CN1173427C - 用于热管理系统试验的质子交换膜燃料电池堆热模拟装置 - Google Patents
用于热管理系统试验的质子交换膜燃料电池堆热模拟装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1173427C CN1173427C CNB021486522A CN02148652A CN1173427C CN 1173427 C CN1173427 C CN 1173427C CN B021486522 A CNB021486522 A CN B021486522A CN 02148652 A CN02148652 A CN 02148652A CN 1173427 C CN1173427 C CN 1173427C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- plates
- electrode
- bipolar plates
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 21
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 5
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 238000005183 dynamical system Methods 0.000 description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical group [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000276425 Xiphophorus maculatus Species 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
一种用于热管理系统试验的质子交换膜燃料电池堆热模拟装置，属车用燃料电池动力系统热管理技术领域。本热模拟装置由多个单元板叠合在一起组成，每个单元板由一个模拟电极，两个双极板，两个排热板组成。在模拟电极及双极板上贴有热电阻片，通电后模拟燃料电池堆的产热情况，在排热板上开有冷却水通道。两块双极板分别与模拟电极的两侧面相贴合，两块排热板分别与两块双极板相贴合。采用本热模拟装置可开展燃料电池动力系统热管理试验研究。
Description
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆热模拟装置，属车用燃料电池动力系统热管理技术领域。
背景技术
燃料电池车相对于传统汽车的主要区别在于由燃料电池动力系统替代了传统的内燃机动力系统。PEMFC动力系统废热量约为传统内燃机动力系统的2.5-3倍，反应堆性能对温度敏感，而且冷却剂温度与环境温差小，具有更大的热管理难度。热管理不仅对PEMFC动力系统性能影响非常显著，更为重要的是，将直接影响其能否正常工作。因此，PEMFC动力系统的热管理成为燃料电池汽车研究与开发中的关键问题。
燃料电池堆是动力系统的最主要热源，燃料化学能通过燃料电池堆转化的电能和热能约各占50％，如一个输出为75KW的燃料电池堆，通过热管理带出的热量约为75KW，为传统内燃机的2.5～3倍。为了防止膜的干燥及超温运行，需要有相应的传热机制移走电化学反应产生的巨大热量。另外，由于燃料电池和运行环境间温差较小，反应堆的除热成为一个极具挑战性的问题。PEMFC内部的热平衡对燃料电池的性能、寿命和运行安全起着关键作用。因此，要对燃料电池的排热性能和热均匀性进行研究，控制电池内部流体流动和传热，保证反应堆的热平衡和水平衡。
燃料电池动力系统热管理试验研究包括燃料电池堆热管理研究，系统集成热管理研究，热管理专项设备(如换热器、冷却风扇等)研究以及废热利用技术研究等方面的内容。
使用真实燃料电池堆进行动力系统热管理试验研究，存在氢安全隐患大、氢消耗量大等问题，而且燃料供应等辅助系统复杂，导致试验难度较大且费用高昂，不适合热管理专项试验研究的灵活有效开展。
发明内容
本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池堆的热模拟装置，替代真实燃料电池堆，供动力系统热管理试验研究用。
说明燃料电池堆的结构如下：真实燃料电池堆的单电池结构如附图1所示，其核心部分由质子交换膜3、阳极催化层4a、阴极催化层4b、扩散层5、双极板8和排热板9等组成。催化层4a、4b是发生电化学反应的场所。扩散层5的作用是支撑催化层4a、4b，收集电流，并为电化学反应提供电子通道、气体通道和排水通道。质子交换膜3、催化层4a、4b和扩散层5合起来组成电极。双极板8提供反应气体通道并有收集电流的作用。氢气和氧气(或者空气)分别流过双极板8的流道6和7时扩散进入电极。在电极的阳极侧，氢原子在催化剂作用下被离化为氢离子和电子，其中氢离子穿过质子交换膜3转移到阴极侧，而电子则经外电路负载流向阴极；在阴极侧，催化剂又使得氢离子与阴极的氧原子及从外部回路返回的电子结合成水分子，并同时释放热量。在排热板9上，外部循环冷却水流过通道10，带走大量反应产热，维持电池工作温度的稳定。
本发明质子交换膜燃料电池堆热模拟装置由多个单元板叠合在一起组成。每个单元板由一个模拟电极，两个双极板，两个排热板组成。在模拟电极及双极板上贴有热电阻片，通电后模拟燃料电池堆的产热情况，在排热板上开有冷却水通道。两块双极板分别与模拟电极的两侧面相贴合，两块排热板分别与两块双极板相贴合。
采用本发明的热模拟装置可以通过控制每片热电阻的发热量来模拟燃料电池堆的不同工作状况，以供试验研究。
附图说明
图1为质子交换膜燃料电池单元板的截面图
图2为本发明热模拟装置单元板的截面图
图3为本发明热模拟装置单元板的侧视图
图4为本发明热模拟装置示意图
具体实施方式
图4为热模拟装置的示意图，其中17为单元板
图2为热模拟装置单元板的截面图。其中12为模拟电极，为一板状结构，由碳布或碳纸制成，也可用其它材料制成，只要保证模拟电极的热阻与真实燃料电池中电极部分的热阻相同即可。13为双极板，14为排热板，其结构与材料与真实燃料电池相同，一般为无孔石墨。两块双极板13贴在模拟电极板12的两侧，在双极板13和模拟电极板12之间及双极板13的流道壁面都置有热电阻片11，两块排热板14分别贴在两块双极板13上。每片热电阻可以单独控制其发热量，以得到模拟电极12上及双极板13上各种不同的热分布，便于试验研究的开展。
图3为热模拟装置单元板的侧视图。排热板14上的冷却水流道16均为直流道，冷却水从进水道15a进入，通过各分支冷却水流道16之后又汇合到出水道15b离开。
Claims (1)
1，一种用于热管理系统试验的质子交换膜燃料电池堆热模拟装置，其特征是该装置由多个单元板叠合在一起组成，每个单元板由一个模拟电极，两个双极板，两个排热板组成，模拟电极由碳布制成，双极板和排热板由无孔石墨制成，在双极板和模拟电极板之间，及双极板的流道壁面都置有热电阻片，每片电阻片可以单独控制其发热量，通电后模拟燃料电池堆的产热情况，在排热板上开有冷却水通道，两块双极板分别与模拟电极的两侧面相贴合，两块排热板分别与两块双极板相贴合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021486522A CN1173427C (zh) | 2002-11-15 | 2002-11-15 | 用于热管理系统试验的质子交换膜燃料电池堆热模拟装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021486522A CN1173427C (zh) | 2002-11-15 | 2002-11-15 | 用于热管理系统试验的质子交换膜燃料电池堆热模拟装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1405917A CN1405917A (zh) | 2003-03-26 |
| CN1173427C true CN1173427C (zh) | 2004-10-27 |
Family
ID=4751526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB021486522A Expired - Fee Related CN1173427C (zh) | 2002-11-15 | 2002-11-15 | 用于热管理系统试验的质子交换膜燃料电池堆热模拟装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1173427C (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2975834B1 (fr) | 2011-05-26 | 2013-07-05 | Commissariat Energie Atomique | Pile a combustible a gestion thermique amelioree |
| CN102956905B (zh) * | 2012-09-21 | 2014-10-22 | 同济大学 | 一种燃料电池堆热管理模拟系统 |
| CN104733757B (zh) * | 2014-12-24 | 2017-05-17 | 同济大学 | 一种汽车燃料电池冷却辅助系统用快速原型装置 |
| CN108417867B (zh) * | 2017-10-30 | 2020-07-07 | 同济大学 | 一种用于大功率燃料电池热管理系统开发的电堆模拟装置 |
| CN114447391B (zh) * | 2020-11-05 | 2024-09-03 | 未势能源科技有限公司 | 燃料电池堆 |
-
2002
- 2002-11-15 CN CNB021486522A patent/CN1173427C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1405917A (zh) | 2003-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yu et al. | Water and thermal management for Ballard PEM fuel cell stack | |
| Chen et al. | Performance degradation and recovery characteristics during gas purging in a proton exchange membrane fuel cell with a dead-ended anode | |
| Jang et al. | Effects of operating conditions on the performances of individual cell and stack of PEM fuel cell | |
| US6248462B1 (en) | Method and apparatus for thermal management of a fuel cell assembly | |
| Zhou et al. | Water and pressure effects on a single PEM fuel cell | |
| JP4295847B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
| KR101137763B1 (ko) | 연료전지용 활성화장치 | |
| JP3483116B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池 | |
| Li et al. | Novel gas distributors and optimization for high power density in fuel cells | |
| CN1815786A (zh) | 可在低温环境下启动与运行的燃料电池发电系统 | |
| CN1173427C (zh) | 用于热管理系统试验的质子交换膜燃料电池堆热模拟装置 | |
| JP2003533002A (ja) | 燃料電池の低温始動方法と燃料電池設備 | |
| CN101453024B (zh) | 一种燃料电池测试用负载的控制方法 | |
| CN2763990Y (zh) | 可在低温环境下启动与运行的燃料电池发电系统 | |
| ATE274753T1 (de) | Pem-brennstoffzellenstapel mit kühlmediumverteilerstruktur | |
| Chiu et al. | An improved small-signal model of the dynamic behavior of PEM fuel cells | |
| JP2001023668A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| CN101512812B (zh) | 高分子电解质型燃料电池系统 | |
| CN100517826C (zh) | 一种具有高功率密度自散热及自增湿型燃料电池堆 | |
| JP2005100975A5 (zh) | ||
| CN1198352C (zh) | 一种燃料电池 | |
| CN100517825C (zh) | 一种适合批量生产与装配的燃料电池堆 | |
| CN100342575C (zh) | 一种用于燃料电池的贮氢装置 | |
| CN201060900Y (zh) | 一种不易堵水的燃料电池堆的管道装置 | |
| CN2701083Y (zh) | 一种具有高功率密度自散热及自增湿型燃料电池堆 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20041027 Termination date: 20151115 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |