燃料电池用融冰系统及融冰方法

文档序号:140318 发布日期:2021-10-22 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 燃料电池用融冰系统及融冰方法 (Ice melting system and ice melting method for fuel cell ) 是由 曲观书 徐云飞 周百慧 杨绍军 张禾 贾能铀 于 2020-04-15 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种燃料电池用融冰系统及融冰方法,其中,该系统包括:电堆、堆氢气输出管路及堆空气输出管路;空气旁通管路,用于对输入电堆前的高压空气进行分流;氢空混排管路,连接于堆氢气输出管路的输出口、堆空气输出管路的输出口及空气旁通管路的输出口;排氢阀,设置于堆氢气输出管路上,并与通过空气旁通管路流至氢空混排管路的高压空气进行热交换。就此,在燃料电池电堆冷启动前,通过控制策略,可在无外加热的基础上使得排氢阀快速融冰,达到低温快速冷启动的目的,保证低温下电堆的顺利发电。而且,还可以减少排氢阀本体与电堆端板之间的热损失。(The invention provides an ice melting system and an ice melting method for a fuel cell, wherein the system comprises: the fuel cell stack comprises a galvanic pile, a pile hydrogen output pipeline and a pile air output pipeline; the air bypass pipeline is used for shunting high-pressure air before the high-pressure air is input into the galvanic pile; the hydrogen-air mixed discharging pipeline is connected with an output port of the pile hydrogen output pipeline, an output port of the pile air output pipeline and an output port of the air bypass pipeline; and the hydrogen discharge valve is arranged on the stack hydrogen output pipeline and exchanges heat with high-pressure air flowing to the hydrogen-air mixed discharge pipeline through the air bypass pipeline. Therefore, before the cold start of the fuel cell stack, the hydrogen discharge valve can melt ice rapidly through a control strategy on the basis of no external heating, the purpose of low-temperature rapid cold start is achieved, and smooth power generation of the stack at low temperature is guaranteed. Moreover, heat loss between the hydrogen discharge valve body and the stack end plate can be reduced.)

燃料电池用融冰系统及融冰方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域,尤其涉及一种燃料电池用融冰系统及融冰方法。

背景技术

燃料电池作为一种高效低污染的清洁能源发电系统,可广泛应用于汽车工业、能源发电、船舶工业等领域中。

质子交换膜燃料电池在催化剂作用下发生电化学反应并生成水。通常情况下,水在阴极侧生成并随大量空气被排出电堆,但仍有部分水由于浓差作用扩散到阳极。阳极水随氢气间歇性经排氢阀排出堆外。

在低温环境下,为尽可能排出系统中的水,通常在关机时会进行冷吹扫。但随着系统温度降至环境温度,会有部分冷凝水析出,导致排氢阀阀体结冰而无法正常工作。低温开机时,若尾排阀结冰,则严重影响开机性能,若一定时间内尾排阀无法破冰,则会导致开机失败。

现有的燃料电池技术中,针对排氢阀结冰问题,专利CN203800126U主要通过加热棒将排氢阀内凝固的冰融化,再通过空压机后的热空气给排氢阀保温。这种方式需要不仅需要消耗较高能量,且借用外加热融冰,不属于发动机自启动范畴,其次,结构设计较复杂。第三,此方法达到融冰目的需要较长时间。

因此,低温冷启前,排氢阀是否能正常工作时冷启动成功至关重要的一步。

发明内容

为了解决上述问题,本发明提供一种燃料电池用融冰系统及融冰方法,其克服了以上技术问题。

为了实现上述目的,本申请第一方面提供了一种燃料电池用融冰系统,所述系统包括:电堆、堆氢气输出管路及堆空气输出管路;而且,还包括:空气旁通管路,用于对输入所述电堆前的高压空气进行分流;氢空混排管路,连接于所述堆氢气输出管路的输出口、所述堆空气输出管路的输出口及所述空气旁通管路的输出口;排氢阀,设置于所述堆氢气输出管路上,并与通过所述空气旁通管路流至所述氢空混排管路的高压空气进行热交换。

可选的,所述排氢阀集成于所述氢空混排管路上。

可选的,所述空气旁通管路包括:依次连接的空压机及旁通阀;其中,所述空压机用于对输入至所述电堆的空气进行压缩增压;所述旁通阀用于启闭所述空气旁通管路。

可选的,还包括:空气输入管路,两端分别连接于所述空压机及所述电堆,用于将经所述空压机输出的高压空气输入至所述电堆。

可选的,还包括:进气控制阀,设置于所述空气输入管路上,用于启闭所述空气输入管路。

可选的,所述进气控制阀包括:节气门。

本申请第二方面提供了一种燃料电池用融冰方法,应用于上述的燃料电池用融冰系统,包括:

S11:空压机上电,并通过开启所述空压机及旁通阀以开启空气旁通管路;而且,通过关闭进气控制阀以关闭空气输入管路;

S12:实时测量所述排氢阀的温度及所述空压机的输出口处的温度;

S13:在确定所述空压机的输出口处的温度不小于所述排氢阀的温度的情况下,通过开启所述进气控制阀以开启所述空气输入管路,并通过逐步关闭所述旁通阀以逐步关闭所述空气旁通管路。

本发明的有益效果为:在燃料电池电堆冷启动前,通过控制策略,可在无外加热的基础上使得排氢阀快速融冰,达到低温快速冷启动的目的,保证低温下电堆的顺利发电。而且,还可以减少排氢阀本体与电堆端板之间的热损失。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1为本发明实施例中燃料电池用融冰系统的结构示意图;

图2为本发明实施例中燃料电池用融冰方法的流程示意图(一);

图3为本发明实施例中燃料电池用融冰系统的结构示意图(二)。

其中,1、空气旁通管路;2、排氢阀;3、电堆;4、氢空混排管路;5、旁通阀;6、进气控制阀;7、空压机;8、堆空气输出管路;9、空气输入管路;10、堆氢气输入管路;11、堆氢气输出管路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解本发明实施例,下面通过几个具体实施例对本发明的结构进行详细的阐述。

具体的,本实施例实现了以下技术效果:在燃料电池电堆3冷启动前,通过控制策略,可在无外加热的基础上使得排氢阀2快速融冰,达到低温快速冷启动的目的,保证低温下电堆3的顺利发电。

根据图1所示,本发明实施例提供了一种燃料电池用融冰系统,包含于燃料电池系统,其中,该燃料电池系统包括该燃料电池用融冰系统及堆氢气输入管路10。

其中,该燃料电池用融冰系统包括:电堆3、堆氢气输出管路11、堆空气输出管路8、空气旁通管路1、氢空混排管路4、排氢阀2及空气输入管路9。

而且,该堆氢气输入管路10及空气输入管路9分别用于为电堆3供给空气和氢气。

堆空气输出管路8和堆氢气输出管路11分别用于排除电堆3中反应过剩的空气及氢气。

此外,该空气旁通管路1连接于该空气输入管路9,该空气旁通管路1用于对输入所述电堆3前的高压空气进行分流;

而且,该氢空混排管路4连接于所述堆氢气输出管路11的输出口、所述堆空气输出管路8的输出口及所述空气旁通管路1的输出口,用于将堆氢气输出管路11中输出的介质、堆空气输出管路8的介质及空气旁通管路1的介质进行混合并排出。当然,在本实施例中,该介质表征为对应管路中流经的流体,如:堆氢气输出管路11中输出的介质为堆氢气输出管路11中流经的空气。

此外,排氢阀2设置于所述堆氢气输出管路11上,而且,该排氢阀2与通过空气旁通管路1流至所述氢空混排管路4的高压空气进行热交换。

当然,在本实施例中,并不对该排气阀与该氢空混排管路4的位置关系进行限定,只需该排氢阀2可与该氢空混排管路4中流通的高压空气进行热交换即可。如:排氢阀2集成于氢空混排管路4上、排氢阀2设置于氢空混排管路4上、排氢阀2设置于所述堆氢气输出管路11上且与氢空混排管路4之间存在间隙。

就此,在燃料电池电堆3冷启动前,通过控制策略,可在无外加热的基础上使得排氢阀2快速融冰,达到低温快速冷启动的目的,保证低温下电堆3的顺利发电。而且,还可以减少排氢阀2本体与电堆3端板之间的热损失。

在另一实施例中,该空气旁通管路1包括:依次连接的空压机7及旁通阀5;其中,所述空压机7用于对输入至所述电堆3的空气进行压缩增压;所述旁通阀5用于启闭所述空气旁通管路1。其中,该空压机7即为空气压缩机。

在另一实施例中,该燃料电池用融冰系统还包括:空气输入管路9,两端分别连接于所述空压机7及所述电堆3,用于将经所述空压机7输出的高压空气输入至所述电堆3。

在另一实施例中,该燃料电池用融冰系统还包括:进气控制阀6,设置于所述空气输入管路9上,用于启闭所述空气输入管路9。

在另一实施例中,该燃料电池用融冰系统还包括:所述进气控制阀6包括:节气门。

当然,在本实施例中还包括控制器,且本实施例中所涉及的阀体均连接于该控制器,而且,该控制器控制这些阀体的启闭。

根据图2所示,在另一实施例中还公开了一种燃料电池用融冰方法,应用于上述的燃料电池用融冰系统,该方法包括:

S11:空压机7上电,并通过开启所述空压机7及旁通阀5以开启空气旁通管路1;而且,通过关闭进气控制阀6以关闭空气输入管路9;

S12:实时测量所述排氢阀2的温度及所述空压机7的输出口处的温度;

S13:在确定所述空压机7的输出口处的温度不小于所述排氢阀2的温度的情况下,通过开启所述进气控制阀6以开启所述空气输入管路9,并通过逐步关闭所述旁通阀5以逐步关闭所述空气旁通管路1。

具体的,根据图3所示,开启电堆3前,先使空压机7及旁通阀5工作,标定此状态下空压机7转速使得空压机7出口温度大于排气阀的温度(T1),此高温气体通过至氢空混排管路4处可加热排氢阀2。通过程序检测排氢阀2工作状态,当排氢阀2可正常工作,进入下一步开机流程。

就此,在燃料电池电堆3冷启动前,通过控制策略,可在无外加热的基础上使得排氢阀2快速融冰,达到低温快速冷启动的目的,保证低温下电堆3的顺利发电。而且,还可以减少排氢阀2本体与电堆3端板之间的热损失。

在本发明的描述中,需要理解的是,方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、低”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制;方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外,需要说明的是,使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件,仅仅是为了便于对相应零部件进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含义,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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