[实用新型]一种无接触式质子交换膜燃料电池冷启动装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电池启动装置，特别是一种无接触式质子交换膜燃料电池冷启动装置。

背景技术

日益增加的能源消耗需求与日益枯竭的化石能源之间的矛盾近年来越发凸显。燃料电池作为一种清洁能源转化装置，将化学能直接转化为电能，因而具有较高的能源转化效率。在众多燃料电池中，质子交换膜燃料电池具有能量密度高、工作温度低、无污染物排放等优点，成为世界各国研究的热点。但是，质子交换膜燃料电池的冷启动能力是其商业化进程中的主要瓶颈技术之一。目前质子交换膜燃料电池冷启动问题的解决方案主要有以下几种：1)在电池内部布置电加热丝，例如把电加热丝布置在膜电极表面或集流板外侧；2)在电池外部增加循环水加热系统，在冷启动之前或启动过程中对电池进行加热；3)充分利用电池内电化学反应释放的热量，实现燃料电池的自启动。就前两种方法而言，一是需要对电池结构进行改造，二是电加热丝的布置会增加电池内阻，降低电池性能，甚至破坏膜电极。针对第三种方法，研究表明利用电化学反应热的冷启动方式只能在较高温度(约-5-0℃)下启动成功，这种启动方式在燃料电池实际应用方面是不能满足要求的。因此，提高质子交换膜燃料电池冷启动能力的技术还有待开发。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种无接触式质子交换膜燃料电池冷启动装置，该装置能够在不改变电池结构的情况下，实现电池在较低温度下的冷启动。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种无接触式质子交换膜燃料电池冷启动装置，包括依次连接的直流电源、微波发生器、微波输出器和微波加热器，所述微波加热器对位于其外部的所述质子交换膜燃料电池进行无接触的微波加热。

所述微波加热器为单脊型微波加热器，所述单脊型微波加热器的脊位处于窄边，在所述单脊型微波加热器的宽边上设有与波导轴正交的条状微波发射口，所述条状微波发射口与所述质子交换膜燃料电池的膜电极相对。

所述质子交换膜燃料电池为电池堆，所述电池堆采用由多个质子交换膜燃料电池单体串联组成的汉堡式结构，所述单脊型微波加热器的长度与所述电池堆的长度相等，在所述单脊型微波加热器上均布有若干个所述条状微波发射口，每个所述条状微波发射口与一个所述质子交换膜燃料电池单体的膜电极相对。

所述微波发生器设有冷却风扇，所述冷却风扇由所述直流电源供电。

所述直流电源采用车载直流电源，所述冷却风扇采用小型风扇，所述微波发生器采用磁控管。

本实用新型具有的优点和积极效果是：从不影响电池自身结构和电池正常工作状态出发，利用微波加热原理，对冷启动过程中的燃料电池加热，一方面无需改变电池结构，不影响电池工作性能，另一方面，更好地解决了燃料电池在更低温度下的启动问题，促进了质子交换膜燃料电池的商业化进程。同时，单脊型微波加热器对薄片状或线状物体有高效的加热速率；再者，车载直流电源可以满足微波发生器的供电要求，微波发生器体积小，微波加热效率高，整个冷启动系统所占空间小。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的单脊型微波加热器的仰视图；

图3为图2的仰视图；

图4为本实用新型的单脊型微波加热器与燃料电池堆的相对位置图。

图中：1、直流电源，2、冷却风扇，3、微波发生器，4、微波输出器，5、单脊型微波加热器，6、质子交换膜燃料电池堆，7、条状微波发射口。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图4，一种无接触式质子交换膜燃料电池冷启动装置，包括依次连接的直流电源1、微波发生器3、微波输出器4和微波加热器5，所述微波加热器5对位于其外部的所述质子交换膜燃料电池6进行无接触的微波加热。

质子交换膜燃料电池在低温(如-20℃)下启动时，化学反应生成的水会在膜电极位置形成冰，而冰又会阻碍反应气体的扩散，造成电池无法运行。众所周知，水或者冰是吸收微波最强的物质，因此将微波应用于燃料电池的冷启动过程，能起到快速融冰的效果，保证冷启动成功。