[發明專利]自啟動質子交換膜燃料電池系統

有效

• 申請號: 200710011146.6
• 申請日: 2007-04-27
• 公開（公告）號: CN101068048A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 徐洪峰;孫基文;明平文;侯中軍;王宇晨
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 高永德

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池技術領域，尤其涉及自啟動質子交換膜燃料電池技術。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有直接把儲存在燃料和氧化劑中的化學能轉化為電能、可以獲得高的能量效率，沒有環境污染、設計簡單，操作噪音低，經濟獨立等許多優點。因此，可以用在缺少電網基礎設施的區域作為發電站、交通運輸工具動力源和通訊設備便攜電源。

現有技術中，質子交換膜燃料電池，只有小功率的可以自啟動，即向燃料電池通入氫氣燃料后，燃料電池利用敞開的空氣通道存儲的空氣開始發電，發的電除向外輸出外，還同時帶動風扇工作，風扇為燃料電池提供氧化劑空氣和排出燃料電池反應生成的廢熱。除此之外，其他封閉體系的燃料電池均需要一個輔助電源，用于啟動空氣供給系統，如空氣壓縮機和鼓風機等。沒有自啟動的大功率的質子交換膜燃料電池。另外，現有技術的質子交換膜燃料電池的氫氣的尾排排量通常都很低，使陰極擴散到陽極內的水不能隨氫氣一起排出，從而在陽極流場內累計，易造成水淹電極或使陽極各節電池阻力不均一，使電池性能下降。

發明內容

為解決現有技術中存在的不能自啟動和陽極排水不暢問題，本發明提出一種具有自啟動功能質子交換膜燃料電池系統。本發明的技術解決方案是：自啟動質子交換膜燃料電池系統，包括一個主燃料電池系統，其特征在于所述的自啟動質子交換膜燃料電池系統還包括一個自啟動小功率燃料電池系統，自啟動小功率燃料電池系統的氫氣供給部分串聯在所述的主燃料電池的氫氣尾排部分，自啟動小功率燃料電池系統輸出的電源與主燃料電池的冷卻水部分和空氣供給部分的動力裝置連接。

本發明的積極效果在于：

1、由于主燃料電池堆和自啟動小功率燃料電池之間，氫氣是串聯的，這樣主燃料電池堆排出的氫氣至少要滿足輔助燃料電池堆對氫氣的需要，因此，可以提高主燃料電池堆的氫氣尾排的排量，有利于陽極排水和維持陽極氣體分配均勻。

2、由于主燃料電池堆尾排出來的氫氣通常含有一定量的水汽，有利于自啟動燃料電池堆的增濕。

3、由于自啟動燃料電池堆功率小，氫氣尾排少，因此，可以有效的提高整個系統的氫氣利用率。

本發明的工作流程是：氫氣首先進入主燃料電池堆，再進入自啟動小功率燃料電池堆，由于自啟動小功率燃料電池堆是空氣敞開系統，通入氫氣以后，利用空氣流場內的空氣，就可以啟動，自啟動小功率燃料電池堆啟動后輸出的電源，一路連接自身風扇，啟動自身風扇開始工作，另一路連接主燃料電池的空氣供給系統的風機或壓縮機控制系統和冷卻水泵控制系統，啟動風機或壓縮機，向主燃料電池提供氧化劑空氣，從而啟動主燃料電池系統發電并向外輸出電能；啟動冷卻水泵，對主燃料電池進行冷卻。

附圖說明

本發明有附圖一幅，是本發明的自啟動質子交換膜燃料電池系統示意圖。

附圖中，1、主燃料電池堆????2、主燃料電池電源輸出端????3、主燃料電池風機????4、氫氣源????5、主燃料電池水泵????6、自啟動小功率燃料電池電源輸出????7、氫氣尾排口????8、自啟動小功率燃料電池風扇????9、自啟動小功率燃料電池????10、空氣尾排口

圖中表示氫氣路-----------表示冷卻水路

????_______表示電路???表示空氣路

具體實施方式

如圖1所示，主燃料電池堆是一個1KW的質子交換膜燃料電池，自啟動燃料電池是一個200W的空氣流場敞開的質子交換膜燃料電池。由鼓風機向主燃料電池堆提供空氣，小風扇為自啟動燃料電池堆提供空氣，多余的空氣把電池反應放出的熱帶出電池；氫氣首先進入主燃料電池堆，再進入自啟動燃料電池堆，間歇尾排；自啟動燃料電池發出的電帶動主燃料電池堆的空氣供給風機和冷卻水循環水泵，使主燃料電池堆啟動發電，向外輸出電能。

主燃料電池堆電極有效工作面積為300cm2，在電流密度為500mA/cm2時，平均單節電壓為0.67V，共有10節；輸出功率為1kW。自啟動燃料電池堆電極有效工作面積為30cm2，在電流密度為300mA/cm2時，平均單節電壓為0.62V；共有38節。輸出功率200W左右，滿足鼓風機和循環水泵以及控制系統用電要求。

主燃料電池堆每小時消耗氫氣為627L，自啟動燃料電池堆每小時消耗氫氣為135L，自啟動燃料電池堆氫氣利用率為97％，尾排氫氣量為每小時4L。這樣主燃料電池堆的氫氣利用率為627/(627+135+4)＝82％，系統氫氣利用率為(627+135)/(627+135+4)＝99.5％。因此主燃料電池堆氫室內累計的水完全可以利用尾排帶出，保證了主燃料電池堆運行的穩定。同時燃料電池整個系統具有非常高的氫氣利用率。