[发明专利]用于燃料电池的加热装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119（a）要求于2012年12月28日提交的韩国专利申请第10-2012-0156289号的权益，其全部内容并入本文以作参考。

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的加热装置和方法，其通过基于内部温度分布适当地对燃料电池加热来减少燃料电池车辆的冷启动时间。

背景技术

通常，在燃料电池车辆中，在冷启动过程中由于电池组的内部温度差异而存在时间延迟。更具体地，当车辆在寒冷的天气状态下启动时，由于冰堵塞和隔板内部温度的差异，非反应低温区域和反应区域的温度同时局部上升。

此外，在单元电池的中央出现最高温度T_max，且在进气口的周围出现最低温度T_min，其中T_min为约-10～-5℃且T_max为约10～30℃，这意味着燃料电池中存在低于零度（T<0℃）的区域（例如，约燃料电池的10～20%）。而且，外部温度越低，单元电池温度的差异越大（最高40℃@T∞=-25℃）。

因此，行业中的一些已经提出对冰冻的燃料电池组进行加热，以减少系统中的冰，但该方法难以确定内部温度分布。这是因为当以均匀的电池组温度分布加热电池组时，电池组的高温区域在低温区域解冻之前被过度加热，这可能在电池组内产生问题。因此，需要开发一种减少冷启动燃料电池车辆所花费的时间并且同时基于内部温度分布而适当地对电池组进行加热的技术。

同时，尽管燃料电池组的内部温度分布是要确定的重要参数，但是由于难以安装优良的内部结构传感器，所以仅仅知晓非常有限的信息。因此，由于难以确定冷启动操作过程中的内部温度，经常是根据出气口的温度来估计内部温度，但这些测量仅仅是估计，并不是基于实际分布，因为目前还没有用于准确确定内部分布的技术。

此外，由于缺乏内部信息且没有针对电池组的内部差异的冷启动技术，大部分技术是实施用于电池组的整个系统的。因此，需要通过准确地查明温度差异来找到低温区域并对其加热，因为供应较多的热能以改进冷启动是一项可能引起内部局部过热相关问题的技术。

在相关的燃料电池组中，包括电解质膜、阳极和阴极的膜电极组件以及布置在膜电极组件两侧的隔板包含在电池组内。在隔板的一侧形成有冷却水通道，并且在隔板的两端分别形成有冷却水进入歧管和冷却水排出歧管。冷却水进入歧管通过连接通道与冷却水通道连接，并且具有水平面对连接通道的第一空间和布置在第一空间的上方并捕获气泡的第二空间。然而，上述结构并不像本领域技术人员想的那样有效地改进燃料电池的可操作性和稳定性。

以上提供的作为本发明相关技术的说明仅仅是为了帮助理解本发明的背景，不应将其理解为包含在本领域技术人员公知的相关技术内。

发明内容

本发明致力于解决上述与现有技术相关的问题，并且本发明的目的是提供通过基于内部温度分布适当地进行加热从而减少冷启动时间的燃料电池用加热方法和装置。

为了实现本发明的目的，用于燃料电池的加热装置包括加热单元或结构，其在隔板的堆叠方向上、与堆叠的隔板的进气侧的上端和下端紧密接触地延伸。

加热装置还可包括紧固带，其跨过加热单元将堆叠的隔板紧固以使隔板保持堆叠。与隔板接触的加热单元的端部可以涂覆有绝缘材料，并且与隔板相反的加热单元的端部也可以涂覆有绝热材料。

歧管部可以整体地形成于或者单独地连接到隔板的进气侧的侧端，并且加热单元可以被连接为与歧管部的顶部和底部以及隔板的进气侧紧密接触，并横向延伸。加热单元可被连接为与歧管部的气道的侧端紧密接触。加热单元可具有在进气方向上增加的加热能力。

附图说明

现在将参考在附图中图示的某些示例性实施方式对本发明的以上和其它特征进行详细说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是示出燃料电池的隔板的温度分布的图；

图2是根据本发明示例性实施方式的用于燃料电池的加热装置的透视图；且

图3至图5是示出根据本发明各个示例性实施方式的用于燃料电池的加热装置的配置的视图。

应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。