CN111900438A - 一种燃料电池系统及解决燃料电池系统低温启动能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池系统及解决燃料电池系统低温启动能力的方法，属于氢燃料电池技术领域。该燃料电池系统由燃料电池堆、氧气管道、氢气管道、真空管道、电控阀、真空控制阀组成。当燃料电池系统停止工作时，通过电控阀将燃料电池系统的氢、氧气进气、出气管道关断，使电池堆形成一个密闭体系，然后将真空控制阀打开，抽真空使得燃料电池堆内部形成一定的真空，使残留在电池堆内的水份气化，将水分带出电池外部，然后关断真空控制阀，这样避免了残留水分结冰影响电池堆的下次在零下温度下启动。燃料电池就可以实现低温下启动，从而解决了由于燃料电池在低温下由于残留水份结冰，堵塞反应点以及扩散通道，使电池不能正常启动的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统及解决燃料电池系统低温启动能力的方法，属于氢燃料电池技术领域。
背景技术
锂离子动力电池作为一种储能装置在纯电动汽车中得到了推广应用，但由于其充电时间长、续驶里程短，使得纯电动汽车仅适用于个人短途交通出行，未来新能源汽车的终极解决方案可能聚焦于氢质子交换膜燃料电池系统。
随着新能源技术、材料技术的发展，制取、储存、运输氢气的瓶颈技术得以解决；催化剂的制备技术的进步，贵金属催化剂的应用担载量极大的降低，使得燃料电池的成本极大的降低；加上国家将燃料电池汽车作为我国重点发展的战略方向，燃料电池发展的局面很快出现。
燃料电池系统主要由燃料电池堆、冷却系统、燃料供给系统、氧气供给系统等组成，其核心为燃料电池堆。燃料电池在运行过程中需要水份润湿质子交换膜提升膜的质子传输能力，同时还生成水。其水分子在催化层生成，通过扩散层的疏水孔及其形成的疏水通道排除电池外面。当燃料电池停止运行后，仍有部分水分残留在催化层、扩散层的孔状通道内，在室温低于零度，在我国东北的冬天零下30以下时的冷启动是一个难题。
发明内容
针对现有技术中由于燃料电池在低温下由于残留的水份结冰，堵塞反应点、以及扩散通道，使得电池不能正常启动的问题。本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池在冬天零下启动时，不受水份结冰堵住电极孔影响氢氧到达反应位置以及氧化还原生成的水份扩散出去，而影响燃料电池启动。其原理为水份在真空下气化温度低，从而生产水蒸气，通过负压抽出电池堆排出体外，为燃料电池第二天启动做好准备，经过这样处理，使得燃料电池可以在零下30以下快速启动。
本发明的提供的一种燃料电池系统，该燃料电池系统由燃料电池堆、氧气管道、氢气管道、真空管道组成，所述氧气管道、所述氢气管道分别与所述燃料电池堆相连，所述氧气管道、所述氢气管道上分别设置有可关断所述氧气管道、所述氢气管道的电控阀，所述真空管道分别与所述氧气管道、所述氢气管道相连，所述真空管道上设置有可抽真空使得所述燃料电池堆内部形成一定的真空的真空控制阀。
进一步，上述燃料电池系统中，所述氧气管道包括氧气进气管道和氧气出气管道，所述氧气进气管道和所述氧气出气管道分别与所述燃料电池堆相连，所述氧气进气管道和所述氧气出气管道上分别设置一个电控阀，所述氢气管道包括所述氢气进气管道和所述氢气出气管道，所述氢气进气管道和所述氢气出气管道分别与燃料电池堆相连，所述氢气进气管道和所述氢气出气管道上分别设置一个电控阀。
另外，上述燃料电池系统中，所述真空控制阀为两个，分别设置在与所述氧气进气管道相连的部分上和与所述氢气进气管道相连的部分上。
本发明还提供一种解决燃料电池系统低温启动能力的方法，在与所述燃料电池系统的燃料电池堆相连的氧气管道、氢气管道上设置电控阀，设置真空管道分别与所述氧气管道、所述氢气管道相连，所述真空管道上设置有真空控制阀，当所述燃料电池系统停止工作时，通过所述电控阀将所述燃料电池系统的所述氧气管道、所述氢气管道关断，使所述燃料电池堆形成一个密闭体系，然后将所述真空控制阀打开，抽真空使得所述燃料电池堆内部形成一定的真空使残留在电池堆内的水份气化。。
进一步，上述解决燃料电池系统低温启动能力的方法中，所述燃料电池堆内部形成一定的真空的真空度值对应的温度达到水份蒸发的70-80摄氏度时，残留在所述燃料电池堆内的水份气化，将水分带出电池外部，然后关断所述真空控制阀。
进一步，上述解决燃料电池系统低温启动能力的方法中，所述电控阀为4个，所述4个电控阀分别设置在氧气管道的氧气进气管道和氧气出气管道以及所述氢气管道的所述氢气进气管道和所述氢气出气管道上。所述真空控制阀为两个，分别设置在与所述氧气进气管道相连的部分上和与所述氢气进气管道相连的部分上。
本发明的系统和方法具有如下优点和效果：本发明的系统和方法简单有效，通过多次试验，本发明的系统和方法使得燃料电池可以在零下30以下快速启动，从而很好解决了现有技术中由于燃料电池在低温下由于残留的水份结冰，堵塞反应点、以及扩散通道，使得电池不能正常启动的问题。
附图说明
图1是本发明一种解决燃料电池低温启动能力的方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明的具体实施方式。图1是本发明一种解决燃料电池低温启动能力的方法的示意图。在图中，1为燃料电池堆，2为电控阀，3为真空控制阀。
如图1所示，该发明的燃料电池系统主要由燃料电池堆1、氧气管道、氢气管道、真空管道Z及其氧气管道、氢气管道上的电控阀2、真空管道Z的真空控制阀3组成。氧气管道包括氧气进气管道Y1和氧气出气管道Y2，氧气进气管道Y1和氧气出气管道Y2分别与燃料电池堆1相连，氧气进气管道Y1和氧气出气管道Y2上分别设置一个电控阀2，氢气管道包括氢气进气管道Q1和氢气出气管道Q2，氢气进气管道Q1和氢气出气管道Q2分别与燃料电池堆1相连，氢气进气管道Q1和氢气出气管道Q2上分别设置一个电控阀2，真空管道Z包括两部分，一部分与氧气进气管道Y1相连，一部分与氢气进气管道Q1相连，真空管道Z上设置有真空控制阀3，如图1所示，真空控制阀3为两个，可以分别设置在与氧气进气管道Y1相连的部分上和与氢气进气管道Q1相连的部分上。其工作原理如下：燃料电池运行时的温度一般在70度以上进行，正常运行时所生产的水份由氧气带出到外部环境。而在低温的室外，燃料电池停止运行时残存在电池堆内部的水份会结冰，从而影响燃料电池的启动。本发明，依据水分在真空下的蒸发温度低于常压下的温度。当燃料电池系统停止工作时的温度在70-80度，如果在寒冷的冬天，室外温度零下20度甚至更低的温度时，通过4个电控阀2将燃料电池系统的氢、氧气进气、出气管道关断，使电池堆形成一个密闭体系，然后将真空控制阀3打开，抽真空，使得燃料电池堆1内部形成一定的真空，该真空度值对应的温度达到水份蒸发的70-80摄氏度时，残留在电池堆1内的水份气化，将水分带出电池外部，然后关断真空控制阀3，这样避免了残留水分结冰影响电池堆的下次在零下温度下启动。这样，在燃料电池就可以实现在低温下启动时。
本发明人经过多次实验，发现采用本发明的上述方法，可以在室外温度零下20度甚至更低的温度时，顺利将燃料电池启动。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池系统由燃料电池堆、氧气管道、氢气管道、真空管道组成，所述氧气管道、所述氢气管道分别与所述燃料电池堆相连，所述氧气管道、所述氢气管道上分别设置有可关断所述氧气管道、所述氢气管道的电控阀，所述真空管道分别与所述氧气管道、所述氢气管道相连，所述真空管道上设置有可抽真空使得所述燃料电池堆内部形成一定的真空的真空控制阀。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氧气管道包括氧气进气管道和氧气出气管道，所述氧气进气管道和所述氧气出气管道分别与所述燃料电池堆相连，所述氧气进气管道和所述氧气出气管道上分别设置一个电控阀，所述氢气管道包括所述氢气进气管道和所述氢气出气管道，所述氢气进气管道和所述氢气出气管道分别与燃料电池堆相连，所述氢气进气管道和所述氢气出气管道上分别设置一个电控阀。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述真空控制阀为两个，分别设置在与所述氧气进气管道相连的部分上和与所述氢气进气管道相连的部分上。
4.一种解决燃料电池系统低温启动能力的方法，其特征在于，在与所述燃料电池系统的燃料电池堆相连的氧气管道、氢气管道上设置电控阀，设置真空管道分别与所述氧气管道、所述氢气管道相连，所述真空管道上设置有真空控制阀，当所述燃料电池系统停止工作时，通过所述电控阀将所述燃料电池系统的所述氧气管道、所述氢气管道关断，使所述燃料电池堆形成一个密闭体系，然后将所述真空控制阀打开，抽真空使得所述燃料电池堆内部形成一定的真空使残留在电池堆内的水份气化。
5.如权利要求4所述的解决燃料电池系统低温启动能力的方法，其特征在于，所述燃料电池堆内部形成一定的真空的真空度值对应的温度达到水份蒸发的70-80摄氏度时，残留在所述燃料电池堆内的水份气化，将水分带出电池外部，然后关断所述真空控制阀。
6.如权利要求5所述的解决燃料电池系统低温启动能力的方法，其特征在于，所述电控阀为4个，所述4个电控阀分别设置在氧气管道的氧气进气管道和氧气出气管道以及所述氢气管道的所述氢气进气管道和所述氢气出气管道上。
7.如权利要求6所述的解决燃料电池系统低温启动能力的方法，其特征在于，所述真空控制阀为两个，分别设置在与所述氧气进气管道相连的部分上和与所述氢气进气管道相连的部分上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201106 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |