利用石墨板通直流電加熱質子交換膜燃料電池冷啟動裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種利用石墨板通直流電加熱質子交換膜燃料電池冷啟動裝置，包括鋰電池組、燃料電池堆和變壓片充電器；燃料電池堆由多個層疊布置的燃料電池片構成；燃料電池堆中相鄰的兩個燃料電池片之間設有水槽密封墊片，水槽密封墊片的兩側分別設有一鋁片，鋁片的一部分夾在兩個燃料電池片之間，鋁片的另一部分外露于燃料電池片，在鋁片的外露部分上設有接線柱孔；正極石墨板上固定有一熱電偶，熱電偶連接至一溫控器，鋰電池組與溫控器之間設有手動控制旁路；燃料電池堆通過兩個鋁片與鋰電池組和溫控器串聯后形成第一回路；燃料電池堆、變壓片充電器和溫控器串聯后形成第二回路。能夠在不改變電池結構的情況下，實現電池在較低溫度下冷啟動成功。

Cold starting device of proton exchange membrane fuel cell using graphite plate direct current heating

The invention discloses a DC electric heating of proton exchange membrane fuel cell using cold start device graphite plate, including lithium battery, fuel cell stack and pressure piece charger; fuel cell stack composed of a plurality of fuel cell stack arrangement; tank sealing gasket is arranged between the two fuel cell fuel cell stack adjacent the tank on both sides of the sealing gasket are respectively provided with an aluminum sheet, a part of aluminum sheet sandwiched between two fuel cell sheet, aluminum sheet exposed to another part of the fuel cell, with terminal holes in the exposed part of the aluminum sheet; a thermocouple fixed positive graphite plate, a thermocouple connected to a thermostat, manual control bypass is arranged between the lithium battery and thermostat; fuel cell stack through two pieces of aluminum and lithium batteries and temperature control devices are connected in series to form a loop; fuel cell stack, A second circuit is formed after the pressure transformer charger and the temperature controller are connected in series. The battery can be successfully cooled at lower temperature without changing the battery structure.

【技術實現步驟摘要】
利用石墨板通直流電加熱質子交換膜燃料電池冷啟動裝置
本專利技術涉及一種用于質子交換膜燃料電池冷啟動及加熱裝置。
技術介紹
日益增加的能源消耗需求與日益枯竭的化石能源之間的矛盾近年來越發凸顯。燃料電池作為一種清潔能源轉化裝置,將化學能直接轉化為電能，因而具有較高的能源轉化效率。在眾多燃料電池中，質子交換膜燃料電池具有能量密度高、工作溫度低、無污染物排放等優點，成為世界各國研究的熱點。但是，質子交換膜燃料電池的冷啟動能力是其商業化進程中的主要瓶頸技術之一。目前質子交換膜燃料電池冷啟動問題的解決方案主要有以下幾種：1.在電池內部布置電加熱絲，例如把電加熱絲布置在膜電極表面或集流板外側；2.在電池外部加循環水加熱系統，在冷啟動之前或啟動過程中對電池進行加熱；3.充分利用電池內電化學反應釋放的熱量，實現燃料電池的自啟動。就前兩種方法而言，一是需要對電池結構進行改造，二是電加熱絲的布置會增加電池內阻，降低電池性能，甚至破壞膜電極。針對第三種方法，研究表明利用電化學反應熱的冷啟動方式只能在較高溫度(約-5-0℃)下啟動成功，這種啟動方式在燃料電池實際應用方面是不能滿足要求的。因此，提高質子交換膜燃料電池冷啟動能力的技術還有待開發。
技術實現思路
針對上述現有技術，本專利技術提供一種利用石墨板通直流電加熱質子交換膜燃料電池冷啟動裝置，能夠在不改變電池結構的情況下，實現電池在較低溫度下冷啟動成功。為了解決上述技術問題，本專利技術提出的一種利用石墨板通直流電加熱質子交換膜燃料電池冷啟動裝置，包括鋰電池組、燃料電池堆和鋰電池變壓片充電器，所述鋰電池組與所述燃料電池堆連接；所述燃料電池堆由多個層疊布置的燃料電池片構成；所述燃料電池堆中相鄰的兩個燃料電池片中，其中一個燃料電池片的正極石墨板上帶有水槽的一面與另一個燃料電池片的負極石墨板的光滑面之間設有水槽密封墊片，所述水槽密封墊片的兩側分別設有一鋁片，所述鋁片的一部分夾在兩個燃料電池片之間，所述鋁片的另一部分外露于燃料電池片，在所述鋁片的外露部分上設有接線柱孔；所述正極石墨板上固定有一熱電偶，所述熱電偶連接至一溫控器，所述溫控器為熱敏電阻繼電器控制器，所述熱敏電阻繼電器控制器包括電磁繼電器，所述熱電偶用以測量所述正極石墨板的溫度變化，起到控制所述電磁繼電器吸合或釋放；所述鋰電池組與所述熱敏電阻繼電器控制器之間設有手動控制旁路，該手動控制旁路上設有手動控制開關；所述燃料電池堆通過兩個鋁片與所述鋰電池組和熱敏電阻繼電器控制器串聯后形成第一回路；所述燃料電池堆、鋰電池變壓片充電器和所述熱敏電阻繼電器控制器串聯后形成第二回路；所述鋰電池變壓片充電器連接在所述燃料電池堆和所述鋰電池組之間。進一步講，本專利技術中，所述鋁片上設置的接線柱孔用以和導線用螺栓擠壓連接。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：以往在研究質子交換膜燃料電池冷啟動過程中，針對如何快速給燃料電池加熱，主要考慮到的是加熱絲和熱水的方式，由于需要改變電池結構增加了電阻，另外，通過發熱介質加熱燃料電池的速度比較慢。本專利技術從質子交換膜燃料電池冷啟動過程的實際解決方案出發，充分利用燃料電池的石墨板本身就是一塊理想的發熱元器件，通過實驗測試石墨板的電阻值和導線的電阻值，設計出本專利技術所特有的自動控制電路。同時，用鋰電池組給液氮冷卻后的石墨板通電加熱，使得石墨板的溫升很快，由此證明了本專利技術裝置的可行性。實現本專利技術技術方案無需改變電池自身結構，不影響電池工作狀況，添加少許的廉價器件，改造成鋰電通直流電給石墨板產生歐姆熱對冷啟動過程中的燃料電池加熱，從而實現電池在較低溫度下冷啟動成功。適用于車載燃料電池冷啟動及其它燃料電池啟動的應用。附圖說明圖1為本專利技術質子交換膜燃料電池冷啟動裝置的示意圖；圖2為本專利技術中鋁片插入燃料電池片后的立體示意圖；圖3是圖所示鋁片插入燃料電池片后的俯視圖。圖中：1-燃料電池堆，2-熱電偶，3-熱敏電阻繼電器控制器，4-手動控制開關，5-鋰電池組，6-鋰電池變壓片充電器，7-接線柱孔，8-鋁片，91-正極石墨板，92-負極石墨板，10-水槽密封墊片。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術技術方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本專利技術進行解釋說明，并不用以限制本專利技術。本專利技術的設計思路是，燃料電池中不可或缺的一個組件是流道石墨板，它用來供應氫氣或者空氣并且傳導電流和熱量。因此，作為導體，石墨板的電阻比較小，但是相比于銅線鋁線這類良導體，在串聯電路中，石墨板依然可以作為具有阻值的發熱元件。而且由于石墨板的電阻值比較小，所以在一定的電壓下產生的發熱功率相對較大。在燃料電池的實際應用中，給石墨板直接通直流電，可以快速方便的實現冷啟動。其一，由于發熱元件采用燃料電池部件，因此不需要改動燃料電池結構，具有簡單高效的優勢。其二，加熱方式所需要的附件便宜易得，降低了燃料電池冷啟動的成本。其三，可以由燃料電池通過鋰電池變壓片充電器給鋰電池組充電，實現燃料電池系統的自主性。如圖1所示，本專利技術提出的一種利用石墨板通直流電加熱質子交換膜燃料電池冷啟動裝置，包括鋰電池組5、燃料電池堆1、熱電偶2、溫控器和手動控制開關4，以及燃料電池堆1為鋰電池組5充電的鋰電池變壓片充電器6，所述鋰電池組5與所述燃料電池堆1連接。所述燃料電池堆1由多個層疊布置的燃料電池片構成。所述燃料電池堆1中相鄰的兩個燃料電池片中，其中一個燃料電池片的正極石墨板91上帶有水槽的一面與另一個燃料電池片的負極石墨板92的光滑面之間設有水槽密封墊片10，所述水槽密封墊片10的兩側分別設有一鋁片8，所述鋁片8的一部分夾在兩個燃料電池片之間，所述鋁片8的另一部分外露于燃料電池片，如圖2所示，為了減少接觸電阻，在鋁片8的外露部分上開一個接線柱孔7，將銅導線和鋁片8用螺栓擠壓到一起，同時為了減少導線的電阻，銅導線不宜過長。如圖3所示，本專利技術中，采用電阻比石墨板電阻小的鋁片8，在裝配燃料電池堆1時，將鋁片8和水槽密封墊片10擠壓在相鄰兩個燃料電池片的正極石墨板91和負極石墨板92之間。這兩塊石墨板不是一組燃料電池片空氣流道石墨板和氫氣流道石墨板而是相鄰兩塊燃料電池片的空氣流道石墨板(正極石墨板91)和氫氣流道石墨板(負極石墨板92)。這樣做的目的是為了防止鋁片8造成同一燃料電池片的正負極短接產生的危害。如圖1所示，所述熱電偶2與所述正極石墨板91固定，所述熱電偶2連接至所述溫控器，所述溫控器為熱敏電阻繼電器控制器3，所述熱敏電阻繼電器控制器3包括電磁繼電器，所述熱電偶2用以測量所述正極石墨板91的溫度變化，起到控制所述電磁繼電器吸合或釋放。所述鋰電池組5與所述熱敏電阻繼電器控制器3之間設有手動控制旁路，所述手動控制開關4設置在該手動控制旁路上。所述燃料電池堆1通過上述兩個鋁片8與所述鋰電池組5和熱敏電阻繼電器控制器3串聯后形成第一回路，如圖1中的雙點劃線所示；所述燃料電池堆1、鋰電池變壓片充電器6和所述熱敏電阻繼電器控制器3串聯后形成第二回路，如圖1中的虛線和與虛線連接的雙點劃線所示；所述鋰電池變壓片充電器6連接在所述燃料電池堆1和所述鋰電池組5之間，如圖1中的實線所示。本專利技術中，考慮到熱電偶2測溫過冷度的問題并且結合熱敏電阻繼電器控制器3測溫精度0.5℃的問題，設定熱敏電阻繼電器控制器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用石墨板通直流電加熱質子交換膜燃料電池冷啟動裝置，包括鋰電池組(5)、燃料電池堆(1)和鋰電池變壓片充電器(6)，所述鋰電池組(5)與所述燃料電池堆(1)連接；所述燃料電池堆(1)由多個層疊布置的燃料電池片構成；其特征在于：所述燃料電池堆(1)中相鄰的兩個燃料電池片中，其中一個燃料電池片的正極石墨板(91)上帶有水槽的一面與另一個燃料電池片的負極石墨板(92)的光滑面之間設有水槽密封墊片(10)，所述水槽密封墊片(10)的兩側分別設有一鋁片(8)，所述鋁片(8)的一部分夾在兩個燃料電池片之間，所述鋁片(8)的另一部分外露于燃料電池片，在所述鋁片(8)的外露部分上設有接線柱孔(7)；所述正極石墨板(91)上固定有一熱電偶(2)，所述熱電偶(2)連接至一溫控器，所述溫控器為熱敏電阻繼電器控制器(3)，所述熱敏電阻繼電器控制器(3)包括電磁繼電器，所述熱電偶(2)用以測量所述正極石墨板(91)的溫度變化，起到控制所述電磁繼電器吸合或釋放；所述鋰電池組(5)與所述熱敏電阻繼電器控制器(3)之間設有手動控制旁路，該手動控制旁路上設有手動控制開關(4)；所述燃料電池堆(1)通過兩個鋁片(8)與所述鋰電池組(5)和熱敏電阻繼電器控制器(3)串聯后形成第一回路；所述燃料電池堆(1)、鋰電池變壓片充電器(6)和所述熱敏電阻繼電器控制器(3)串聯后形成第二回路；所述鋰電池變壓片充電器(6)連接在所述燃料電池堆(1)和所述鋰電池組(5)之間。...

【技術特征摘要】
1.一種利用石墨板通直流電加熱質子交換膜燃料電池冷啟動裝置，包括鋰電池組(5)、燃料電池堆(1)和鋰電池變壓片充電器(6)，所述鋰電池組(5)與所述燃料電池堆(1)連接；所述燃料電池堆(1)由多個層疊布置的燃料電池片構成；其特征在于：所述燃料電池堆(1)中相鄰的兩個燃料電池片中，其中一個燃料電池片的正極石墨板(91)上帶有水槽的一面與另一個燃料電池片的負極石墨板(92)的光滑面之間設有水槽密封墊片(10)，所述水槽密封墊片(10)的兩側分別設有一鋁片(8)，所述鋁片(8)的一部分夾在兩個燃料電池片之間，所述鋁片(8)的另一部分外露于燃料電池片，在所述鋁片(8)的外露部分上設有接線柱孔(7)；所述正極石墨板(91)上固定有一熱電偶(2)，所述熱電偶(2)連接至一溫控器，所述溫控器為熱敏電阻繼...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王世學，李林軍，岳利可，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津,12