一種燃料電池冷啟動(dòng)快速加熱系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃料電池冷啟動(dòng)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(jì)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(jì)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(jì)連接，輸出端與加熱器連接，根據(jù)測溫計(jì)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。本發(fā)明述燃料電池冷啟動(dòng)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(dòng)快速加熱系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種燃料電池冷啟動(dòng)快速加熱系統(tǒng)及方法。
【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(dòng)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(dòng)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(yùn)行工作狀態(tài)，一般而言，電堆溫度在45—60°C時(shí)電堆運(yùn)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(shí)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(dòng)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(shí)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(huì)帶走大部分熱量，因此廢氣的熱量再利用會(huì)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(chǔ)氫瓶加熱。但該加熱方式僅為方便氫氣的釋放，因?yàn)闅淦吭卺尫艢錃鈺r(shí)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:
1、對空氣進(jìn)行加熱。由于空氣流量大，空氣尾氣會(huì)帶走大部分熱量，致使能量消耗大，加熱效率低，對整個(gè)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。
[0007]2、整個(gè)電堆進(jìn)行加熱，需要有一個(gè)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。
[0008]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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠啟動(dòng)時(shí)快速對電堆加熱的燃料電池冷啟動(dòng)快速加熱系統(tǒng)，使燃料電池系統(tǒng)低溫啟動(dòng)狀況下能快速達(dá)到最佳性能。
[0010]本發(fā)明的另一目的是提供一種燃料電池冷啟動(dòng)快速加熱系統(tǒng)進(jìn)行冷啟動(dòng)快速加熱方法。
[0011]技術(shù)內(nèi)容:為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明所述燃料電池冷啟動(dòng)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(jì)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(jì)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(jì)連接，輸出端與加熱器連接，根據(jù)測溫計(jì)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(chǔ)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]本發(fā)明所述的燃料電池冷啟動(dòng)快速加熱系統(tǒng)進(jìn)行冷啟動(dòng)快速加熱方法，包括如下步驟:
(I)電池控制系統(tǒng)采集測溫計(jì)測得的電堆溫度，在溫度低于特定溫度時(shí)啟動(dòng)加熱器，對氫氣輸送管道中的氫氣加熱至設(shè)定溫度；
(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)；
(3)電池控制系統(tǒng)在測溫計(jì)測得的電堆溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，關(guān)閉加熱器。
[0015]有益效果:1、本發(fā)明述燃料電池冷啟動(dòng)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、本發(fā)明通過電池控制系統(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(shí)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(gè)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(gè)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(shí)間短，有利于提高整個(gè)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】
[0016]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1:本發(fā)明燃料電池冷啟動(dòng)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(jì)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(jì)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(jì)4連接，輸出端與加熱器3連接，根據(jù)測溫計(jì)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(chǔ)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)。[0018]本發(fā)明燃料電池冷啟動(dòng)快速加熱系統(tǒng)進(jìn)行冷啟動(dòng)快速加熱方法，包括如下步驟:
(I)電池控制系統(tǒng)采集測溫計(jì)測得的電堆溫度，在溫度低于特定溫度時(shí)啟動(dòng)加熱器，對氫氣輸送管道中的氫氣加熱至設(shè)定溫度；
(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)；
(3)電池控制系統(tǒng)在測溫計(jì)測得的電堆溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，關(guān)閉加熱器。
[0019]本發(fā)明裝置工作原理為: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(gè)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(shí)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。
[0020]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明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(dòng)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(jì)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(jì)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(jì)連接，輸出端與加熱器連接，根據(jù)測溫計(jì)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(dòng)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(chǔ)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(dòng)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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池冷啟動(dòng)快速加熱系統(tǒng)進(jìn)行冷啟動(dòng)快速加熱方法，其特征在于包括如下步驟: (I)電池控制系統(tǒng)采集測溫計(jì)測得的電堆溫度，在溫度低于特定溫度時(shí)啟動(dòng)加熱器，對氫氣輸送管道中的氫氣加熱至設(shè)定溫度； (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)； (3)電池控制系統(tǒng)在測溫計(jì)測得的電堆溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，關(guān)閉加熱器。
【文檔編號】H01M8/04GK103825037SQ201410093593
【公開日】2014年5月28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