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一种燃料电池冷启动方法

阅读:935发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种燃料电池冷启动方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 燃料 电池 堆 冷启动 方法,属于 燃料电池 技术领域。本 发明 包括:燃料电池堆内部包含负 温度 系数热敏 电阻 材料;启动时,通入氢气/甲醇和空气/ 氧 气,并接通负载使燃料电池堆开始工作,燃料电池堆内部的负温度系数 热敏电阻 材料在低温状态下电阻大,通电后产生大量热使燃料电池堆快速升温;当燃料电池堆温度达到0℃以上时,燃料电池堆进入正常工作状态,负温度系数热敏电阻材料电 阻变 小,发热量降低。本发明无需复杂的操作及额外的设备,就能实现燃料电池堆低温的平稳启动。,下面是一种燃料电池冷启动方法专利的具体信息内容。

1.一种燃料电池冷启动方法,其特征在于,包括:燃料电池堆内部包含负温度系数热敏电阻材料;启动时,通入氢气/甲醇和空气/气,并接通负载使燃料电池堆开始工作,燃料电池堆内部的负温度系数热敏电阻材料在低温状态下电阻大,通电后产生大量热使燃料电池堆快速升温;当燃料电池堆温度达到0℃以上时,燃料电池堆进入正常工作状态,负温度系数热敏电阻材料电阻变小,发热量降低。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷启动方法,其特征在于,燃料电池堆的双极板和/或扩散层材料中包含所述负温度系数热敏电阻材料。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池堆冷启动方法,其特征在于,燃料电池堆的增湿器和/或和/或冷却液加热装置中包含所述负温度系数热敏电阻材料。
4.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷启动方法,其特征在于,所述燃料电池堆为质子交换膜燃料电池堆或直接甲醇燃料电池堆。
5.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷启动方法,其特征在于,在-10℃或-20℃条件下启动时:先关闭燃料电池堆;在燃料电池堆温度降低到点之前,将进气切换至干燥氮气通道,以除去残留的分;当燃料电池堆温度到达-10℃或-20℃,利用负载对燃料电池堆进行均衡加载,负温度系数热敏电阻材料发热使得燃料电池堆温度迅速升高。
6.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷启动方法,其特征在于,在-40℃条件下启动时:
先关闭燃料电池;当燃料电池堆温度到达-40℃,利用负载对燃料电池堆进行均衡加载,负温度系数热敏电阻材料发热使得燃料电池堆温度迅速升高。
7.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷启动方法,其特征在于,在-40摄氏度条件下启动时:先关闭燃料电池堆;将燃料电池堆的水腔中通入冷却液,当燃料电池温度到达-40℃,利用负载对燃料电池堆进行均衡加载,负温度系数热敏电阻材料发热使得燃料电池堆温度迅速升高。

说明书全文

一种燃料电池冷启动方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料电池技术领域,尤其涉及一种燃料电池堆冷启动方法。

背景技术

[0002] 质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)具有结构简单、能量密度较高、可快速启动无污染和噪音低等优点,在便携、移动和车用动方面有着广阔的前景。
[0003] 虽然燃料电池电动汽车从概念设计到演示运行都已被证明是可行的,但是其中有很多的问题亟待解决。其中温度对于燃料电池影响就是一个相当大的挑战。根据质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池的工作原理可知电池阴极催化层既是电池电化学反应进行的场所,也是反应的产物产生的场所。在低于0℃的环境中,水在电池阴极产生并向外传输,此时由于电池中的水会结,无法从电池内除去,而在电池内部产生堆积,如长时间积累可能损伤电池内部结构,导致电极内催化层分层、扩散层破损等,对电池的寿命和性能产生很大的影响。低温环境下,不仅燃料电池堆会面临水结冰的问题,系统所采用的增湿器和等也会面临低温冻结的问题,都需要采用相应的技术手段解决。
[0004] 目前,冷启动主要通过电堆内部水含量控制和温度控制来实现,需要各个零部件之间协调工作。现阶段主要通过燃料电池堆自发热和水含量控制来实现冷启动,实现过程需要空压机根据当前电堆所需加热量精确提供“少量”空气、实时水含量测量技术保持高功率输出、相关阀门的有效配合实现阳极出口“消氢”。整个过程注意事项较多,操作较为繁琐。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题,提供一种燃料电池堆冷启动方法,其无需复杂的操作及额外的设备,就能实现燃料电池堆低温的平稳启动。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种燃料电池堆冷启动方法,包括:燃料电池堆内部包含负温度系数热敏电阻材料;启动时,通入氢气/甲醇和空气/气,并接通负载使燃料电池堆开始工作,燃料电池堆内部的负温度系数热敏电阻材料在低温状态下电阻大,通电后产生大量热使燃料电池堆快速升温;当燃料电池堆温度达到0℃以上时,燃料电池堆进入正常工作状态,负温度系数热敏电阻材料电阻变小,发热量降低。
[0007] 作为本发明优选,燃料电池堆的双极板和/或扩散层材料中包含所述负温度系数热敏电阻材料。
[0008] 作为本发明优选,燃料电池堆的增湿器和/或阀门和/或冷却液加热装置中包含所述负温度系数热敏电阻材料。
[0009] 作为本发明优选,所述燃料电池堆为质子交换膜燃料电池堆或直接甲醇燃料电池堆。
[0010] 作为本发明优选,在-10℃或-20℃条件下启动时:先关闭燃料电池堆;在燃料电池堆温度降低到冰点之前,将进气切换至干燥氮气通道,以除去残留的水分;当燃料电池堆温度到达-10℃或-20℃,利用负载对燃料电池堆进行均衡加载,负温度系数热敏电阻材料发热使得燃料电池堆温度迅速升高。
[0011] 作为本发明优选,在-40℃条件下启动时:先关闭燃料电池;当燃料电池堆温度到达-40℃,利用负载对燃料电池堆进行均衡加载,负温度系数热敏电阻材料发热使得燃料电池堆温度迅速升高。
[0012] 作为本发明优选,在-40摄氏度条件下启动时:先关闭燃料电池堆;将燃料电池堆的水腔中通入冷却液,当燃料电池温度到达-40℃,利用负载对燃料电池堆进行均衡加载,负温度系数热敏电阻材料发热使得燃料电池堆温度迅速升高。
[0013] 本发明的优点是:无需其他额外的设备配合,即可实现燃料电池堆在低温状态下的平稳启动。当然,在特殊的条件下,也可与其他冷启动方法组合使用,以到达最佳的启动效果。附图说明
[0014] 图1为燃料电池堆在-10℃条件下启动时温度时间关系图;图2为燃料电池堆在-20℃条件下启动时温度时间关系图;
图3为一种方式下燃料电池堆在-40℃条件下启动时温度时间关系图;
图4为另一种方式下燃料电池堆在-40℃条件下启动时温度时间关系图。

具体实施方式

[0015] 下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
[0016] 一种燃料电池堆冷启动方法,包括:燃料电池堆内部包含负温度系数热敏电阻材料;启动时,通入氢气/甲醇和空气/氧气,并接通负载使燃料电池堆开始工作,燃料电池堆内部的负温度系数热敏电阻材料在低温状态下电阻大,通电后产生大量热使燃料电池堆快速升温;当燃料电池堆温度达到0℃以上时,燃料电池堆进入正常工作状态,负温度系数热敏电阻材料电阻变小,发热量降低,其发热量很小,不会影响燃料电池堆的正常工作。待燃料电池堆稳定运行时可视为启动成功。要说明的是,所述燃料电池堆指质子交换膜燃料电池堆或直接甲醇燃料电池堆,以及相应的燃料电池系统。
[0017] 具体的,燃料电池堆的双极板和/或扩散层材料中包含所述负温度系数热敏电阻材料。所述结构处于燃料电池堆内部,其产生的热量能够快速作用于整个燃料电池堆,确保升温的效率。另外,燃料电池堆的增湿器和/或阀门和/或冷却液加热装置中也可以包含所述负温度系数热敏电阻材料,以进一步提高升温的效率。
[0018] 如图1所示,在-10℃条件下进行冷启动:将10片的燃料电池堆在低温环境中,先按常规方法关闭电池;在电池关闭后,在电池温度降低到冰点之前,将进气切换至干燥氮气通道,以除去这些部分残留的水分。当电池温度到达-10℃,利用负载对燃料电池进行均衡加载,NTC材料发热使得燃料电池堆温度迅速升高。只需8s 9s即可使燃料电池堆从-10℃升温至0℃。
~
[0019] 如图2所示,在-20℃条件下进行冷启动:将一个10片的燃料电池堆在低温环境中,先按常规方法关闭电池;在电池关闭后,在电池温度降低到冰点之前,将近气切换至干燥氮气通道,以除去这些部分残留的水分。当电池温度到达-20℃,利用负载对燃料电池进行均衡加载。迅速完成了该10片燃料电池堆的冷启动。只需20s 23s即可使燃料电池堆从-20℃升温至0℃。
~
[0020] 如图3所示,在-40℃条件下进行冷启动:将一个20片的燃料电池堆在低温环境中,先按常规方法关闭电池;当电池温度到达-40℃,利用负载对燃料电池进行均衡加载。随着温度降低双极板上的NTC材料电阻不断变大,燃料电池堆温度升至0℃以上,冷启动成功。只需85s 90s即可使燃料电池堆从-40℃升温至~
0℃。
[0021] 如图4所示,在-40℃条件下进行冷启动:将一个20片的燃料电池堆在低温环境中,先按常规方法关闭电池;将燃料电池堆水腔通入冷却液(由50%水及50%乙二醇组成),当电池温度到达-40℃,随着温度降低双极板上的NTC材料电阻不断变大,发热使得电堆温度不断上升。当燃料电池堆温度升至0℃以上,NTC材料电阻降低发热量减小,电堆工作状态趋于稳定,低温启动成功。同样只需85s 90s即可~
使燃料电池堆从-40℃升温至0℃。
[0022] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,该具体实施方式是基于本发明整体构思下的一种实现方式,而且本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
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