專利名稱：一種延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料電池領域，尤其涉及質子交換膜燃料電池低溫儲存技術。
背景技術：
燃料電池在汽車上應用，需要使燃料電池適用于寒冷低溫環(huán)境。因為燃料電池汽 車會在各種各樣的氣候中行駛，在冬季，寒冷的天氣將給質子交換燃料電池帶來很大的危 害，溫度過低會使燃料電池工作效率下降，特別是當燃料電池不工作時，電池堆的溫度將會 降至零度以下，質子膜中的液態(tài)水將會結冰從而膨脹，膨脹產(chǎn)生的應力將破壞質子膜，使燃 料電池無法繼續(xù)正常工作。因此，在溫度低于零度以下時，保證質子膜不結冰，對于燃料電 池汽車適用于寒冷氣候地區(qū)是必須解決的技術問題。目前燃料電池汽車對質子膜的防凍問題通常是在不工作時，將反應物氫氣、空氣 和電池堆中的水排除，在下一次工作之前進行加濕和預熱，來達到電池堆正常工作時所需 的溫度和濕度；或者采用余熱利用和隔熱保溫技術，通過在燃料電池堆外部布置一層絕熱 材料，增大電池堆與外界的傳熱熱阻，從而降低電池堆自身的熱量損失；還有在絕熱層內(nèi)部 布置一層吸熱儲能材料，以吸收電池堆工作時排除的多余熱量，在電堆溫度低于特定溫度 時材料放熱，實現(xiàn)車用燃料電池的保溫。這些方法都對燃料電池的保溫具有有益的效果，但 是都沒有隔斷電池堆與各流體系統(tǒng)之間的聯(lián)系，對保溫效果有影響。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種隔斷電堆與燃料電池各流體系統(tǒng)之間的聯(lián)系的裝 置，使燃料電池汽車在寒冷氣候中使用時，可延長燃料電池低溫儲存時間。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案為一種延長燃料電池電堆低溫儲 存時間的裝置，包括燃料電池模塊，燃料電池模塊的外部設有保溫層，其特征在于所述燃料 電池模塊的流體的進、出口連接有隔熱管路，燃料電池模塊通過隔熱管路分別與燃料電池 系統(tǒng)對應的流體管路連接，所述隔熱管路由一段保溫管及在保溫管的兩端各連接一個閥構 成，其中保溫管上接有排放閥，隔熱管路中的閥和保溫管外套覆有橡塑保溫管，隔熱管路與 燃料電池模塊出口連接處套覆有橡塑保溫管。本實用新型所述一種延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，其特征在于所述燃 料電池模塊的流體的進、出口連接有隔熱管路是在冷卻液進出口連接有隔熱管路或者在冷 卻液進出口、空氣進出口和氫氣進出口都連接有隔熱管路。本實用新型所述一種延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，其特征在于所述隔 熱管路中的保溫管的管徑與燃料電池系統(tǒng)對應的流體管路的管徑相同。本實用新型所述一種延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，其特征在于所述隔 熱管路中的保溫管長1-lOcm。本實用新型所述一種延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，其特征在于所述保 溫管上的排放閥通過與保溫管連接的保溫支管連接。[0010]本實用新型的使用方法是在燃料電池系統(tǒng)工作時，隔熱管路中保溫管兩端的閥 呈開啟狀態(tài)，保溫管上的排放閥呈關閉狀態(tài)；燃料電池系統(tǒng)停止工作后，隔熱管路中保溫管 兩端的閥在低溫儲存前關閉，保溫管上的排放閥此時開啟，排放出管中流體及利用排放閥 對保溫管抽真空，排放及抽真空處理完畢后，關閉排放閥。本實用新型的原理是在燃料電池模塊外設保溫層的基礎上，再用隔熱管路隔斷 燃料電池模塊與燃料電池系統(tǒng)管路及零部件的流體連接，從而減小以流體為熱傳導介質的 熱傳遞及熱對流。保證燃料電池模塊隔熱的嚴密，達到延長燃料電池低溫儲存的時間的目 的。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點1、燃料電池汽車在寒冷氣候中使用時，能夠延長燃料電池低溫儲存的時間；2、結構簡單，輔助元件較少，控制簡單，可靠性較高。3、大幅減小低溫啟動前冷卻循環(huán)液次數(shù)；4、減小管路及零部件保溫裝置的復雜性。

本實用新型共有附圖四幅，其中圖1是延長燃料電池低溫儲存時間的裝置結構示意圖。圖2是只在冷卻循環(huán)系統(tǒng)接有隔熱管路的結構示意圖。圖3是冷卻液進出口連接有隔熱管路的燃料電池模塊對比試驗時間-溫度曲線 圖。圖4是冷卻液進出口、空氣進出口和氫氣進出口都連接有隔熱管路的燃料電池模 塊對比試驗時間-溫度曲線圖。附圖中，1、燃料電池電堆模塊，2、保溫層，3、隔熱管路部分，4、空氣進口，4’、空氣 出口，5、冷卻液進口，5’、冷卻液出口，6、氫氣出口，6’、氫氣進口，7、氫氣路零部件及管路連 接件，8、冷卻路零部件及管路連接件，9、空氣路零部件及管路連接件，10、閥，11、保溫管，12 保溫支管，13、排放閥，14、冷卻泵，15、散熱風扇，16、冷卻液箱。
具體實施方式
本實用新型的實施方式是，在燃料電池模塊1的外部設一層保溫層2，保溫層2由 聚苯乙烯板構成，燃料電池模塊1的流體的進、出口連接由在保溫管11兩端各連接一個閥 10構成的隔熱管路，在保溫管3上用保溫支管12連接一個排放閥13，燃料電池模塊1通過 隔熱管路3分別與燃料電池系統(tǒng)對應的氫氣路零部件及管路7、冷卻路零部件及管路8、空 氣路零部件及管路9等流體管路連接，隔熱管路中的閥10和保溫管11外套覆有橡塑保溫 管，隔熱管路3與燃料電池模塊出口連接處套覆有橡塑保溫管。保溫管11的管徑與燃料電 池系統(tǒng)對應的流體管路的管徑相同。保溫管11長5cm。作為實施例一是僅在冷卻液進出口 5、5’連接有隔熱管路。低溫環(huán)境下，燃料電池 停止工作時，會對反應物氫氣，空氣吹掃，因此在燃料電池在低溫存儲時，燃料電池系統(tǒng)內(nèi) 部會存在少量空氣，微量氫氣，大量循環(huán)冷卻液。0°c時，空氣的導熱系數(shù)為2.442X10_2W/ (m-K)；比定壓熱容為:1.009kJ/(kg-K)；氫氣的導熱系數(shù)為:1.706Χ10 /(πι·Κ)；比定壓熱容為14. 268kJ/(kg-K)；水的導熱系數(shù)為:5· 51 X 10-、/(m· K)；比定壓熱容為 4.212kJ/(kg-K)；乙二醇的導熱系數(shù)為d.SSXlOl/Oii· ；比定壓熱容為2. 4kJ/ (kg*K)。燃料電池在低溫存儲時，熱量主要儲存在冷卻液及電堆模塊(雙極板，端板)內(nèi)， 散熱主要集中在冷卻路8上(散熱器，冷卻泵，冷卻路管件)。因此，冷卻路8為儲熱和導熱 的主要路徑，在冷卻路8加入隔熱管路3具有明顯的效果。經(jīng)對比試驗結果表明，冷卻液進 出口 5、5’連接有隔熱管路3的燃料電池模塊的溫度曲線明顯優(yōu)于冷卻液連通的燃料電池 模塊的溫度曲線。對比試驗的燃料電池模塊為燃料電池模塊流體進出口 5、5’連接處不加 設隔熱管路3、燃料電池模塊進出口連接處設隔熱管路3，但隔熱管路3兩端的閥10打開， 排放閥13關閉，保持冷卻液連通和燃料電池模塊冷卻液進出口 5、5’加入隔熱管路3并且 隔熱管路兩端的閥3關閉，排放閥13排放后關閉三種狀態(tài)。試驗條件為環(huán)境溫度-20°C， 電堆模塊采用20mm聚苯乙烯板作為保溫材料，冷卻液箱采用真空保溫材料進行保溫，散熱 風扇15及冷卻泵14未保溫。冷卻液初始溫度70°C，在電堆兩端陰極側各安裝1個熱電偶 測溫，取平均值T。試驗結果如圖3所示。圖3中，帶方塊的曲線為燃料電池模塊出口連接 處不做保溫處理的溫度曲線，帶五角星的曲線為燃料電池模塊出口連接處保溫處理，但保 持冷卻液的連通的溫度曲線，帶三角形的曲線為燃料電池模塊冷卻液進出口加入隔熱管路 的溫度曲線。 實施例二是附圖1所示的在冷卻液進出口 5、5’、空氣進出口 4、4’和氫氣進出口 6、6’都連接有隔熱管路3。對實施例二同樣作對比試驗，對比試驗的燃料電池模塊為燃料 電池模塊1流體進出口連接處不加設隔熱管路3、燃料電池模塊1冷卻液進出口 5、5’加入 隔熱管路3并且隔熱管路兩端的閥10關閉，排放閥13排放后關閉和燃料電池模塊1冷卻 液進出口5、5’、空氣進出口4、4’和氫氣進出口 6、6’都連接有隔熱管路3并且隔熱管路兩 端的閥10關閉，排放閥13排放后關閉三種狀態(tài)。試驗結果如圖4示，帶方塊的曲線為燃料 電池模塊出口連接處不做保溫處理的溫度曲線，帶三角形的曲線為燃料電池模塊冷卻液出 入口加入隔熱管路的溫度曲線，帶圓的曲線為燃料電池電堆所有流體進出口都連接有隔熱 管路的溫度曲線。試驗結果表明，燃料電池電堆所有進出口都連接有隔熱管路的溫度曲線 略優(yōu)于冷卻液出入口加入隔熱管路的溫度曲線，符合散熱主要集中在冷卻路上的結論。但 也顯示出了燃料電池電堆所有流體進出口都連接有隔熱管路的效果。
權利要求一種延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，包括燃料電池模塊(1)，燃料電池模塊的外部設有保溫層(2)，其特征在于所述燃料電池模塊的流體的進、出口連接有隔熱管路(3)，燃料電池模塊(1)通過隔熱管路(3)分別與燃料電池系統(tǒng)對應的流體管路連接，所述隔熱管路(3)由一段保溫管(11)及在保溫管的兩端各連接一個閥(10)構成，其中保溫管(11)上接有排放閥(13)，隔熱管路中的閥(10)和保溫管(11)外套覆有橡塑保溫管，隔熱管路(3)與燃料電池模塊出口連接處套覆有橡塑保溫管。
2.根據(jù)權利要求1所述一種可延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，其特征在于所 述燃料電池模塊(1)的流體的進、出口連接有隔熱管路(3)是在冷卻液進出口 (5、5，)連接 有隔熱管路或者在冷卻液進出口(5、5’)、空氣進出口(4、4’ )和氫氣進出口(6、6’ )都連 接有隔熱管路。
3.根據(jù)權利要求1所述一種可延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，其特征在于所 述隔熱管路中的保溫管(11)的管徑與燃料電池系統(tǒng)對應的流體管路的管徑相同。
4.根據(jù)權利要求1所述一種可延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，其特征在于所 述隔熱管路中的保溫管(11)長1-lOcm。
5.根據(jù)權利要求1所述一種可延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，其特征在于所 述保溫管上的排放閥通(13)過與保溫管連接的保溫支管(12)連接。
專利摘要一種延長燃料電池電堆低溫儲存時間的裝置，包括燃料電池模塊，燃料電池模塊的外部設有保溫層，燃料電池模塊的流體的進、出口連接有隔熱管路，隔熱管路由一段保溫管及在保溫管的兩端各連接一個閥構成，隔熱管路中的閥和保溫管外套覆有橡塑保溫管。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點燃料電池汽車在寒冷氣候中使用時，能夠延長燃料電池低溫儲存的時間；結構簡單，輔助元件較少，控制簡單，可靠性較高；大幅減小低溫啟動前冷卻循環(huán)液次數(shù)；減小管路及零部件保溫裝置的復雜性。
文檔編號H01M8/04GK201758156SQ20102051099
公開日2011年3月9日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權日2010年8月30日
發(fā)明者徐麗雙, 江洪春, 王仁芳, 秦連慶 申請人:新源動力股份有限公司