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格力燃料電池相關(guān)專利介紹

作為空調(diào)領(lǐng)域的龍頭企業(yè),格力電器同樣在燃料電池領(lǐng)域有一定的技術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)專利數(shù)據(jù)庫檢索,截止2021年3月10日,格力電器在燃料電池領(lǐng)域公開的相關(guān)專利共計(jì)115件。

格力電器以空調(diào)產(chǎn)業(yè)為支柱的同時(shí),大力拓展智能家居、智能裝備、新能源技術(shù)等多項(xiàng)產(chǎn)業(yè),2018年年報(bào)將新能源產(chǎn)業(yè)拓展上升到公司發(fā)展戰(zhàn)略層面,而燃料電池作為新能源產(chǎn)業(yè)中的一員,自然也受到了格力的重視。值得一提的是,格力燃料電池相關(guān)專利申請最早開始于2019年第一季度,該時(shí)間節(jié)點(diǎn)也與格力發(fā)展規(guī)劃相吻合。另外,經(jīng)專利發(fā)明人統(tǒng)計(jì),目前格力在燃料電池技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)人員共有57人(不代表實(shí)際情況)。

在格力專利技術(shù)方面,目前格力電堆方面的專利主要涉及雙極板結(jié)構(gòu)改進(jìn)與制備、質(zhì)子交換膜與膜電極制備、電堆結(jié)構(gòu)改進(jìn)等;在動(dòng)力系統(tǒng)方面,格力主要改進(jìn)了燃料電池用DC/DC和備用電源控制等;在熱管理方面,格力從雙極板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、散熱器設(shè)計(jì)、系統(tǒng)檢測與控制層面全方面地改進(jìn)了燃料電池散熱性能,確保燃料電池發(fā)電性能;另外,格力在燃料電池空壓機(jī)技術(shù)上也有較多的創(chuàng)新。

在燃料電池應(yīng)用方面,格力專利中提及到三種場景,包括直流微網(wǎng)系統(tǒng)、家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)、空調(diào)外機(jī),主要涉及小功率電堆。

關(guān)于直流微網(wǎng)系統(tǒng)方面,格力主要是利用燃料電池發(fā)電保證直流微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。格力目前在全國重點(diǎn)區(qū)域集中實(shí)施了直流示范項(xiàng)目,整合了國網(wǎng)南網(wǎng)及建筑院所的產(chǎn)學(xué)研用資源,特別是在山西大同開展了能源革命排頭兵展示館項(xiàng)目,全力打造全直流微網(wǎng)。關(guān)于家用熱電聯(lián)供系統(tǒng),格力主要將燃料電池的余熱供給家庭使用、并將燃料電池發(fā)電電力用于家庭供電,該應(yīng)用場景與格力宣傳的“零碳生活、綠色世界”相吻合。關(guān)于空調(diào)外機(jī)場景的使用,格力將燃料電池集成在空調(diào)外機(jī)內(nèi),可解決移動(dòng)式空調(diào)用電高峰電力供應(yīng)不足的問題。

01  格力電器雙極板相關(guān)專利

格力雙極板的主要類型為金屬雙極板,大部分雙極板用于水冷型電堆,少數(shù)雙極板用于風(fēng)冷型電堆。在格力早期申請的雙極板專利中,有采用將冷卻水入口設(shè)置在極板中心位置處的設(shè)計(jì),以更好地對極板中央反應(yīng)區(qū)域進(jìn)行冷卻,具體極板結(jié)構(gòu)可參見下圖。

在通過雙極板結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善冷卻液流動(dòng)以及促進(jìn)排水方面,專利CN201911093404.9通過使相連接的極板的冷卻流道沿冷卻液流動(dòng)方向?qū)ΨQ設(shè)置,且其交疊區(qū)域重合,同時(shí)優(yōu)化氣體流道與冷卻液流道的寬度比,來降低冷卻液流動(dòng)時(shí)的流阻,降低燃料電池的寄生功率;專利CN202010238488.7通過一面設(shè)置蛇形氣體流道,一面設(shè)置直線型、弧形或折線形的冷卻流道,來改善排水性能和降低冷卻液的流動(dòng)阻力。

在通過雙極板改善氣體分配均勻性、提高燃料電池發(fā)電性能方面,專利CN202010047839.6公開了在陰極板中間設(shè)置有多條平行波浪形流道以及在陽極板中間設(shè)置多條平行直流道來使氫氣和氧氣在流場中流動(dòng)更加均勻,使反應(yīng)更加充分;專利CN202010573255.2公開了通過設(shè)置多個(gè)氫氣、氧氣進(jìn)口和出口,并將進(jìn)出口與相應(yīng)流道連通,來解決了“三進(jìn)三出”(1個(gè)氫氣進(jìn)氣口、1個(gè)氧氣進(jìn)氣口、1個(gè)冷卻水進(jìn)水口,對應(yīng)3個(gè)出口)雙極板中由于單一進(jìn)出口結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致氣體分配不均的問題。

在提高電堆功率密度方面,專利CN201910728860.X公開了在極板上形成兩個(gè)活性區(qū)域,且兩個(gè)活性區(qū)域共用一個(gè)非活性區(qū)域,從而提高了活性區(qū)域的占比以及非活性區(qū)域的利用率,使燃料電池結(jié)構(gòu)更加緊湊,提高了電池功率密度。

另外,格力專利CN202010287280.4還公開了一種用于無人機(jī)、小型備用電源或小功率燃料電池系統(tǒng)的風(fēng)冷電堆用雙極板,該雙極板結(jié)構(gòu)如下圖所示,包括陰極板和陽極板,其可形成直流道流場,采用高速硬模沖壓形成,密封采用激光焊接。

格力其他雙極板專利一覽

總體而言,格力雙極板的技術(shù)改進(jìn)主要涉及以下方面:改善氣體的分布均勻性、改善冷卻液的流動(dòng)、改善生成水的排出、提高電堆功率密度、提高雙極板可加工性和減少制造成本等。

02  格力電器電堆結(jié)構(gòu)相關(guān)專利

在電堆結(jié)構(gòu)方面,格力的改進(jìn)主要集中在提高電堆功率密度、熱交換性能以及改善氣體分布不均衡等。例如,專利CN201910439773.2公開了一種緊湊型燃料電池結(jié)構(gòu),兩個(gè)并聯(lián)的子電池共用一個(gè)陽極板,其中第一陽極氣體槽道13、第二陽極氣體槽道14的陽極氣體可以互通,利用陽極板雙側(cè)的供氣可同時(shí)滿足兩個(gè)膜電極的氣體消耗;專利CN202021655343.9通過第一內(nèi)壁部21的結(jié)構(gòu)增大氣體流通通道2的流通面積,使氣體的分配更加均勻,提高電堆的工作效率。

另外,格力還公開了兩種風(fēng)冷型電堆,如專利CN201910672211.2公開的電堆中,膜電極和單極板在電池單元疊置方向間隔交錯(cuò)設(shè)置,每一單極板的兩側(cè)分別形成陽極氣體槽道和陰極氣體槽道,相比于現(xiàn)有常規(guī)金屬雙極板燃料電池結(jié)構(gòu),該電堆厚度能大約降低一半,極板兩側(cè)分別為陽極氣體和陰極氣氣體的流動(dòng)空間。專利CN202020377026.9中電堆增加了進(jìn)風(fēng)區(qū)域面積,形成了更加均勻的進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu),有利于提高陰極反應(yīng)氣體傳質(zhì)、提高陰極反應(yīng)氣體流量、降低其流動(dòng)阻力等。

03  格力電器熱管理相關(guān)專利

在燃料電池?zé)峁芾矸矫妫窳_的專利既涉及風(fēng)冷型電堆,也涉及到水冷型電堆。在風(fēng)冷型電堆熱管理上,專利CN202011257507.7通過在電堆和風(fēng)機(jī)之間設(shè)置可變散熱風(fēng)道,利用控制器調(diào)整可變散熱風(fēng)道上多個(gè)散熱子風(fēng)道的開啟數(shù)量或關(guān)閉數(shù)量,來實(shí)現(xiàn)對電堆的精準(zhǔn)控溫。

在水冷型電堆熱管理方面,專利CN202010833148.9通過利用高壓氫氣降壓降溫,通過換熱器釋放冷量,將冷量送入冷凝器中,來為空壓機(jī)出口空氣降溫,同時(shí)對燃料電池進(jìn)口空氣溫度進(jìn)行控制,解決了燃料電池進(jìn)口空氣溫度過高的問題。專利CN202011085521.3公開了一種散熱裝置,其導(dǎo)熱件可貼合于極板,可將極板的熱量傳導(dǎo)至散熱裝置。散熱裝置還包括翅片,翅片越接近極板中心位置處其導(dǎo)熱面積越大,可加快對極板中心位置的散熱,防止中心位置熱量集中的問題。

專利CN202011249473.7為確保燃料電池溫度不超過其損壞閾值,提供了一種溫度控制方法。通過監(jiān)測燃料電池功率和電壓變化,計(jì)算出所需的冷卻液流量,并直接調(diào)整對應(yīng)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)裝置,使得冷卻液流量可隨工況變化及時(shí)、迅速地作出調(diào)整,避免因溫度測量延遲特性導(dǎo)致燃料電池內(nèi)部溫度超過允許值。專利CN202011255952.X針對現(xiàn)有大功率燃料電池降溫效果較差的問題,提出了一種溫度控制方法。當(dāng)溫度傳感器測得燃料電池內(nèi)部溫度大于設(shè)定閾值時(shí),可通過降溫子系統(tǒng),利用系統(tǒng)中的風(fēng)扇對純水進(jìn)行冷卻處理;同時(shí)調(diào)整水泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率,提升水流速度對純水進(jìn)行降溫,以實(shí)現(xiàn)快速降溫。專利CN202011356244.5在電堆一側(cè)設(shè)置散熱裝置,該散熱裝置包括混合腔,通過利用混合腔對散熱通道內(nèi)的冷卻介質(zhì)及混合腔內(nèi)的冷卻介質(zhì)進(jìn)行混合,由于混合腔冷卻介質(zhì)的溫度低于散熱通道內(nèi)冷卻介質(zhì)的溫度,從而無需借助外接耗電散熱器件對燃料電池內(nèi)的冷卻介質(zhì)進(jìn)行循環(huán),有效提高了燃料電池的電能利用率、減少了燃料電池體積。

總體而言,格力關(guān)于電堆熱管理方面的改進(jìn)主要包括提升散熱性能,維持電堆溫度適宜以其發(fā)揮最大性能,減少散熱裝置帶來的電能損耗以及減少燃料電池系統(tǒng)體積等。

04   格力電器燃料電池應(yīng)用相關(guān)專利

在燃料電池應(yīng)用方面,目前格力申請的專利主要涉及直流微網(wǎng)系統(tǒng)、家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)以及空調(diào)外機(jī)等。

例如,專利CN202020330699.9中提及了使用氫能燃料電池發(fā)電保證直流微網(wǎng)系統(tǒng)長時(shí)間、穩(wěn)定、高效和綠色運(yùn)行。

專利CN202020515628.6公開了一種家用熱電聯(lián)供系統(tǒng),其中蓄熱模塊能夠回收燃料電池的廢熱,并將熱能提供給家庭使用;儲(chǔ)能模塊能夠接收并存儲(chǔ)燃料電池的電能;直流供電模塊能夠?qū)⑷剂想姵睾蛢?chǔ)能模塊提供的電能輸送給家庭用電設(shè)備。

專利CN202021427896.9公開了一種空調(diào)外機(jī),燃料電池設(shè)置在空調(diào)外機(jī)殼體內(nèi),燃料電池和外機(jī)換熱器共用一個(gè)風(fēng)機(jī),該風(fēng)機(jī)引導(dǎo)的氣流可分別與燃料電池、外機(jī)換熱器進(jìn)行換熱,減少了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件,降低了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。如當(dāng)外機(jī)運(yùn)行在制熱模式時(shí),外機(jī)風(fēng)扇反向轉(zhuǎn)動(dòng),室外空氣先流經(jīng)空冷燃料電池后再流經(jīng)外機(jī)換熱器,使得空氣被燃料電池加熱后再流經(jīng)外機(jī)換熱器,有效地將空冷燃料電池的熱量帶到外機(jī)換熱器處吸收。通過利用燃料電池的余熱給室內(nèi)供熱,進(jìn)一步提高了燃料電池的能量綜合利用率。

聲明: 本文由入駐維科號(hào)的作者撰寫,觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權(quán)或其他問題,請聯(lián)系舉報(bào)。

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