[发明专利]燃料电池系统及其快速启动方法

说明书

燃料电池系统，包括燃料电池电堆，所述燃料电池电堆包括两个端板和依次堆叠于其中的一个以上的单体电池，所述单体电池包括双极板和夹持于双极板之间、或极板与双极板之间的膜电极，所述燃料电池系统还包括电堆辅助加热部件以及一根或一根以上的热管；所述热管的冷凝端插入所述端板和/或所述双极板中，所述电堆辅助加热部件为所述热管的蒸发端提供热量。根据本发明设计，可以有效解决高温重整燃料电池系统由于电池电堆加热速率较慢而导致的系统启动时间较长和传统加热方式导致的电池电堆受热不均匀等问题，使燃料电池电堆在较短时间内均匀升温至工作温度，解除燃料电池系统由于启动时间过长而受到的限制，从而使其更加适用于车用动力设备等领域。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体的说涉及一种具有快速启动功能的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种通过化学反应将储存在化合物燃料中的化学能直接转化为电能的装置。质子交换膜燃料电池通常由阳极、阴极及质子交换膜组成。在电池运行过程中，燃料在阳极催化剂表面发生氧化反应生成质子和电子，质子通过质子交换膜到达阴极，氧气在阴极催化剂表面与质子发生还原反应生成水，电子则通过外电路做功到达阴极。

燃料电池系统启动过程需将电池电堆加热至工作温度方可进行电池电堆放电，但由于其工作温度一般高于室温，尤其对于高温重整燃料电池更是如此，由于其工作温度较高，电池电堆加热所需时间较长，导致燃料电池系统的启动需要一定的时间，甚至较长的时间，使燃料电池系统的应用领域受到一定限制。

中国专利CN105449242A公开了一种车载金属双极板燃料电池低温启动控制系统及方法，其主要技术内容为一方面对金属双极板通电产生热能，另一方面通过空压机输入热空气产生热能，该技术方案在一定程度上对燃料电池的低温启动起到了一定的效果，但上述技术方案存在对金属双极板进行通电及输入热空气时会对电极催化剂产生影响，加速催化剂的老化速度，该发明对金属双极板有所限制且过程中需要消耗大量外部能量。

中国专利CN101447580A公开一种0℃以下快速启动的质子交换膜燃料电池，该发明在端板的紧靠集流板的侧面分布有凹沟槽，凹沟槽中密封铺设有电加热丝，并利用外加电源对电加热丝进行加热。电加热丝加热一方面加热温度不可控，需要复杂的温度检测与控制装置，另一方面其电加热丝加热必须依附于外部电能，消耗外部额外能量。

发明内容

本发明的目的是为了解决燃料电池系统启动过程中电堆加热速率较慢，系统启动时间长，并且传统加热方式导致电池电堆受热不均匀等问题，提出一种燃料电池系统及其快速启动方法，有效减短燃料电池系统的启动时间并使电池电堆均匀受热，提高电池电堆的使用寿命。

本发明采用以下具体方式来实现：

燃料电池系统，包括燃料电池电堆或单体电池，所述燃料电池电堆包括两个端板、两个极板和依次层叠于两个极板之间的二个以上的单体电池，所述单体电池包括双极板和夹持于双极板之间、或极板与双极板之间的膜电极，所述燃料电池系统包括电堆辅助加热部件，同时还包括一根或二根以上的热管；所述热管的冷凝端插入端板、极板、或双极板中的一个或二个以上之中，所述电堆辅助加热部件为所述热管的蒸发端提供热量。

所述电堆辅助加热部件为电加热器、或为燃料重整器。

所述燃料电池电堆为带燃料重整器的高温质子交换膜电池电堆，所述电堆辅助加热部件为燃料重整器，热管的蒸发端插入燃料重整器尾气排出管内或与尾气排出管相贴接,由燃料重整器尾气废热为热管的蒸发端提供热量。

所述燃料电池电堆为低温质子交换膜电池电堆，所述电堆辅助加热部件为电加热器，电加热器为电加热片、电加热管、电加热棒、电加热丝或电加热带中的一种或二种以上,热管的蒸发端与电加热器相贴接,由电加热器为热管的蒸发端提供热量。