本發(fā)明涉及燃料電池，特別涉及一種適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著人類對于環(huán)境保護、資源與能源的可再生性、可持續(xù)性關(guān)注程度日益提高，尤其是在一些對于輕量化、長續(xù)航、大規(guī)模儲能應(yīng)用領(lǐng)域中，氫燃料電池的應(yīng)用越來越普及，降本和技術(shù)迭代正在快速實現(xiàn)。

2、現(xiàn)有技術(shù)中的空冷燃料電池將陽極腔封閉，通過氫氣進氣通道供給燃料氣體，陰極則采用開放進氣的方式，通過風扇吸風的方式提供反應(yīng)和散熱空氣，這種結(jié)構(gòu)使得燃料電池功率密度較低；空氣無法進行預(yù)處理，在環(huán)境污染和低溫等環(huán)境中功率衰減嚴重；而且質(zhì)子交換膜的干濕度無法保證，實際測試中發(fā)現(xiàn)，在長時間使用或者測試后，燃料電池堆質(zhì)子交換膜頻繁出現(xiàn)膜干或水淹現(xiàn)象、受到環(huán)境溫度等不利因素影響較大，導(dǎo)致燃料電池整體效率受限。

3、同時，在一些極限環(huán)境中，如低溫、缺氧、干燥、空氣污染嚴重的應(yīng)用場景中，目前的開放陰極燃料電池和閉合陰極空氣燃料性能會受到嚴重影響，甚至不能工作。具體地，現(xiàn)有的開放陰極電堆在0℃以下不能工作、在低溫下性能(10℃)以下表現(xiàn)差。其原因主要是由于需要通過風扇吸風進入堆內(nèi)，部分參與與氧氣的氧化還原反應(yīng)，部分提供散熱。在環(huán)境溫度較低時，由于其結(jié)構(gòu)限制，即使降低風扇轉(zhuǎn)速，僅保留用于反應(yīng)的空氣，外界空氣也會很快把電堆熱量帶走，從而導(dǎo)致堆溫下降。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，5℃的時候，電堆功率下降就很明顯了，可能也就是額定功率50％-60％；在-2℃的時候，電堆開不起來，即使把風扇pwm調(diào)到最低，很快電堆內(nèi)部結(jié)冰而停止運行。有鑒于此，本發(fā)明提供一種適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池使用效果不佳的問題。

2、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

3、一種適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆、電池堆加熱組件、用于對燃料電池系統(tǒng)的氫氣進氣管和氧氣進氣管加熱的余熱利用組件和氧氣回收組件，所述電池堆加熱組件設(shè)置于燃料電池堆內(nèi)，所述余熱利用組件與燃料電池堆的風扇出風口、氫氣進氣管和氧氣進氣管連接，所述氧氣回收組件的一端與燃料電池堆的氧氣出口連接，氧氣回收組件的另一端與氧氣進氣管連通。

4、所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)中，所述余熱利用組件包括罩體和導(dǎo)熱翅片，所述罩體的一部分與燃料電池堆的風扇出風口連接，所述導(dǎo)熱翅片置于罩體內(nèi)，所述氫氣進氣管和氧氣進氣管插設(shè)于導(dǎo)熱翅片的通孔中，所述導(dǎo)熱翅片的通孔與穿過其中的氫氣進氣管、氧氣進氣管貼合設(shè)置。

5、所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)中，所述電池堆加熱組件包括用于環(huán)境溫度低于設(shè)置值時給燃料電池堆加熱的啟動加熱組和用于保持燃料電池堆溫度的輔熱加熱組。

6、所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)中，所述電池堆加熱組件還包括蓄電池或電容，所述啟動加熱組與蓄電池或電容電連接。

7、所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)中，所述輔熱加熱組與燃料電池堆電連接。

8、所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)中，所述氧氣回收組件包括氧氣出氣管、氧氣緩沖罐和氧氣循環(huán)泵，所述氧氣出氣管的一端與燃料電池堆的氧氣出口連接，所述氧氣出氣管的另一端與氧氣進氣管連通，所述氧氣緩沖罐設(shè)置于氧氣出氣管上，所述氧氣循環(huán)泵設(shè)置于氧氣出氣管上，并位于氧氣出氣管與氧氣進氣管連通的一側(cè)。

9、所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)中，所述氧氣緩沖罐內(nèi)設(shè)置有單向閥、氣液分離器和液位計，所述單向閥設(shè)置于氧氣緩沖罐的進氣口處，所述氧氣緩沖罐的下部設(shè)置有排液管，所述排液管上設(shè)置有排水電磁閥。

10、所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)中，還包括儲氫瓶和儲氧瓶，所述儲氫瓶通過氫氣進氣管與燃料電池堆連接，所述儲氧瓶通過氧氣進氣管與燃料電池堆連接。

11、所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)中，所述儲氫瓶和儲氧瓶的出氣口均設(shè)置有減壓閥。

12、所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)中，所述氫氣進氣管和氧氣進氣管上均設(shè)置有進堆電磁閥。

13、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，由電池堆加熱組件使燃料電池保持恒定溫度，使燃料電池可以適用于低溫環(huán)境，還利用所述余熱利用組件利用燃料電池堆產(chǎn)生的熱量對氫氣進氣管和氧氣進氣管加熱利用增加氫氣和氧氣進入燃料電池堆中的溫度，提升燃料電池堆的反應(yīng)速度，還通過所述氧氣回收組件將燃料電池堆運行產(chǎn)生的氧氣尾氣進行氣水分離，再將分離后的氧氣導(dǎo)至氧氣進氣管中，最后與純氧一起送入燃料電池堆中，以提高氧氣的利用率。

技術(shù)特征：

1.一種適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括燃料電池堆、電池堆加熱組件、用于對燃料電池系統(tǒng)的氫氣進氣管和氧氣進氣管加熱的余熱利用組件和氧氣回收組件，所述電池堆加熱組件設(shè)置于燃料電池堆內(nèi)，所述余熱利用組件與燃料電池堆的風扇出風口、氫氣進氣管和氧氣進氣管連接，所述氧氣回收組件的一端與燃料電池堆的氧氣出口連接，氧氣回收組件的另一端與氧氣進氣管連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述余熱利用組件包括罩體和導(dǎo)熱翅片，所述罩體的一部分與燃料電池堆的風扇出風口連接，所述導(dǎo)熱翅片置于罩體內(nèi)，所述氫氣進氣管和氧氣進氣管插設(shè)于導(dǎo)熱翅片的通孔中，所述導(dǎo)熱翅片的通孔與穿過其中的氫氣進氣管、氧氣進氣管貼合設(shè)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述電池堆加熱組件包括用于環(huán)境溫度低于設(shè)置值時給燃料電池堆加熱的啟動加熱組和用于保持燃料電池堆溫度的輔熱加熱組。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述電池堆加熱組件還包括蓄電池或電容，所述啟動加熱組與蓄電池或電容電連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述輔熱加熱組與燃料電池堆電連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氧氣回收組件包括氧氣出氣管、氧氣緩沖罐和氧氣循環(huán)泵，所述氧氣出氣管的一端與燃料電池堆的氧氣出口連接，所述氧氣出氣管的另一端與氧氣進氣管連通，所述氧氣緩沖罐設(shè)置于氧氣出氣管上，所述氧氣循環(huán)泵設(shè)置于氧氣出氣管上，并位于氧氣出氣管與氧氣進氣管連通的一側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氧氣緩沖罐內(nèi)設(shè)置有單向閥、氣液分離器和液位計，所述單向閥設(shè)置于氧氣緩沖罐的進氣口處，所述氧氣緩沖罐的下部設(shè)置有排液管，所述排液管上設(shè)置有排水電磁閥。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括儲氫瓶和儲氧瓶，所述儲氫瓶通過氫氣進氣管與燃料電池堆連接，所述儲氧瓶通過氧氣進氣管與燃料電池堆連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述儲氫瓶和儲氧瓶的出氣口均設(shè)置有減壓閥。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣進氣管和氧氣進氣管上均設(shè)置有進堆電磁閥。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于極限環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆、電池堆加熱組件、用于對燃料電池系統(tǒng)的氫氣進氣管和氧氣進氣管加熱的余熱利用組件和氧氣回收組件，所述電池堆加熱組件設(shè)置于燃料電池堆內(nèi)，所述余熱利用組件與燃料電池堆的風扇出風口、氫氣進氣管和氧氣進氣管連接，所述氧氣回收組件的一端與燃料電池堆的氧氣出口連接，氧氣回收組件的另一端與氧氣進氣管連通，通過氧氣回收組件將氧氣尾氣進行氣水分離，再將分離后的氧氣導(dǎo)至氧氣進氣管中，以提高氣體利用效率，還利用所述余熱利用組件利用燃料電池堆產(chǎn)生的熱量對氫氣進氣管和氧氣進氣管加熱利用，以減少氫氣、氧氣反應(yīng)時間，加速電池運行。

技術(shù)研發(fā)人員：范雪波,常晨,崔煒,李京校,李林,王廣華,毛宏兵,張凱,豆浩浩,李盈軍
受保護的技術(shù)使用者：北京市氣象探測中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17