一种可变截面流道极板、冷却系统、电池及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于燃料电池极板技术领域，提出了一种可变截面流道极板、冷却系统、电池及其控制方法，本发明专利技术在冷却液流道的进出口处设置了流量控制结构，可通过反应气流道中的温度传感器传输信息进行流量控制，实现了冷却与反应物流道截面积相结合的的目的，同时，在极板的反应气体流道与冷却液流道之间布设多个弹性体，可通过控制冷却液流道进出口流量来控制弹性体的扩张和收缩，从而达到控制反应气流道截面积的目的；实现了根据燃料电池的工作状态改变流道形状或反应气体通道截面积的效果。流道形状或反应气体通道截面积的效果。流道形状或反应气体通道截面积的效果。

A variable cross-section runner plate, cooling system, battery and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种可变截面流道极板、冷却系统、电池及其控制方法


[0001]本专利技术属于燃料电池极板
，尤其涉及一种可变截面流道极板、冷却系统、电池及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，关于质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)燃料电池的流道结构设计方案，研究学者们给出了大量的方法，具体可分为三大类：一种是对常用的流道结构几何参数进行改进，包括对平行流道、蛇形流道和交指型流道等几种常用流道结构进行优化，具体包括流道深度、圆角半径和进出口长宽比等几何要素的优化设计；另一种是在常用流道的基础之上增设不同形状和大小的隔板或者阻块，通过改进反应气体在流道内部的局部传输过程以影响燃料电池内部的质量传输过程，进一步提高燃料电池的性能表现；第三种是向自然界中的奇妙结构学习，运用仿生学手段设计出一些新型流道，比如蜂巢状和鱼鳍状等等；目前燃料电池的流道皆为固定形式，无法根据燃料电池的工作状态进行改变。另外，质子交换膜燃料电池堆在正常功率密度条件下运行时，其能量转化效率通常只能达到40％～60％，未转化为电能的能量需要以热量的形式散发，以维持电池堆热平衡。由于电池堆工作温度较低，其与环境自然对流换热、辐射换热以及电池堆出口气体带走的热量均较少，一般可以忽略，因此，电池堆热平衡主要由冷却剂带走的热量决定；电池堆冷却不充分会造成其运行温度过高及堆内的温度梯度提升，导致膜的脱水、材料热破坏和电池间性能差异变大。
[0003]专利技术人发现，关于流道结构设计，现有燃料电池流道构型皆为固定形式，无法根据燃料电池的工作状态改变流道形状或反应气体通道截面积，现有燃料电池流道在保证反应气分布均匀性及良好的排水性能时，其流道压降较大，造成较多的泵气损失，对于流道压降小的构型，其排水性或反应气体分布均匀性不佳；现有燃料电池还没有将冷却与反应物流道截面积相结合的措施。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种可变截面流道极板、冷却系统、电池及其控制方法，本专利技术提供了一种新型的燃料电池极板组件及燃料电池冷却、反应物流道截面积变化的联动控制策略；实现了燃料电池冷却及排水的综合控制，提高了燃料电池功率密度。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种可变截面流道极板，采用如下技术方案：
[0006]一种可变截面流道极板，包括：
[0007]极板本体，两侧面上对称开设有多个反应气流道，中间部位与所述反应气流道交错位置开设有多个冷却液流道；
[0008]流量控制结构，设置在所述冷却液流道的入口和出口处，所述流量控制结构用于根据所述反应气流道中的温度调节所述冷却液流道中冷却液的流量；
[0009]多个弹性体，设置在所述反应气流道的内壁上，所述反应气流道与所述冷却液流道之间开设有多个通道，所述弹性体密封于所述通道靠近所述反应气流道的一端。
[0010]进一步的，所述反应气流道垂直轴线的截面为矩形，相邻两个反应气流道之间设置有脊；所述冷却液流道垂直轴线的截面为圆形，开设在所述极板本体对应两个脊之间。
[0011]进一步的，所述流量控制结构外部开设有外螺纹，所述冷却液流道进口和出口处开设有内螺纹，所述流量控制结构通过内螺纹和外螺纹配合设置在所述冷却液流道进口和出口内；所述流量控制结构包括阀体以及设置在所述阀体上的柱塞，通过控制所述柱塞的上下移动控制冷却液流通面积，控制冷却液流量。
[0012]进一步的，多个弹性体沿所述反应气流道轴向方向均匀分布；相邻两个反应气流道中的多个弹性体交错分布。
[0013]进一步的，所述弹性体为圆形，边缘处固定在加固环上，所述加固环通过过盈连接方式固定在所述通道靠近所述反应气流道的端口处。
[0014]进一步的，所述极板本体两侧的弹性体对称设置，所述通道垂直所述冷却液流道轴向的截面为三通结构，所述通道的一个通道与所述冷却液流道连通，另外两个通道的端口处设置两个对称的弹性体。
[0015]进一步的，所述反应气流道内设置有温度传感器。
[0016]为了实现上述目的，第二方面，本专利技术还提供了一种可变截面流道冷却系统，采用如下技术方案：
[0017]一种可变截面流道冷却系统，至少包括如第一方面中所述的可变截面流道极板。
[0018]为了实现上述目的，第三方面，本专利技术还提供了一种电池，采用如下技术方案：
[0019]一种电池，至少包括如第二方面中所述的可变截面流道冷却系统。
[0020]为了实现上述目的，第四方面，本专利技术还提供了一种可变截面流道极板控制方法，采用如下技术方案：
[0021]一种可变截面流道极板控制方法，采用了如第一方面中所述的可变截面流道极板，包括：
[0022]通过反应气流道中的温度传感器传输信息进行流量控制，当温度大于预设值时，进口和出口处流量控制结构的开度增大，冷却液流量增大，当温度低于预设值时，出口处流量控制结构的开度减小；
[0023]通过控制冷却液流道进口和出口流量来控制弹性体的膨度的收缩，进行反应气流道截面积的控制。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]1、本专利技术中，在冷却液流道的进出口处设置了流量控制结构，可通过反应气流道中的温度传感器传输信息进行流量控制，实现了冷却与反应物流道截面积相结合的的目的，同时，在极板的反应气体流道与冷却液流道之间布设多个弹性体，可通过控制冷却液流道进出口流量来控制弹性体的扩张和收缩，从而达到控制反应气流道截面积的目的；实现了根据燃料电池的工作状态改变流道形状或反应气体通道截面积的效果；
[0026]2、本专利技术通过实时改变反应气体流道截面以及冷却液流道的流量，提改善了燃料电池平行流场不易排水导致水淹的现象，同时，将燃料电池冷却及流场流道截面积变化实现联动，使得燃料电池始终工作在最佳状态，在减小了气体流道压降的同时，改善反应气体
分布的均匀性；提高了燃料电池工作效率，并降低了控制成本。
附图说明
[0027]构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
[0028]图1为本专利技术实施例1的局部结构示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例1的剖面示意图弹性体安装处局部剖面图；
[0030]图3为本专利技术实施例1的剖面示意图流量控制结构安装位置示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例1的流量控制结构安装示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例1的流量控制结构结构示意图；
[0033]图6为本专利技术实施例2的剖面示意图设置有旁通阀的冷却系统；
[0034]其中，1、极板本体；2、弹性体；3、螺塞；4、冷却液流道；5、反应气流道；6、加固环；7、流量控制结构；8、通道。
具体实施方式：
[0035]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0036]应该指出，以下详本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变截面流道极板，其特征在于，包括：极板本体，两侧面上对称开设有多个反应气流道，中间部位与所述反应气流道交错位置开设有多个冷却液流道；流量控制结构，设置在所述冷却液流道的入口和出口处，所述流量控制结构用于根据所述反应气流道中的温度调节所述冷却液流道中冷却液的流量；多个弹性体，设置在所述反应气流道的内壁上，所述反应气流道与所述冷却液流道之间开设有多个通道，所述弹性体密封于所述通道靠近所述反应气流道的一端。2.如权利要求1所述的一种可变截面流道极板，其特征在于，所述反应气流道垂直轴线的截面为矩形，相邻两个反应气流道之间设置有脊；所述冷却液流道垂直轴线的截面为圆形，开设在所述极板本体对应两个脊之间。3.如权利要求1所述的一种可变截面流道极板，其特征在于，所述流量控制结构外部开设有外螺纹，所述冷却液流道进口和出口处开设有内螺纹，所述流量控制结构通过内螺纹和外螺纹配合设置在所述冷却液流道进口和出口内；所述流量控制结构包括阀体以及设置在所述阀体上的柱塞，通过控制所述柱塞的上下移动控制冷却液流通面积，控制冷却液流量。4.如权利要求1所述的一种可变截面流道极板，其特征在于，多个弹性体沿所述反应气流道轴向方向均匀分布；相邻两个反应气流道中的多个弹性体交错分布。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：官镇，白书战，王桂华，李国祥，张国栋，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：