CN116264297A - 一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法 - Google Patents
一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116264297A CN116264297A CN202111532150.3A CN202111532150A CN116264297A CN 116264297 A CN116264297 A CN 116264297A CN 202111532150 A CN202111532150 A CN 202111532150A CN 116264297 A CN116264297 A CN 116264297A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogen
- air
- low
- fuel cell
- cooling liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000003570 air Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011797 cavity material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明属于氢空燃料电池技术领域，涉及一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法。电池系统包括燃料电池电堆、催化反应加热器；催化反应加热器包括外腔体和内腔体；外腔体环绕内腔体；外腔体内装填有氢氧反应催化剂，空气、氢气和冷却液分别进入内腔体内空气加热通道、氢气加热通道和冷却液加热通道；外腔体发生催化反应放热，利用外腔体氢氧反应放出的热量将氢气、冷却液和空气加热，随后进入燃料电池电堆，完成低温启动。本发明采用低气压空气流通，将氢气和空气通入氢氧催化反应加热器对低气压空气、氢气和冷却液加热，具有升能耗少，效率高的特点，从而使燃料电池系统在低温低气压条件下快速启动。
Description
技术领域
本发明属于氢空燃料电池技术领域，具体涉及一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法。
背景技术
氢燃料电池是一种以氢气和氧气为原料进行电化学反应生成水、同时将化学能转化成电能的电化学发电装置。燃料电池的应用中，低温启动和低温运行成为其必然面对的课题，由于化学反应产生的水会渗透到单电池阳极腔内残留在氢燃料电池电堆内部，在冰点以下的低温环境中，燃料电池内部的液态水会发生冻结，堵塞燃料电池单电池氢腔，影响氢气的进入，燃料电池启动时产生的反应热不足以溶解冰，这就对燃料电池的启动造成影响。
现有低温启动和低温运行技术中，提供了多个燃料电池系统的低温启动方法，但大多数需采用外接锂电池通过电加热器对燃料电池冷却液进行加热启动，虽然能够实现燃料电池的快速启动，但是需要较大的能耗，而且无法保证低温下燃料电池的有效运行。
发明内容
针对现有发明技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种优化的低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法，通过催化反应加热的自启动方式，实现燃料在低温低气压条件下实现快速启动的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法，所述电池系统包括燃料电池电堆、催化反应加热器；所述催化反应加热器包括内腔体和外腔体；所述外腔体环绕内腔体；所述内腔体内设置有空气加热通道、氢气加热通道和冷却液加热通道，所述冷却液加热通道位于空气加热通道和氢气加热通道之间；所述外腔体内装填有氢氧反应催化剂，空气、氢气和冷却液分别进入空气加热通道、氢气加热通道和冷却液加热通道；外腔体发生催化反应放热，利用外腔体氢氧反应放出的热量将氢气、冷却液和空气加热，随后进入燃料电池电堆，完成低温启动。
上述技术方案中，进一步地，进入催化反应加热器的氢气和空气均分为两条路径：主路进入内腔体，支路进入外腔体。
上述技术方案中，进一步地，所述电池系统还包括散热器，所述散热器分别与冷却液的进液口和燃料电池电堆的冷却液出口连通，形成冷却液循环回路。
上述技术方案中，进一步地，所述外腔体中空气与氢气的流量比为1：2～1：5。
上述技术方案中，进一步地，所述外腔体中填装的氢氧反应催化剂的质量≥内腔体中氢气体积流量的一半，其中，催化剂的质量单位为斤，氢气体积流量单位为立方米每小时。
上述技术方案中，进一步地，所述催化反应加热器的发热功率与氢气和空气流量正相关，要快速对燃料电池升温，可以增加加热器中催化剂的装填量，同时增大氢气与空气流量。
本发明的有益效果为：
本发明在低温低气压条件下，通过高度集成的催化反应加热器，利用外腔体氢氧反应放出的热量同时对空气、氢气和冷却液，以实现无锂电池加热时的燃料电池快速自启动，减少装置结构，提高系统集成度；
本发明低温启动方法可减少装置结构，提高系统集成度；
本发明可以通过控制催化反应加热器催化剂装填量及氢气和空气流量，确定加热器的加热功率，容易实现与燃料电池系统的匹配。
附图说明
图1是本发明低气压氢空燃料电池低温启动系统图；
图2是本发明催化反应加热器结构图；
图中：1、燃料电池电堆，2、催化反应加热器，3、换热器，4、鼓风机，5、水泵，6、氢气储罐，201、外腔体，202、内腔体，203、氢氧反应催化剂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的低气压氢空燃料电池低温启动系统，包括燃料电池电堆1、催化反应加热器2、换热器3、鼓风机4、水泵5；鼓风机4用于将空气在较低的压力下泵入到燃料电池电堆1中；催化反应加热器2的结构如图2所示，包括外腔体201和内腔体202，外腔体201环绕内腔体202，内腔体202包括三个独立的腔体，分别为空气加热通道、氢气加热通道和冷却液加热通道，冷却液加热通道位于空气加热通道和氢气加热通道之间，每个通道均设置有进口和出口；外腔体201设置有进口和出口，并装填有氢氧反应催化剂203。
在该系统中的启动流程为：鼓风机4提供空气流通，空气分两路进入催化反应加热器2，一路为空气主路，由空气加热通道的进口进入内腔体202，另一路为空气支路，由外腔体的进口进入外腔体201；氢气分两路进入催化反应加热器2，一路为氢气主路，由氢气加热通道的进口进入内腔体202，另一路为氢气支路，由外腔体的进口进入外腔体201；冷却液由冷却液加热通道的进口进入内腔体202；外腔体201内填装有氢氧反应催化剂203，在外腔体201中，氢氧混合反应后，反应气体由外腔体201出口排出；利用催化反应放出的热量使催化反应加热器2温度逐渐升高，从而使进入燃料电池电堆1中的空气、氢气和冷却液升温，完成燃料电池在低温环境中可以快速启动。
实施例1
氢氧反应催化剂装填量为1kg，鼓风机主路空气流量为13.5m3/h，支路空气流量为4m3/h，氢气主路流量为2.3m3/h，支路流量为1m3/h，该加热反应器的发热功率约为2kW，经过加热反应器主路空气温升约为3℃，冷却液流量约为5L/min，氢气温升约为3℃，经过加热反应器的升温温差约为4℃左右，在-20℃环境温度下，启动燃料电池系统，在5min内，功率可达4kW。
Claims (6)
1.一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法，其特征在于：所述电池系统包括燃料电池电堆、催化反应加热器；
所述催化反应加热器包括内腔体和外腔体；所述外腔体环绕内腔体；所述内腔体内设置有空气加热通道、氢气加热通道和冷却液加热通道，所述冷却液加热通道位于空气加热通道和氢气加热通道之间；
所述外腔体内装填有氢氧反应催化剂，空气、氢气和冷却液分别进入空气加热通道、氢气加热通道和冷却液加热通道；外腔体发生催化反应放热，利用外腔体氢氧反应放出的热量将氢气、冷却液和空气加热，随后进入燃料电池电堆，完成低温启动。
2.根据权利要求1所述的低温启动方法，其特征在于：进入催化反应加热器的氢气和空气均分为两条路径：主路进入内腔体，支路进入外腔体。
3.根据权利要求1所述的低温启动方法，其特征在于：所述电池系统还包括散热器，所述散热器分别与冷却液的进液口和燃料电池电堆的冷却液出口连通，形成冷却液循环回路。
4.根据权利要求1所述的低温启动方法，其特征在于：所述外腔体中空气与氢气的流量比为1：2～1：5。
5.根据权利要求1所述的低温启动方法，其特征在于：所述外腔体中填装的氢氧反应催化剂的质量≥内腔体中氢气体积流量的一半，其中，催化剂的质量单位为斤，氢气体积流量单位为立方米每小时。
6.根据权利要求1所述的低温启动方法，其特征在于：所述催化反应加热器的发热功率与氢气和空气流量正相关。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111532150.3A CN116264297A (zh) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111532150.3A CN116264297A (zh) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116264297A true CN116264297A (zh) | 2023-06-16 |
Family
ID=86722488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111532150.3A Pending CN116264297A (zh) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116264297A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116666689A (zh) * | 2023-08-01 | 2023-08-29 | 山东美燃氢动力有限公司 | 一种燃料电池系统低温冷启动控制方法及燃料电池系统 |
-
2021
- 2021-12-14 CN CN202111532150.3A patent/CN116264297A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116666689A (zh) * | 2023-08-01 | 2023-08-29 | 山东美燃氢动力有限公司 | 一种燃料电池系统低温冷启动控制方法及燃料电池系统 |
| CN116666689B (zh) * | 2023-08-01 | 2023-12-08 | 山东美燃氢动力有限公司 | 一种燃料电池系统低温冷启动控制方法及燃料电池系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105390715B (zh) | 一种低温冷启动燃料电池系统及利用方法 | |
| CN105702979A (zh) | 一种燃料电池电堆零度以下环境的启动方法 | |
| CN107394232B (zh) | 燃料电池的动力系统与交通工具 | |
| CN113506893B (zh) | 一种燃料电池系统及其低温启动方法 | |
| CN102751521A (zh) | 一种燃料电池低温启动的空气回流加热系统及其方法 | |
| WO2019109844A1 (zh) | 一种直接液体燃料电池发电装置 | |
| CN108123152B (zh) | 一种以液氧为氧化剂的燃料电池发电系统 | |
| CN112510228A (zh) | 一种快速提升燃料电池阴阳极进气温度的装置及方法 | |
| CN101210750A (zh) | 一种利用燃料电池废热驱动空调的方法 | |
| CN101356681B (zh) | 燃料电池系统及操作方法 | |
| CN108649247B (zh) | 能低温冷启动的质子交换膜燃料电池的运行系统 | |
| CN110120535B (zh) | 一种燃料电池电堆低温快速启动系统和启动方法 | |
| CN114171761B (zh) | 一种质子交换膜燃料电池快速低温启动方法 | |
| CN108711630A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池低温状态下启动的方法 | |
| CN116264297A (zh) | 一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法 | |
| CN114843549A (zh) | 固态储氢装置与燃料电池一体化电源系统及其使用方法 | |
| CN208423062U (zh) | 一种一体化质子交换膜燃料电池车温控系统 | |
| CN112768725B (zh) | 一种燃料电池无人机及氢动力装备温控的方法及装置 | |
| CN111498802B (zh) | 一种自循环氢气发生系统及其工作方法 | |
| CN108808035B (zh) | 能-40℃以下超低温冷启动的燃料电池汽车的动力系统 | |
| CN114023999B (zh) | 一种具有快速冷启动功能的燃料电池系统及其启动方法 | |
| CN114597452B (zh) | 燃料电池自启动和辅助启动混合低温冷启动控制方法 | |
| CN103022533A (zh) | 供电装置 | |
| CN115692774A (zh) | 一种燃料电池加热系统 | |
| CN211719719U (zh) | 一种提高燃料电池冷启动效率的能源装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |