氢燃料电池电堆设计与电池热管理技术

    大功率密度燃料电池电堆由于集成度高及反应发热量大的原因，使得在电堆设计过程中必须综合考虑电堆的结构设计和热管理问题，传统的燃料电池电堆散热采用低压电风扇对燃料电池进行风冷散热，存在着耗电量大和散热极限难题。本技术在燃料电池电堆双极板设计时综合考虑双极板的导电、气体流道功能及散热需求，设计中空的双极板作为环路热管蒸发器，与外置的翅片式冷凝器通过软管相连，密封并抽真空后充填R134a工质，采用工质吸热后的相变压力作为驱动工质流动的动力为燃料电池电堆散热，此技术在无外部能量输入情况下可使电堆稳定工作在70-80℃下。技术突破：采用钛合金材质薄板件作为原材料，通过冲压成型及焊接制造板内中空的电池双极板。基于中空的双极板构建电堆的主动散热系统-环路热管，通过环路热管内工质蒸发和冷凝两相变化将热量从电堆内部蒸发器传输到远离电堆的冷凝器，实现电堆系统的高效散热。构建一拖多式（一个冷凝器连接多个蒸发器）环路热管散热系统，冷凝器采用内部阵列式微柱加外部翅片的强化冷凝结构；蒸发器与冷凝器间采用铜管连接，环路热管整体抽真空并灌注R134a工质后通过扩散焊工艺实现散热系统的可靠密封连接。通过热压工艺实现电堆双极板、气体扩散层、MEA的集成。此技术省去水泵驱动冷却水循环系统的能量输入，解决了因散热需要消耗燃料电池内部能量的难题。经济与社会效益：燃料电池能将氢燃料的化学能通过电化学反应直接转化为电能，仅排放水，是一种环保、高效、高功率密度和大电流密度的发电装置，是最先进的能量转化技术之一，在零排放交通动力应用方面具有极其诱人的前景。燃料电池汽车被公认为是新能源汽车可持续发展的重要方向，是解决全球能源短缺和环境污染的理想方案之一。经过多年持续不断研发，燃料电池汽车在国际及国内已经完成了技术和社会验证，开始进入商业化量产时代。在燃料电池系统技术（包括电池原材料国产化、膜电极批量生产技术、双极板批量生产技术、电堆组装技术及低成本、长寿命技术）及商业版图渐趋完善定型的今天，双极板与热管理系统的一体化设计思路与相关制造技术有望成为快速切入燃料电池系统制造领域并占领行业高地的最有效突破口。