[發明專利]能實現超低溫冷啟動的質子交換膜燃料電池電堆

在審

• 申請號: 201810697273.4
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108630975A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 嚴巖;呂青青;倪中華;丁桓展;郁永斌;魏蔚;唐健
• 申請（專利權）人: 張家港氫云新能源研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/241
• 分類號: H01M8/241;H01M8/04014;H01M8/04223;H01M8/04225
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 黃春松;朱曉萍

本發明公開了一種能實現超低溫冷啟動的質子交換膜燃料電池電堆，包括：設置在一對端板之間的若干單電池，還包括有若干加熱單元，每個加熱單元均設置在相鄰的一對單電池之間，每個加熱單元內均設置有空氣集散腔、匯集腔、氫氣集散腔、若干空氣流道以及若干氫氣流道，空氣流道的進口端和出口端分別與空氣集散腔和匯集腔相連通，每條空氣流道中均開設有與對應氫氣流道相連通的燃燒口，燃燒口處設置有點火器；每個加熱單元的空氣集散腔和氫氣集散腔均分別與加熱空氣通道和加熱氫氣通道相連通；每個加熱單元的匯集腔均與排氣通道和排水通道相連通。本發明的優點在于：能在超低溫條件下啟動，冷啟動時其消耗的氫氣量少，冷啟動時間短。

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池技術領域，具體涉及質子交換膜燃料電池電堆。

背景技術

質子交換膜燃料電池，其結構主要包括：設置在一對端板之間的若干單電池。質子交換膜燃料電池是一種以氫氣和氧氣為原料進行電化學反應生成水、同時將化學能轉化成電能的電化學發電裝置，其具有清潔、高效、節能環保、能量轉化率高等特點。由于化學反應產生的水會殘留在質子交換膜燃料電池電堆內部，在冰點以下的低溫環境中，燃料電池內部的液態水會發生凍結，燃料電池啟動時產生的反應熱不足以溶解冰，這就對燃料電池的啟動造成影響，在惡劣的低溫環境下質子交換膜燃料電池可能會出現啟動緩慢、啟動困難或啟動失敗等問題。

發明內容

本發明的目的是：提供一種能實現超低溫冷啟動的質子交換膜燃料電池電堆。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：能實現超低溫冷啟動的質子交換膜燃料電池電堆，包括：設置在一對端板之間的、相互串聯的若干單電池，還包括有若干加熱單元，每個加熱單元均設置在相鄰的一對單電池之間，每個加熱單元內均設置有空氣集散腔、匯集腔、氫氣集散腔、若干空氣流道以及若干氫氣流道，空氣流道的進口端均與空氣集散腔相連通，空氣流道的出口端均與匯集腔相連通，空氣流道與氫氣流道一一對應，氫氣流道的進口端均氫氣集散腔相連通，每條空氣流道的流道壁上均開設有與對應氫氣流道相連通的燃燒口，每條氫氣流道中的氫氣均能通過燃燒口進入至對應的空氣流道內，每條空氣流道中的燃燒口處均設置有點火器；每個加熱單元的空氣集散腔均與加熱空氣通道相連通，加熱空氣通道能與空氣源相連通，空氣由加熱空氣通道進入至每個加熱單元的空氣集散腔中；每個加熱單元的氫氣集散腔均與加熱氫氣通道相連通，加熱氫氣通道能與氫氣源相連通，氫氣由加熱氫氣通道進入至每個加熱單元的氫氣集散腔中；每個加熱單元的匯集腔均與排氣通道和排水通道相連通，每個加熱單元的匯集腔內的氣體和水能分別從排氣通道和排水通道中向外排出。

進一步地，前述的能實現超低溫冷啟動的質子交換膜燃料電池電堆，其中，加熱單元在整個電池電堆中均勻間隔布置。

進一步地，前述的能實現超低溫冷啟動的質子交換膜燃料電池電堆，其中，空氣集散腔和氫氣集散腔均位于匯集腔的上方，空氣流道呈輻射狀從空氣集散腔向下導向至匯集腔，氫氣流道呈輻射狀從氫氣集散腔向下導向連通至燃燒口。

更進一步地，前述的能實現超低溫冷啟動的質子交換膜燃料電池電堆，其中，每個燃燒口均位于對應氫氣流道的底端，所有燃燒口均在加熱單元中間部位在的同一高度處齊平設置。

進一步地，前述的能實現超低溫冷啟動的質子交換膜燃料電池電堆，其中，每個加熱單元均包括相互密封蓋合固定設置的蓋板和燃燒板，燃燒板正對著蓋板的板面上設置有向內凹進的加熱反應區，加熱反應區分為空氣集散區、空氣導流區、匯集區，空氣導流區內設置有若干導流凸肋，導流凸肋將空氣導流區分隔成若干空氣導流槽，空氣導流槽的進口端均與空氣集散區相連通，空氣導流槽的出口端均與匯集區相連通，氫氣集散腔和若干氫氣流道設置在燃燒板的板體內部，氫氣流道與空氣導流槽一一對應，每條空氣導流槽內的燃燒板上均開設有燃燒口，每個燃燒口均與對應的氫氣流道相連通，每條氫氣流道中的氫氣均能通過燃燒口進入至對應的空氣導流槽內；密封蓋合在燃燒板上的蓋板與空氣集散區、每條空氣導流槽以及匯集區分別形成空氣集散腔、若干空氣流道以及匯集腔；每個點火器均設置在蓋板上。