CN115224319A - 一种风冷燃料电池方舱及其开启方法 - Google Patents

一种风冷燃料电池方舱及其开启方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种风冷燃料电池方舱及其开启方法。所述方舱包括：舱体、储氢模块、风冷燃料电池系统、散热风扇、储能模块和通风装置，在低温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制所述通风装置处于开启状态，以由所述散热风扇的出口的气体通过所述通风装置流向所述储能模块，并回传至所述风冷燃料电池系统的入口处，以使所述风冷燃料电池系统升温至目标温度。本发明实施例可以在低温启动过程时利用热风循环的方式有效提升风冷燃料电池低温启动效率。

Description

一种风冷燃料电池方舱及其开启方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是一种风冷燃料电池方舱及其开启方法。
背景技术
燃料电池方舱主要由燃料电池模块、储氢模块、储能模块、电力输出模块、控制与管理模块构成，所有模块均集成在标准军用集装箱内。具备独立对外供电、市电输入、与其他方舱单元进行直流并网等功能。
燃料电池是一种以氢气为燃料，氧气为氧化剂，氢气和氧气经过电化学反应而产生电能的发电装置。燃料电池的低温启动是燃料电池从零度以下成功启动并运行到正常的工作温度。当电池内部温度低于冰点时，燃料电池内催化层存在因水结冰造成的阻塞风险，使燃料电池的反应速率降低甚至停止，严重影响电池性能。目前常见的低温启动策略是借助外部耗能加热使燃料电池电堆内部结冰融化。在风冷燃料电池中，常在燃料电池的进气口处加装电加热器，在低温启动过程中通过加热空气的方法使燃料电池提升至启动所需的温度，加热气经过燃料电池后排入环境中。该种低温启动方法虽然效果明显且操作简便，但是增加了燃料电池方舱的辅助系统功耗，降低了系统效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种风冷燃料电池方舱及其开启方法。
本发明的技术解决方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种风冷燃料电池方舱，所述风冷燃料电池方舱包括：舱体、储氢模块、风冷燃料电池系统、散热风扇、储能模块和通风装置，其中，
所述储氢模块、所述风冷燃料电池系统、所述散热风扇和所述通风装置设置于所述舱体内；
所述储氢模块安装于所述风冷燃料电池方舱的底部；
所述风冷燃料电池系统安装于所述储氢模块的上部舱体支撑骨架上，所述散热风扇安装于所述风冷燃料电池系统的下部；
所述通风装置固定于所述风冷燃料电池方舱的舱内支撑骨架上，且所述通风装置的一侧与所述散热风扇导通，与所述散热风扇相对的一侧与所述储能模块导通；
所述储能模块安装于所述风冷燃料电池方舱的舱内支撑骨架上，且与所述通风装置和所述风冷燃料电池系统导通；
在低温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制所述通风装置处于开启状态，以由所述散热风扇的出口的气体通过所述通风装置流向所述储能模块，并回传至所述风冷燃料电池系统的入口处，以使所述风冷燃料电池系统升温至目标温度。
可选地，所述风冷燃料电池方舱还包括：电力输出装置，
所述电力输出装置安装于所述储能模块的上部，以使所述风冷燃料电池方舱进行对外供电、市电输入、与其它方舱单元进行直流并网。
可选地，所述风冷燃料电池方舱还包括：控制与管理模块，
所述控制与管理模块安装于所述风冷燃料电池方舱内侧的顶部，以在独立供电和并机供电模式下，控制所述风冷燃料电池方舱的启动、运行和停机。
可选地，所述风冷燃料电池方舱还包括：进气百叶窗和排气百叶窗，
所述进气百叶窗安装于所述风冷燃料电池方舱的内侧的第一舱壁上，以为所述风冷燃料电池系统和所述散热风扇供应空气；
所述排气百叶窗安装于所述风冷燃料电池方舱的内侧的第二舱壁上，所述第一舱壁与所述第二舱壁正对，以排出所述风冷燃料电池系统工作中产生的废气，及所述散热风扇排放的废气。
可选地，在常温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制所述通风装置处于关闭状态，开启所述进气百叶窗。
可选地，在低温启动所述风冷燃料电池方舱时，关闭所述进气百叶窗。
第二方面，本发明实施例提供了一种风冷燃料电池方舱的开启方法，应用于上述任一项所述的风冷燃料电池方舱，所述方法包括：
在低温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制通风装置处于开启状态；
启动散热风扇，以将所述散热风扇的排出的气体通过所述通风装置流向储能模块，并通过所述储能模块回传至风冷燃料电池系统，以使所述风冷燃料电池系统升温至目标温度；
启动所述风冷燃料电池方舱。
可选地，所述方法还包括：
在常温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制所述通风装置处于关闭状态；
启动所述风冷燃料电池方舱。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明实施例提供的方案，通过设置可控制通风装置的开关，实现常温启动和低温启动。在常温启动时，关闭可控制通风装置，打开进排气百叶窗，保证燃料电池方舱正常运行；在低温启动时，打开可控制通风装置和关闭进排气百叶窗，利用热风循环的方式快速的使燃料电池升温至所需的温度，比较传统的方案升温更快，电加热消耗更低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种风冷燃料电池方舱的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种燃料电池方舱常温启动空气流向的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种燃料电池方舱低温启动空气流向的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种风冷燃料电池方舱的开启方法的步骤流程图。
具体实施方式
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种风冷燃料电池方舱的结构示意图，如图1所示，该风冷燃料电池方舱可以包括：控制与管理模块1、舱体2、电力输出模块3、储能模块4、通风装置5、排气百叶窗6、储氢模块7、散热风扇8、风冷燃料电池系统9和进气百叶窗10。
其中，舱体2可以由标准军用集装箱构成，用于承载各部件，同时安装有吊装接口。
储氢模块7可以安装于风冷燃料电池方舱的底部，用于存储氢气并在风冷燃料电池系统9工作时为其提供适宜压力、流量的氢气。
风冷燃料电池系统9可以安装于储氢模块7的上部舱体支撑骨架上，可以用于将氢能转化为电能的工作场所。
通风装置5可以固定在方舱舱内支撑骨架上，用于实现燃料电池方舱常温启动方案与低温启动方案的切换。
风冷燃料电池系统9的入口安装有加热装置，用于在燃料电池方舱低温启动时对燃料电池入口空气进行加热。
控制与管理模块1安装于风冷燃料电池方舱内侧的顶部，可以用于在独立供电和并机供电模式下，控制风冷燃料电池方舱的启动、运行、停机等功能。
述电力输出模块3可以安装于储能模块4的上部，用于风冷燃料电池方舱独立对外供电、市电输入、与其他方舱单元进行直流并网等功能。
散热风扇8安装在风冷燃料电池系统9的下部，用于从外界环境引入空气，为风冷燃料电池系统9提供散热需求。
进气百叶窗10用于风冷燃料电池系统9的空气供应与散热风扇8的进气。
排气百叶窗6可以用于风冷燃料电池系统工作时反应废气和散热热风的排放。
本发明实施例提供的上述结构，常温启动的空气流向可以如图2所示，常温启动时，可控制通风装置处于关闭状态，散热风扇出口的气体无法通过可控制通风装置回到储能模块与风冷燃料电池系统一侧，而直接通过储氢系统，从排气百叶窗将反应废气和散热热风排放至外界环境中。
常温启动时，开启常温启动模式：可控制通风装置处于关闭状态，此时可阻断燃料电池系统、储能模块与储氢模块间空气的流通。打开常温启动时所需的空气进气百叶窗与排气散热百叶窗实现系统工作时的空气进气与散热需求。此时，常温空气从方舱舱门的进气百叶窗进入方舱内，一部分进入燃料电池空气供应子系统用于燃料电池系统发电；另一部分进入燃料电池电堆为电堆冷却降温，随后，经过燃料电池系统的散热风扇排出，通过储氢模块经散热百叶窗散至方舱外环境中。由于此时可控制通风装置处于关闭状态，燃料电池方舱工作时的散热尾排气不会循环回入口处，实现了散热空气的单向流动，保证系统处于最优的散热效率。
低温启动的空气流向可以如图3所示，低温启动时，可控制通风装置处于打开状态，散热风扇出口的气体可通过可控制通风装置流向储能模块并回到燃料电池系统入口处，实现热风循环，提升风冷燃料电池系统低温启动效率。
低温启动时，首先进入低温启动模式，通过开启可控制通风装置，使散热风扇与储能模块间形成空气流通的通道。同时，方舱的进气百叶窗与排气百叶窗关闭。此时，燃料电池系统入口的电加热器打开，同时散热风扇启动。燃料电池系统入口处空气经过电加热器加热，加热后进入燃料电池为电堆升温，随后，从燃料电池系统底部散热风扇周向排出，由于底部的排气百叶窗关闭，由散热风扇排出的热风会经过已经形成空气流通通道的可控制通风装置，再次回到燃料电池系统的入口，实现热风循环。气体流动走向如图3所示，热风循环回到燃料电池系统的入口，可有效的加速燃料电池的升温，降低燃料电池系统电加热器的功耗。当电池温度升至所需温度后，进入常温启动模式。
实施例二
参照图4，示出了本发明实施例提供的一种风冷燃料电池方舱的开启方法的结构示意图，如图4所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤401：在低温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制通风装置处于开启状态。
在本实施例中，风冷燃料电池方舱可以包括：舱体、储氢模块、风冷燃料电池系统，散热风扇、储能模块、电力输出模块、控制与管理模块、进气百叶窗、排气百叶窗和可控制通风装置。
在低温启动风冷燃料电池方舱时，可以控制通风装置处于开启状态。
步骤402：启动散热风扇，以将所述散热风扇的排出的气体通过所述通风装置流向储能模块，并通过所述储能模块回传至风冷燃料电池系统，以使所述风冷燃料电池系统升温至目标温度。
在开启通风装置之后，可以启动散热风扇，以将散热风扇的排出的气体通过所述通风装置流向储能模块，并通过储能模块回传至风冷燃料电池系统，以使风冷燃料电池系统升温至目标温度。
步骤403：启动所述风冷燃料电池方舱。
在使风冷燃料电池系统升温至目标温度之后，即可以启动风冷燃料电池方舱。具体地，在低温启动时，首先进入低温启动模式，通过开启可控制通风装置，使散热风扇与储能模块间形成空气流通的通道。同时，方舱的进气百叶窗与排气百叶窗关闭。此时，燃料电池系统入口的电加热器打开，同时散热风扇启动。燃料电池系统入口处空气经过电加热器加热，加热后进入燃料电池为电堆升温，随后，从燃料电池系统底部散热风扇周向排出，由于底部的排气百叶窗关闭，由散热风扇排出的热风会经过已经形成空气流通通道的可控制通风装置，再次回到燃料电池系统的入口，实现热风循环，利用热风循环的方式快速的使燃料电池升温至所需的温度，可以启动风冷燃料电池方舱。
本申请所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本申请进行修改或者等同替换；而一切不脱离本申请的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请专利的保护范围中。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种风冷燃料电池方舱，其特征在于，所述风冷燃料电池方舱包括：舱体、储氢模块、风冷燃料电池系统、散热风扇、储能模块和通风装置，其中，
所述储氢模块、所述风冷燃料电池系统、所述散热风扇和所述通风装置设置于所述舱体内；
所述储氢模块安装于所述风冷燃料电池方舱的底部；
所述风冷燃料电池系统安装于所述储氢模块的上部舱体支撑骨架上，所述散热风扇安装于所述风冷燃料电池系统的下部；
所述通风装置固定于所述风冷燃料电池方舱的舱内支撑骨架上，且所述通风装置的一侧与所述散热风扇导通，与所述散热风扇相对的一侧与所述储能模块导通；
所述储能模块安装于所述风冷燃料电池方舱的舱内支撑骨架上，且与所述通风装置和所述风冷燃料电池系统导通；
在低温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制所述通风装置处于开启状态，以由所述散热风扇的出口的气体通过所述通风装置流向所述储能模块，并回传至所述风冷燃料电池系统的入口处，以使所述风冷燃料电池系统升温至目标温度。
2.根据权利要求1所述的风冷燃料电池方舱，其特征在于，所述风冷燃料电池方舱还包括：电力输出装置，
所述电力输出装置安装于所述储能模块的上部，以使所述风冷燃料电池方舱进行对外供电、市电输入、与其它方舱单元进行直流并网。
3.根据权利要求1所述的风冷燃料电池方舱，其特征在于，所述风冷燃料电池方舱还包括：控制与管理模块，
所述控制与管理模块安装于所述风冷燃料电池方舱内侧的顶部，以在独立供电和并机供电模式下，控制所述风冷燃料电池方舱的启动、运行和停机。
4.根据权利要求1所述的风冷燃料电池方舱，其特征在于，所述风冷燃料电池方舱还包括：进气百叶窗和排气百叶窗，
所述进气百叶窗安装于所述风冷燃料电池方舱的内侧的第一舱壁上，以为所述风冷燃料电池系统和所述散热风扇供应空气；
所述排气百叶窗安装于所述风冷燃料电池方舱的内侧的第二舱壁上，所述第一舱壁与所述第二舱壁正对，以排出所述风冷燃料电池系统工作中产生的废气，及所述散热风扇排放的废气。
5.根据权利要求4所述的风冷燃料电池方舱，其特征在于，
在常温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制所述通风装置处于关闭状态，开启所述进气百叶窗。
6.根据权利要求4所述的风冷燃料电池方舱，其特征在于，
在低温启动所述风冷燃料电池方舱时，关闭所述进气百叶窗。
7.一种风冷燃料电池方舱的开启方法，应用于权利要求1至6任一项所述的风冷燃料电池方舱，其特征在于，所述方法包括：
在低温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制通风装置处于开启状态；
启动散热风扇，以将所述散热风扇的排出的气体通过所述通风装置流向储能模块，并通过所述储能模块回传至风冷燃料电池系统，以使所述风冷燃料电池系统升温至目标温度；
启动所述风冷燃料电池方舱。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在常温启动所述风冷燃料电池方舱时，控制所述通风装置处于关闭状态；
启动所述风冷燃料电池方舱。
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