【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种用于燃料电池堆的快速升温方法。
技术介绍
1、燃料电池将燃料（如氢气）和氧化剂（如空气中的氧气）中的化学能直接转化成电能，高效、环保、安全、可靠，备受行业关注。燃料电池的产物是水，而水一般在0℃结冰，冰会堵塞反应通道，阻止反应继续进行，为此，如何实现燃料电池低温冷启动一直是行业面临的一个难题。多年来美国能源部制定的低温冷启动目标是：-20℃时在30s内达到50%的额定输出功率，-30℃时实现无助冷启动，-40℃实现有助冷启动。无助冷启动就是在不使用燃料电池系统内部和外部热源的情况下，仅凭燃料电池堆（电堆）在燃料和氧化剂的共同作用下自身所产生的热，使燃料电池实现升温。有助冷启动是借助燃料电池系统外部（如网电、外部电源）或内部（如电池或其它电源）的能量对燃料电池系统中的冷却液进行加热，冷却液通过电堆后为电堆升温，使其温度升到0℃左右。现有的电堆升温方案存在升温速度慢和升温过程控制不准确的问题。
技术实现思路
1、本专利技术正是基于上述问题，提出了一种用于燃料电池堆的快速升温方法，通过本专利技术方案，不仅使对电堆升温过程的控制更简便，而且更准确，能实现电堆快速升温的目的。
2、有鉴于此，本专利技术的一方面提出了一种用于燃料电池堆的快速升温方法，包括：
3、获取环境温度t1；
4、当t1小于0℃时，获取电堆和冷却液小循环子系统的总热容参数q；
5、确定从t1升到t2温升δt的时间δt；
6、获取
7、根据所述第一参数，获取所述燃料和所述氧化剂在所述电堆中进行化学放热反应时最佳燃料和氧化剂的摩尔比例λ；
8、根据所述摩尔比例λ，获取所述燃料能够参与化学反应的效率η；
9、启动冷却液循环泵，使冷却液开始通过所述电堆循环；
10、根据q和δt，计算所需热量q1=q*δt；
11、根据q1和δt，计算单位时间所需热量q2=q1/δt；
12、获取所述燃料的摩尔热焓参数δh；
13、根据q2、δh和η，计算所需所述燃料的流量m1=q2/(δh*η）；
14、根据λ和m1，计算所需所述氧化剂的流量m2=m1/λ；
15、根据m1和m2，把所述燃料和所述氧化剂输入混合器，使两者混合得到混合气；
16、将所述混合气通过分别连接所述电堆的阳极腔室和阴极腔室的两个支管按λ1和λ2的比例分别通入所述阳极腔室和所述阴极腔室，其中，λ1+λ2=1；
17、检测冷却液在所述电堆出口和入口管路上的温度t3和t4，当t4达到t2时，停止向所述电堆输送燃料和氧化剂，电堆升温过程结束。
18、可选地，所述根据m1和m2，把所述燃料和所述氧化剂输入混合器，使两者混合得到混合气的步骤，包括：
19、将流量为m1的所述燃料和流量为m2的所述氧化剂以阶梯流量的方式按预设的时间间隔δt1输入，阶梯流量包括1到n个档次，流量在每个档次间等比例增加，增加比例为m1/n和m2/n，在第n个档次时，燃料和氧化剂的流量达到m1和m2。
20、可选地，所述混合器包括燃料入口、氧化剂入口、混气结构、第一混合气出口和第二混合气出口；
21、将所述燃料和所述氧化剂分别通过所述燃料入口和所述氧化剂入口输入所述混气结构；
22、在所述混气结构内设置螺旋通道以便于所述燃料和所述氧化剂的充分混合得到混合气；
23、一部分混合气通过所述第一混合气出口进入所述阳极腔室进行化学反应，剩下的一部分混合气通过所述第二混合气出口进入所述阴极腔室进行化学反应。
24、可选地，所述螺旋通道为螺旋状且中空的螺旋体，所述螺旋体的材质为柔性导电金属，所述螺旋通道的内径和螺距根据所述混合气体的流量和速度确定；
25、将所述螺旋体连接所述燃料入口和所述氧化剂入口；
26、在所述外壳和所述螺旋体间加设电场以利用离子风效应促进气体混合。
27、可选地，将所述螺旋体设置为多层同轴套管结构，套管之间设置导流通道。
28、可选地，在所述混气结构中设置混合容器；
29、将所述混合容器的一端连接所述螺旋体；
30、将所述混合容器的另一端连接所述第一混合气出口和所述第二混合气出口；
31、在所述混合容器内设置金属叶片，所述金属叶片在进入的气体的作用下旋转，将气体进行混合。
32、可选地，在所述混气结构中，所述螺旋体和所述混合容器均为多个；
33、多个所述螺旋体和多个所述混合容器间隔连接，最后一个所述混合容器的一端连接前一个所述螺旋体，另一端连接所述第一混合气出口和所述第二混合气出口，使得所述燃料和所述氧化剂在多个所述螺旋体和多个所述混合容器顺序流经后实现均匀混合。
34、可选地，在所述混合器设置温度传感器、压强传感器和质量流量计；
35、分别通过所述温度传感器、所述压强传感器和所述质量流量计实时监测所述混合气的温度值、压力值和流量值，并将所述温度值、所述压力值和所述流量值与上级控制器相连；
36、将所述第一混合气出口和所述第二混合气出口的开度面积比设置为λ1:λ2；
37、在所述混合器入口处设置过滤器，对输入的所述燃料和所述氧化剂进行过滤，防止杂质进入所述混合器；
38、将过滤器数据反馈至所述上级控制器，以供所述上级控制器实时调整所述燃料和所述氧化剂对应的数据。
39、可选地，所述将所述螺旋体设置为多层同轴套管结构，套管之间设置导流通道的步骤，包括：
40、在同一中心轴上，同心安装若干个不同直径的螺旋状金属管，形成多层螺旋套管；
41、在相邻的螺旋套管之间设置预先确定的轴向偏移，偏移方向互相相反，偏移间隙形成气体流通的导流通道；
42、气体分别从所述多层螺旋套管的最内层和最外层的螺旋套管输入，在各螺旋套管间交替上行和下行，实现复杂流动与扰动混合。
43、可选地，还包括：
44、建立计算流体动力学模型，导入不同数量、大小的螺旋套管结构数据，进行气体流动和混合的数值仿真；
45、在仿真过程中，评价不同结构参数下的速度场、浓度场、混合程度指标，得到评价结果；
46、结合所述评价结果，利用优化算法，以预设的混合效果为目标，迭代计算确定螺旋套管数量、尺寸、间隙这些结构参数的最佳匹配方案；
47、制作多组不同参数的螺旋套管示例，进行实际混合测试，验证测试和优化结果，确定最优结构参数组合；
48、通过实验训练模型，基于经验数据确定影响混合效果的结构参数之间的映射关系。
49、采用本专利技术的技术方案，用于燃料电池堆的快速升温方法包括：获取环境温度t1；当t1小于0℃时，获取电堆和冷却液小循环子系统的总热容参数q；确定从t1升到t2温升δt本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，所述根据m1和m2，把所述燃料和所述氧化剂输入混合器，使两者混合得到混合气的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，所述混合器包括燃料入口、氧化剂入口、混气结构、第一混合气出口和第二混合气出口；
4.根据权利要求3所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，所述螺旋通道为螺旋状且中空的螺旋体，所述螺旋体的材质为柔性导电金属，所述螺旋通道的内径和螺距根据所述混合气体的流量和速度确定；
5.根据权利要求4所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，将所述螺旋体设置为多层同轴套管结构，套管之间设置导流通道。
6.根据权利要求5所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，在所述混气结构中设置混合容器；
7.根据权利要求6所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，在所述混气结构中，所述螺旋体和所述混合容器均为多个；
8.根据权利
9.根据权利要求8所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，所述将所述螺旋体设置为多层同轴套管结构，套管之间设置导流通道的步骤，包括：
10.根据权利要求9所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，所述根据m1和m2，把所述燃料和所述氧化剂输入混合器，使两者混合得到混合气的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，所述混合器包括燃料入口、氧化剂入口、混气结构、第一混合气出口和第二混合气出口；
4.根据权利要求3所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，所述螺旋通道为螺旋状且中空的螺旋体，所述螺旋体的材质为柔性导电金属，所述螺旋通道的内径和螺距根据所述混合气体的流量和速度确定；
5.根据权利要求4所述的用于燃料电池堆的快速升温方法，其特征在于，将所...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐志刚，王昕，
申请(专利权)人：新研氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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