)內(nèi)燃機的2.5～3倍。為了防止膜的干燥及超溫運行，需要有相應(yīng)的傳熱機制移走電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的巨大熱量。另外，由于燃料電池和運行環(huán)境間溫差較小，反應(yīng)堆的除熱成為一個極具挑戰(zhàn)性的問題。PEMFC內(nèi)部的熱平衡對燃料電池的性能、壽命和運行安全起著關(guān)鍵作用。因此，要對燃料電池的排熱性能和熱均勻性進行研究，控制電池內(nèi)部流體流動和傳熱，保證反應(yīng)堆的熱平衡和水平衡。
燃料電池動力系統(tǒng)熱管理試驗研究包括燃料電池堆熱管理研究，系統(tǒng)集成熱管理研究，熱管理專項設(shè)備(如換熱器、冷卻風(fēng)扇等)研究以及廢熱利用技術(shù)研究等方面的內(nèi)容。
使用真實燃料電池堆進行動力系統(tǒng)熱管理試驗研究，存在氫安全隱患大、氫消耗量大等問題，而且燃料供應(yīng)等輔助系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致試驗難度較大且費用高昂，不適合熱管理專項試驗研究的靈活有效開展。
說明燃料電池堆的結(jié)構(gòu)如下真實燃料電池堆的單電池結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，其核心部分由質(zhì)子交換膜3、陽極催化層4a、陰極催化層4b、擴散層5、雙極板8和排熱板9等組成。催化層4a、4b是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場所。擴散層5的作用是支撐催化層4a、4b，收集電流，并為電化學(xué)反應(yīng)提供電子通道、氣體通道和排水通道。質(zhì)子交換膜3、催化層4a、4b和擴散層5合起來組成電極。雙極板8提供反應(yīng)氣體通道并有收集電流的作用。氫氣和氧氣(或者空氣)分別流過雙極板8的流道6和7時擴散進入電極。在電極的陽極側(cè)，氫原子在催化劑作用下被離化為氫離子和電子，其中氫離子穿過質(zhì)子交換膜3轉(zhuǎn)移到陰極側(cè)，而電子則經(jīng)外電路負載流向陰極；在陰極側(cè)，催化劑又使得氫離子與陰極的氧原子及從外部回路返回的電子結(jié)合成水分子，并同時釋放熱量。在排熱板9上，外部循環(huán)冷卻水流過通道10，帶走大量反應(yīng)產(chǎn)熱，維持電池工作溫度的穩(wěn)定。
本發(fā)明質(zhì)子交換膜燃料電池堆熱模擬裝置由多個單元板疊合在一起組成。每個單元板由一個模擬電極，兩個雙極板，兩個排熱板組成。在模擬電極及雙極板上貼有熱電阻片，通電后模擬燃料電池堆的產(chǎn)熱情況，在排熱板上開有冷卻水通道。兩塊雙極板分別與模擬電極的兩側(cè)面相貼合，兩塊排熱板分別與兩塊雙極板相貼合。
采用本發(fā)明的熱模擬裝置可以通過控制每片熱電阻的發(fā)熱量來模擬燃料電池堆的不同工作狀況，以供試驗研究。
圖3為熱模擬裝置單元板的側(cè)視圖。排熱板14上的冷卻水流道16均為直流道，冷卻水從進水道15a進入，通過各分支冷卻水流道16之后又匯合到出水道15b離開。
權(quán)利要求
1，一種用于熱管理系統(tǒng)試驗的質(zhì)子交換膜燃料電池堆熱模擬裝置，其特征是該裝置由多個單元板疊合在一起組成，每個單元板由一個模擬電極，兩個雙極板，兩個排熱板組成，在模擬電極及雙極板上貼有熱電阻片，通電后模擬燃料電池堆的產(chǎn)熱情況，在排熱板上開有冷卻水通道，兩塊雙極板分別與模擬電極的兩側(cè)面相貼合，兩塊排熱板分別與兩塊雙極板相貼合。
全文摘要
一種用于熱管理系統(tǒng)試驗的質(zhì)子交換膜燃料電池堆熱模擬裝置，屬車用燃料電池動力系統(tǒng)熱管理技術(shù)領(lǐng)域。本熱模擬裝置由多個單元板疊合在一起組成，每個單元板由一個模擬電極，兩個雙極板，兩個排熱板組成。在模擬電極及雙極板上貼有熱電阻片，通電后模擬燃料電池堆的產(chǎn)熱情況，在排熱板上開有冷卻水通道。兩塊雙極板分別與模擬電極的兩側(cè)面相貼合，兩塊排熱板分別與兩塊雙極板相貼合。采用本熱模擬裝置可開展燃料電池動力系統(tǒng)熱管理試驗研究。
文檔編號H01M8/10GK1405917SQ0214865
公開日2003年3月26日 申請日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
發(fā)明者張揚軍, 羅建曦, 歐陽明高, 盧青春, 陳全世, 李希浩, 黃海燕, 張聿勛, 盧蘭光, 包成 申請人:清華大學(xué)