CN109037730A - 一种用于低温冷启动的燃料电池增湿器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于低温冷启动的燃料电池系统，其包括电池堆、空气路模块、氢气路模块及冷却路模块，其中所述空气路模块包括空气过滤器、通过管路连接所述空气过滤器的风机、通过管路连接所述风机的增湿器，所述增湿器通过管路连接电池堆；所述冷却路模块包括散热风扇、通过管路连接所述散热风扇的泵，所述泵通过管路连接电池堆，通过管路连接所述空气过滤器。有益效果在于：燃料电池启动前通过采用热风对增湿器进行吹扫，热风流经管路和电池堆，使内部结冰进行融化，实现燃料电池低温冷启动的目的。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池增湿器技术领域，具体涉及一种用于低温冷启动的燃料电池增湿器系统。
背景技术
随着新能源汽车，尤其燃料电池汽车的崛起，大多数配套零部件均区别于传统燃油车，需要重新开发，为此各种新能源汽车用的零部件也陆陆续续出现在人类的视线中。燃料电池汽车作为零排放的新能源汽车之一，备受业界关注。对此，燃料电池用的多种配套零部件犹如雨后春笋般产生，比如，膜电极、增湿器、去离子器和风机等。
现有燃料电池用增湿器的专利中，专利公开号CN101154737A揭露了一种用于燃料电池的混合增湿器，与专利公开号CN103022536A揭露了一种用于燃料电池的膜增湿器，汽车在低温停放的情况下，内侧采用的增湿管会积水，长时间停放会结冰，堵住增湿管，气体无法通过增湿管，故汽车无法实现低温启动；专利公开号CN104485465A揭露了燃料电池增湿器和使用该增湿器的质子交换膜燃料电池，该专利提出的增湿器，增湿筒内和吼口更加会大量积水，情况类似前面，同时该专利不适用于车载燃料电池，振动会导致水内部溢出，只适用于静止状态；专利公开号CN104716357A揭露了一种用于燃料电池的增湿器，该专利提出的增湿器，无法实现燃料电池尾气二次利用，节约热能和水，需要单独供水，不适用于车载燃料电池；专利公开号CN103392097A揭露了一种用于燃料电池系统的增湿器，该专利适用于电池堆内部对气体进行增湿，会导致电池堆体积和重量猛增，不适用于车载燃料电池，同时也会因为汽车长时间低温停放结冰，导致汽车无法启动。
本发明提供一种新的用于低温冷启动的燃料电池增湿器系统解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于低温冷启动的燃料电池增湿器系统，以满足增湿器能在低温条件下快速冷启动。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于低温冷启动的燃料电池系统，其特征在于：其包括电池堆、空气路模块、氢气路模块及冷却路模块，其中所述空气路模块包括空气过滤器、通过管路连接所述空气过滤器的风机、通过管路连接所述风机的增湿器，所述增湿器通过管路连接电池堆；所述冷却路模块包括散热风扇、通过管路连接所述散热风扇的泵，所述泵通过管路连接电池堆，通过管路连接所述空气过滤器；所述氢气路模块包括储氢罐，所述电池堆通过管路连接所述储氢罐，所述电池堆连通氢气消耗装置，所述增湿器连通所述氢气消耗装置。
所述增湿器具有加热功能，其包括增湿器壳体、缠绕在所述增湿器壳体四周的加热带、位于所述增湿器壳体内的若干增湿管及用于所述安装增湿管的固定法兰。
所述增湿器内部增加加热棒或者加热丝，所述增湿器包括增湿器壳体、位于所述增湿器壳体内的若干增湿管及用于所述安装增湿管的固定法兰。
所述增湿器不具有加热功能，位于所述风机、无加热功能的增湿器之间安装单向阀与热风机。
所述增湿器还具有分别位于其两相对侧边的第一入口、第一出口；增湿器壳体还开设于增湿器壳体表面的第二入口、第二出口；干燥空气从所述第一入口进入布置在增湿器壳体内部的所述增湿管中进行加热，再由所述第一出口流出，通过管路流进电池堆，空气带着反应过程产生的热量和水珠，再通过管路由所述第二进口进入所述增湿器壳体内，所述增湿管内的干燥冷气体进行加热和增湿，最后通过所述第二出口排出到氢气消耗装置中，再通过所述氢气消耗装置排出外界。
与现有技术相比，本发明用于低温冷启动的燃料电池增湿器系统的有益效果在于：在低温长时间停放的情况下，电池堆和系统管路容易积水结冰，燃料电池启动前通过采用热风对增湿器进行吹扫，热风流经管路和电池堆，使内部结冰进行融化，实现燃料电池低温冷启动的目的。
附图说明
图1为本发明用于低温冷启动的燃料电池增湿器系统第一实施例的结构示意图；
图2为图1用于低温冷启动的燃料电池增湿器系统的增湿器结构示意图；
图3为图1用于低温冷启动的燃料电池增湿器系统的增湿器剖视结构示意图；
图4为图1用于低温冷启动的燃料电池增湿器系统另一实施例结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3，本发明为一种适用于低温冷启动的燃料电池系统，包括电池堆10、空气路模块1、氢气路模块2及冷却路模块3。其中空气路模块1包括空气过滤器11、通过管路连接空气过滤器11的风机12、通过管路连接风机12的增湿器13，增湿器13通过管路连接电池堆10；冷却路模块2包括散热风扇21、通过管路连接散热风扇21的泵22，泵22通过管路连接电池堆10，电池堆10通过管路连接所述空气过滤器11；氢气路模块3包括储氢罐31，电池堆10通过管路连接储氢罐31，位于储氢罐31与电池堆10之间的管路上安装减压阀32、流量计33、电磁阀34。电池堆10连通氢气消耗装置35，增湿器13连通氢气消耗装置35。在低温长时间停放的情况下，电池堆和系统管路容易积水结冰，燃料电池启动前通过采用热风对增湿器进行吹扫，热风流经管路和电池堆，使内部结冰进行融化，实现燃料电池低温冷启动的目的。
如图2和图3所示，本发明增湿器13具有加热功能，其包括增湿器壳体132、缠绕在增湿器壳体132四周的加热带131、位于增湿器壳体132内的若干增湿管133及用于安装增湿管133的固定法兰134。增湿器13为圆柱型结构，若干增湿管133轴向排列，增湿器13还具有分别位于其两相对侧边的第一入口13a、第一出口13d；增湿器壳体132还开设于增湿器壳体132表面的第二入口13b、第二出口13c。第二入口13b、第二出口13c分别与第一入口13a、第一出口13d相垂直。
在长时间停放结冰情况下工作时，开启增湿器外侧缠绕的加热带131，对增湿器壳体132进行加热，同时溶解增湿器壳体132内部冰块；开启风机12，干燥空气从第一入口13a进入布置在增湿器壳体132内部的许多增湿管133中进行加热，再由第一出口13b流出，通过管路流进电池堆10，对电池堆10和管路内部冰块进行溶解；热风再对电池堆和系统进行吹扫，溶解内部冰块，实现低温冷启动。待电池堆10内部所有冰块溶解后，关闭加热带131，停止加热；保持风机12正常工作，同时开启其他元部件，干燥空气从第一入口13a进入布置在增湿器壳体132内部的增湿管133中，再由第一出口13b流出，通过管路流进电池堆10，经过电池堆10反应后的尾气，带着反应过程产生的热量和水珠，再通过管路由第二进口13c进入增湿器壳体132内，对增湿管133内的干燥冷气体进行加热和增湿，最后通过第二出口13d排出到氢气消耗装置35中去，再通过氢气消耗装置35排出外界。
上述实施例中，增湿器13外侧缠绕在四周的加热带131仅为本发明的一种实施例，在其它实施例中，可以由布置在增湿器13内部增加加热棒或者加热丝。
如图4所示，空气路模块采用分支路进行供给热风，该空气路模块具有通过管路依次连通的空气过滤器11、风机12、无加热功能的增湿器16，位于风机12、无加热功能的增湿器16之间安装单向阀14与热风机15。低温冷启动工作原理：首先，开启热风机15，对增湿器16、电池堆10和系统进行加热，待增湿器16、电池堆10和系统管路内部冰块溶解后，再关闭热风机15；然后，开启风机12和其他元部件，燃料电池即可正常工作。空气路模块中采用热风机支路，低温冷启动前，首先开启支路热风机，产生的热风对增湿器、电池堆和系统管路进行吹扫，溶解内部冰块，然后关闭热风机，开启其他元部件，实现低温冷启动。
本实施例另一种实施方案，空气路模块可以去除单向阀14和热风机15，采用具有加热功能的风机替换风机12。在低温冷启动时开启风机加热功能，对系统提供热风，待冰块溶解后，关闭加热功能即可。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种适用于低温冷启动的燃料电池系统，其特征在于：其包括电池堆、空气路模块、氢气路模块及冷却路模块，其中所述空气路模块包括空气过滤器、通过管路连接所述空气过滤器的风机、通过管路连接所述风机的增湿器，所述增湿器通过管路连接电池堆；所述冷却路模块包括散热风扇、通过管路连接所述散热风扇的泵，所述泵通过管路连接电池堆，通过管路连接所述空气过滤器；所述氢气路模块包括储氢罐，所述电池堆通过管路连接所述储氢罐，所述电池堆连通氢气消耗装置，所述增湿器连通所述氢气消耗装置。
2.如权利要求1所述的适用于低温冷启动的燃料电池系统，其特征在于：所述增湿器具有加热功能，其包括增湿器壳体、缠绕在所述增湿器壳体四周的加热带、位于所述增湿器壳体内的若干增湿管及用于所述安装增湿管的固定法兰。
3.如权利要求1所述的适用于低温冷启动的燃料电池系统，其特征在于：所述增湿器内部增加加热棒或者加热丝，所述增湿器包括增湿器壳体、位于所述增湿器壳体内的若干增湿管及用于所述安装增湿管的固定法兰。
4.如权利要求1所述的适用于低温冷启动的燃料电池系统，其特征在于：所述增湿器不具有加热功能，位于所述风机、无加热功能的增湿器之间安装单向阀与热风机。
5.如权利要求2所述的适用于低温冷启动的燃料电池系统，其特征在于：所述增湿器还具有分别位于其两相对侧边的第一入口、第一出口；增湿器壳体还开设于增湿器壳体表面的第二入口、第二出口；干燥空气从所述第一入口进入布置在增湿器壳体内部的所述增湿管中进行加热，再由所述第一出口流出，通过管路流进电池堆，空气带着反应过程产生的热量和水珠，再通过管路由所述第二进口进入所述增湿器壳体内，所述增湿管内的干燥冷气体进行加热和增湿，最后通过所述第二出口排出到氢气消耗装置中，再通过所述氢气消耗装置排出外界。
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