專利名稱：用于燃料電池組的端板的加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃料電池組的端板的加熱裝置。更特別地，本發(fā)明涉及通過提供一種使從燃料電池組排放的高溫冷卻劑在端板中循環(huán)的結(jié)構(gòu)，能夠防止圍繞燃料電池組末端的單元電池的溫度降低的用于燃料電池組的端板的加熱裝置。由此可防止在燃料電池組中的非均勻的溫度分布。
背景技術(shù)：
首先，參考下面的圖6和圖8簡(jiǎn)要描述燃料電池組(在下文中也稱為電池組)的結(jié)構(gòu)。膜電極組件(MEA)被安置在燃料電池組的每個(gè)單元電池的中心，并且MEA包括輸送氫離子(質(zhì)子)的固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜10，以及設(shè)置在聚合物電解質(zhì)膜10的兩側(cè)的電極/催化劑層，例如陰極(“空氣電極”)12和陽極(“燃料電極”)14，在此，在氫和氧之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。此外，氣體擴(kuò)散層(OTL) 16和襯墊18順序地堆疊在設(shè)置有陰極12和陽極14的 MEA的兩側(cè)。包括流場(chǎng)的隔板20設(shè)置在每個(gè)GDL16的外側(cè)，反應(yīng)氣體(例如作為燃料的氫和作為氧化劑的氧)通過該隔板供應(yīng)，并且冷卻劑穿過該隔板。在堆疊幾百個(gè)單元電池之后，用于支撐和固定單元電池的端板30連接到燃料電池組的每端。進(jìn)一步地，收集在電池組中生成的電，并且向外供電的集電器32被安裝在每個(gè)端板30的內(nèi)側(cè)。氫的氧化反應(yīng)發(fā)生在電池組的陽極14，從而通過設(shè)置在電極/催化劑層中的催化劑產(chǎn)生氫離子(質(zhì)子，H+)和電子(e_)。氫離子和電子通過電解質(zhì)膜10和隔板20傳輸?shù)疥帢O12。在陰極12，通過在從陽極14傳輸?shù)臍潆x子和電子與含氧空氣之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水。通過電子的流動(dòng)生成的電能通過端板30的集電器32被供應(yīng)到使用電能的負(fù)載。氫入口和出口歧管、空氣入口和出口歧管，以及冷卻劑入口和出口歧管在隔板20 和端板30上彼此相鄰地進(jìn)一步形成。冷卻電池組的單元電池的冷卻劑的流動(dòng)如下。如圖6所示，通過冷卻劑入口歧管 34供應(yīng)的冷卻劑冷卻電池組的單元電池，并且然后通過冷卻劑出口歧管36排放。然而，在測(cè)量冷卻劑出口歧管36中的冷卻劑的溫度時(shí)，從顯示電池組中多個(gè)單元電池的溫度的圖7的曲線中可知，在上游的冷卻劑的溫度高，并且在下游的冷卻劑的溫度逐漸降低。換句話說，冷卻劑的溫度隨著它冷卻電池組的單元電池而升高，并且，然后隨著冷卻劑通過冷卻劑出口歧管流向端板的出口而逐漸降低。如果冷卻劑的溫度隨著冷卻劑通過冷卻劑出口歧管流向端板出口而降低，那么鄰近端板的單元電池的溫度也降低，因此，在全部的單元電池中發(fā)生不均勻的溫度分布。典型的聚合物電解質(zhì)薄膜燃料電池通常在從室溫到80°C的溫度范圍展現(xiàn)優(yōu)越的性能。然而，如果由于若干單元電池的溫度降低而在全部的單元電池中發(fā)生非均勻溫度分布，那么由反應(yīng)活性的降低和電解質(zhì)膜的離子傳導(dǎo)性的降低而使性能降低。特別地，如果在車輛中安裝的電池組的溫度降低到凝固點(diǎn)以下(例如，如果外部溫度低于零度，例如在冬天條件下)，則在電池組中的包括陰極和陽極的電極的活性降低。 此外，在電池組中的電解質(zhì)膜中負(fù)載氫離子的水凝固，其降低了電解質(zhì)膜的離子傳導(dǎo)性，由此使電池組的性能劣化。進(jìn)一步地，如果在增濕氣體供應(yīng)到電池組時(shí)電池組的溫度低，那么由水的冷凝引起溢流問題。這對(duì)電池組的性能和耐久性具有關(guān)健的影響。因此，為了在合適溫度操作燃料電池組，將其中幾百個(gè)單元電池堆疊在一起的燃料電池組的溫度分布均勻地維持在預(yù)定的范圍非常重要。考慮這些因素，許多方法是試圖防止鄰近端板的單元電池的溫度降低的裝置。例如，提出了插入一種裝置以隔熱或加熱在端板和堆疊的單元電池之間的區(qū)域的方法。例如，美國(guó)專利No. 6，824，901描述在端板和隔板之間插入厚絕緣體，從而將發(fā)生反應(yīng)的區(qū)域隔熱，或在端板和隔板之間設(shè)置平面加熱器，從而在冷起動(dòng)期間將全部燃料電池組的溫度維持在預(yù)定水平的方法。韓國(guó)專利No. 10-2006-0077284描述了一種燃料電池組，其中，提供具有不同熱膨脹系數(shù)的不同類型的集電器以生成熱，由此將圍繞端板的單元電池絕熱。韓國(guó)專利No. 10-2006-0074397描述了用于燃料電池車輛的冷起動(dòng)的堆疊固定結(jié)構(gòu)，其中覆蓋端板外側(cè)的外罩連接到燃料電池組，從而形成用于絕熱的空氣層。然而，在全部端板被熱隔離的情況下，用于隔熱的絕緣體的厚度要增加，其增加了整個(gè)燃料電池組的厚度。在外罩連接到端板外側(cè)的情況下，不能防止在電極中生成的熱被傳遞到端板。此外，在加熱器被設(shè)置在端板和隔板之間的情況下，必需為加熱器的操作提供外部電源，因此控制加熱器和電源的系統(tǒng)變得復(fù)雜。因此，在本領(lǐng)域中仍需要在燃料電池組中維持均勻溫度分布的設(shè)備和方法。在該背景部分中描述的上面的信息僅用于加強(qiáng)本對(duì)發(fā)明背景的理解，因此它可能包含不形成在本國(guó)中對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于燃料電池組的端板的加熱裝置。該加熱裝置可以這樣的方式將構(gòu)成燃料電池組的單元電池的溫度分布均勻地維持在預(yù)定的范圍內(nèi)，即，使從冷卻劑出口歧管的上游流動(dòng)到下游的高溫冷卻劑循環(huán)通過端板內(nèi)并釋放到外部的方式。由此，冷卻劑的熱能被供應(yīng)到端板，同時(shí)，冷卻劑的熱能被傳遞到與端板相鄰的單元電池。一方面，本發(fā)明提供一種用于燃料電池組的端板的加熱裝置，該裝置包括設(shè)置在端板內(nèi)的冷卻劑循環(huán)器，使得流過冷卻劑出口歧管的高溫冷卻劑的全部或部分流過冷卻劑循環(huán)器。這樣，冷卻劑的熱能被傳遞到端板和與端板相鄰的單元電池。在優(yōu)選實(shí)施方式中，冷卻劑循環(huán)器包括在端板的一端上形成，并與冷卻劑出口歧管接觸的單冷卻劑入口和單冷卻劑出口，其中單冷卻劑出口可被設(shè)置在燃料電池組的前面，并且單冷卻劑入口可被設(shè)置在單冷卻劑出口的后面；以及在單冷卻劑入口和單冷卻劑出口之間連接，并且在循環(huán)冷卻劑的端板內(nèi)形成的單冷卻劑流場(chǎng)。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，單冷卻劑流場(chǎng)包括從單冷卻劑入口通過端板的一側(cè)延伸到與冷卻劑入口歧管接觸的端板的另一端內(nèi)的單上游通道；以及從端板的另一端通過端板的另一側(cè)延伸到單冷卻劑出口的單下游通道。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，冷卻劑循環(huán)器包括形成在與冷卻劑出口歧管接觸的端板的一端的多冷卻劑入口和多冷卻劑出口，多冷卻劑入口或多冷卻劑出口被設(shè)置在在燃料電池組的前面；以及在多冷卻劑入口和多冷卻劑出口之間連接，并且在循環(huán)冷卻劑的端板的內(nèi)形成的多冷卻劑流場(chǎng)。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，多冷卻劑流場(chǎng)包括從多冷卻劑入口通過端板的一側(cè)延伸到與冷卻劑入口歧管接觸的端板另一端內(nèi)的多上游通道，多上游通道在端板中在左右方向上形成若干分隔的空間；以及從端板的另一端通過端板的另一側(cè)延伸到多冷卻劑出口的多下游通道，多下游通道在端板中在左右方向上形成若干分隔的空間。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，多冷卻劑入口中的每一個(gè)整體形成有翼片以便引導(dǎo)冷卻劑的流動(dòng)。在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式中，在多冷卻劑入口上形成的翼片的高度隨著從冷卻劑出口歧管的上游到下游增加。在另一進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式中，多冷卻劑流場(chǎng)的多上游通道相互平行地設(shè)置在左右側(cè)中的一側(cè)上，并且多下游通道相互平行地設(shè)置在左右側(cè)的另一側(cè)上。在另一進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式中，多冷卻劑流場(chǎng)的多上游通道中的每一個(gè)和多冷卻劑流場(chǎng)的多下游通道中的每一個(gè)在左右側(cè)上交替形成。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)選實(shí)施方式在下面進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)理解，在此使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它相似術(shù)語包括機(jī)動(dòng)車，通常例如包括運(yùn)動(dòng)型多用途車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車的乘用車，包括各種船只和船舶的水上交通工具，飛行器，等等，并包括混合車輛、電動(dòng)車輛、插入式混合電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車輛和其它代用燃料的車輛(例如，源于除石油之外資源的燃料)。如在此所提及的，混合車輛是具有兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)力源的車輛，例如汽油驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)的車輛。本發(fā)明的上面和其它特性在下面描述。


現(xiàn)將參照由下面僅以示例方式給出的附圖示例性說明的特定典型的實(shí)施方式來詳細(xì)說明本發(fā)明的以上和其它特征，因此，這些特征不限制本發(fā)明，并且其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的用于燃料電池組的端板的加熱裝置的剖面圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的用于燃料電池組的端板的加熱裝置的剖面圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的用于燃料電池組的端板的加熱裝置的剖面圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的用于燃料電池組的端板的加熱裝置的剖面圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的用于燃料電池組的端板的加熱裝置的剖面圖。
圖6是示出燃料電池組的冷卻劑流動(dòng)的剖面圖。圖7是示出流過燃料電池組的冷卻劑出口歧管的冷卻劑的溫度變化的曲線。圖8是示出典型的燃料電池組的配置的示意圖。在附圖中闡述的參考號(hào)包括如下面進(jìn)一步討論的下列元件
10:電解質(zhì)膜12:陰極
14:陽極16:氣體擴(kuò)散層
18:襯墊20:隔板
30:端板32:集電器
34:冷卻劑入口歧管36:冷卻劑出口歧管
40:冷卻劑循環(huán)器41:單冷卻劑入口
42:單冷卻劑出口43:單冷卻劑流場(chǎng)
44:單上游通道45:單下游通道
50:冷卻劑循環(huán)器51:多冷卻劑入口
52:多冷卻劑入口53:多冷卻劑流場(chǎng)
54:多上游通道55:多下游通道
56:翼片應(yīng)當(dāng)理解，附圖不必按尺寸繪制，呈現(xiàn)圖解本發(fā)明基本原理的圖解的各種優(yōu)選特征稍簡(jiǎn)化的表示。包括例如具體尺寸、取向、位置和形狀的如在此公開的本發(fā)明具體設(shè)計(jì)特征，部分地通過特定意指的應(yīng)用和使用環(huán)境確定。在圖中，參考號(hào)涉及附圖中的若干圖的本發(fā)明的相同或等效部分。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，其中的實(shí)施例在附圖中例示并在下面進(jìn)行說明。盡管將連同示例性實(shí)施方式本說明發(fā)明，但應(yīng)理解本說明不旨在將本發(fā)明限于這些示例性實(shí)施方式。相反，本發(fā)明旨在不僅覆蓋示例性實(shí)施方式，也覆蓋通過權(quán)利要求限定的包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替換、修改、等效物以及其它實(shí)施方式。如上面提及，當(dāng)冷卻燃料電池組之后的冷卻劑的溫度隨著冷卻劑通過冷卻劑出口歧管流向端板的出口而降低時(shí)，與端板相鄰的單元電池的溫度也降低。結(jié)果，在全部的單元電池中發(fā)生不均勻的溫度分布。本發(fā)明提供一種方法和設(shè)備，用于將構(gòu)成燃料電池組的單元電池的溫度分布維持在預(yù)定范圍。具體地，根據(jù)本發(fā)明，將冷卻電池組的單元電池之后排放的高溫冷卻劑的熱能傳遞到端板和與端板相鄰的單元電池，由此在操作期間減少并甚至防止與在燃料電池組的末端的端板相鄰的單元電池的溫度降低。例如，如在圖中示出，分離的冷卻劑循環(huán)器40被設(shè)置在端板30內(nèi)，以使冷卻電池
組的單元電池并流過冷卻劑出口歧管36的高溫冷卻劑的全部或部分引入到冷卻劑循環(huán)器40中。因此，流過冷卻劑循環(huán)器40的冷卻劑的熱能容易傳遞到端板30和與端板30相鄰的單元電池，并且可減少甚至防止鄰近燃料電池組的末端的端板30的單元電池的溫度的降低。接下來，參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的冷卻劑循環(huán)器的配置和操作。在圖1中示出的冷卻劑循環(huán)器40中，單冷卻劑入口 41和單冷卻劑出口 42形成在端板30的一端(“底”端，如在圖中示出)，并且被設(shè)置成與冷卻劑出口歧管36接觸。具體地，可在電池組的前面提供單冷卻劑出口 42 (即，在冷卻劑的最終排放端口)，而在單冷卻劑出口 42后面提供單冷卻劑入口 41，如圖所示。如進(jìn)一步示出，在單冷卻劑入口 41和單冷卻劑出口 42之間連接的單冷卻劑流場(chǎng) 43被設(shè)置在端板30內(nèi)。具體地，單冷卻劑流場(chǎng)43可包含單上游通道44和單下游通道45。如所示出的，例如，單上游通道44可從單冷卻劑入口 41通過端板30的一側(cè)延伸到與冷卻劑入口歧管34 接觸的端板30的另一端(如在圖中示出的“頂”端)內(nèi)。單下游通道45可從端板30的另一端(“頂”端)通過端板30的另一側(cè)延伸到單冷卻劑出口 42。因此，通過冷卻劑入口歧管34供應(yīng)的低溫冷卻劑冷卻電池組的單元電池從而吸收熱，并然后流過冷卻劑出口歧管36。隨后，從冷卻劑出口歧管36的上游流動(dòng)到下游的高溫冷卻劑的全部或部分通過單冷卻劑入口 41供應(yīng)到單冷卻劑流場(chǎng)43。通過單冷卻劑入口 41供應(yīng)的冷卻劑然后沿著單上游通道44流動(dòng)，并流過端板30 的一側(cè)，然后沿單下游通道45流過端板30的另一側(cè)流動(dòng)到單冷卻劑出口 42。這里，源自流過單上游通道44和單下游通道45的高溫冷卻劑的熱能傳遞到端板 30和與端板30相鄰的單元電池，從而維持與端板30相鄰的單元電池的溫度。結(jié)果，可以減少并甚至防止單元電池的溫度降低，因此可以將構(gòu)成電池組的單元電池的溫度分布維持在預(yù)定范圍內(nèi)。接下來，參考圖2描述根據(jù)第二實(shí)施方式的冷卻劑循環(huán)器的配置和操作。在如圖2中示出的冷卻劑循環(huán)器50中，多冷卻劑入口 51和多冷卻劑出口 52形成在與冷卻劑出口歧管36接觸的端板30的一端(“底”端)。例如，兩個(gè)冷卻劑出口 52可相互平行地設(shè)置在電池組的前面(即，在冷卻劑的最終排放端口)，并且兩個(gè)冷卻劑入口 51 可相互平行地設(shè)置在冷卻劑出口 52的后面。當(dāng)然，冷卻劑入口和出口 51、52不限于只有兩個(gè)，并且可設(shè)置任何數(shù)量的多個(gè)冷卻劑入口和出口 51、52。如進(jìn)一步示出，多冷卻劑流場(chǎng)53可布置在多冷卻劑入口 51和多冷卻劑出口 52之間端板30內(nèi)。具體地，多冷卻劑流場(chǎng)53可包含從多冷卻劑入口 51通過端板30的一側(cè)延伸到與冷卻劑入口歧管接觸的端板30的另一端(“頂”端)內(nèi)的多上游通道54，以及從端板30的另一端(“頂”端)通過端板30的另一側(cè)延伸到多冷卻劑出口 52的多下游通道55。例如，多上游通道M可在端板30中在左右方向上形成若干分隔的空間，并且多下游通道55也可在端板30中在左右方向上形成若干分隔的空間。在優(yōu)選實(shí)施方式中，多冷卻劑流場(chǎng)53的多上游通道M相互平行地設(shè)置在多下游通道55的右側(cè)，并且多冷卻劑流場(chǎng)
853的多下游通道55相互平行地設(shè)置在多上游通道M的左側(cè)。當(dāng)然，本發(fā)明不限于該具體排列，并且例如，多冷卻劑流場(chǎng)53的多上游通道M和多下游通道55可在左右側(cè)分別形成在一個(gè)空間中。結(jié)合圖2示出，可以進(jìn)一步地設(shè)置翼片56以引導(dǎo)冷卻劑的流動(dòng)。例如，翼片56可整體地形成在多冷卻劑入口 51中的一個(gè)或多個(gè)上。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，例如，如在圖2中示出，在多冷卻劑入口 51上形成的翼片56的高度從冷卻劑出口歧管36的上游到下游增加。例如，基于冷卻劑的流動(dòng)方向，具有較小高度的翼片56可安裝在冷卻劑出口歧管 36的上游的冷卻劑入口 51上，而具有較大高度的翼片56可安裝在冷卻劑出口歧管36的下游的冷卻劑入口 51上。這樣，可容易地向多冷卻劑流場(chǎng)53引導(dǎo)冷卻劑的流動(dòng)。因此，通過冷卻劑入口歧管34供應(yīng)的低溫冷卻劑將電池組的單元電池冷卻從而吸收熱，并然后流過冷卻劑出口歧管36。隨后，優(yōu)選地，利用翼片56的引導(dǎo)通過多冷卻劑入口 51向冷卻劑流場(chǎng)53供應(yīng)從冷卻劑出口歧管36的上游流動(dòng)到下游的高溫冷卻劑的全部或部分。例如，通過多冷卻劑入口 51供應(yīng)的冷卻劑沿通過端板30的一側(cè)延伸到與冷卻劑入口歧管34接觸的端板30的另一端(“頂”端)內(nèi)的多上游通道M流動(dòng)，然后沿從端板 30的另一端(“頂”端)通過端板30的另一側(cè)延伸到多冷卻劑出口 52的多下游通道55流動(dòng)。因此，源自流過多上游通道M和多下游通道55的高溫冷卻劑的熱能傳遞到端板 30和鄰近端板30的單元電池上，從而維持鄰近端板30的單元電池的溫度。結(jié)果，可減少并甚至防止單元電池的溫度降低，因此可將構(gòu)成電池組的全部單元電池的溫度分布維持在預(yù)定范圍內(nèi)。接下來，參考圖3描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的冷卻劑循環(huán)器的配置和操作。在圖3中示出的冷卻劑循環(huán)器中，多冷卻劑入口 51和多冷卻劑出口 52形成在與冷卻劑出口歧管36接觸的端板30的一端(“底”端)。例如，優(yōu)選地，在電池組的前面(即， 在冷卻劑最終排放端口 )可相互平行地設(shè)置兩組多冷卻劑入口 51。在多冷卻劑入口 51后面可優(yōu)選地相互平行地進(jìn)一步設(shè)置兩組多冷卻劑出口 52。結(jié)合圖2，也可提供除兩組之外的任何組多數(shù)量的冷卻劑入口和出口 51、52。在第三實(shí)施方式中，多冷卻劑入口 51和多冷卻劑出口 52的位置與在第二實(shí)施方式中的位置相反。因此，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的位置，特別是多冷卻劑流場(chǎng)53的多上游通道M和多下游通道55的位置也與在第二實(shí)施方式中的位置相反。因此，在第二實(shí)施方式中，在冷卻劑通過多下游通道55和多冷卻劑出口 52排放時(shí)，冷卻劑可被重新引入多下游通道55。然而，在第三實(shí)施方式中，多下游通道55和多冷卻劑出口 52設(shè)置在相對(duì)于多上游通道M和多冷卻劑入口 51的下游側(cè)，并因此可能防止冷卻劑與朝向多下游通道55反向流動(dòng)。同樣，在第三實(shí)施方式中，源自流過多上游通道M和多下游通道55的高溫冷卻劑的熱能被傳遞到端板30和鄰近端板30的單元電池，從而維持鄰近端板30的單元電池的溫度。結(jié)果，可減少并甚至防止單元電池的溫度降低，因此可將構(gòu)成電池組的全部單元電池的溫度分布維持在預(yù)定的范圍內(nèi)。接下來，參考圖4和5描述根據(jù)本發(fā)明第四和第五實(shí)施方式的冷卻劑循環(huán)器的配置和操作。在根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式(圖4)的冷卻劑循環(huán)器中，多冷卻劑入口 51和多冷卻劑出口 52形成在與冷卻劑出口歧管36接觸的端板30的一端(“底”端)上。例如，在左側(cè)和右側(cè)中的一側(cè)(例如，在如圖4中示出的右側(cè))優(yōu)選相互平行地設(shè)置多組多冷卻劑入口 51，并且在左側(cè)和右側(cè)中的另一側(cè)(例如，在如圖4中示出的左側(cè))優(yōu)選相互平行地設(shè)置多組多冷卻劑出口 52。根據(jù)一些實(shí)施方式，優(yōu)選地，具有從上游到下游增加的高度的一個(gè)或多個(gè)翼片56 安裝在多冷卻劑入口 51中的一個(gè)或多個(gè)上。 進(jìn)一步地，在左側(cè)和右側(cè)中的一側(cè)(例如，在如圖4中示出的右側(cè))，優(yōu)選相互平行地設(shè)置形成在端板30里面的多冷卻劑流場(chǎng)53的多組多上游通道54，并且，在左側(cè)和右側(cè)中的另一側(cè)(例如，在如圖4中示出的左側(cè))優(yōu)選相互平行地設(shè)置多組多下游通道55。因此，多上游通道討從多冷卻劑入口 51延伸，并且多下游通道55匯合多冷卻劑出口 52。在根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式(圖5)的冷卻劑循環(huán)器中，多冷卻劑入口 51和多冷卻劑出口 52形成在與冷卻劑出口歧管36接觸的端板30的一端(“底”端)。具體地，優(yōu)選相互平行地設(shè)置多組多冷卻劑入口 51和多組多冷卻劑出口 52，并且多組多冷卻劑入口 51 中的每個(gè)和多組多冷卻劑出口 52中的每個(gè)交替排列形成，如圖所示。此外，在端板內(nèi)優(yōu)選相互平行地設(shè)置多冷卻劑流場(chǎng)53的多組多上游通道M和多組多下游通道陽，其中多上游通道M中的每個(gè)和多下游通道陽中的每個(gè)交替排列設(shè)置，如圖所示。分別地，多上游通道M從多冷卻劑入口 51延伸，并且多下游通道55匯合多冷卻劑出口 52。因此，通過冷卻劑入口歧管34供應(yīng)的低溫冷卻劑冷卻電池組的單元電池從而吸收熱，然后流過冷卻劑出口歧管36。隨后，優(yōu)選利用翼片56的引導(dǎo)，通過多冷卻劑入口 51向多冷卻劑流場(chǎng)53供應(yīng)從冷卻劑出口歧管36的上游流動(dòng)到下游的高溫冷卻劑的全部或部分。具體地，通過多冷卻劑入口 51供應(yīng)的冷卻劑沿通過端板30的一側(cè)延伸到與冷卻劑入口歧管34接觸的端板30的另一端(“頂”端)里面的多上游通道M流動(dòng)，然后沿從端板30的另一端(“頂”端)通過端板30的另一側(cè)延伸到多冷卻劑出口 52的多下游通道 55流動(dòng)。在冷卻劑通過冷卻劑出口歧管36排放時(shí)，通過引導(dǎo)翼片56將高慣性能量施加于冷卻劑，因此，冷卻劑容易引入多冷卻劑入口 51，經(jīng)過多上游通道54，并流過壓力相對(duì)低的多下游通道55，流動(dòng)到多冷卻劑出口 52。同樣，源自流過多上游通道M和多下游通道55的高溫冷卻劑的熱能傳遞到端板 30和鄰近端板30的單元電池，由此維持鄰近端板30的單元電池的溫度。結(jié)果，可減少甚至防止單元電池的溫度降低，因此可將構(gòu)成電池組的全部單元電池的溫度分布維持在預(yù)定的范圍。如上面描述，本發(fā)明具有下面的效果。根據(jù)本發(fā)明，在端板中提供冷卻劑流場(chǎng)，使得冷卻電池組并從冷卻劑出口歧管的上游側(cè)排放到下游測(cè)的高溫冷卻劑中的全部或部分經(jīng)過冷卻劑循環(huán)流場(chǎng)，從而將冷卻劑的熱能傳遞到端板和鄰近端板的單元電池。這樣，將構(gòu)成電池組的單元電池的溫度分布維持在預(yù)定的范圍內(nèi)。具體地，源自流過端板中冷卻劑循環(huán)流場(chǎng)的高溫冷卻劑的熱能傳遞到端板和鄰近端板的單元電池，從而減少甚至防止單元電池溫度降低。因此，可將構(gòu)成電池組的全部單元電池的溫度分布維持在預(yù)定的范圍內(nèi)，由此減少甚至防止電池組的性能的劣化。已參考其優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)說明了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到可在這些實(shí)施方式中做出改變而不違背本發(fā)明的原理和精神，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求及其等效物中限定。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池組的端板的加熱裝置，所述裝置包括設(shè)置在所述端板內(nèi)的冷卻劑循環(huán)器，使得流過冷卻劑出口歧管的高溫冷卻劑的全部或部分流過所述冷卻劑循環(huán)器，以將所述冷卻劑的熱能傳遞到所述端板和與所述端板相鄰的單元電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述冷卻劑循環(huán)器包括形成在與所述冷卻劑出口歧管接觸的所述端板的底端的單冷卻劑入口和單冷卻劑出口，所述單冷卻劑出口設(shè)置在所述燃料電池組的前面，并且所述單冷卻劑入口設(shè)置在所述單冷卻劑出口的后面；以及設(shè)置在所述端板內(nèi)在所述單冷卻劑入口和所述單冷卻劑出口之間的單冷卻劑流場(chǎng)，所述冷卻劑通過所述單冷卻劑流場(chǎng)循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述單冷卻劑流場(chǎng)包括從所述單冷卻劑入口延伸到所述端板的頂端內(nèi)的單上游通道，所述端板的所述頂端與冷卻劑入口歧管接觸，所述單上游通道延伸通過所述端板的第一側(cè)；以及從所述端板的所述頂端延伸到所述單冷卻劑出口的單下游通道，所述單下游通道延伸通過所述端板的第二側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述冷卻劑循環(huán)器包括形成在所述端板的底端的多冷卻劑入口和多冷卻劑出口，所述端板的所述底端與所述冷卻劑出口歧管接觸，所述多冷卻劑入口或多冷卻劑出口被設(shè)置在所述燃料電池組的前面；以及設(shè)置在所述端板內(nèi)在所述多冷卻劑入口和多冷卻劑出口之間的多冷卻劑流場(chǎng)，所述冷卻劑通過所述多冷卻劑流場(chǎng)循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述多冷卻劑流場(chǎng)包括從所述多冷卻劑入口延伸到所述端板的頂端內(nèi)的多上游通道，所述頂端與冷卻劑入口歧管接觸，所述多上游通道延伸通過所述端板的第一側(cè)，所述多上游通道在所述端板中形成相對(duì)于所述頂端的左右方向上延伸的多個(gè)分隔的空間；以及從所述端板的所述頂端延伸到所述多冷卻劑出口的多下游通道，所述多下游通道延伸通過所述端板的第二側(cè)，所述多下游通道在相對(duì)于所述頂端的左右方向上延伸的所述端板中形成若干分隔的空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述多冷卻劑入口中的一個(gè)或多個(gè)整體形成有翼片以引導(dǎo)所述冷卻劑的流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中一個(gè)或多個(gè)翼片的高度分別從所述冷卻劑出口歧管的上游到下游增加。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述多冷卻劑流場(chǎng)的所述多上游通道相互平行地設(shè)置在所述第一側(cè)，所述第一側(cè)包括所述端板的左側(cè)或右側(cè)，并且所述多下游通道相互平行地設(shè)置在與所述第一側(cè)相反的所述第二側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述多冷卻劑流場(chǎng)的所述多上游通道中的每個(gè)和所述多冷卻劑流場(chǎng)的所述多下游通道中的每個(gè)沿所述端板交替排列設(shè)置。
10.一種燃料電池組，包括多個(gè)堆疊的單元電池；連接到所述燃料電池組的每端的端板；以及與所述端板連接的根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃料電池組的端板的加熱裝置，該加熱裝置可通過提供使從燃料電池組排放的高溫冷卻劑在端板中循環(huán)的結(jié)構(gòu)，防止圍繞燃料電池組末端的單元電池的溫度的降低。由此可防止在燃料電池組中的非均勻溫度分布。具體地，提供一種用于燃料電池組的端板的加熱裝置，其中使從冷卻劑出口歧管的上游流動(dòng)到下游的高溫冷卻劑循環(huán)通過端板內(nèi)，并排放到外部，使得冷卻劑的熱能被供應(yīng)到端板，并且同時(shí)將冷卻劑的熱能傳遞到鄰近端板的單元電池。
文檔編號(hào)H01M8/24GK102456901SQ201110065598
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者李成浩 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社