[發(fā)明專利]一種無接觸式質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710033938.7
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106784925A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王世學;岳利可;李林軍
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/04029
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 張金亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池啟動裝置，特別是一種無接觸式質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動裝置。

背景技術(shù)

日益增加的能源消耗需求與日益枯竭的化石能源之間的矛盾近年來越發(fā)凸顯。燃料電池作為一種清潔能源轉(zhuǎn)化裝置，將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，因而具有較高的能源轉(zhuǎn)化效率。在眾多燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池具有能量密度高、工作溫度低、無污染物排放等優(yōu)點，成為世界各國研究的熱點。但是，質(zhì)子交換膜燃料電池的冷啟動能力是其商業(yè)化進程中的主要瓶頸技術(shù)之一。目前質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動問題的解決方案主要有以下幾種：1)在電池內(nèi)部布置電加熱絲，例如把電加熱絲布置在膜電極表面或集流板外側(cè)；2)在電池外部增加循環(huán)水加熱系統(tǒng)，在冷啟動之前或啟動過程中對電池進行加熱；3)充分利用電池內(nèi)電化學反應(yīng)釋放的熱量，實現(xiàn)燃料電池的自啟動。就前兩種方法而言，一是需要對電池結(jié)構(gòu)進行改造，二是電加熱絲的布置會增加電池內(nèi)阻，降低電池性能，甚至破壞膜電極。針對第三種方法，研究表明利用電化學反應(yīng)熱的冷啟動方式只能在較高溫度(約-5-0℃)下啟動成功，這種啟動方式在燃料電池實際應(yīng)用方面是不能滿足要求的。因此，提高質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動能力的技術(shù)還有待開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種無接觸式質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動裝置，該裝置能夠在不改變電池結(jié)構(gòu)的情況下，實現(xiàn)電池在較低溫度下的冷啟動。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種無接觸式質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動裝置，包括依次連接的直流電源、微波發(fā)生器、微波輸出器和微波加熱器，所述微波加熱器對位于其外部的所述質(zhì)子交換膜燃料電池進行無接觸的微波加熱。

所述微波加熱器為單脊型微波加熱器，所述單脊型微波加熱器的脊位處于窄邊，在所述單脊型微波加熱器的寬邊上設(shè)有與波導軸正交的條狀微波發(fā)射口，所述條狀微波發(fā)射口與所述質(zhì)子交換膜燃料電池的膜電極相對。

所述質(zhì)子交換膜燃料電池為電池堆，所述電池堆采用由多個質(zhì)子交換膜燃料電池單體串聯(lián)組成的漢堡式結(jié)構(gòu)，所述單脊型微波加熱器的長度與所述電池堆的長度相等，在所述單脊型微波加熱器上均布有若干個所述條狀微波發(fā)射口，每個所述條狀微波發(fā)射口與一個所述質(zhì)子交換膜燃料電池單體的膜電極相對。

所述微波發(fā)生器設(shè)有冷卻風扇，所述冷卻風扇由所述直流電源供電。

所述直流電源采用車載直流電源，所述冷卻風扇采用小型風扇，所述微波發(fā)生器采用磁控管。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：從不影響電池自身結(jié)構(gòu)和電池正常工作狀態(tài)出發(fā)，利用微波加熱原理，對冷啟動過程中的燃料電池加熱，一方面無需改變電池結(jié)構(gòu)，不影響電池工作性能，另一方面，更好地解決了燃料電池在更低溫度下的啟動問題，促進了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化進程。同時，單脊型微波加熱器對薄片狀或線狀物體有高效的加熱速率；再者，車載直流電源可以滿足微波發(fā)生器的供電要求，微波發(fā)生器體積小，微波加熱效率高，整個冷啟動系統(tǒng)所占空間小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的單脊型微波加熱器的仰視圖；

圖3為圖2的仰視圖；

圖4為本發(fā)明的單脊型微波加熱器與燃料電池堆的相對位置圖。

圖中：1、直流電源，2、冷卻風扇，3、微波發(fā)生器，4、微波輸出器，5、單脊型微波加熱器，6、質(zhì)子交換膜燃料電池堆，7、條狀微波發(fā)射口。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

請參閱圖1～圖4，一種無接觸式質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動裝置，包括依次連接的直流電源1、微波發(fā)生器3、微波輸出器4和微波加熱器5，所述微波加熱器5對位于其外部的所述質(zhì)子交換膜燃料電池6進行無接觸的微波加熱。

質(zhì)子交換膜燃料電池在低溫(如-20℃)下啟動時，化學反應(yīng)生成的水會在膜電極位置形成冰，而冰又會阻礙反應(yīng)氣體的擴散，造成電池無法運行。眾所周知，水或者冰是吸收微波最強的物質(zhì)，因此將微波應(yīng)用于燃料電池的冷啟動過程，能起到快速融冰的效果，保證冷啟動成功。