[发明专利]燃料电池低温启动测试中进行气体预冷降温的系统及方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池低温启动测试中进行气体预冷降温的系统，包括氢气预冷系统(3)和空气预冷系统(4)，所述氢气预冷系统(3)和空气预冷系统(4)均设有密闭环境舱(7)以及设于所述密闭环境舱(7)内的翅片管式蒸发器(8)和制冷装置，所述翅片管式蒸发器(8)设有进气口(10)和出气口(11)，相应气体从进气口(10)进入翅片管式蒸发器(8)，完成预冷降温后从出气口(11)排出。与现有技术相比，本发明具有有效减少气体管路的长度、稳定实现气体降温、适用于不同气体温度需求的测试、满足大跨度范围流量的需求等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池低温启动测试中进行气体预冷降温的系统及方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种通过电化学反应将氢能转化为电能的装置，具有高效、高功率密度、零排放和较低的工作温度等优点，可应用于车辆、移动电源等领域。由于质子交换膜燃料电池在运行时，氢氧发生电化学反应产生大量的水，当环境温度低于零度时会在膜内结冰，严重时甚至会导致膜电极(MEA)穿孔或损伤；以及0℃以下反复的水和冰相变对电池材料与结构带来破坏影响。

质子交换膜燃料电池在低于零度下的启动，被称为低温启动或冷启动。制定合理的停机吹扫与低温启动控制策略，可以有效提高PEMFC在零度环境中运行的寿命，增大PEMFC可使用的地域。现有的低温启动控制策略中大部分采用在环境箱中增长热传导系数较高的管路的方法来对气体进行降温处理，但这会有以下几点缺陷：(1)将热的气体降至所需的低温启动的环境温度，需较长的管路才有可能实现，且随着气体通入的时间增长，后期气体温度无法降至所需温度甚至会增大高低温环境箱的制冷负荷，导致低温启动过程中电堆或系统的温度偏高于启动温度，影响操作人员对反应电堆或系统的低温启动能力的判断；(2)气体管路较长时，可能会对电堆或系统的停机吹扫产生影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的降温管路较长导致后期气体温度无法降至所需温度同时增大高低温环境箱的制冷负荷、影响电堆或系统的停机吹扫的缺陷而提供一种燃料电池低温启动测试中进行气体预冷降温的系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池低温启动测试中进行气体预冷降温的系统，包括氢气预冷系统和空气预冷系统，所述氢气预冷系统和空气预冷系统均设有密闭环境舱以及设于所述密闭环境舱内的翅片管式蒸发器和制冷装置，所述翅片管式蒸发器设有进气口和出气口，相应气体从进气口进入翅片管式蒸发器，完成预冷降温后从出气口排出。

所述氢气预冷系统中翅片管式蒸发器的进气口通过连接管路连接至氢气供应端，出气口通过连接管路连接至燃料电池电堆。

所述空气预冷系统中翅片管式蒸发器的进气口通过连接管路连接至空气供应端，出气口通过连接管路连接至燃料电池电堆。

优选的，所述氢气预冷系统和空气预冷系统上均设有温度传感器。

所述进气口和出气口均延伸出所述密闭环境舱。

优选的，所述氢气预冷系统内设有氢气浓度探测报警器。

优选的，所述翅片管式蒸发器的气体管路涂装有耐腐蚀性涂层。

所述翅片管式蒸发器根据制冷装置的制冷量设置相应长度的气体管路。

一种使用所述燃料电池低温启动测试中进行气体预冷降温的系统的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：氢气供应端输送氢气至氢气预冷系统，制冷装置控制所述氢气预冷系统将氢气降温至试验所需氢气启动温度，空气供应端输送空气至空气预冷系统，制冷装置控制所述空气预冷系统将空气降温至试验所需空气启动温度；