[發明專利]一種燃料電池系統低溫啟動裝置及方法

有效

• 申請號: 202010015579.4
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111180758B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 徐鑫;甘全全;王永湛;戴威
• 申請（專利權）人: 上海神力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04223;H01M8/04225;H01M8/04302;H01M8/04701;H01M8/2465
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種燃料電池系統低溫啟動裝置及方法，裝置包括燃料電池電堆、電子開關、DCDC控制器、陽極加熱電阻、陰極加熱電阻；其中，燃料電池電堆、DCDC控制器電連接構成控制回路；電子開關、陽極加熱電阻、燃料電池電堆、陰極加熱電阻電連接構成加熱回路；方法包括閉合電子開關連通加熱回路，使加熱電阻在燃料電池電堆的電流作用下產生熱量，加熱燃料電池電堆的陰陽極側的單片電池。與現有技術相比，本發明結構簡單，操作方便，只需控制加熱回路與控制回路即可實現對燃料電池兩端進行加熱，改進過程對燃料電池電堆影響較小，切斷加熱回路即可停止加熱電阻工作，不影響兩端單片溫度，并且不會出現高電壓，不影響燃料電池效率及壽命。

技術領域

本發明屬于燃料電池系統技術領域，涉及一種燃料電池系統低溫啟動裝置及方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)，也叫聚電解質燃料電池(PEFC)是一種將還原劑與氧化劑的化學能直接轉化為電能的裝置。因為其高效、清潔等特性，燃料電池得到越來越多的重視。

當燃料電池溫度低于零度啟動時，由于燃料電池產物為水，產生的水會在燃料電池內部結冰。燃料電池內部結冰后，阻礙了反應氣體到達催化劑表面。當結冰完全堵死燃料電池內部前，如果燃料電池溫度沒有升高到零度以上，導致低溫啟動失敗。同時，內部的結冰會對燃料電池材料關鍵材料造成破壞，導致性能降低，縮短燃料電池壽命。隨著燃料電池的商業化應用，低溫啟動成為燃料電池越來越重要的一個指標。

現有的燃料電池低溫啟動的解決方法，一種是燃料電池自啟動，另外一種是通過外部加熱裝置輔助燃料電池啟動。前者主要是通過控制電流電壓、反應物計量比等方式，提高電流，降低燃料電池輸出電壓，從而提高反應熱。后者則通過外部能量加熱冷卻水、加熱雙極板、加熱進氣或加熱端板。

燃料電池低溫啟動時靠近端板的兩片電池由于一側接觸端板，熱量來源較少，導致該兩片電池溫度較低，結冰多，輸出電壓較低，成為燃料電池低溫自啟動的瓶頸，制約了燃料電池從更低溫度以及快速啟動。

中國專利CN109904488A披露了一種燃料電池系統及其低溫啟動方法，在燃料電池電堆和端板之間增加加熱單元，采用燃料電池自身的電流加熱燃料電池電堆。但是由于直接接在燃料電池中，額外增加了集流板的數量，增加了電堆成本和裝配難度；此外由于加熱單元接入正常負載中，如果正常運行過程中不停止加熱單元，首先造成功率浪費，降低燃料電池效率，其次集流板處單片由于加熱單元的作用溫度較高，造成該單片易損壞，導致燃料電池失效；并且由于燃料電池系統DCDC控制器與加熱電阻串聯設置，造成在正常運行過程中如果需要停止加熱單元，則在停止加熱切換時必須先停止燃料電池的運行，再重新開啟燃料電池，操作復雜，而且燃料電池每次開機會形成高電位，損壞燃料電池性能，造成電堆壽命減少。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種燃料電池系統低溫啟動裝置及方法，用于解決由于燃料電池中端板附近的單片電池溫度較低，從而使燃料電池低溫啟動受限，以及用于低溫啟動的加熱電阻因接入燃料電池的正常負載導致電池效率降低，或者因切斷接入燃料電池的正常負載線路中的加熱電阻而產生高電位進而影響燃料電池性能及燃料電池壽命的問題。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種燃料電池系統低溫啟動裝置，包括燃料電池電堆、電子開關、燃料電池系統DCDC控制器、陽極加熱電阻、陰極加熱電阻；

所述的燃料電池電堆、燃料電池系統DCDC控制器電連接構成控制回路；

所述的電子開關、陽極加熱電阻、燃料電池電堆、陰極加熱電阻電連接構成加熱回路；

通過控制回路控制燃料電池電堆的輸出電流，使加熱回路中的陽極加熱電阻、陰極加熱電阻在輸出電流的作用下，加熱燃料電池電堆的陰陽極側的單片電池，進而完成低溫啟動。