本发明专利技术提供了一种低温冷启动燃料电池系统，包括燃料电池系统、低温冷启动加热装置、燃料电池控制系统和用电端；所述燃料电池系统分别与低温冷启动加热装置、燃料电池控制系统和用电端相连；所述燃料电池控制系统包括控制板和控制电源。本发明专利技术的系统不仅能够加速燃料电池在低温下的冷启动，又保证了电堆的安全使用，避免电堆核心元件膜电极遭到破坏，同时该方式也便于操作和控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及燃料电池领域，尤其设及燃料电池低溫冷启动领域。
技术介绍
目前，质子交换膜燃料电池是一种将化学能转化为电能的发电装置，其核屯、元件 膜电极在-20°c下可W有效传导离子，为燃料电池低溫发电奠定了基础。然而，燃料电池主 要产物为水，在每次运行的过程中和运行结束，其阴极和阳极均会有水存在，如停机溫度在 (TC W下，则会造成冰冻，膜电极上催化剂及质子交换膜被覆盖，从而影响其启动反应性能， 冷冻严重的将完全不能发生反应，甚至造成膜电极不可恢复性的破坏。 为了在低溫环境下快速启动质子交换膜燃料电池，各种低溫冷启动措施被提出， 专利US6764780B2中采用缺氧加载运行燃料电池的方式，该方式通过加大燃料电池内部电 阻来提高燃料电池的溫度，该方法虽然简单，但是难W控制，既容易造成燃料电池电压逆转 的问题，又很容易因加载不当造成膜电极的永久性烧坏。专利CN201320253808. 1采用在燃 料电池内部置入加热片的方式，该方式虽然便于控制，但是极易导致短路，且该方式需要加 工专口安装膜电极的安装槽，易导致电堆泄漏。 基于W上原因，本公司设计了对阴极管路、阳极管路及冷却管路加热的同时，加用 电端负载迅速升溫的方式，在零下溫度条件下快速冷启动燃料电池的方案。
技术实现思路
阳〇化]本专利技术的目的是解决现有燃料电池技术中存在的部分问题，提供了一种低溫冷启 动燃料电池系统。 本专利技术的目的是通过W下技术方案实现的： 一种低溫冷启动燃料电池系统，包括燃料电池系统、低溫冷启动加热装置、燃料电 池控制系统和用电端；所述燃料电池系统分别与低溫冷启动加热装置、燃料电池控制系统 和用电端相连；所述燃料电池控制系统包括控制板和控制电源。 优选地，所述低溫冷启动燃料电池系统还设置有加热装置控制器。 优选地，所述低溫冷启动加热装置包括冷却液加热器、阳极加热器、阴极加热器/ 冷却液加热器、阳极和阴极共用加热器。 优选地，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、冷却回路加热支路、阴极回路、阳极 回路、散热回路。 优选地，所述阳极回路上设置有氨气循环累；阳极回路通过氨气循环累与阳极入 口管路相连，阳极入口管路另一端连接于燃料电池堆。 优选地，所述阴极回路上设置有阴极加湿装置；阴极回路通过阴极加湿装置与阴 极入口管路相连，阴极入口管路的另一端连接于燃料电池堆；所述阴极加湿装置另一端设 置有阴极鼓风机。 优选地，所述冷却回路加热支路设置有溫控=项阀和冷却液累；所述冷却回路加 热支路通过冷却液累冷却入口管路，冷却入口管路的另一端连接于燃料电池堆。 优选地，所述散热回路分别与溫控=项阀和冷却液累连接。 优选地，所述燃料电池堆与阳极回路、阴极回路、冷却回路加热支路连接端分别设 置有热电偶或溫度传感器。 本专利技术的另一方面为利用上述系统的方法，采用对燃料电池堆的阴极入口管路、 阳极入口管路和冷却入口管路同时加热，或仅对阴阳极入口管路进行加热，或仅对阴极入 口管路进行加热，且同时增加用电端负载使燃料电池升溫启动的方法；所述加热方式为电 加热或水气加热，采用加热带或加热管。 本专利技术的有益效果：本专利技术的系统可W采用仅对阴阳极入口管路进行加热的方 式，同样可采用图2和图3的方法同时加热或分别加热。或采用仅对阴极管路近入口段进 行加热，同时加极少用电端负载。 第一种方式不仅能够加速燃料电池在低溫下的冷启动，又保证了电堆的安全使 用，避免电堆核屯、元件膜电极遭到破坏，同时该方式也便于操作和控制。后两种方式启动速 度稍慢，但启动时需要消耗的热量较少。【附图说明】 图1是低溫冷启动燃料电池系统示意图； 图2是阴极气体、阳极气体分别加热的低溫冷启动燃料电池系统示意图； 图3是阴极气体、阳极气体统一加热的低溫冷启动燃料电池系统示意图。【具体实施方式】 为了更好地说明本专利技术，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的 技术方案进行清楚、完整地描述。 一种低溫冷启动燃料电池系统，包括燃料电池系统1、低溫冷启动加热装置2、燃 料电池控制系统3和用电端4 ;所述燃料电池1系统分别与低溫冷启动加热装置2、燃料电 池控制系统3和用电端4相连；所述燃料电池控制系统3包括控制板和控制电源，控制板内 写有控制代码；控制板与控制电源相连，控制电源与各受控元器件相连，从而实现燃料电池 系统的控制。所述低溫冷启动燃料电池系统还设置有加热装置控制器17。所述低溫冷启动 加热装置包括冷却液加热器20、阳极加热器21、阴极加热器22或冷却液加热器20、阳极和 阴极共用加热器23。所述燃料电池系统包括燃料电池堆5、冷却回路加热支路6、阴极回路 7、阳极回路8、散热回路28。所述阳极回路上设置有氨气循环累9 ;阳极回路8通过氨气循 环累9与阳极入口管路14相连，阳极入口管路14另一端连接于燃料电池堆5。所述阴极 回路7上设置有阴极加湿装置13 ;阴极回路7通过阴极加湿装置13与阴极入口管路15相 连，阴极入口管路15的另一端连接于燃料电池堆5 ;所述阴极加湿装置13另一端设置有阴 极鼓风机12。所述冷却回路加热支路6设置有溫控=项阀18和冷却液累11 ;所述冷却回 路加热支路6通过冷却液累11与冷却入口管路16相连，冷却入口管路16的另一端连接于 燃料电池堆5。所述散热回路28分别与溫控=项阀18和冷却液累11连接。所述燃料电池 堆5与阳极回路8、阴极回路7、冷却回路加热支路6连接端分别设置有热电偶或溫度传感 器。 采用80片质子交换膜液冷电堆，双极板为石墨板，冷却液为乙二醇溶液，阳极通 纯氨，阴极通空气。标况下，氨气定压比热为Cp = 14. 30kJ/(kg. K)，空气定压比热容为 1. 004kJ/化g. K)。金属板比热容90. 64X/(kg. K)，石墨比热容为710X/(kg. K)，氨气的密 度为0. 0899g/l，80片电堆双极板质量为28. nkg，金属尾板质量为8. Wkg,电堆散热流 道内乙二醇液体质量为1. 32kg。经计算，双极板单位溫度热容量为20kJ/K ;冷却液单位 溫度热容量为4. 1化J/K ; W 0. lA/cm2电流密度为例，W阳极1. 0的过量系数和阴极空气 2. 0的过量系数计算，需氨量为14. 7化/min,需空气量为35. 1化/min,则氨气单位溫度加 热量为当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温冷启动燃料电池系统，其特征在于，包括燃料电池系统、低温冷启动加热装置、燃料电池控制系统和用电端；所述燃料电池系统分别与低温冷启动加热装置、燃料电池控制系统和用电端相连；所述燃料电池控制系统包括控制板和控制电源。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赖平化，张苹，朱俊娥，欧阳洵，
申请(专利权)人：北京氢璞创能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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