专利名称：一种低温运行燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种低温运行燃料电池系统。
背景技术：
PEMFC燃料电池是一种把H2和O2反应产生的化学能转化成电能的装置，它具有室温启动，转化效率高，比功率密度高，产物零污染等特点。燃料电池用途很广，大型燃料电池可用做潜艇、船舶，汽车等的动力源。车载大型燃料电池已经成为目前燃料电池的开发热点，世界各大汽车公司都在加紧研究开发零排放的绿色能源汽车，这是由于三方面的推动保护环境、石油匮缺和排放政策。为了解决石油资源不足，适应越来越严格的尾气排放标准，减少汽车带来的日益严重的污染，保护人类的环境，发展电动汽车是必由之路。特别是代表未来汽车工业发展方向的是以氢能源为动力，燃料电池成为最佳选择。
燃料电池在船舶等水上交通工具方面也越来越受到人们的重视。据报道称一个100马力内燃机为动力船舶行使一天所释放的烟雾相当于1辆汽车行使100,000英里所释放的烟雾量。因此，内燃机船舶对水体的污染也不容忽视，而且象个人快艇这样的交通工具，其噪音也非常大。在一些河流湖泊及一些风景自然保护区，人们为了保护水体的生态环境，减轻汽油，柴油等机动船舶排出的废物对水体的污染，以燃油为动力游艇船舶等越来越多的被电为动力的系统所替代。对一些区域，尤其是一些风景游览区，有关部门已经全部取消了以前的船舶动力系统，而采用环境友好的电池动力系统。传统的电池如铅酸电池比较重，而且体积比较大，充电困难等缺点。燃料电池做为化学能转化成电能的装置，以及室温启动，转化效率高，比功率密度高，产物零污染等优势特点，必将在这些电池动力系统中胜出，并得到极大的发展。
针对当前燃料电池系统的特点，大部分用在船舶、游艇等水上交通工具燃料电池系统无非也是基本上将车载燃料电池系统照搬到船体上。而结合船舶等运行环境，针对水上交通工具的燃料电池系统研究比较少。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足而提供一种特别适合用做船舶等水上交通工具的低温运行燃料电池系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种低温运行燃料电池系统，包括燃料电池堆、供氢装置、供氧装置、氢气循环装置、水冷却循环装置、控制装置，其特征在于所述的水冷却循环装置包括循环水冷却系统和非循环水冷却系统。
所述的循环水冷却系统包括燃料电池堆内的水冷却通道、电池堆上的水冷却进出口、水冷却外部循环管路、水泵以及散热片组成的闭路部分。燃料电池运行所产生的热量主要靠该循环水冷却系统的循环水带走。
所述的非循环水冷却系统主要包括循环水冷却部分的散热片、水箱、水泵、水冷却的进口和出口及管路部分组成的开路结构。其散热片上的热量主要靠该非循环水冷却系统的非循环冷却水带走。
所述燃料电池堆的运行温度一般在10℃～60℃，所述燃料电池堆的运行温度较好在30℃～55℃，最好在35℃～50℃之间。
所述的供氢装置、供氧装置直接提供给燃料电池堆非增湿气体。
所述的供氢装置包括氢气罐。
所述的供氧装置包括风机。
所述的氢气循环装置包括氢气循环泵。
所述的控制装置包括控制电路及蓄电池。
与常规燃料电池系统相比，本发明具有以下特点和优点本发明燃料电池堆的运行温度一般在30℃～55℃，最好在35℃～50℃之间。一般而言，车载燃料电池堆的运行温度在60℃～85℃之间，这主要是因为电池的散热，因为对于大的燃料电池系统而言，燃料电池产生的热量比较多，该系统主要靠冷却介质如水将燃料电池堆中的热量带出，然后到达散热片上，利用外界空气将散热片上积累的热量散发掉。因为空气的传热系数比较小，因而这种方式散热能力有限。如果要维持整个系统比较低的运行温度，将需要很大的散热片，这无疑将增加系统体积。大量的研究已经证明电池堆在比较低的温度下运行将大大提高燃料电池系统的稳定性和寿命。因此，降低燃料电池堆的运行温度也是提高燃料电池寿命的一种非常好的方法。
本发明中所述的燃料电池系统，其散热片上的热量主要靠非循环冷却水带走。非循环冷却水系统主要包括循环冷却水部分的散热片，水箱，水泵，冷却水的进口和出口及管路部分组成开路结构。因为非循环冷却水的冷却效率大大高于空气冷却效率，散热片不需要很大体积就能保证燃料电池产生热量的及时散掉。能够确保燃料电池堆能够稳定的运行在10℃～60℃之间。电池堆运行温度比较低，因而电池运行寿命显著增加。
对于常规大型燃料电池系统，因为其运行温度比较高，电池在比较高的温度下，电极失水严重，电极变干，性能下降。因而这需要对电池反应气体进行增湿，因而整体电池系统比较复杂。本发明所述的低温运行燃料电池堆，因为运行温度比较低，所以该电池系统反应气体包括氢气和空气部分不进行增湿，直接供给燃料电池堆非增湿气体。大大简化了系统，降低了系统成本。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种低温运行燃料电池系统，包括燃料电池堆1、氢气罐2、供氧风机3、氢气循环泵4、水冷却循环装置5、控制电路6以及蓄电池7，所述的水冷却循环装置5包括循环水冷却系统51和非循环水冷却系统52。
所述的循环水冷却系统51包括燃料电池堆内的水冷却通道(图未示)、电池堆上的水冷却进口511、出口512、水冷却外部循环管路513、循环水泵514以及散热片515组成的闭路部分。燃料电池运行所产生的热量主要靠该循环水冷却系统的循环水带走。
所述的非循环水冷却系统52主要包括循环水冷却部分的散热片515、水箱521、水箱水泵522、水冷却的进口523和出口524及管路部分525组成的开路结构。其散热片515上的热量主要靠该非循环水冷却系统的非循环冷却水带走。
所述燃料电池堆的运行温度一般在10℃～60℃，所述燃料电池堆的运行温度较好在30℃～55℃，最好在35℃～50℃之间。所述的氢气罐2、供氧风机3直接提供给燃料电池堆1非增湿氢气、空气。
本发明系统中，氢气罐中的氢气和风机提供的空气不用经过增湿直接进入燃料电池堆，燃料电池产生的电能可以经过DC/DC及控制电路调节后直接供给电动机8，电池堆产生的热量由水经过水循环泵携带到散热片，散热片放置到水箱中，水箱中放置的是非循环水，主要靠水泵将外界的低温水源源不断的泵入水箱，并将经过热交换的热水排到水箱外。控制电路板监控整个燃料电池的系统的运行稳定性。
从该系统可以看出，该系统中需要一个开放的冷却水源，不断地移走该系统产生的热量。不难得出以电为动力的水上交通工具将能很好的提供这样的一个工作环境。
而且，我们根据上面的实施例组装了一套20KW燃料电池系统，燃料电池堆能够稳定运行在温度40～45℃之间，此时燃料电池单位面积输出功率为0.5W/cm2(0.6V)。
权利要求
1.一种低温运行燃料电池系统，包括燃料电池堆、供氢装置、供氧装置、氢气循环装置、水冷却循环装置、控制装置，其特征在于所述的水冷却循环装置包括循环水冷却系统和非循环水冷却系统。
2.根据权利要求1所述的一种低温运行燃料电池系统，其特征在于所述的循环水冷却系统包括燃料电池堆内的水冷却通道、电池堆上的水冷却进出口、水冷却外部循环管路、水泵以及散热片组成的闭路部分。
3.根据权利要求1所述的一种低温运行燃料电池系统，其特征在于所述的非循环水冷却系统主要包括循环水冷却部分的散热片、水箱、水泵、水冷却的进口和出口及管路部分组成的开路结构。
4.根据权利要求1所述的一种低温运行燃料电池系统，其特征在于所述燃料电池堆的运行温度一般在10℃～60℃。
5.根据权利要求4所述的一种低温运行燃料电池系统，其特征在于所述燃料电池堆的运行温度较好在30℃～55℃，最好在35℃～50℃之间。
6.根据权利要求1所述的一种低温运行燃料电池系统，其特征在于所述的供氢装置、供氧装置直接提供给燃料电池堆非增湿气体。
7.根据权利要求1所述的一种低温运行燃料电池系统，其特征在于所述的供氢装置包括氢气罐。
8.根据权利要求1所述的一种低温运行燃料电池系统，其特征在于所述的供氧装置包括风机。
9.根据权利要求1所述的一种低温运行燃料电池系统，其特征在于所述的氢气循环装置包括氢气循环泵。
10.根据权利要求1所述的一种低温运行燃料电池系统，其特征在于所述的控制装置包括控制电路及蓄电池。
全文摘要
本发明涉及一种低温运行燃料电池系统，包括燃料电池堆、供氢装置、供氧装置、氢气循环装置、水冷却循环装置、控制装置，所述的水冷却循环装置包括循环水冷却系统和非循环水冷却系统。与现有技术相比，本发明的运行温度比较低，气体无需增湿；系统简单，运行稳定，尤其是电池堆的运行寿命能显著提高；该发明特别适合用做船舶等水上交通工具的动力源，本发明可以充分结合运行环境状况，将外界环境优势同燃料电池系统有机地结合在一起。
文档编号H01M8/00GK1805198SQ20061002359
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者田丙伦 申请人:田丙伦