[發明專利]一種帶有預熱功能的風冷金屬雙極板質子交換膜燃料電池

有效

• 申請號: 202110439222.3
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113206270B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 涂正凱;余纖纖;常華偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M8/0267
• 分類號: H01M8/0267;H01M8/0202;H01M8/0258
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;尚威

本發明屬于燃料電池技術領域，并具體公開了一種帶有預熱功能的風冷金屬雙極板質子交換膜燃料電池，其包括電堆、電阻和供電裝置，其中：所述電堆包括多個層疊布置的金屬雙極板，以金屬雙極板中陽極流道的背面空腔作為安裝槽；所述電阻嵌入安裝在所述安裝槽中，且所述電阻上涂有絕緣層；所述供電裝置與所述電阻相連，用于為所述電阻供電。本發明在金屬雙極板陽極流道岸下空腔內置電阻，通過對電阻通電產生焦耳熱來對燃料電池低溫預熱，實現電堆快速、均勻升溫預熱，能夠在不改變雙極板結構，不阻擋陰陽極流道，不影響電池性能的前提下提高電池冷啟動時的熱均衡性，實現電池在低溫下的冷啟動。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，更具體地，涉及一種帶有預熱功能的風冷金屬雙極板質子交換膜燃料電池。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種高效清潔的能量轉換裝置，具有能量轉換效率高、清潔無污染、運行無噪音等優點，廣泛應用與新能源汽車、便攜式電源、固定電站及航空發電等諸多領域。其中風冷金屬雙極板燃料電池簡化了傳統燃料電池的冷卻、空氣供給和加濕等系統，大幅降低了系統的重量，使其在便攜式移動電源方面應用潛力巨大。然而低溫啟動能力仍是制約其商業應用的主要障礙之一。當環境溫度過低的時候利用電化學反應產生的熱量來提高燃料電池的溫度自啟動相當困難，需要輔助裝置對電堆進行預熱。

現有的低溫冷啟動方式主要有通過輔助加熱裝置從內部加熱電堆，陰極吹入熱風預熱電堆、水冷燃料電池電堆外加循環水加熱系統等：例如專利CN108054410A加裝溫差電池，當燃料電池溫度低于其最佳溫度是通過蓄電池驅動溫差電池為電池加熱，實現燃料電池子加熱，但該系統需要附加溫差電池，且需要在雙極板上開凹槽安裝溫差電池，需改變雙極板本身結構，運行過程中雙極板可能因受力不均勻產生形變；專利CN111129540A提出一種實現均勻加熱的之子較緩慢燃料電池低溫冷啟動箱體，在箱體上加裝電阻板，通過電阻板產生熱量加熱燃料電池端板來實現低溫環境下電池的預熱，該方法加熱端板，通過導熱將熱量傳遞到雙極板及膜電極上，預熱溫升均勻性差，且附加部件笨重；專利CN106784922A提出在石墨雙極板兩端插入鋁片，通過鋁片通入直流電加熱電池，該方式需要改變雙極板結構，易造成雙極板產生應力形變，密封不嚴，且石墨雙極板熱容大，加熱需要的電流量大升溫時間長。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種帶有預熱功能的風冷金屬雙極板質子交換膜燃料電池，其目的在于，在金屬雙極板陽極流道岸下空腔內置電阻，通過對電阻通電產生焦耳熱來對燃料電池低溫預熱，實現電堆快速、均勻升溫，能夠在不添加額外附件，不改變雙極板結構的情況下完成升溫，達到啟動要求。

為實現上述目的，按照本發明提出了一種帶有預熱功能的風冷金屬雙極板質子交換膜燃料電池，包括電堆、電阻和供電裝置，其中：

所述電堆包括多個層疊布置的金屬雙極板，以金屬雙極板中陽極流道的背面空腔作為安裝槽；所述電阻嵌入安裝在所述安裝槽中，且所述電阻上涂有絕緣層；所述供電裝置與所述電阻相連，用于為所述電阻供電。

作為進一步優選的，所述陽極流道進出口處均設有間隔凸起，使安裝槽為連續的蛇形槽道。

作為進一步優選的，所述間隔凸起的高度為陽極流道深度的25％～40％。

作為進一步優選的，所述電阻環繞安裝在所述蛇形槽道中，且電阻首尾兩端伸出金屬雙極板。

作為進一步優選的，所述供電裝置為鋰電池。

作為進一步優選的，還包括控制器，該控制器用于控制供電裝置的通電電壓和時間。

作為進一步優選的，所述電阻的阻值為0.3Ω～3Ω。

作為進一步優選的，所述陽極流道的流道深為0.8mm～2mm。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點：