CN103825037A - 一种燃料电池冷启动快速加热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池冷启动快速加热系统，包括氢气输送管道和燃料电池电堆，氢气输送管道将氢气输送到燃料电池电堆阳极侧的流道内，其特征在于：还包括加热器、测温计和电池控制系统；所述加热器设置在氢气输送管道上，对氢气加热；所述测温计设置在燃料电池电堆内部，用来测量电堆温度；所述电池控制系统的数据采集端与测温计连接，输出端与加热器连接，根据测温计测得的电堆内部的温度控制所述加热器的开启与关闭。本发明述燃料电池冷启动快速加热系统，通过在氢气输送管道上设置加热器，给进入燃料电池的氢气加热，使燃料电池的阳极侧在适当的温度下快速反应，并将多余的热量传导给燃料电池的阴极侧，从而使燃料电池迅速达到最佳工作状态。

Description

一种燃料电池冷启动快速加热系统及方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池冷启动快速加热系统及方法。

背景技术

燃料电池作为一种高效、环境友好的发电装置，在基站电源、中小型电站、电动车、备用电源、便携电源等方面，具有广阔的应用前景。燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融盐燃料电池、微生物燃料电池、生物燃料电池等。燃料电池主要由端板、集电板、双极板、膜电极等组成。

为了能使燃料电池更好地适应各种环境工作，燃料电池系统主要是由燃料电池、控制系统、电力转化系统 、启动电源和其他辅助系统组成。温度是燃料电池系统能否达到最佳性能工作的必备参数，燃料电池电堆的内部温度决定了电堆的运行工作状态，一般而言，电堆温度在45---60℃时电堆运行状态最佳，可以达到额定功率。在内部低温状态下，电堆很难达到额定功率。温度过低，燃料电池需要很长时间才能达到最佳工作性能，为了使燃料电池系统适应低温环境，通常在该系统中加入辅助加热模块，通过把启动电源的电能转化为热能，使进入电堆的气体具有合适的温度，以便于燃料电池在短时间内达到最佳性能。

专利CN100527504C中公开了一种燃料电池系统，该系统中供应到燃料电池组的含氧气体通过热交换器加热后进入重整器，利用含氧气体的热量加热重整器，然后供应燃料电池组。由于含氧气体流量大，产生的废气会带走大部分热量，因此废气的热量再利用会导致系统的结构较复杂，系统体积大。

专利CN103579651A公开一种便携式质子交换膜燃料电池电源系统，其利用轴流风机的出风口朝向金属氢瓶，利用电堆空气尾气的热量为金属储氢瓶加热。但该加热方式仅为方便氢气的释放，因为氢瓶在释放氢气时需要吸热，并不能解决对电堆加热的问题。

目前系统辅助加热主要以下三种模式：

1、对空气进行加热。由于空气流量大，空气尾气会带走大部分热量，致使能量消耗大，加热效率低，对整个燃料电池系统的能量输出不利，降低了燃料电池系统的效率。

2、整个电堆进行加热，需要有一个人工环境，保证电堆的温度，也存在装置过大和能源消耗问题。

3、对极板进行加热，电堆结构复杂，影响极板电输出性能，对极板的加工要求较高。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种能够启动时快速对电堆加热的燃料电池冷启动快速加热系统，使燃料电池系统低温启动状况下能快速达到最佳性能。

本发明的另一目的是提供一种燃料电池冷启动快速加热系统进行冷启动快速加热方法。

技术内容：为实现上述技术目的，本发明所述燃料电池冷启动快速加热系统，包括氢气输送管道和燃料电池电堆，氢气输送管道将氢气输送到燃料电池电堆阳极侧的流道内，该系统还包括加热器、测温计和电池控制系统；所述加热器设置在氢气输送管道上，对氢气加热；所述测温计设置在燃料电池电堆内部，用来测量电堆温度；所述电池控制系统的数据采集端与测温计连接，输出端与加热器连接，根据测温计测得的电堆内部的温度控制所述加热器的开启与关闭。

优选地，所述加热器为电加热器，通过储能电池将电能转化为热能给氢气加热。

优选地，所述电池控制系统为单片机、DSP或PLC中的一种或几种结合。

本发明所述的燃料电池冷启动快速加热系统进行冷启动快速加热方法，包括如下步骤：

（1）电池控制系统采集测温计测得的电堆温度，在温度低于特定温度时启动加热器，对氢气输送管道中的氢气加热至设定温度；

（2）将氢气通入燃料电池电堆阳极侧流道内，氢气在电堆流道内传输释放热量，提升电堆内部温度，燃料电池的阳极侧在适当温度下快速反应，并将多余热量传导给燃料电池的阴极侧；

（3）电池控制系统在测温计测得的电堆温度达到设定温度时，关闭加热器。

有益效果：1、本发明述燃料电池冷启动快速加热系统，通过在氢气输送管道上设置加热器，给进入燃料电池的氢气加热，使燃料电池的阳极侧在适当的温度下快速反应，并将多余的热量传导给燃料电池的阴极侧，从而使燃料电池迅速达到最佳工作状态。2、本发明通过电池控制系统控制加热器对氢燃料电池的氢气加热到设定的温度，通过氢气在电堆流道内传输释放热量，提升电堆内部温度，在很短时间内使燃料电池快速达到理想工作状态，此种加热方式简单易操作，所需要的能耗低，对提高整个燃料电池系统能量输出和提高燃料电池系统的效率有很重要的意义。3、氢气在燃料电池电堆内部反应完毕，很少有尾气排放，所以氢气所带进燃料电池电堆内部的热量基本上全部被燃料电池电堆所利用，提高了整个系统的热辅助效率。4、氢气加热的能耗低，加热效率高，电堆达到最佳性能所需要的时间短，有利于提高整个燃料电池系统能量输出和提高燃料电池系统的效率。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：本发明燃料电池冷启动快速加热系统，包括氢气输送管道1和燃料电池电堆2，氢气输送管道1将氢气输送到燃料电池电堆阳极侧的流道内，系统还包括加热器3、测温计4和电池控制系统5；所述加热器3设置在氢气输送管道1上，对氢气加热；所述测温计4设置在燃料电池电堆2内部，用来测量电堆温度；所述电池控制系统5的数据采集端与测温计4连接，输出端与加热器3连接，根据测温计4测得的电堆内部的温度控制所述加热器3的开启与关闭。所述加热器3为电加热器，通过储能电池6将电能转化为热能给氢气加热。所述电池控制系统5为DSP技术。

本发明燃料电池冷启动快速加热系统进行冷启动快速加热方法，包括如下步骤：

（1）电池控制系统采集测温计测得的电堆温度，在温度低于特定温度时启动加热器，对氢气输送管道中的氢气加热至设定温度；

（2）将氢气通入燃料电池电堆阳极侧流道内，氢气在电堆流道内传输释放热量，提升电堆内部温度，燃料电池的阳极侧在适当温度下快速反应，并将多余热量传导给燃料电池的阴极侧；

（3）电池控制系统在测温计测得的电堆温度达到设定温度时，关闭加热器。

本发明装置工作原理为：氢气通过加热器，加热到设定温度，加热后的氢气进入燃料电池电堆通过氢气在电堆流道内传输释放热量，提升电堆内部温度，迅速使燃料电池快速达到理想工作状态，使整个燃料电池系统达到最佳工作状态。加热器的加热温度控制和加热时间以及氢气流量和流速通过燃料电池控制系统进行控制。氢气在燃料电池电堆内部反应完毕，很少有尾气排放，所以氢气所带进燃料电池电堆内部的热量基本上全部被燃料电池电堆所利用。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (4)

1.一种燃料电池冷启动快速加热系统，包括氢气输送管道和燃料电池电堆，氢气输送管道将氢气输送到燃料电池电堆阳极侧的流道内，其特征在于：还包括加热器、测温计和电池控制系统；所述加热器设置在氢气输送管道上，对氢气加热；所述测温计设置在燃料电池电堆内部，用来测量电堆温度；所述电池控制系统的数据采集端与测温计连接，输出端与加热器连接，根据测温计测得的电堆内部的温度控制所述加热器的开启与关闭。

2.根据权利要求1所述的燃料电池冷启动快速加热系统，其特征在于：所述加热器为电加热器，通过储能电池将电能转化为热能给氢气加热。

3.根据权利要求1所述的燃料电池冷启动快速加热系统，其特征在于：所述电池控制系统为单片机、DSP或PLC中的一种或几种结合。

4.根据权利要求1所述的燃料电池冷启动快速加热系统进行冷启动快速加热方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）电池控制系统采集测温计测得的电堆温度，在温度低于特定温度时启动加热器，对氢气输送管道中的氢气加热至设定温度；

（2）将氢气通入燃料电池电堆阳极侧流道内，氢气在电堆流道内传输释放热量，提升电堆内部温度，燃料电池的阳极侧在适当温度下快速反应，并将多余热量传导给燃料电池的阴极侧；

（3）电池控制系统在测温计测得的电堆温度达到设定温度时，关闭加热器。