CN207765540U - 一种质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置，包括智能保温箱外壳、智能保温箱内壳、进气口、出气口、电堆冷却液入口、电堆冷却液出口、吹扫口和燃料电池，所述智能保温箱内壳设于智能保温箱外壳内，燃料电池设于智能保温箱内壳内；进气口、出气口、电堆冷却液入口、电堆冷却液出口和吹扫口设于智能保温箱内壳的侧壁上，且进气口、出气口、电堆冷却液入口、电堆冷却液出口和吹扫口贯穿于智能保温箱外壳的侧壁。本实用新型明显加快了燃料电池的启动时间。该智能保温箱还能够作为一种保护装置，具有一定的密封型、防尘性、防水性等。

Description

一种质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置

技术领域：

本实用新型涉及一种质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置。

背景技术：

质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell)是一种能量转换效率高、零污染、运行噪音低、燃料易获取、体积小、质量轻、维护方便的动力源，近年来成为交通运输工具、便携式电源等行业的首选动力源，得到快速发展。

PEMFC是由双极板、电极(阴极和阳极)、催化层、质子交换膜组成，燃料电池工作时燃料和氧化剂气体通过双极板上的气体流道分别到达电池的阳极和阴极。燃料气体氢气在电池阳极通过催化层的作用，将氢原子分解为两个氢质子和两个电子，其中氢质子在电解液中通过质子交换膜到达电池阴极，电子经过外部负载电路形成电流流向阴极；氧化剂气体氧气在阴极与阳极流入的电子与氢质子在催化剂的作用下生成水分子。所以，燃料电池的生成物只有水，并没有污染物质的生成。而且只要保证PEMFC的输入有足够的氢气和氧气，PEMFC就能源源不断的产生电能。

根据PEMFC的工作原理可知，其内部电化学反应的产物主要是水，在环境温度低于零点温度时，燃料电池内部生成的水如果不经处理必然会发生冻结，由于水的结冰会发生体积膨胀，可能会对燃料电池堆内部的组件发生不可逆的损坏。

如果PEMFC内部并没有因为结冰产生损坏，那么在冰冻的环境下，燃料电池的冷启动包括两个阶段：第一个阶段是“解冻”，即从水的冰冻状态到解冻状态，此时电池内部没有水的冻结；第二个阶段是“加热”。即电池内部温度由解冻状态升至燃料电池工作温度状态。

现有的燃料电池低温冷启动方法主要有辅助电源加热、冷却介质加热、热气体吹扫、热尾气余热循环加热等，这些方法虽然能够降低燃料电池低温冷启动的时间，但是有一个共同的缺点是，燃料电池在零点温度下还是会发生冻结，如果燃料电池反复发生“结冻-结冻”状态，这对电池内部的损害是避免不了的。

实用新型内容：

本实用新型是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置。

本实用新型所采用的技术方案有：一种质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置，包括智能保温箱外壳、智能保温箱内壳、进气口、出气口、电堆冷却液入口、电堆冷却液出口、吹扫口和燃料电池，所述智能保温箱内壳设于智能保温箱外壳内，燃料电池设于智能保温箱内壳内；进气口、出气口、电堆冷却液入口、电堆冷却液出口和吹扫口设于智能保温箱内壳的侧壁上，且进气口、出气口、电堆冷却液入口、电堆冷却液出口和吹扫口贯穿于智能保温箱外壳的侧壁。

进一步地，所述智能保温箱外壳的前侧、后侧、上侧和下侧侧板上均设有加热丝。

进一步地，所述智能保温箱外壳的左侧侧板上设有保温箱冷却液入口、保温箱冷却液出口、燃料电池正极、燃料电池负极、电池正极和电池负极。

进一步地，所述智能保温箱外壳的右侧侧板上设有燃料电池进气口、燃料电池出气口、燃料电池冷却液入口、燃料冷却液出口和燃料电池吹扫口。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型能够使燃料电池即使处于零点温度之下也能避免冻结，不会对燃料电池堆的部件造成损坏，而且该装置还可通过与燃料电池冷却系统关联，在燃料电池运行时，作为冷却系统的一部分，对燃料电池进行散热。

本实用新型能够实时的监测到燃料电池内部的温度，并保证燃料电池温度始终控制在0℃之上，避免燃料电池在冰点温度下内部水分发生冻结，损坏燃料电池电堆内部结构和降低电堆性能，而且该装置能够将燃料电池的温度控制在零点温度之上的某个范围内，在燃料电池低温冷启动必经的“结冻-加热”阶段无需进行解冻，且能够减少冷启动过程中“加热”阶段的时间，明显加快了燃料电池的启动时间。另外，该智能保温箱还能够作为一种保护装置，具有一定的密封型、防尘性、防水性等。

附图说明：

图1为本实用新型结构图。

图2为本实用新型中智能保温箱外壳前侧和后侧内部加热结构示意图。

图3为本实用新型中智能保温箱外壳上侧和下侧内部加热结构示意图。

图4为本实用新型中智能保温箱外壳左侧接线面板示意图。

图5为本实用新型中智能保温箱外壳右左侧接线面板示意图。

图6为本实用新型工作流程示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1至图5，本实用新型公开一种质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置，包括智能保温箱外壳1、智能保温箱内壳2、进气口3、出气口4、电堆冷却液入口5、电堆冷却液出口6、吹扫口7和燃料电池8，智能保温箱内壳2设于智能保温箱外壳1内，燃料电池8设于智能保温箱内壳2内；进气口3、出气口4、电堆冷却液入口5、电堆冷却液出口6和吹扫口7设于智能保温箱内壳2的侧壁上，且进气口3、出气口4、电堆冷却液入口5、电堆冷却液出口6和吹扫口7贯穿于智能保温箱外壳1的侧壁。

智能保温箱外壳1的前侧、后侧、上侧和下侧侧板上均设有加热丝13。

智能保温箱外壳1的左侧侧板上设有保温箱冷却液入口14、保温箱冷却液出口15、燃料电池正极16、燃料电池负极17、电池正极18和电池负极19。

智能保温箱外壳1的右侧侧板上设有燃料电池进气口23、燃料电池出气口24、燃料电池冷却液入口25、燃料冷却液出口26和燃料电池吹扫口27。

智能保温箱外壳1功能：燃料电池堆温度过低时，通过加热丝工作，加热保温箱中的冷却液，使燃料电池温度保持在设定温度范围之内；燃料电池在运行的过程中会产生大量的热，由于保温箱的密封性限制了燃料电池的散热性，为了解决保温箱对散热带来的不便性，本装置还设计了散热的功能，通过设计两个接口，一个是保温箱冷却液进口，一个是保温箱冷却液出口，两接口外部装有控制接口接通与断开的电磁阀，当燃料电池处于正常运行状态时，电磁阀接通，此时保温箱内部的冷却液作为冷却介质与燃料电池散热系统的冷却液同时循环流动，作为燃料电池的冷却系统。

智能保温箱外壳1组成：该智能保温箱由温度传感器、温度控制模块、加热丝、保温壳体组成。温度传感器的作用是检测燃料电池堆的实时温度，并将检测到的温度传输至温度控制模块；温度控制模块通过控制继电器的通断来控制加热器是否处于工作状态。

智能保温箱工作原理：

加热：如图6(a)所示，燃料电池处于停机状态时，由电堆内部的温度传感器检测到燃料电池的温度，并将检测到的温度传输至温度控制模块，温度控制模块内部设定两个温度值，一个是5℃，一个是10℃，当检测到电堆的温度低于5℃，加热丝继电器接通并工作，对内部冷却液进行加热，直至电堆温度大于10℃时，加热丝停止工作。此时即使燃料电池处于零点温度之下，燃料电池内部也不会发生冻结现象。

散热：如图6(b)所示，燃料电池工作时，燃料电池冷却系统随着燃料电池温度的升高需要对燃料电池进行冷却，当燃料电池冷却系统开始工作时，连接燃料电池冷却水箱和智能保温箱的电磁阀打开，此时，智能保温水箱内部的冷却液随燃料电池冷却液的循环进行流动，通过对保温箱热量的冷却，实现对燃料电池的冷却。

本实用新型的燃料电池冷启动辅助装置，使燃料电池处于停机状态仍能能够在零点温度下，即使处于冷态状态也能保持在零点温度之上。该辅助装置通过温度传感器采集电堆内部的温度，当燃料电池的温度过低时，智能保温箱通过温度控制模块，控制智能保温箱的加热功能的开启，使燃料电池始终处于温度控制模块设定的温度范围之内。当燃料电池开始工作时，智能保温箱内部填充的冷却液随燃料电池冷却系统运作，对燃料电池进行散热。

本实用新型的智能保温箱既能够作为保温加热源对燃料电池进行保温，又能作为散热系统的一部分为燃料电池进行散热。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置，其特征在于：包括智能保温箱外壳(1)、智能保温箱内壳(2)、进气口(3)、出气口(4)、电堆冷却液入口(5)、电堆冷却液出口(6)、吹扫口(7)和燃料电池(8)，所述智能保温箱内壳(2)设于智能保温箱外壳(1)内，燃料电池(8)设于智能保温箱内壳(2)内；进气口(3)、出气口(4)、电堆冷却液入口(5)、电堆冷却液出口(6)和吹扫口(7)设于智能保温箱内壳(2)的侧壁上，且进气口(3)、出气口(4)、电堆冷却液入口(5)、电堆冷却液出口(6)和吹扫口(7)贯穿于智能保温箱外壳(1)的侧壁。

2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置，其特征在于：所述智能保温箱外壳(1)的前侧、后侧、上侧和下侧侧板上均设有加热丝(13)。

3.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置，其特征在于：所述智能保温箱外壳(1)的左侧侧板上设有保温箱冷却液入口(14)、保温箱冷却液出口(15)、燃料电池正极(16)、燃料电池负极(17)、电池正极(18)和电池负极(19)。

4.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池冷启动辅助装置，其特征在于：所述智能保温箱外壳(1)的右侧侧板上设有燃料电池进气口(23)、燃料电池出气口(24)、燃料电池冷却液入口(25)、燃料冷却液出口(26)和燃料电池吹扫口(27)。