[发明专利]一种提高风冷燃料电池电堆低温环境适应性的装置

说明书

一种提高风冷燃料电池电堆低温环境适应性的装置，包括一个壳体，壳体的一端设置有开口，壳体内沿所述的开口的轴向设置有一个隔板，隔板将壳体的内腔中部分隔为进风通道和排风通道，隔板的一侧、排风通道的入口处设置有电堆，排风通道中设置有风扇，壳体内设置有挡板，挡板上固定连接有转轴，转轴与壳体之间设置有转轴旋转驱动机构。本发明的一种提高风冷燃料电池电堆低温环境适应性的装置将燃料电池自身工作中释放的热量循环利用，无需额外加热，使燃料电池可以在低温环境下维持住较高的运行温度，工作稳定，打破低温环境对风冷燃料电池的限制。进气温度较高，使得燃料电池电堆前后侧温度更均匀，可增长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及风冷燃料电池，具体而言是一种提高风冷燃料电池电堆低温环境适应性的装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种直接把氢气和空气中的氧气的化学能直接转化为电能的装置，具有能量转化效率高，无污染，噪音低，安全可靠等优点，引起人们的广泛关注，在很多领域内得到大范围的应用。现有的燃料电池结构主要分为两类：阴极开放式燃料电池和阴极闭合式燃料电池。阴极闭合式燃料电池具有专门的冷却流道，水泵，散热器，冷却水箱等，系统的环境适应性和稳定性比较好，但是冷却系统极大增加了电堆结构和控制系统的复杂性，一般应用于比较大型的燃料电池系统，比如车用，备用电源等。阴极开放式燃料电池，也就是我们说的风冷燃料电池，通过特殊的结构设计，通过风扇吸入空气，不仅用作燃料电池的反应气，同时还能带走反应产生的热量，对电池进行冷却，将空气供应和系统散热合二为一，简化了系统，特别适合于便携式燃料电池和无人机等对重量比较敏感的应用。但是，这种电池阴极侧空气流的计量比一般较高，有十倍以上甚至上百倍的化学计量比的空气流通过电池得这类燃料电池受使用环境温度影响比较大，尤其在低温环境中，由于吸入了大量的较低温度的空气，导致燃料电池系统散热太多，燃料电池不能维持住适宜的工作温度。燃料电池电堆运行温度过低时，燃料电池空气测产生的水分不能及时排出阴极造成阴极水淹，导致性能下降甚至反极，甚至会造成阴极侧结冰，使得燃料电池低温下无法长时间运行。目前报道的空冷类燃料电池产品使用环境温度大多都在0-40℃，不能满足低温环境下的使用。另外，即使在零摄氏度以上，如果室温较低的时候，比如低于10℃，风冷燃料电池电堆由于空气进气温度低，会导致电堆空气进气侧和出气侧温度不均匀，电堆温度不均匀，不仅会影响燃料电池的性能输出，更会损害燃料电池的寿命。智慧能量有限公司提交得专利WO2014/184549A1曾提到利用等离子放电风机多次改变电堆开放阴极的排出气来给电堆预热，以及CN104662722A提到利用多组风机改变电堆阴极的进气和出气，循环多次，可以给电堆预热。但是，两个专利中所提及的电堆阴极冷却空气导管被同时用来输入新鲜空气和返回预热后的循环空气，容易导致阴极侧气流不匀称，电堆内部阴极侧各处浓度相差比较大，影响电堆性能和寿命。并且为了实现该功能，需要多组风机组配合，结构很复杂，不适用于功率比较小、仅有1-2个小风机的便携式燃料电池系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高风冷燃料电池电堆低温环境适应性的装置，所述的这种提高风冷燃料电池电堆低温环境适应性的装置要解决现有技术中风冷燃料电池在低温环境中无法长时间运行的技术问题。

本发明的一种提高风冷燃料电池电堆低温环境适应性的装置，包括一个壳体，壳体的一端设置有开口，壳体内沿所述的开口的轴向设置有一个隔板，隔板将壳体的内腔中部分隔为进风通道和排风通道，隔板的一侧、排风通道的入口处设置有电堆，电堆的进气口与壳体的封闭端相向设置并与进风通道连通，排风通道中设置有风扇，壳体内设置有挡板，挡板位于隔板与壳体的开口之间，挡板上固定连接有转轴，转轴垂直于壳体的开口的轴向，转轴与壳体连接，转轴与壳体之间设置有转轴旋转驱动机构。

进一步的，所述的转轴旋转驱动机构包括控制器和电机，所述的电机与壳体相对固定设置，转轴通过传动机构与电机的输出轴连接，电机的控制端与所述的控制器的信号输出端连接，壳体外设置有温度传感器，所述的温度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端连接。