一种燃料电池低温启动的方法与流程

1.本发明涉及一种燃料电池低温启动的方法,属于氢燃料电池技术领域。


背景技术：

2.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。
3.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，尤其，在我国东北的冬天零下30摄氏度以下时的冷启动是一个难题。
4.为了解决燃料电池低温下启动的难题，目前行业主要采用了燃料电池使用前通过对电池堆加热的方法，将燃料电内部扩散层、催化层甚至流场内的冰融掉、或者气体吹出。而本发明是基于水份在真空下气化温度低的物理现象，利用燃料电池刚使用后温度还保持在七八十度时，使得燃料电池堆内部形成真空环境，将残留水分汽化带出燃料电池堆，从而解决了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的问题。


技术实现要素：

5.本发明专利，就是针对上述现有技术中的问题而提出的解决办法。本发明的发明目的就是解决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。本发明提出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。其原理基于水份在真空下汽化温度低，从而生产水蒸气，通过负压抽出燃料电池堆排出体外，为燃料电池第下次启动做好准备，经过这样处理，使得燃料电池可以甚至在零下30摄氏度以下快速启动。
6.本发明提出了一种燃料电池低温启动的方法，该方法基于水分在真空下的蒸发温度低于常压下的温度对燃料电池系统进行控制，使得残留在燃料电池堆内的水份气化，将水分带出电池外部，从而燃料电池就可以实现低温启动。
7.氧气通过氧气进气管道上的电控阀进入燃料电池堆并通过氧气出气管道上的电控阀排出燃料电池堆；氢气通过氢气进气管道上的电控阀进入燃料电池堆并通过氢气出气管道上的电控阀排出燃料电池堆；燃料电池堆和氧气进气管道上的电控阀之间设置有真空控制阀，燃料电池堆和氢气进气管道上的电控阀之间设置有真空控制阀，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。
8.在前述燃料电池低温启动的方法中，通过4个电控阀将燃料电池系统的氢、氧气进
出管道关断，使燃料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，该真空度值对应温度70-80摄氏度时水份蒸发，使得残留在燃料电池堆内的水份汽化，将汽化后的水分蒸汽带出电池外部，然后关断真空控制阀，这样避免了残留水分结冰影响燃料电池堆的下次在零下温度下启动，因此，燃料电池就可以实现在低温下启动。。
9.另外，一般当燃料电池系统停止工作时的温度在70-80摄氏度，在寒冷的冬天，室外温度为零下摄氏度甚至零下30摄氏度时，通过4个电控阀将燃料电池系统的氢、氧气进出管道关断，使燃料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，该真空度值对应70-80摄氏度时，水份可以蒸发而蒸气化，使得残留在燃料电池堆内的水份汽化，汽化后的水分将被带出电池外部，然后关断真空控制阀，避免了残留水分结冰影响燃料电池堆的下次在零下温度下启动。这样，燃料电池就可以实现在低温下启动。
10.进一步，当燃料电池系统停止工作时的温度在70-80摄氏度，在寒冷的冬天，即使室外温度低于零下30摄氏度时，通过4个电控阀将燃料电池系统的氢、氧气进出管道关断，使燃料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，该真空度值对应的温度达到水份蒸发的70-80摄氏度时，残留在燃料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燃料电池堆的下次在零下温度下启动。这样，燃料电池就可以实现在低温下启动。
11.本发明具有如下的技术效果和优点：
12.本发明的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。经过本发明的处理，使得燃料电池可以在甚至零下20、30摄氏度以及零下30摄氏度以下快速启动。
附图说明
13.图1为本发明的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
14.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
15.如图1所示，本发明的燃料电池系统主要由燃料电池堆、氧气、氢气、真空管道及其管路上的真空控制阀(电控真空阀)和电控阀组成。其工作原理，燃料电池运行时的温度一般70摄氏度以上，正常运行时所生产的水份由氧气带出到外部环境。而非工作时，在低温的室外，燃料电池因停止运行，残存在燃料电池堆内部的水份会结冰，从而影响燃料电池的启动。如图1所示，氧气通过氧气进气管道上的电控阀进入燃料电池堆并通过氧气出气管道上的电控阀排出燃料电池堆；氢气通过氢气进气管道上的电控阀进入燃料电池堆并通过氢气出气管道上的电控阀排出燃料电池堆；燃料电池堆和氧气进气管道上的电控阀之间设置有真空控制阀，燃料电池堆和氢气进气管道上的电控阀之间设置有真空控制阀，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环境。本发明，基于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还在70-80摄氏度，如果在
寒冷的冬天，室外温度零下或者更低甚至-20摄氏度甚至更低的温度(零下30摄氏度及以下)时，通过4个电控阀将燃料电池系统的氢、氧气进出管道关断，使燃料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，该真空度值对应的温度达到水份蒸发的70-80摄氏度时，残留在燃料电池堆内的水份汽化，将汽化的水分带出电池外部，然后关断真空控制阀，避免了残留水分结冰影响燃料电池堆的下次在零下温度下启动。这样，燃料电池就可以实现在低温下启动。
16.通过在冬天室外的燃料电池启动实验，经过本发明的处理，燃料电池可以在零下摄氏度、零下10摄氏度、零下20摄氏度、零下22摄氏度、零下24摄氏度、零下26摄氏度、零下28摄氏度、零下30摄氏度、零下32摄氏度、零下34摄氏度、零下36摄氏度、零下38摄氏度、零下40摄氏度快速启动。经过试验，验证了本发明的可行性。
17.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。


技术特征：
1.一种燃料电池低温启动的方法，其特征在于，该方法基于水分在真空下的蒸发温度低于常压下的蒸发温度对燃料电池系统进行控制，使得残留在燃料电池堆内的水份进行气化，将汽化后的水分带出电池外部，从而有利于燃料电池实现低温启动。2.根据权利要求1所述的燃料电池低温启动的方法，其特征在于，氧气通过氧气进气管道上的电控阀进入燃料电池堆并通过氧气出气管道上的电控阀排出燃料电池堆；氢气通过氢气进气管道上的电控阀进入燃料电池堆并通过氢气出气管道上的电控阀排出燃料电池堆；燃料电池堆和氧气进气管道上的电控阀之间设置有真空控制阀，燃料电池堆和氢气进气管道上的电控阀之间设置有真空控制阀，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环境。3.根据权利要求2所述的燃料电池低温启动的方法，其特征在于，通过4个电控阀将燃料电池系统的氢、氧气进出管道关断，使燃料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，该真空度值对应的温度达到水份蒸发的70-80摄氏度时，残留在燃料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而影响燃料电池堆的下次在零下温度下启动，这样，燃料电池就可以实现在低温下启动。4.根据权利要求3所述的燃料电池低温启动的方法，，其特征在于，当燃料电池系统停止工作时的温度还在70-80摄氏度，在寒冷的冬天，室外温度为零下结冰温度时，通过4个电控阀将燃料电池系统的氢、氧气进出管道关断，使燃料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，该真空度值对应的水份蒸发温度达到的70-80摄氏度时，残留在燃料电池堆内的水分汽化，并将水蒸汽带出电池外部，然后关断真空控制阀，这样避免了残留水分结冰影响燃料电池堆的下次在零下温度下启动。这样，燃料电池就可以实现在低温下启动。5.根据权利要求4所述的燃料电池低温启动的方法，，其特征在于，当燃料电池系统停止工作时的温度在70-80摄氏度，在寒冷的冬天，即使室外温度甚至低于零下30摄氏度时，通过4个电控阀将燃料电池系统的氢、氧气进出管道关断，使燃料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，该真空度值对应的水份蒸发温度70-80摄氏度时，残留在燃料电池堆内的水份汽化，将汽化的水分带出电池外部，然后关断真空控制阀，这样避免了残留水分结冰影响燃料电池堆的下次在零下温度下启动。这样，燃料电池就可以实现在低温下启动。

技术总结
本申请涉及一种燃料电池低温启动的方法,属于氢燃料电池技术领域。该方法基于水分在真空下的蒸发温度低于常压下的汽化温度对燃料电池系统进行控制，使得残留在燃料电池堆内的水分汽化，将汽化的水分带出电池外部，从而燃料电池就可以实现低温启动。本发明的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。经过本发明的处理，使得燃料电池可以即使在零下20摄氏度-零下30摄氏度以及零下30摄氏度以下容易启动。度以下容易启动。度以下容易启动。


技术研发人员：娄豫皖 和祥运
受保护的技术使用者：上海轩玳科技有限公司
技术研发日：2021.03.01
技术公布日：2022/9/1