一種燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)，包括氫氣輸送管道和燃料電池電堆，氫氣輸送管道將氫氣輸送到燃料電池電堆陽極側(cè)的流道內(nèi)，其特征在于：還包括加熱器、測溫計和電池控制系統(tǒng)；所述加熱器設(shè)置在氫氣輸送管道上，對氫氣加熱；所述測溫計設(shè)置在燃料電池電堆內(nèi)部，用來測量電堆溫度；所述電池控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端與測溫計連接，輸出端與加熱器連接，根據(jù)測溫計測得的電堆內(nèi)部的溫度控制所述加熱器的開啟與關(guān)閉。本實用新型燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)，通過在氫氣輸送管道上設(shè)置加熱器，給進(jìn)入燃料電池的氫氣加熱，使燃料電池的陽極側(cè)在適當(dāng)?shù)臏囟认驴焖俜磻?yīng)，并將多余的熱量傳導(dǎo)給燃料電池的陰極側(cè)，從而使燃料電池迅速達(dá)到最佳工作狀態(tài)。
【專利說明】一種燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池作為一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，在基站電源、中小型電站、電動車、備用電源、便攜電源等方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。燃料電池可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融鹽燃料電池、微生物燃料電池、生物燃料電池等。燃料電池主要由端板、集電板、雙極板、膜電極等組成。
[0003]為了能使燃料電池更好地適應(yīng)各種環(huán)境工作，燃料電池系統(tǒng)主要是由燃料電池、控制系統(tǒng)、電力轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、啟動電源和其他輔助系統(tǒng)組成。溫度是燃料電池系統(tǒng)能否達(dá)到最佳性能工作的必備參數(shù)，燃料電池電堆的內(nèi)部溫度決定了電堆的運行工作狀態(tài)，一般而言，電堆溫度在45—60°C時電堆運行狀態(tài)最佳，可以達(dá)到額定功率。在內(nèi)部低溫狀態(tài)下，電堆很難達(dá)到額定功率。溫度過低，燃料電池需要很長時間才能達(dá)到最佳工作性能，為了使燃料電池系統(tǒng)適應(yīng)低溫環(huán)境，通常在該系統(tǒng)中加入輔助加熱模塊，通過把啟動電源的電能轉(zhuǎn)化為熱能，使進(jìn)入電堆的氣體具有合適的溫度，以便于燃料電池在短時間內(nèi)達(dá)到最佳性能。
[0004]專利CN100527504C中公開了 一種燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)中供應(yīng)到燃料電池組的含氧氣體通過熱交換器加熱后進(jìn)入重整器，利用含氧氣體的熱量加熱重整器，然后供應(yīng)燃料電池組。由于含氧氣體流量大，產(chǎn)生的廢氣會帶走大部分熱量，因此廢氣的熱量再利用會導(dǎo)致系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，系統(tǒng)體積大。
[0005]專利CN103579651A公開一種便攜式質(zhì)子交換膜燃料電池電源系統(tǒng)，其利用軸流風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口朝向金屬氫瓶，利用電堆空氣尾氣的熱量為金屬儲氫瓶加熱。但該加熱方式僅為方便氫氣的釋放，因為氫瓶在釋放氫氣時需要吸熱，并不能解決對電堆加熱的問題。
[0006]目前系統(tǒng)輔助加熱主要以下三種模式:
[0007]1、對空氣進(jìn)行加熱。由于空氣流量大，空氣尾氣會帶走大部分熱量，致使能量消耗大，加熱效率低，對整個燃料電池系統(tǒng)的能量輸出不利，降低了燃料電池系統(tǒng)的效率。
[0008]2、整個電堆進(jìn)行加熱，需要有一個人工環(huán)境，保證電堆的溫度，也存在裝置過大和能源消耗問題。
[0009]3、對極板進(jìn)行加熱，電堆結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響極板電輸出性能，對極板的加工要求較聞。
實用新型內(nèi)容
[0010]實用新型目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本實用新型提供一種能夠啟動時快速對電堆加熱的燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)，使燃料電池系統(tǒng)低溫啟動狀況下能快速達(dá)到最佳性能。
[0011]技術(shù)內(nèi)容:為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實用新型所述燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)，包括氫氣輸送管道和燃料電池電堆，氫氣輸送管道將氫氣輸送到燃料電池電堆陽極側(cè)的流道內(nèi)，該系統(tǒng)還包括加熱器、測溫計和電池控制系統(tǒng)；所述加熱器設(shè)置在氫氣輸送管道上，對氫氣加熱；所述測溫計設(shè)置在燃料電池電堆內(nèi)部，用來測量電堆溫度；所述電池控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端與測溫計連接，輸出端與加熱器連接，根據(jù)測溫計測得的電堆內(nèi)部的溫度控制所述加熱器的開啟與關(guān)閉。
[0012]優(yōu)選地，所述加熱器為電加熱器，通過儲能電池將電能轉(zhuǎn)化為熱能給氫氣加熱。
[0013]優(yōu)選地，所述電池控制系統(tǒng)為單片機(jī)、DSP或PLC中的一種或幾種結(jié)合。
[0014]本實用新型所述的燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)進(jìn)行冷啟動快速加熱方法，包括如下步驟:
[0015](I)電池控制系統(tǒng)采集測溫計測得的電堆溫度，在溫度低于特定溫度時啟動加熱器，對氫氣輸送管道中的氫氣加熱至設(shè)定溫度；
[0016](2)將氫氣通入燃料電池電堆陽極側(cè)流道內(nèi)，氫氣在電堆流道內(nèi)傳輸釋放熱量，提升電堆內(nèi)部溫度，燃料電池的陽極側(cè)在適當(dāng)溫度下快速反應(yīng)，并將多余熱量傳導(dǎo)給燃料電池的陰極側(cè)；
[0017](3)電池控制系統(tǒng)在測溫計測得的電堆溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，關(guān)閉加熱器。
[0018]有益效果:1、本實用新型述燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)，通過在氫氣輸送管道上設(shè)置加熱器，給進(jìn)入燃料電池的氫氣加熱，使燃料電池的陽極側(cè)在適當(dāng)?shù)臏囟认驴焖俜磻?yīng)，并將多余的熱量傳導(dǎo)給燃料電池的陰極側(cè)，從而使燃料電池迅速達(dá)到最佳工作狀態(tài)。2、本實用新型通過電池控制系統(tǒng)控制加熱器對氫燃料電池的氫氣加熱到設(shè)定的溫度，通過氫氣在電堆流道內(nèi)傳輸釋放熱量，提升電堆內(nèi)部溫度，在很短時間內(nèi)使燃料電池快速達(dá)到理想工作狀態(tài)，此種加熱方式簡單易操作，所需要的能耗低，對提高整個燃料電池系統(tǒng)能量輸出和提高燃料電池系統(tǒng)的效率有很重要的意義。3、氫氣在燃料電池電堆內(nèi)部反應(yīng)完畢，很少有尾氣排放，所以氫氣所帶進(jìn)燃料電池電堆內(nèi)部的熱量基本上全部被燃料電池電堆所利用，提高了整個系統(tǒng)的熱輔助效率。4、氫氣加熱的能耗低，加熱效率高，電堆達(dá)到最佳性能所需要的時間短，有利于提高整個燃料電池系統(tǒng)能量輸出和提高燃料電池系統(tǒng)的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:本實用新型燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)，包括氫氣輸送管道I和燃料電池電堆2，氫氣輸送管道I將氫氣輸送到燃料電池電堆陽極側(cè)的流道內(nèi)，系統(tǒng)還包括加熱器3、測溫計4和電池控制系統(tǒng)5 ;所述加熱器3設(shè)置在氫氣輸送管道I上，對氫氣加熱；所述測溫計4設(shè)置在燃料電池電堆2內(nèi)部，用來測量電堆溫度；所述電池控制系統(tǒng)5的數(shù)據(jù)采集端與測溫計4連接，輸出端與加熱器3連接，根據(jù)測溫計4測得的電堆內(nèi)部的溫度控制所述加熱器3的開啟與關(guān)閉。所述加熱器3為電加熱器，通過儲能電池6將電能轉(zhuǎn)化為熱能給氫氣加熱。所述電池控制系統(tǒng)5為DSP技術(shù)。
[0021]本實用新型燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)進(jìn)行冷啟動快速加熱方法，包括如下步驟:[0022](I)電池控制系統(tǒng)采集測溫計測得的電堆溫度，在溫度低于特定溫度時啟動加熱器，對氫氣輸送管道中的氫氣加熱至設(shè)定溫度；
[0023]( 2 )將氫氣通入燃料電池電堆陽極側(cè)流道內(nèi)，氫氣在電堆流道內(nèi)傳輸釋放熱量，提升電堆內(nèi)部溫度，燃料電池的陽極側(cè)在適當(dāng)溫度下快速反應(yīng)，并將多余熱量傳導(dǎo)給燃料電池的陰極側(cè)；
[0024](3)電池控制系統(tǒng)在測溫計測得的電堆溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，關(guān)閉加熱器。
[0025]本實用新型裝置工作原理為:氫氣通過加熱器，加熱到設(shè)定溫度，加熱后的氫氣進(jìn)入燃料電池電堆通過氫氣在電堆流道內(nèi)傳輸釋放熱量，提升電堆內(nèi)部溫度，迅速使燃料電池快速達(dá)到理想工作狀態(tài)，使整個燃料電池系統(tǒng)達(dá)到最佳工作狀態(tài)。加熱器的加熱溫度控制和加熱時間以及氫氣流量和流速通過燃料電池控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。氫氣在燃料電池電堆內(nèi)部反應(yīng)完畢，很少有尾氣排放，所以氫氣所帶進(jìn)燃料電池電堆內(nèi)部的熱量基本上全部被燃料電池電堆所利用。
[0026]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本實用新型，但其不得解釋為對本實用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實用新型的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)，包括氫氣輸送管道和燃料電池電堆，氫氣輸送管道將氫氣輸送到燃料電池電堆陽極側(cè)的流道內(nèi)，其特征在于:還包括加熱器、測溫計和電池控制系統(tǒng)；所述加熱器設(shè)置在氫氣輸送管道上，對氫氣加熱；所述測溫計設(shè)置在燃料電池電堆內(nèi)部，用來測量電堆溫度；所述電池控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端與測溫計連接，輸出端與加熱器連接，根據(jù)測溫計測得的電堆內(nèi)部的溫度控制所述加熱器的開啟與關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述加熱器為電加熱器，通過儲能電池將電能轉(zhuǎn)化為熱能給氫氣加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池冷啟動快速加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述電池控制系統(tǒng)為單片機(jī)、DSP或PLC中的一種或幾種結(jié)合。
【文檔編號】H01M8/04GK203746979SQ201420115191
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】程立明, 魏廣科 申請人:江蘇綠遙燃料電池系統(tǒng)制造有限公司