一种质子交换膜燃料电池自升温的方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域，具体公开了一种质子交换膜燃料电池自升温的方法，包括：获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；判断电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件一；若满足控制条件一，则对电堆的阳极反应物进行饥饿控制；判断电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件二；若满足控制条件二，则停止对电堆的阳极反应物进行饥饿控制；重复上述两个判断过程，直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电堆。本发明专利技术还公开了一种质子交换膜燃料电池自升温的装置及系统。本发明专利技术提供的质子交换膜燃料电池自升温的方法，无需引入额外的部件，也无需消耗额外的能源，能够实现燃料电池快速升温至暖机温度。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池自升温的方法、装置及系统
本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池自升温的方法、质子交换膜燃料电池自升温的装置及包括该质子交换膜燃料电池自升温的装置的质子交换膜燃料电池自升温的系统。
技术介绍
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效率的发电装置，其发电过程不涉及氢氧混合燃烧，也不受内燃机卡诺循环的限制，能量转换率高，直接将燃料氢气（纯氢气或重整气）和氧化剂（纯氧或者空气）中的化学能转化为电能，且生成的产物为水，对环境不造成污染，是一种清洁、高效、环保的电源。质子交换膜燃料电池自身结构较为复杂，在目前应用中，其升温速率远远低于传统内燃机系统，较低的升温速率导致燃料电池需要较长时间达到暖机温度（一般为45℃此时燃料电池会较好的工作），在这段时间内，会有很多液态水生成，导致燃料电池水淹，从而引起反应物的传质阻力增大，同时会使燃料电池内部结构破坏，降低燃料电池性能及寿命。另一方面，会导致燃料电池常温启动失败。且燃料电池本身对某些杂质较为敏感，外部可能引入的杂质，如CO等，对燃料电池催化层有极大的毒化作用，会造成催化剂失活，从而导致燃料电池活性衰退，甚至整个电池报废。为了使燃料电池自升温至暖机温度，避免过多的液态水生成，造成燃料电池常温启动失败。中国专利授权公告号CN203288693U采用外接加热器对燃料电池循环介质进行预加热，系统包括小循环加热系统和大循环加热系统。中国专利公开号CN108615914A介绍一种利用对冷却液管路使用镍铬合金加热丝组，对管路进行加热，将热量传递给双极板带动电池升温。这些都需要引入额外部件，增加整个系统的复杂性，且需要消耗额外的能源，经济成本较高，不利于实际推广应用。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种质子交换膜燃料电池自升温的方法、质子交换膜燃料电池自升温的装置及包括该质子交换膜燃料电池自升温的装置的质子交换膜燃料电池自升温的系统，无需引入额外的部件，也无需消耗额外的能源，仅依靠控制电池阳极燃料周期性饥饿，从而产生较大的过电势，能够实现燃料电池快速升温至暖机温度，同时可以辅助清除电池内部存在的有毒物质，提高电池寿命及性能。作为本专利技术的第一个方面，提供一种质子交换膜燃料电池自升温的方法，所述质子交换膜燃料电池自升温的方法包括：步骤S110：获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；步骤S120：判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件一；步骤S130：若满足控制条件一，则对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；步骤S140：判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件二；步骤S150：若满足控制条件二，则停止对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；步骤S160：重复上述两个判断过程，直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电堆。进一步地，所述步骤S120和S130中，还包括：判断所述电堆的实时温度是否低于暖机温度，且所述电堆内的每节电压值是否均高于0V；若所述电堆的实时温度低于所述暖机温度，且所述电堆内的每节电压值均高于0V，则对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；其中，所述暖机温度为45℃。进一步地，所述步骤S140和S150中，还包括：判断所述电堆的实时温度是否低于暖机温度，且所述电堆内的每节电压值是否均低于0V；若所述电堆的实时温度低于所述暖机温度，且所述电堆内的每节电压值均低于0V，则停止对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；其中，所述暖机温度为45℃。进一步地，所述步骤S160中，还包括：重复上述两个判断过程，直到所述电堆的实时温度达到暖机温度，则控制启动电堆；其中，所述暖机温度为45℃。作为本专利技术的另一个方面，提供一种质子交换膜燃料电池自升温的装置，所述质子交换膜燃料电池自升温的装置包括：温度传感器，用于获取电堆的实时温度；电压巡检线，用于获取电堆内的每节电压值；控制器，用于判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件一，若满足控制条件一，则对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；及判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件二，若满足控制条件二，则停止对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；以及重复上述两个判断过程，直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电堆。作为本专利技术的另一个方面，提供一种质子交换膜燃料电池自升温的系统，包括：电堆、燃料供应系统、阳极前端供给阀、阳极尾端通断阀以及上述质子交换膜燃料电池自升温的装置，所述质子交换膜燃料电池自升温的装置包括温度传感器、电压巡检线以及控制器，其中，所述电堆通过阳极管路分别与所述阳极前端供给阀和阳极尾端通断阀连接，所述阳极前端供给阀和阳极尾端通断阀均通过驱动器和所述控制器连接，所述阳极前端供给阀还连接所述燃料供应系统，所述温度传感器分别设置在所述电堆两侧的阳极管路上，所述电压巡检线设置在所述电堆内的单电池上，所述温度传感器和电压巡检线均与所述控制器电连接。进一步地，所述电堆包括第一支撑端板、第二支撑端板、进口、第一阳极流场板歧管、阳极流场、第二阳极流场板歧管以及出口，其中，所述电堆的左右两侧分别设置有用于支撑所述电堆的第一支撑端板和第二支撑端板，所述阳极管路通过所述进口连接所述第一阳极流场板歧管，所述第一阳极流场板歧管和第二阳极流场板歧管之间设置有所述阳极流场，所述第二阳极流场板歧管通过出口连接所述阳极管路。进一步地，还包括电子负载，所述电子负载分别与所述电堆和控制器连接。进一步地，还包括流体供应系统和流体供给阀，所述流体供应系统通过所述流体供给阀连接所述阳极管路，所述流体供给阀通过驱动器和所述控制器连接。本专利技术提供的质子交换膜燃料电池自升温的方法具有以下优点：（1）通过电堆阳极反应物饥饿，在电池阳极产生较大的过电势，使发电效率降低，产生较多废热，从而快速提升电池温度；（2）通过阳极反应物饥饿，使电池阳极产生较大的过电位，可以使阳极催化剂层物理吸附或化学吸附的有毒物质得到有效的清除，防止有毒物质影响催化剂的使用寿命；（3）该方法不存在反应物混合的可能性，十分安全，同时操作简单；（4）无需引入额外部件，亦无需额外能量。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。图1为本专利技术提供的质子交换膜燃料电池自升温的方法的流程图。图2为本专利技术提供的质子交换膜燃料电池自升温的系统的结构示意图。图3为本专利技术提供的质子交换膜燃料电池自升温的系统的一种具体实施方式结构示意图。图4为本专利技术提供的质子交换膜燃料电池自升温的系统的另一种具体实施方式结构示意图。图5为本专利技术提供的预热暖机升温曲线图。图6为本专利技术提供的常温启动与利用阳极饥饿法预热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池自升温的方法，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池自升温的方法包括：/n步骤S110：获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；/n步骤S120：判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件一；/n步骤S130：若满足控制条件一，则对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；/n步骤S140：判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件二；/n步骤S150：若满足控制条件二，则停止对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；/n步骤S160：重复上述两个判断过程，直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电堆。/n

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池自升温的方法，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池自升温的方法包括：
步骤S110：获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；
步骤S120：判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件一；
步骤S130：若满足控制条件一，则对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；
步骤S140：判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件二；
步骤S150：若满足控制条件二，则停止对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；
步骤S160：重复上述两个判断过程，直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电堆。


2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池自升温的方法，其特征在于，所述步骤S120和S130中，还包括：
判断所述电堆的实时温度是否低于暖机温度，且所述电堆内的每节电压值是否均高于0V；
若所述电堆的实时温度低于所述暖机温度，且所述电堆内的每节电压值均高于0V，则对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；
其中，所述暖机温度为45℃。


3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池自升温的方法，其特征在于，所述步骤S140和S150中，还包括：
判断所述电堆的实时温度是否低于暖机温度，且所述电堆内的每节电压值是否均低于0V；
若所述电堆的实时温度低于所述暖机温度，且所述电堆内的每节电压值均低于0V，则停止对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；
其中，所述暖机温度为45℃。


4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池自升温的方法，其特征在于，所述步骤S160中，还包括：
重复上述两个判断过程，直到所述电堆的实时温度达到暖机温度，则控制启动电堆；
其中，所述暖机温度为45℃。


5.一种质子交换膜燃料电池自升温的装置，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池自升温的装置包括：
温度传感器，用于获取电堆的实时温度；
电压巡检线，用于获取电堆内的每节电压值；
控制器，用于判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件一，若满足控制条件一，则对所述电堆的阳极反应物进行饥饿控制；及判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足控制条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄正，田丹，张丽芳，
申请(专利权)人：无锡威孚高科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32