CN111900433B - 一种质子交换膜燃料电池氢气加热系统及方法 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池氢气加热系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池氢气加热系统及方法，系统包括：电堆，氢气加热装置，氢气循环泵，空气管，控制器；氢气加热装置利用电堆的冷却液对氢气进行加热，包括冷却管和穿过冷却管的氢气管，冷却液入口设有流量调节阀；氢气管的氢气出口设有第一温度传感器；氢气循环泵入口和氢气循环泵出口均与电堆相连通；空气管设有第二温度传感器；控制器与流量调节阀、第一温度传感器以及第二温度传感器通讯连接，且设有温度的预设值△t。使用时，启动燃料电池；当第一温度传感器和第二温度传感器的差值t≥△t，则调小流量调节阀的开度；当t≤‑△t，则调大流量调节阀的开度；当‑△t＜t＜△t，则维持流量调节阀的开度。

Description

一种质子交换膜燃料电池氢气加热系统及方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种质子交换膜燃料电池氢气加热系统及方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池是将燃料中化学能直接转化为电能的发电装置，具有比功率高可快速启动能量转化效率高和环境污染低等优点，是汽车发动机的理想动力源。燃料电池发动机系统由反应气体供应(包括空气供应和氢气供应)系统、散热系统等辅助系统以及燃料电池电堆构成。燃料电池系统运行的适宜温度在60℃～70℃范围内。
就现有技术而言，一部分氢气自氢瓶直接进入电堆，另一部分氢气通过氢气循环系统进入电堆，当氢瓶中氢气温度过低时，低温的氢气直接进入电堆存在两种隐患：首先，低温氢气与氢气循环泵出口处高温氢气混合，水汽遇冷易凝结成水滴，堵塞电堆的氢气入口或氢气流道，造成氢气饥饿，加速质子交换膜燃料电池的衰减，降低电池的寿命；其次，质子交换膜接触温差较大的氢气和空气，骤热骤冷，造成质子交换膜破裂。
因此，如何对氢气的温度进行控制，提高电池寿命，是现阶段该领域亟待解决的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池氢气加热系统，该系统能够对氢气的温度进行控制，提高电池寿命，解决了现阶段该领域的难题。本发明的目的还在于提供一种质子交换膜燃料电池氢气加热方法，该方法应用于上述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，因此，能够对氢气的温度进行控制，提高电池寿命。
一种质子交换膜燃料电池氢气加热系统，包括：
电堆；
氢气加热装置，所述氢气加热装置利用所述电堆的冷却液对氢气进行加热，包括冷却管和穿过所述冷却管的氢气管；
所述冷却管上设有冷却液入口和冷却液出口，所述冷却液入口设有流量调节阀；所述氢气管的氢气出口设有第一温度传感器；
氢气循环泵，氢气循环泵入口和氢气循环泵出口均与所述电堆相连通，且所述氢气出口与所述氢气循环泵出口相连通；
空气管，所述空气管设有第二温度传感器，用于向所述电堆通入空气；
控制器，所述控制器与所述流量调节阀、所述第一温度传感器及所述第二温度传感器通讯连接，且设有温度的预设值△t。
优选的，所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，置于所述冷却管内部的所述氢气管呈弯曲状。
优选的，所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，置于所述冷却管内部的所述氢气管呈螺旋状。
优选的，所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，所述氢气管沿所述冷却管的长度方向穿过。
优选的，所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，所述冷却液入口靠近所述氢气出口。
优选的，所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，所述冷却液出口靠近所述氢气管的氢气入口。
一种质子交换膜燃料电池氢气加热方法，应用于如上任一条所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统；包括步骤：
步骤一，启动燃料电池，氢气和空气进入电堆；
步骤二，第一温度传感器和第二温度传感器的差值t≥△t，则调小流量调节阀的开度；
第一温度传感器和第二温度传感器的差值t≤-△t，则调大流量调节阀的开度；
第一温度传感器和第二温度传感器的差值-△t＜t＜△t，则维持流量调节阀的开度。
本发明提出的质子交换膜燃料电池氢气加热系统及方法，系统包括：电堆，氢气加热装置，氢气循环泵，空气管，控制器；氢气加热装置利用电堆的冷却液对氢气进行加热，包括冷却管和穿过冷却管的氢气管，冷却管上设有冷却液入口和冷却液出口，冷却液入口设有流量调节阀；氢气管的氢气出口设有第一温度传感器；氢气循环泵入口和氢气循环泵出口均与电堆相连通，且氢气出口与氢气循环泵出口相连通；空气管设有第二温度传感器，用于向电堆通入空气；控制器与流量调节阀、第一温度传感器以及第二温度传感器通讯连接，且设有温度的预设值△t。使用时，启动燃料电池，使氢气和空气进入电堆；当第一温度传感器和第二温度传感器的差值t≥△t，则调小流量调节阀的开度；当第一温度传感器和第二温度传感器的差值t≤-△t，则调大流量调节阀的开度；当第一温度传感器和第二温度传感器的差值-△t＜t＜△t，则维持流量调节阀的开度。通过上述方式，利用电堆的高温冷却液将氢气温度控制在适宜范围内，进而避免氢气出现凝结和质子交换膜骤冷骤热现象，提高电池的使用寿命。因此，本发明提出的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，能够对氢气的温度进行控制，提高电池寿命，解决了现阶段该领域的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式中质子交换膜燃料电池氢气加热系统的示意图；
图2为本发明具体实施方式中氢气加热装置的示意图；
图3本发明具体实施方式中质子交换膜燃料电池氢气加热系统的工作流程图。
图1-图3中：
电堆—1；氢气加热装置—2；冷却管—3；氢气管—4；冷却液入口—5；冷却液出口—6；流量调节阀—7；氢气出口—8；氢气入口—9；第一温度传感器—10；氢气循环泵—11；氢气循环泵入口—12；氢气循环泵出口—13；空气管—14；第二温度传感器—15。
具体实施方式
本具体实施方式的核心在于提供一种质子交换膜燃料电池氢气加热系统，该系统能够对氢气的温度进行控制，提高电池寿命，解决了现阶段该领域的难题。
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
本具体实施方式提供的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，该系统包括：电堆1，氢气加热装置2，氢气循环泵11，空气管14，控制器；氢气加热装置2利用电堆1的冷却液对氢气进行加热，包括冷却管3和穿过冷却管3的氢气管4，冷却管3上设有冷却液入口5和冷却液出口6，冷却液入口5设有流量调节阀7；氢气管4的氢气出口8设有第一温度传感器10；氢气循环泵入口12和氢气循环泵出口13均与电堆1相连通，且氢气出口8与氢气循环泵出口13相连通；空气管14设有第二温度传感器15，用于向电堆1通入空气；控制器与流量调节阀7、第一温度传感器10以及第二温度传感器15通讯连接，且设有温度的预设值△t。
使用时，启动燃料电池，使氢气和空气进入电堆1；当第一温度传感器10和第二温度传感器15的差值t≥△t，则调小流量调节阀7的开度；当第一温度传感器10和第二温度传感器15的差值t≤-△t，则调大流量调节阀7的开度；当第一温度传感器10和第二温度传感器15的差值-△t＜t＜△t，则维持流量调节阀7的开度。通过上述方式，利用电堆1的高温冷却液将氢气温度控制在适宜范围内，进而避免氢气出现凝结和质子交换膜骤冷骤热现象，提高电池的使用寿命。
因此，本发明提出的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，能够对氢气的温度进行控制，提高电池寿命，解决了现阶段该领域的难题。具体请参见图1-图3。
进一步，上述质子交换膜燃料电池氢气加热系统，可以将置于冷却管3内部的氢气管4，设置为弯曲状，该设计能够使氢气管4尽可能多的在冷却管3内，进而更好的对氢气的温度进行控制。
置于冷却管3内部的氢气管4可以呈螺旋状、曲折状，或者其他能够起到同等作用的形状。
本具体实施方式提供的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，氢气管4沿冷却管3的长度方向穿过，该设置能够尽可能长的使氢气位于冷却管3的内部，进而更好的对氢气进行加热和温控。
进一步，质子交换膜燃料电池氢气加热系统，冷却液入口5可以设置在靠近氢气出口8的位置；并且，将冷却液出口6设置在靠近氢气入口9的位置。如图2所示。
该设置可以使冷却液的流动方向与氢气的流动方向相反，进而更充分的使氢气和冷却液进行热量交换，从而对氢气实现更好的加热。
本具体实施方式还提供一种质子交换膜燃料电池氢气加热方法；包括步骤：
步骤一，启动燃料电池，氢气和空气进入电堆1；
步骤二，第一温度传感器10和第二温度传感器15的差值t≥△t，则调小流量调节阀7的开度；
第一温度传感器10和第二温度传感器15的差值t≤-△t，则调大流量调节阀7的开度；
第一温度传感器10和第二温度传感器15的差值-△t＜t＜△t，则维持流量调节阀7的开度不变。
进而，在上述方法的控制下，能够将氢气的温度控制在适宜的范围内，更好的使燃料电池工作在一个适宜的温度范围内，以提高燃料电池的使用寿命。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种质子交换膜燃料电池氢气加热系统，其特征在于，包括：
电堆（1）；
氢气加热装置（2），所述氢气加热装置（2）利用所述电堆（1）的冷却液对氢气进行加热，包括冷却管（3）和穿过所述冷却管（3）的氢气管（4）；
所述冷却管（3）上设有冷却液入口（5）和冷却液出口（6），所述冷却液入口（5）设有流量调节阀（7）；所述氢气管（4）的氢气出口（8）设有第一温度传感器（10）；
氢气循环泵（11），氢气循环泵入口（12）和氢气循环泵出口（13）均与所述电堆（1）相连通，且所述氢气出口（8）与所述氢气循环泵出口（13）相连通；
空气管（14），所述空气管（14）设有第二温度传感器（15），用于向所述电堆（1）通入空气；
控制器，所述控制器与所述流量调节阀（7）、所述第一温度传感器（10）及所述第二温度传感器（15）通讯连接，且设有温度的预设值△t；
当所述第一温度传感器（10）和所述第二温度传感器（15）的差值t≥△t，则调小所述流量调节阀（7）的开度；当所述第一温度传感器（10）和所述第二温度传感器（15）的差值t≤-△t，则调大所述流量调节阀（7）的开度；当所述第一温度传感器（10）和所述第二温度传感器（15）的差值-△t＜t＜△t，则维持所述流量调节阀（7）的开度。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，其特征在于，置于所述冷却管（3）内部的所述氢气管（4）呈弯曲状。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，其特征在于，置于所述冷却管（3）内部的所述氢气管（4）呈螺旋状。
4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，其特征在于，所述氢气管（4）沿所述冷却管（3）的长度方向穿过。
5.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，其特征在于，所述冷却液入口（5）靠近所述氢气出口（8）。
6.根据权利要求5所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统，其特征在于，所述冷却液出口（6）靠近氢气入口（9）。
7.一种质子交换膜燃料电池氢气加热方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的质子交换膜燃料电池氢气加热系统；包括步骤：
步骤一，启动燃料电池，氢气和空气进入电堆（1）；
步骤二，第一温度传感器（10）和第二温度传感器（15）的差值t≥△t，则调小流量调节阀（7）的开度；
第一温度传感器（10）和第二温度传感器（15）的差值t≤-△t，则调大流量调节阀（7）的开度；
第一温度传感器（10）和第二温度传感器（15）的差值-△t＜t＜△t，则维持流量调节阀（7）的开度。
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