[实用新型]一种燃料电池系统的热管理系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池系统的热管理系 统。

背景技术

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的 发电装置。常见的两种燃料电池为质子交换膜燃料电池(PEMFC)和固体氧 化物燃料电池(SOFC)。质子交换膜燃料电池通常使用氢气之类的气体作为 燃料，其在较低的温度下就可以将化学能转化为电能。固体氧化物燃料电池 则基于高温反应过程进行能量转化，它通常可以使用各种不同高浓度的气体 燃料，比如说一氧化碳、氢气。

SOFCs很大的一个优势在于：产生电能的气体燃料可以从酒精、汽油、 柴油、天然气、甚至生物质或煤等各种物质中获得。这些物质可以在一个燃 料重整反应装置中进行气化，从而可以产生丰富的一氧化碳和氢气。该燃料 重整反应装置中包含催化剂，该催化剂使得燃料气体反应产生一氧化碳和氢 气。

大多SOFCs在陶瓷基片上进行制造，为两维的平板式结构。平板式 SOFCs的多个平板堆叠在一起成为一个电池堆。平板式SOFCs的最大的缺陷 在于陶瓷基片单元容易破裂。虽然，在一定程度上，可以通过减缓加热或者 冷却陶瓷基片的时间来减少这种破裂的可能；但是如果这样的话，产生电能 的过程将花费很长的时间，比如若干小时或者若干天。

为了克服上述热膨胀导致的破裂问题，管式燃料电池逐渐发展起来。这 种管式燃料电池的管子比较小，比如长度为50mm或60mm、外径为4mm至 6mm、内径为3mm至4mm。管子的基本材料可以是纯陶瓷，或者含有较 多镍的类金属。这种含有较多镍的类金属使得气体或者气体离子扩散更方便。 在管子的内壁和外壁涂有涂层，这些涂层形成了燃料电池的阳极和阴极。

请参图1所示的一种管式燃料电池。该管式燃料电池由阳极层、阴极层 以及两极之间的电解质层组成。在阳极层一侧通入H2或者其他燃料气体， 在阴极层一侧通进O2或者包含O2的空气。

SOFCs工作的时候，需要燃料气体保持一定的浓度；同样的，氧气或者 包含氧气的空气也需要保持一定的浓度。所以，持续均匀浓度的燃料气体和 氧气/空气对于SOFCs的正常工作来讲，是非常重要的。

另外，SOFCs启动工作需要较高的温度；通常，该温度需要超过600摄 氏度。一个典型的工作温度区间为600～850摄氏度。如果低于600摄氏度， 该固体氧化物燃料电池将无法正常工作。但是，随着SOFCs输出的电能增大， 其产生的废热能也越多，电池本身的温度也升高的越多，此时又需要通过某 种方式对其进行降温处理以防止电池过热。所以，如何对燃料电池系统进行 热管理是当前需要解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种燃料电池系统热管理系统。

该燃料电池系统包括燃料电池堆，该燃料电池堆系统还包括收容燃料电 池堆的收容部，助燃气体温度调节装置；该助燃气体温度调节装置对通入燃 料电池堆的助燃气体的温度进行调节；所述调节了温度的助燃气体和所述收 容部中的所述燃料电池堆进行热交换，使燃料电池堆温度在各工作阶段处于 预设的温度范围内。

本实用新型燃料电池系统具有很好的热管理能力，能很好的利用废热能、 废燃料气体，并且能很好的对燃料电池进行热管理。

附图说明

图1是现有的一种管式燃料电池示意图。

图2是本实用新型一种燃料电池系统结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种燃料电池系统的热管理系统。该燃料电池系统包括 燃料电池堆，该燃料电池堆系统还包括收容燃料电池堆的收容部，助燃气体 温度调节装置；该助燃气体温度调节装置对通入燃料电池堆的助燃气体的温 度进行调节；所述调节了温度的助燃气体和所述收容部中的所述燃料电池堆 进行热交换，使燃料电池堆温度在各工作阶段处于预设的温度范围内。该燃 料电池系统热管理方法能很好的利用废热能、废燃料气体。以下通过燃料电 池系统启动阶段、工作阶段和停止工作阶段三个方面来详细说明。

(一)、燃料电池系统启动阶段

初始，燃料电池堆的温度达不到启动工作所需要的高温条件。为了使其 温度能上升到启动工作所需的最低温度，本实用新型实施例采用高温度的助 燃气体流与燃料电池堆充分进行热交换，从而加热该燃料电池堆，使其达到 启动工作所需要的最低温度。