燃料电池低温冷启动系统及方法与流程

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1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及燃料电池低温冷启动系统及方法。

背景技术：

2.本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
3.目前燃料电池无任何辅助设备的情况下，如果不进行结构的特殊设计基本上只能在0摄氏度以上才能冷启动成功。燃料电池在无特殊处理或辅助工具的情况中，在低于0℃的工作环境下，阴极侧反应生成的水易结冰导致催化层、扩散层堵塞，阻碍反应的进行，并且水结冰产生的体积变化也会对膜电极组件的结构产生破坏，降低燃料电池性能。现有技术中没有针对该问题的解决方案。

技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种燃料电池低温冷启动系统，用以提高燃料电池进气口温度，快速提高系统温度，保证燃料电池低温冷启动成功率，该系统包括：氢气燃烧换热装置和蓄电池接入控制装置；其中，
5.氢气燃烧换热装置包括燃烧器(1)、热交换器(2)和通气管道(11)，通气管道(11)接入燃料电池(16)；热交换器(2)包裹在通气管道(11)外侧，燃烧器(1)与热交换器(2)连通；所述燃烧器(1)用于燃烧氢气产生热量，以加热贯穿热交换器(2)的通气管道(11)中的气体，加热后的气体对燃料电池(16)进行加热；
6.蓄电池接入控制装置包括蓄电池(17)，蓄电池与燃料电池(16)串联，蓄电池(17)用于向燃料电池(16)放电，以使燃料电池(16)的阴极电解析出氢气，经过化学反应放热。
7.本发明实施例还提供一种燃料电池低温冷启动方法，应用于燃料电池低温冷启动系统，用以提高燃料电池进气口温度，快速提高系统温度，保证燃料电池低温冷启动成功率，该方法包括：
8.通过燃烧器燃烧氢气，产生热量加热热交换器中的气体；
9.加热后的气体对燃料电池进行加热；
10.通过蓄电池向燃料电池放电，电解析出氢气，通过化学反应放热。
11.本发明实施例中，燃料电池低温冷启动系统包括：氢气燃烧换热装置和蓄电池接入控制装置；其中，氢气燃烧换热装置包括燃烧器、热交换器和通气管道，通气管道接入燃料电池；热交换器包裹在通气管道外侧，燃烧器与热交换器连通；所述燃烧器用于燃烧氢气产生热量，以加热贯穿热交换器的通气管道中的气体，加热后的气体对燃料电池进行加热；蓄电池接入控制装置包括蓄电池，蓄电池与燃料电池串联，蓄电池用于向燃料电池放电，以使燃料电池的阴极电解析出氢气，经过化学反应放热。与现有技术相比，通过燃烧器燃烧氢气，产生热量加热热交换器中的气体；加热后的气体对燃料电池进行加热；通过蓄电池向燃料电池放电，电解析出氢气，通过化学反应放热；从而通过在接入蓄电池的同时进行氢气燃
烧传热，增加保温绝热壳，不仅提高进气口气体温度，使燃料电池升温更快，更均匀，还可以防止燃料电池内外温度交换外部，维持燃料电池工作所需的正常温度。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。在附图中：
13.图1为本发明实施例中燃料电池低温冷启动系统的结构示意图；
14.图2为本发明实施例中氢气燃烧换热装置的结构示意图；
15.图3为本发明实施例中氢燃料电池的原理示意图；
16.图4为本发明实施例中燃料电池低温冷启动方法的流程图。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
18.图1为本发明实施例中燃料电池低温冷启动系统的结构示意图，包括：氢气燃烧换热装置101和蓄电池接入控制装置102；其中，
19.氢气燃烧换热装置101包括燃烧器1、热交换器2和通气管道11，通气管道115接入燃料电池16；热交换器2包裹在通气管道11外侧，燃烧器1与热交换器2连通；
20.蓄电池接入控制装置102与燃料电池16串联，蓄电池接入控制装置包括蓄电池17；
21.氢气燃烧换热装置101用于：在燃料电池16低温冷启动时，在燃烧器1内点燃氢气，其中，燃烧的氢气经过热交换器2时，加热通气管道11中的气体，其中，加0热后的通气管道11中的气体进入燃料电池16，对燃料电池16内部结构进行加热；
22.蓄电池接入控制装置102用于：在加热后的气体对燃料电池16内部结构进行加热时，接入蓄电池17，所述接入后的蓄电池17向燃料电池16放电，在燃料电池16阴极电解析出氢气，所述氢气与氧气反应放出热量，达到燃料电池16的工作温度。
23.具体地，氢气燃烧换热装置101通过通气管道11与燃料电池16连接，燃料电池5 16与蓄电池17连接，保温密封装置102包裹在燃料电池16外侧。
24.图2为本发明实施例中氢气燃烧换热装置的结构示意图。
25.在一个实施例中，氢气燃烧换热装置还包括燃烧控制阀门3；
26.燃烧器1设有氢气道10，燃烧控制阀门3设置于氢气道10，所述氢气道10用于通过燃烧控制阀门3将氢气送入燃烧器1。
27.0具体地，氢气燃烧换热装置启动时，燃烧控制阀门3开启，向氢气道10输送氢气；氢气燃烧换热装置关闭时，燃烧控制阀门3关闭，停止向氢气道10输送氢气。
28.在一实施例中，所述燃烧器1还包括氢燃烧喷口4；
29.所述氢燃烧喷口4朝向热交换器2，用于向热交换器2输送燃烧热量。
30.在一实施例中，氢气燃烧换热装置还包括排气口5、风机6、烟囱7、进气口8；5其中，
31.所述排气口5连接燃烧器1，用于排出氢气燃烧产生的废气；
32.所述风机6连接排气口5，用于从排气口5抽取燃烧产生的废气；
33.所述烟囱7连接风机6，用于排出风机6抽取的废气；
34.所述进气口8连接燃烧器1，用于向燃烧器1输送空气。
35.在一实施例中，氢气燃烧换热装置还包括保温材料9；
36.所述保温材料9包裹在燃烧器1和通气管道11外侧，用于隔绝燃烧器1和通气管道11内外温度。
37.具体地，氢气燃烧换热装置从氢气道10通入氢气，开启燃烧控制阀门3，从氢5燃烧喷口4释放氢气并点燃，在燃烧器1中燃烧，加热热交换器2包裹的通气管道11中的气体；氢气燃烧时，风机6开启，从排气口5抽取氢气燃烧产生的废气，并从烟囱7排出抽取的废气，进气口8向燃烧器1输送燃烧所需的空气，并通过外层保温材料9隔绝燃烧器1内外温度。
38.在一实施例中，通气管道11包括第一通气管道12和第二通气管道13；
39.0第一通气管道12，用于向燃料电池输送氢气；
40.第二通气管道13，用于向燃料电池输送氧气；
41.所述燃烧控制阀门3与所述第一通气管道12连通；
42.所述燃烧控制阀门3具体用于：在打开时，将第一通气管道12中的氢气输送至氢气道10。
43.5在一实施例中，燃料电池低温冷启动系统还包括保温密封装置103，所述保温密封装置包围在燃料电池16外侧。
44.在一实施例中，保温密封装置包括保温密封外壳14；
45.所述保温密封外壳14包裹在燃料电池16外侧，用于隔绝燃料电池16内外温度。
46.在一实施例中，保温密封装置还包括多个可控风口15；
47.0所述多个可控风口15连通保温密封外壳14内外侧，用于控制燃料电池16内外空气流量。
48.具体地，通过保温密封外壳14减少燃料电池16启动过程中温度流失，燃料电池16成功启动后，通过保温密封外壳14上的多个可控风口15控制燃料电池16的内外空气流量，进而控制燃料电池16的内部温度。
49.5在一实施例中，蓄电池接入控制装置还包括控制开关18；
50.所述控制开关18连接蓄电池17和燃料电池16；
51.所述控制开关18用于控制蓄电池17和燃料电池16接通或断开。
52.蓄电池接入控制装置用于：在加热后的气体对燃料电池内部结构进行加热时，使控制开关18闭合，接入蓄电池。
53.图3为本发明实施例中氢燃料电池的原理示意图。
54.在一实施例中，燃料电池还包括催化剂19；
55.所述催化剂19与燃料电池16阴极连接，用于催化阴极电解产生的氢气与空气反应。
56.具体地，在加热后气体进入燃料电池16时，闭合控制开关18，燃料电池16的阴极和蓄电池17的负极电解出氢气，所述电解出的氢气与催化剂19反应放出热量，提高燃料电池温度。
57.具体地，燃料电池16还可以包括氢气入口、氢气出口、氧气入口、水出口和质子交换膜；氢气通过第一通气管道12进入燃料电池，氢气中的氢离子通过质子交换膜穿透到阴极侧，借助催化剂与氧气反应，生成水并释放热量。
58.图4为本发明实施例中燃料电池低温冷启动方法的示意图，如图4所示，该方法包括：
59.步骤401，通过燃烧器燃烧氢气，产生热量加热热交换器中的气体；
60.步骤402，加热后的气体对燃料电池进行加热；
61.步骤403，通过蓄电池向燃料电池放电，电解析出氢气，通过化学反应放热。
62.综上所述，本发明实施例中，氢气燃烧换热装置包括燃烧器、热交换器和通气管道，通气管道接入燃料电池；热交换器包裹在通气管道外侧，燃烧器与热交换器连通；所述燃烧器用于燃烧氢气产生热量，以加热贯穿热交换器的通气管道中的气体，加热后的气体对燃料电池进行加热；蓄电池接入控制装置包括蓄电池，蓄电池与燃料电池串联，蓄电池用于向燃料电池放电，以使燃料电池的阴极电解析出氢气，经过化学反应放热。与现有技术相比，通过燃烧器燃烧氢气，产生热量加热热交换器中的气体；加热后的气体对燃料电池进行加热；通过蓄电池向燃料电池放电，电解析出氢气，通过化学反应放热；从而通过在接入蓄电池的同时进行氢气燃烧传热，增加保温绝热壳，不仅提高进气口气体温度，使燃料电池升温更快，更均匀，还可以防止燃料电池内外温度交换外部，维持燃料电池工作所需的正常温度。
63.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，包括：氢气燃烧换热装置和蓄电池接入控制装置；其中，氢气燃烧换热装置包括燃烧器(1)、热交换器(2)和通气管道(11)，通气管道(11)接入燃料电池(16)；热交换器(2)包裹在通气管道(11)外侧，燃烧器(1)与热交换器(2)连通；所述燃烧器(1)用于燃烧氢气产生热量，以加热贯穿热交换器(2)的通气管道(11)中的气体，加热后的气体对燃料电池(16)进行加热；蓄电池接入控制装置包括蓄电池(17)，蓄电池与燃料电池(16)串联，蓄电池(17)用于向燃料电池(16)放电，以使燃料电池(16)的阴极电解析出氢气，经过化学反应放热。2.如权利要求1所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，氢气燃烧换热装置还包括燃烧控制阀门(3)；燃烧器(1)设有氢气道(10)，燃烧控制阀门(3)设置于氢气道(10)，所述氢气道(10)用于通过燃烧控制阀门(3)将氢气送入燃烧器(1)。3.如权利要求2所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，通气管道(11)包括第一通气管道(12)和第二通气管道(13)；第一通气管道(12)，用于向燃料电池(16)输送氢气；第二通气管道(13)，用于向燃料电池(16)输送氧气/空气；所述氢气道(10)与所述第一通气管道(12)连通。4.如权利要求2所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，所述燃烧器(1)还包括氢燃烧喷口(4)；所述氢燃烧喷口(4)朝向热交换器(2)，用于向热交换器(2)输送燃烧热量。5.如权利要求1所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，所述氢气燃烧换热装置还包括排气口(5)、风机(6)、烟囱(7)、进气口(8)；其中所述排气口(5)连接燃烧器(1)，用于排出氢气燃烧产生的废气；所述风机(6)连接排气口(5)，用于从排气口(5)抽取燃烧产生的废气；所述烟囱(7)连接风机(6)，用于排出风机(6)抽取的废气；所述进气口(8)连接燃烧器(1)，用于向燃烧器(1)输送空气。6.如权利要求1所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，所述氢气燃烧换热装置还包括保温材料(9)；所述保温材料(9)包裹在燃烧器(1)和通气管道(11)外侧，用于隔绝燃烧器(1)和通气管道(11)内外温度。7.如权利要求1所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，还包括保温密封装置；其中，所述保温密封装置包围在燃料电池(16)外侧。8.如权利要求7所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，保温密封装置包括保温密封外壳(14)；所述保温密封外壳(14)包裹在燃料电池(16)外侧，用于隔绝燃料电池(16)内外温度。9.如权利要求8所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，保温密封装置还包括多个可控风口(15)；所述多个可控风口(15)连通保温密封外壳(14)内外侧，用于控制燃料电池(16)内外空
气流量。10.如权利要求1所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，所述蓄电池接入控制装置还包括控制开关(18)；所述控制开关(18)连接蓄电池(17)和燃料电池(16)；所述控制开关(18)用于控制蓄电池(17)和燃料电池(16)接通或断开。11.如权利要求1所述的燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，所述燃料电池还包括催化剂(19)；所述催化剂(19)与燃料电池(16)阴极连接，用于催化阴极电解产生的氢气与空气反应。12.一种燃料电池低温冷启动方法，应用于燃料电池低温冷启动系统，其特征在于，包括：通过燃烧器燃烧氢气，产生热量加热热交换器中的气体；加热后的气体对燃料电池进行加热；通过蓄电池向燃料电池放电，电解析出氢气，通过化学反应放热。

技术总结

本发明提供了一种燃料电池低温冷启动系统及方法，其中该系统包括：氢气燃烧换热装置和蓄电池接入控制装置；氢气燃烧换热装置包括燃烧器、热交换器和通气管道，通气管道接入燃料电池；热交换器包裹在通气管道外侧，燃烧器与热交换器连通；所述燃烧器用于燃烧氢气产生热量，以加热贯穿热交换器的通气管道中的气体，加热后的气体对燃料电池进行加热；蓄电池接入控制装置包括蓄电池，蓄电池与燃料电池串联，蓄电池用于向燃料电池放电，以使燃料电池的阴极电解析出氢气，经过化学反应放热。本发明可以控制燃料电池内部温度，提高燃料电池低温冷启动成功率，延长燃料电池寿命。延长燃料电池寿命。延长燃料电池寿命。