一种PEM电池堆低温启动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种PEM电池堆低温启动系统，属于直接转变化学能为电能技术领域，包括：PEM电池堆、加热器、循环水箱、氢气瓶、燃料瓶、引射器、加湿器、散热器、第一温度传感器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和负载；在系统温度低于第一预设值的情况下，打开第二阀门、第四阀门、第七阀门，关闭第一阀门、第三阀门、第五阀门和第六阀门，向加热器中通入一定量的空气和氢气，空气、空气和催化剂发生反应产生热量；在经历预设时长后，加热器内部温度达到燃料燃点温度的情况下，打开第五阀门，快速升温，通过冷却水将热量带出；在系统温度高于第二预设值的情况下，对PEM电池堆进行启动。对PEM电池堆进行启动。对PEM电池堆进行启动。

【技术实现步骤摘要】
一种PEM电池堆低温启动系统


[0001]本专利技术属于直接转变化学能为电能的
，具体涉及一种PEM电池堆低温启动系统。

技术介绍

[0002]PEM（Proton ExchangeMembrane，质子交换膜）电池作为新一代绿色能源动力系统，有助于解决能源危机和环境污染等问题。当前PEM电池堆低温启动仍然是实现电池堆高性能和长耐久性的一个重大瓶颈，也是其商业化进程中必须克服的一个障碍。
[0003]现有技术中，已有采用电加热器（PTC）在低温环境下对电池堆进行预先加热的低温启动方法，但是一方面电加热器的往往体积庞大，不利于PEM电池堆轻型化发展，另一方面采用电加热器的方案升温速度慢，导致系统的启动时间长。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的电加热器的体积往往较大，不利于PEM电池堆轻型化发展，采用电加热器的方案升温速度慢，导致系统的启动时间长的技术问题，本专利技术提供一种PEM电池堆低温启动系统。
[0005]本专利技术提供一种PEM电池堆低温启动系统，包括： PEM电池堆、加热器、循环水箱、氢气瓶、燃料瓶、第一温度传感器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门和第七阀门；PEM电池堆包括第一氢气入口、第一空气入口、第一氢气出口、第一空气出口、第一冷却水入口和第一冷却水出口；加热器包括第二氢气入口、第二空气入口、燃料入口、第二氢气出口、第二空气出口、第二冷却水入口和第二冷却水出口；循环水箱包括第一循环泵、输出口、第一输入口和第二输入口；氢气瓶通过第一阀门与PEM电池堆的第一氢气入口连接，通过第二阀门与加热器的第二氢气入口连接；外界空气通过第三阀门与PEM电池堆的第一空气入口连接，通过第四阀门与加热器的第二空气入口连接；燃料瓶通过第五阀门与加热器的燃料入口连接；循环水箱的输出口与PEM电池堆的第一冷却水入口连接，PEM电池堆的第一冷却水出口通过第六阀门与连接循环水箱的第一输入口连接，PEM电池堆的第一冷却水出口还通过第七阀门与加热器的第二冷却水入口连接，加热器的第二冷却水出口与循环水箱的第二输入口连接；加热器的内部设置有空气腔、混合腔和换热腔，加热器包括空气分散器，空气分散器设置于空气腔和混合腔之间，加热器的第二空气入口与空气腔连接，加热器的第二氢气入口和燃料入口均开设在混合腔，混合腔的内部设置有催化剂，加热器的第二冷却水入口
和第二冷却水出口均开设在换热腔；第一温度传感器设置在PEM电池堆上，用于监测系统温度；其中，在系统温度低于第一预设值的情况下，打开第二阀门、第四阀门、第七阀门，关闭第一阀门、第三阀门、第五阀门和第六阀门，向加热器中通入一定量的空气和氢气，加热器处于第一阶段，氢气、空气和催化剂发生反应产生热量；在经历预设时长后，加热器的内部温度达到燃料燃点温度的情况下，打开第五阀门，向加热器中通入燃料，加热器处于第二阶段，进行快速升温，通过冷却水将热量带出；在系统温度高于第二预设值的情况下，关闭第二阀门、第四阀门、第五阀门和第七阀门，打开第一阀门、第三阀门和第六阀门，对PEM电池堆进行启动。
[0006]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：（1）在本专利技术中，加热器相较于现有技术庞大的电加热器而来体积较小，有利于PEM电池堆的轻型化发展。
[0007]（2）在本专利技术中，首先采用PEM电池系统中已存储的氢气与氧气发生化学反应进行升温，在内部温度达到燃料燃点温度后，产热量更大，燃料更快地进行快速升温，相较于采用电加热器的方案升温速度显著提高，大大缩短了PEM电池堆的低温启动时长。
附图说明
[0008]下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本专利技术的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
[0009]图1是本专利技术提供的一种PEM电池堆低温启动系统的结构示意图；图2是本专利技术提供的一种加热器的结构示意图。
具体实施方式
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0011]为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与专利技术相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
[0012]还应当进一步理解，在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0013]在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0014]另外，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为
指示或暗示相对重要性。
[0015]在一个实施例中，参考说明书附图1，本专利技术提供的一种PEM电池堆低温启动系统的结构示意图。参考说明书附图2，本专利技术提供的一种加热器的结构示意图。
[0016]本专利技术提供的一种PEM电池堆低温启动系统，包括：PEM电池堆1、加热器2、循环水箱3、氢气瓶4、燃料瓶5、第一温度传感器9、第一阀门10、第二阀门11、第三阀门12、第四阀门13、第五阀门14、第六阀门15和第七阀门16。
[0017]PEM电池堆1包括第一氢气入口、第一空气入口、第一氢气出口、第一空气出口、第一冷却水入口和第一冷却水出口；在实际工作过程中，需向第一氢气入口通入氢气，第一空气出口通入空气，PEM电池堆1通过氢气与氧气的化学反应进行发电。
[0018]加热器2包括第二氢气入口、第二空气入口、燃料入口、第二氢气出口、第二空气出口、第二冷却水入口和第二冷却水出口；循环水箱3包括第一循环泵31、输出口、第一输入口和第二输入口；循环水箱3中存储有冷却液，可以选择水作为冷却液。
[0019]氢气瓶4通过第一阀门10与PEM电池堆1的第一氢气入口连接，通过第二阀门11与加热器2的第二氢气入口连接。氢气瓶4中存储的氢气在本专利技术中一方面用于PEM电池堆1的正常工作，另一方面用于加热器2的预热。
[0020]外界空气通过第三阀门12与PEM电池堆1的第一空气入口连接，通过第四阀门13与加热器2的第二空气入口连接。外界空气在本专利技术中一方面用于PEM电池堆1的正常工作，另一方面用于加热器2的预热。
[0021]燃料瓶5通过第五阀门14与加热器2的燃料入口连接。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PEM电池堆低温启动系统，其特征在于，包括： PEM电池堆、加热器、循环水箱、氢气瓶、燃料瓶、第一温度传感器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门和第七阀门；所述PEM电池堆包括第一氢气入口、第一空气入口、第一氢气出口、第一空气出口、第一冷却水入口和第一冷却水出口；所述加热器包括第二氢气入口、第二空气入口、燃料入口、第二氢气出口、第二空气出口、第二冷却水入口和第二冷却水出口；所述循环水箱包括第一循环泵、输出口、第一输入口和第二输入口；所述氢气瓶通过所述第一阀门与所述PEM电池堆的所述第一氢气入口连接，通过所述第二阀门与所述加热器的所述第二氢气入口连接；外界空气通过所述第三阀门与所述PEM电池堆的所述第一空气入口连接，通过所述第四阀门与所述加热器的所述第二空气入口连接；所述燃料瓶通过所述第五阀门与所述加热器的所述燃料入口连接；所述循环水箱的输出口与所述PEM电池堆的所述第一冷却水入口连接，所述PEM电池堆的所述第一冷却水出口通过所述第六阀门与连接循环水箱的所述第一输入口连接，所述PEM电池堆的所述第一冷却水出口还通过所述第七阀门与所述加热器的所述第二冷却水入口连接，所述加热器的所述第二冷却水出口与所述循环水箱的所述第二输入口连接；所述加热器的内部设置有空气腔、混合腔和换热腔，所述加热器包括空气分散器，所述空气分散器设置于所述空气腔和所述混合腔之间，所述加热器的所述第二空气入口与所述空气腔连接，所述加热器的所述第二氢气入口和所述燃料入口均开设在所述混合腔，所述混合腔的内部设置有催化剂，所述加热器的所述第二冷却水入口和所述第二冷却水出口均开设在所述换热腔；所述第一温度传感器设置在所述PEM电池堆上，用于监测系统温度；其中，在系统温度低于第一预设值的情况下，打开所述第二阀门、所述第四阀门、所述第七阀门，关闭所述第一阀门、所述第三阀门、所述第五阀门和所述第六阀门，向所述加热器中通入一定量的空气和氢气，所述加热器处于第一阶段，氢气、空气和催化剂发生反应产生热量；在经历预设时长后，所述加热器的内部温度达到燃料的燃点温度的情况下，打开所述第五阀门，向所述加热器中通入燃料，所述加热器处于第二阶段，进行快速升温，通过冷却水将热量带出；在系统温度高于第二预设值的情况下，关闭所述第二阀门、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第七阀门，打开所述第一阀门、所述第三阀门和所述第六阀门，对所述PEM电池堆进行启动。2.根据权利要求1所述的PEM电池堆低温启动系统，其特征在于，还包括：引射器、加湿器、散热器、负载和空气过滤器；所述引射器设置在所述第一阀门与所述PEM电池堆的所述第一氢气入口之间；所述加湿器设置在所述第二阀门与所述PEM电池堆的所述第一空气入口之间，所述加湿器用于对进入的空气进行加湿；所述散热器设置在所述第六阀门与连接循环水箱的所述第一输入口之间；所述负载连接在所述PEM电池堆的正负极之间；所述空气过滤器一端连接外界空气，另一端通过所述第三阀门与所述PEM电池堆的所述第一空气入口连接。
3.根据权利要求1所述的PEM电池堆低温启动系统，其特征在于，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门和所述第五阀门为流量可调阀门。4.根据权利要求2所述的PEM电池堆低温启动系统，其特征在于，还包括：第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门；所述PEM电池堆的所述第一氢气出口通过所述第八阀门与外界连通，所述PEM电池堆的所述第一空气出口通过所述第九阀门与外界连通；所述加热器的所述第二氢气出口通过所述第十阀门与外界连通，所述加热器的所述第二空气出口通过所述第十一阀门与外界连通。5.根据权利要求4所述的PEM电池堆低温启动系统，其特征在于，还包括：氢气过滤器、第十二阀门和第二循环泵；所述PEM电池堆的所述第一氢气出口通过所述第八阀门与所述氢气过滤器的输入端连接，所述氢气过滤器的第一输出端与外界连通，所述氢气过滤器的第二输出端通过所述第十二阀门与所述第二循环泵的输入端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁孝涛，于平，苏峰，黄方，刘志敏，刘丽丽，许蕾，李家喜，邹方明，王寿荣，李杰先，
申请(专利权)人：山东赛克赛斯氢能源有限公司，
类型：发明
国别省市：