[实用新型]利用石墨板通直流电加热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用于质子交换膜燃料电池冷启动及加热装置。

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。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型提供一种利用石墨板通直流电加热质子交换膜燃料电池冷启动装置，能够在不改变电池结构的情况下，实现电池在较低温度下冷启动成功。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种利用石墨板通直流电加热质子交换膜燃料电池冷启动装置，包括锂电池组、燃料电池堆和锂电池变压片充电器，所述锂电池组与所述燃料电池堆连接；所述燃料电池堆由多个层叠布置的燃料电池片构成；所述燃料电池堆中相邻的两个燃料电池片中，其中一个燃料电池片的正极石墨板上带有水槽的一面与另一个燃料电池片的负极石墨板的光滑面之间设有水槽密封垫片，所述水槽密封垫片的两侧分别设有一铝片，所述铝片的一部分夹在两个燃料电池片之间，所述铝片的另一部分外露于燃料电池片，在所述铝片的外露部分上设有接线柱孔；所述正极石墨板上固定有一热电偶，所述热电偶连接至一温控器，所述温控器为热敏电阻继电器控制器，所述热敏电阻继电器控制器包括电磁继电器，所述热电偶用以测量所述正极石墨板的温度变化，起到控制所述电磁继电器吸合或释放；所述锂电池组与所述热敏电阻继电器控制器之间设有手动控制旁路，该手动控制旁路上设有手动控制开关；所述燃料电池堆通过两个铝片与所述锂电池组和热敏电阻继电器控制器串联后形成第一回路；所述燃料电池堆、锂电池变压片充电器和所述热敏电阻继电器控制器串联后形成第二回路；所述锂电池变压片充电器连接在所述燃料电池堆和所述锂电池组之间。

进一步讲，本实用新型中，所述铝片上设置的接线柱孔用以和导线用螺栓挤压连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

以往在研究质子交换膜燃料电池冷启动过程中，针对如何快速给燃料电池加热，主要考虑到的是加热丝和热水的方式，由于需要改变电池结构增加了电阻，另外，通过发热介质加热燃料电池的速度比较慢。本实用新型从质子交换膜燃料电池冷启动过程的实际解决方案出发，充分利用燃料电池的石墨板本身就是一块理想的发热元器件，通过实验测试石墨板的电阻值和导线的电阻值，设计出本实用新型所特有的自动控制电路。同时，用锂电池组给液氮冷却后的石墨板通电加热，使得石墨板的温升很快，由此证明了本实用新型装置的可行性。实现本实用新型技术方案无需改变电池自身结构，不影响电池工作状况，添加少许的廉价器件，改造成锂电通直流电给石墨板产生欧姆热对冷启动过程中的燃料电池加热，从而实现电池在较低温度下冷启动成功。适用于车载燃料电池冷启动及其它燃料电池启动的应用。

附图说明

图1为本实用新型质子交换膜燃料电池冷启动装置的示意图；

图2为本实用新型中铝片插入燃料电池片后的立体示意图；

图3是图所示铝片插入燃料电池片后的俯视图。

图中：1-燃料电池堆，2-热电偶，3-热敏电阻继电器控制器，4-手动控制开关，5-锂电池组，6-锂电池变压片充电器，7-接线柱孔，8-铝片，91-正极石墨板，92-负极石墨板，10-水槽密封垫片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。