[发明专利]一种PEM燃料电池低温启动的快速升温装置

说明书

本发明以质子交换膜燃料电池电堆‑20℃启动为例，公开了一种PEM燃料电池低温启动的快速升温装置，该装置主要由控制系统和加热系统两个系统组成。当电堆系统控制器判定电堆温度低于20℃时，温度控制器得到指令，加热装置启动，低温冷却剂在加压泵施加的压力作用下经管道进入加热腔，在加热腔里经镍铬合金加热丝组加热迅速升温，升温后的高温冷却剂由高温冷却剂出口通道进入燃料电池电堆进行循环，并迅速将温度传递给双极板，带动单池升温，随着冷却剂循环系统的运行，整个燃料电池电堆的温度得到迅速提高。本发明能够迅速提高质子交换膜燃料电池电堆启动温度，有效避免了电池低温启动中造成的不可逆性损伤。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种用于PEM燃料电池低温启动的快速升温装置。

背景技术

随着存储量有限的化石燃料等传统能源的不断消耗与全球气候逐渐变暖，节约能源与保护环境已成为人类社会可持续发展战略的核心，是影响当前世界各国能源决策和科技导向的关键因素。作为一种拥有巨大潜力的新能源，燃料电池能量转化效率可高达40%-60%，其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有能量密度高、工作温度低、零排放等优点，成为世界各国研究的热点，并已应用于固定式发电、移动电源及车载电源等方面。

质子交换膜燃料电池作为车用动力必须要经受启停、冷启动(或零下启动)、高电位、电压循环等复杂工况和严苛环境的考验，其中冷启动工况是燃料电池汽车冬季运行的最大挑战。美国能源部在2010年针对燃料电池零下气温环境的启动过程提出了具体的技术指标：在-20℃温度条件下，燃料电池在启动后30s内达到额定功率的90%。实现这项技术指标的难点在于燃料电池零下启动过程中可能出现电压骤降的现象，导致零下启动失败；并且随启动电流的增大，电池电压骤降的幅度也随之增加。而当燃料电池的工作温度在零度以下时，水极易生成冰，从而阻塞或覆盖用于气体传输的催化层和扩散层的孔隙，甚至破坏电池内部结构，大幅降低燃料电池工作寿命。因此如何从零下温度快速将电池升温到零上温度，使电池正常启动，也就是燃料电池零下冷启动，成为学术界和产业界亟需攻克的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种PEM燃料电池低温启动的快速升温装置，提高质子交换膜燃料电池启动速率，降低质子交换膜不可逆损伤程度，进而提高燃料电池寿命。