[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010680401.1
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111900433B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉佳;李博;楊浩;王志浩
• 申請（專利權(quán)）人: 濰柴動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/04223;H01M8/0432;H01M8/04746
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 張東梅

本發(fā)明公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括：電堆，氫氣加熱裝置，氫氣循環(huán)泵，空氣管，控制器；氫氣加熱裝置利用電堆的冷卻液對氫氣進(jìn)行加熱，包括冷卻管和穿過冷卻管的氫氣管，冷卻液入口設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥；氫氣管的氫氣出口設(shè)有第一溫度傳感器；氫氣循環(huán)泵入口和氫氣循環(huán)泵出口均與電堆相連通；空氣管設(shè)有第二溫度傳感器；控制器與流量調(diào)節(jié)閥、第一溫度傳感器以及第二溫度傳感器通訊連接，且設(shè)有溫度的預(yù)設(shè)值△t。使用時，啟動燃料電池；當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅骱偷诙囟葌鞲衅鞯牟钪祎≥△t，則調(diào)小流量調(diào)節(jié)閥的開度；當(dāng)t≤?△t，則調(diào)大流量調(diào)節(jié)閥的開度；當(dāng)?△t＜t＜△t，則維持流量調(diào)節(jié)閥的開度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池是將燃料中化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有比功率高可快速啟動能量轉(zhuǎn)化效率高和環(huán)境污染低等優(yōu)點(diǎn)，是汽車發(fā)動機(jī)的理想動力源。燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)由反應(yīng)氣體供應(yīng)(包括空氣供應(yīng)和氫氣供應(yīng))系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)以及燃料電池電堆構(gòu)成。燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的適宜溫度在60℃～70℃范圍內(nèi)。

就現(xiàn)有技術(shù)而言，一部分氫氣自氫瓶直接進(jìn)入電堆，另一部分氫氣通過氫氣循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入電堆，當(dāng)氫瓶中氫氣溫度過低時，低溫的氫氣直接進(jìn)入電堆存在兩種隱患：首先，低溫氫氣與氫氣循環(huán)泵出口處高溫氫氣混合，水汽遇冷易凝結(jié)成水滴，堵塞電堆的氫氣入口或氫氣流道，造成氫氣饑餓，加速質(zhì)子交換膜燃料電池的衰減，降低電池的壽命；其次，質(zhì)子交換膜接觸溫差較大的氫氣和空氣，驟熱驟冷，造成質(zhì)子交換膜破裂。

因此，如何對氫氣的溫度進(jìn)行控制，提高電池壽命，是現(xiàn)階段該領(lǐng)域亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)錃獾臏囟冗M(jìn)行控制，提高電池壽命，解決了現(xiàn)階段該領(lǐng)域的難題。本發(fā)明的目的還在于提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱方法，該方法應(yīng)用于上述的質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)，因此，能夠?qū)錃獾臏囟冗M(jìn)行控制，提高電池壽命。

一種質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)，包括：

電堆；

氫氣加熱裝置，所述氫氣加熱裝置利用所述電堆的冷卻液對氫氣進(jìn)行加熱，包括冷卻管和穿過所述冷卻管的氫氣管；

所述冷卻管上設(shè)有冷卻液入口和冷卻液出口，所述冷卻液入口設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥；所述氫氣管的氫氣出口設(shè)有第一溫度傳感器；

氫氣循環(huán)泵，氫氣循環(huán)泵入口和氫氣循環(huán)泵出口均與所述電堆相連通，且所述氫氣出口與所述氫氣循環(huán)泵出口相連通；

空氣管，所述空氣管設(shè)有第二溫度傳感器，用于向所述電堆通入空氣；

控制器，所述控制器與所述流量調(diào)節(jié)閥、所述第一溫度傳感器及所述第二溫度傳感器通訊連接，且設(shè)有溫度的預(yù)設(shè)值△t。

優(yōu)選的，所述的質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)，置于所述冷卻管內(nèi)部的所述氫氣管呈彎曲狀。

優(yōu)選的，所述的質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)，置于所述冷卻管內(nèi)部的所述氫氣管呈螺旋狀。

優(yōu)選的，所述的質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)，所述氫氣管沿所述冷卻管的長度方向穿過。

優(yōu)選的，所述的質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)，所述冷卻液入口靠近所述氫氣出口。

優(yōu)選的，所述的質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)，所述冷卻液出口靠近所述氫氣管的氫氣入口。

一種質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱方法，應(yīng)用于如上任一條所述的質(zhì)子交換膜燃料電池氫氣加熱系統(tǒng)；包括步驟：

步驟一，啟動燃料電池，氫氣和空氣進(jìn)入電堆；