[发明专利]一种自增湿燃料电池电堆无损启动系统及方法

说明书

本发明公开了一种自增湿燃料电池电堆无损启动系统，包括氢气瓶、进口管路、出口管路及增湿回流管路，所述氢气瓶与进口管路的入口连通，进口管路的出口与燃料电池的氢气入口连接，燃料电池的氢气出口与出口管路的入口连接，出口管路与增湿回流管路的入口连通，增湿回流管路的出口与进口管路连通；在增湿回流管路上配置有氢气循环泵和气水分离器，气水分离器内装有去离子水，去离子水的液面高度高于进入气水分离器的入口高度。本发明还提供了一种自增湿燃料电池电堆无损启动方法。本发明的有益效果为：本发明加湿氢气，可在自增湿燃料电池电堆启动前降低电堆的内阻，实现在自增湿燃料电池电堆无损启动并正常运行。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种自增湿燃料电池系统无损启动方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是将燃料中含有的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有操作温度低、电流密度大、启动速度快、适用于交通运输等非连续操作的优点。燃料电池的水管理问题被认为是PEMFC运行过程中的关键问题之一。燃料电池的质子交换膜在工作状态必须含有足够的水分，水对电池性能的强烈影响是由全氟磺酸(PFSA)膜的质子电导率依赖于其含水量引起的。膜的质子电导率随离聚物水化程度的增加而增加，这也是低相对湿度(RH)时氧还原反应(ORR)动力学降低的原因。因此，适当的气体加湿，可使质子交换膜能展现出较高的质子传导能力，燃料电池电堆也能极大地发挥出其高的能量转换效率。

然而，燃料电池未充分加湿时质子交换膜处于干燥状态，膜的质子传导能力会大大降低，严重时会降低电堆的性能，导致不可逆的电压损失；过分加湿时燃料电池中的水太多则会导致水淹，膜电极被淹没，导致气体无法进入催化层，阻碍了电池反应的进行。上述两种状态均会导致燃料电池电堆难以正常启动。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种自增湿燃料电池系统无损启动方法。

本发明采用的技术方案为：一种自增湿燃料电池电堆无损启动系统，包括氢气瓶、进口管路、出口管路及增湿回流管路，所述氢气瓶与进口管路的入口连通，进口管路的出口与燃料电池的氢气入口连接，燃料电池的氢气出口与出口管路的入口连接，出口管路与增湿回流管路的入口连通，增湿回流管路的出口与进口管路连通；在增湿回流管路上配置有氢气循环泵和气水分离器，气水分离器内装有去离子水，去离子水的液面高度高于进入气水分离器的入口高度。

按上述方案，在进口管路的出口处及出口管路的入口处分别配置有用于检测管路内流体温度及压力的传感器。

按上述方案，所述气水分离器内设有用于加热去离子水的加热套。

按上述方案，所述气水分离器的底部通过管路连接有储水装置，储水装置与外设管路连通，外设管路上配置有阀门。

按上述方案，所述进口管路上配置有比例阀和减压阀。

本发明还提供了一种自增湿燃料电池电堆无损启动方法，包括以下步骤：

步骤一、提供如上所述无损启动系统并装配；

步骤二、向气水分离器中注入去离子水，保证去离子水的液面高度高于进入气水分离器的入口高度；

步骤三、燃料电池电堆引出外电路，外电路安装电阻仪，记录燃料电池电堆的初始内阻；

步骤四、打开各管路阀门，启动所述无损启动系统；

步骤五、调节氢气进气压力；

步骤六、调节氢气循环泵的转速，在氮气条件下对电堆进行循环加湿；

步骤七、循环加湿一段时间后，记录在不同时间下燃料电堆的内阻值；当电阻仪显示的当前示数不超过燃料电池电堆电阻的30％时，燃料电池电堆可实现无损启动。