[發明專利]一種燃料電池冷啟動快速加熱系統及方法

無效

• 申請號: 201410093593.0
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103825037A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 程立明;魏廣科
• 申請（專利權）人: 江蘇綠遙燃料電池系統制造有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 北京天平專利商標代理有限公司 11239
• 代理人: 王雅輝

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池冷啟動快速加熱系統及方法。

背景技術

燃料電池作為一種高效、環境友好的發電裝置，在基站電源、中小型電站、電動車、備用電源、便攜電源等方面，具有廣闊的應用前景。燃料電池可以分為質子交換膜燃料電池、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。

為了能使燃料電池更好地適應各種環境工作，燃料電池系統主要是由燃料電池、控制系統、電力轉化系統?、啟動電源和其他輔助系統組成。溫度是燃料電池系統能否達到最佳性能工作的必備參數，燃料電池電堆的內部溫度決定了電堆的運行工作狀態，一般而言，電堆溫度在45---60℃時電堆運行狀態最佳，可以達到額定功率。在內部低溫狀態下，電堆很難達到額定功率。溫度過低，燃料電池需要很長時間才能達到最佳工作性能，為了使燃料電池系統適應低溫環境，通常在該系統中加入輔助加熱模塊，通過把啟動電源的電能轉化為熱能，使進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達到最佳性能。

專利CN100527504C中公開了一種燃料電池系統，該系統中供應到燃料電池組的含氧氣體通過熱交換器加熱后進入重整器，利用含氧氣體的熱量加熱重整器，然后供應燃料電池組。由于含氧氣體流量大，產生的廢氣會帶走大部分熱量，因此廢氣的熱量再利用會導致系統的結構較復雜，系統體積大。

專利CN103579651A公開一種便攜式質子交換膜燃料電池電源系統，其利用軸流風機的出風口朝向金屬氫瓶，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。

目前系統輔助加熱主要以下三種模式：

1、對空氣進行加熱。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的能量輸出不利，降低了燃料電池系統的效率。

2、整個電堆進行加熱，需要有一個人工環境，保證電堆的溫度，也存在裝置過大和能源消耗問題。

3、對極板進行加熱，電堆結構復雜，影響極板電輸出性能，對極板的加工要求較高。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的技術問題，本發明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，使燃料電池系統低溫啟動狀況下能快速達到最佳性能。

本發明的另一目的是提供一種燃料電池冷啟動快速加熱系統進行冷啟動快速加熱方法。

技術內容：為實現上述技術目的，本發明所述燃料電池冷啟動快速加熱系統，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的流道內，該系統還包括加熱器、測溫計和電池控制系統；所述加熱器設置在氫氣輸送管道上，對氫氣加熱；所述測溫計設置在燃料電池電堆內部，用來測量電堆溫度；所述電池控制系統的數據采集端與測溫計連接，輸出端與加熱器連接，根據測溫計測得的電堆內部的溫度控制所述加熱器的開啟與關閉。

優選地，所述加熱器為電加熱器，通過儲能電池將電能轉化為熱能給氫氣加熱。

優選地，所述電池控制系統為單片機、DSP或PLC中的一種或幾種結合。

本發明所述的燃料電池冷啟動快速加熱系統進行冷啟動快速加熱方法，包括如下步驟：

（1）電池控制系統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定溫度；

（2）將氫氣通入燃料電池電堆陽極側流道內，氫氣在電堆流道內傳輸釋放熱量，提升電堆內部溫度，燃料電池的陽極側在適當溫度下快速反應，并將多余熱量傳導給燃料電池的陰極側；

（3）電池控制系統在測溫計測得的電堆溫度達到設定溫度時，關閉加熱器。