CN204011605U - 一种燃料电池冷启动加热装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池冷启动加热装置，燃料电池包括电堆(6)，以及设置在电堆两侧的阴极端板(1)和阳极端板(5)，所述的加热装置包括加热片(2)、温度传感器(3)及温控仪(4)，所述的加热片(2)分别连接阴极端板(1)和温度传感器(3)，温度传感器(3)与温控仪(4)连接，所述的温控仪(4)连接加热片(2)。与现有技术相比，本实用新型装置具有效率高、加热快、温度可调控、成本。

Description

一种燃料电池冷启动加热装置
技术领域
本实用新型涉及燃料电池冷启动领域，尤其是涉及一种燃料电池冷启动加热装置。
背景技术
由于气候变暖、环境污染、能源短缺等问题，人们对于石油替代品的需求与日俱增。其中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有功率密度高、能量转换效率高和无污染等优势，应用前景广阔。然而随着研究日益深入，其商业化依然存在诸多阻碍，除成本以及耐久性能外，燃料电池的冷启动性能也是关键因素之一。
燃料电池在冰点以下的启动为冷启动。当燃料电池的温度低于冰点时，反应产生的水会冻结并覆盖催化层，降低电化学反应速率。由于水的体积发生膨胀，还会对膜电极组件的结构造成严重破坏。此外，反复的结冰-解冻过程还会造成伤害效应的累积，严重影响电池的正常工作和寿命。
目前，低温环境下难以实现燃料电池的迅速自启动，而实验中大多采用辅助启动的方式，如：利用直流电池加热、加热冷冻液、热空气吹扫、使燃料在催化层表面燃烧放热等。
实验发现，在PEMFC的冷启动过程中，最高温度值首先出现在气体入口区域，随后转移到电池中部。故利用加热片优先加热电池入口和中间部位，并通过温控仪调节燃料电池的加热温度，可取得较好效果。所述加热片布局于阴极端板一侧的气体入口和电池中部，端板材质为表面镀金铜，利用铜优良的导电性能将热量传导至电池内部。随着燃料电池内部电化学反应的进行，反应的持续放热会使得电池内部持续升温，达到工作状态。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种效率高、加热快、温度可调控、成本低的燃料电池冷启动加热装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种燃料电池冷启动加热装置，燃料电池包括电堆，以及设置在电堆两侧的阴极端板和阳极端板，其特征在于，所述的加热装置包括加热片、温度传感器及温控仪，所述的加热片分别连接阴极端板和温度传感器，温度传感器与温控仪连接，所述的温控仪连接加热片。
所述的加热片设有2个，分布于阴极端板一侧的气体入口及中部位置，利用铜优良的导电性能将热量传导至电池内部，各加热片上均设有一温度传感器。
2个加热片并联连接在电池。
所述的阴极端板为表面镀金的铜板。利用铜优良的导电性能将热量传导至电池内部。
所述的温度传感器与加热片和温控仪连接，用于测量电池温度。所述的温控仪与加热片和温度传感器相连，用于采集所有温度传感器的数据并调节加热片温度。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1)本实用新型的加热系统针对燃料电池反应最活跃的区域，即入口与中部进行有选择性的加热，针对性更强。
2)本实用新型加热系统利用金属端板传递热量，导热效率高，可迅速提高电池温度。
3)本实用新型加热系统对燃料电池温度进行监测和控制，从而防止燃料电池内部温度过低或过高带来的不利影响，增强了燃料电池工作的可靠性和稳定性。
4)本实用新型结构简单、成本较低，实用性和可操作性强。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图中：1、燃料电池阴极端板2、加热片3、温度传感器4、温控仪5、燃料电池阳极端板6、电堆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，一种燃料电池冷启动加热装置，燃料电池包括电堆6，以及设置在电堆两侧的阴极端板1和阳极端板5，所述的加热装置包括加热片2、温度传感器3及温控仪4，所述的加热片2分别连接阴极端板1和温度传感器3，温度传感器3与温控仪4连接，所述的温控仪4连接加热片2。
所述的加热片2设有2个，分布于阴极端板一侧的气体入口及中部位置，各加热片2上均设有一温度传感器3。2个加热片2并联连接在电池，电池提供电能。
所述的阴极端板1为表面镀金的铜板，利用铜优良的导电导热性能将热量传导至电池内部。
所述的温度传感器与加热片和温控仪连接，用于测量电池温度。所述的温控仪与加热片和温度传感器相连，用于采集所有温度传感器的数据并调节加热片温度。
空气和氢气进入燃料电池电堆6，加热片2加热阴极端板1，利用端板优良的导电导热性能将热量传导至电池内部，加热空气和氢气，热的气体参与反应，以及反应过程中的加热，均有利于燃料电池内部化学反应的充分进行，从而进一步保证冷启动的成功。随着燃料电池内部电化学反应的进行，反应的持续放热会使电池内部持续升温，达到工作状态。
所述的温控仪4采集所有温度传感器的数据并调节加热片温度，可用于观察和研究燃料电池冷启动时电池内部的温度特征。

Claims (3)

1.一种燃料电池冷启动加热装置，燃料电池包括电堆(6)，以及设置在电堆两侧的阴极端板(1)和阳极端板(5)，其特征在于，所述的加热装置包括加热片(2)、温度传感器(3)及温控仪(4)，所述的加热片(2)分别连接阴极端板(1)和温度传感器(3)，温度传感器(3)与温控仪(4)连接，所述的温控仪(4)连接加热片(2)；
所述的加热片(2)设有2个，分布于阴极端板一侧的气体入口及中部位置，各加热片(2)上均设有一温度传感器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动加热装置，其特征在于，2个加热片(2)并联连接在电池。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动加热装置，其特征在于，所述的阴极端板(1)为表面镀金的铜板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107706437A (zh) * 2017-09-29 2018-02-16 中国矿业大学 一种固体氧化物燃料电池电堆及加热启动方法
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CN111916787A (zh) * 2020-08-13 2020-11-10 浙江高成绿能科技有限公司 一种微型燃料电池及其低温启动运行方法

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