一種燃料電池裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種燃料電池裝置，所述燃料電池裝置包括電堆、控制器、反應風機、散熱風機、環境風機、供氫電磁閥和單電池電壓及溫度監測組件；所述電堆包括陰極入口、陽極入口、陰極出口和陽極出口。本實用新型專利技術提供的燃料電池裝置通過反應空氣與散熱空氣的流場和風機相互獨立，即電池的溫度及濕度控制相對獨立，有利于電堆水、熱平衡的管理。并在使用該裝置時將電堆短路與切斷反應空氣操作方法有機結合，實現質子交換膜燃料電池的快速啟動，使燃料電池在較短時間內快速升溫、快速增濕，在較短時間內激發燃料電池催化劑活性，使燃料電池性能快速最佳化，盡可能縮短電堆啟動所需時間。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及燃料電池領域，特別是指一種空氣冷卻型燃料電池裝置。
技術介紹
燃料電池是一種通過電化學反應將化學能直接轉化為低壓直流電能的裝置。燃料電池穩定發電要求電池內部電化學反應平衡，不僅包括電池內部的水、熱平衡，而且對電池內部溫度、催化劑反應位點、反應物及產物的轉移途徑、質子轉移途徑等提出很高的要求。新組裝或長期閑置的燃料電池，啟動時很難快速實現電化學反應平衡，因此啟動時必須經過活化過程。該活化過程需要增濕和預熱，較為常用的方法是給燃料電池設計反應氣體外加濕設備、燃料電池預加熱設備，但這些輔助裝置提高了燃料電池電源系統的體積、重量、成本。燃料電池啟動時增濕的方法，主要包括將燃料電池連續或間斷地置于短路一段時間，對燃料電池增濕，可以解決電堆啟動時因質子交換膜內水含量過少導致的性能損失，但不能快速激發催化劑活性，因而電堆不能在短時間內達到最佳工作狀態。而且，由于提供反應空氣的風機也同時起著散熱功能，因此停止空氣供給時也就無法對電堆進行繼續散熱，導致電堆溫度過高，水、熱平衡管理不協調。
技術實現思路
有鑒于此，本技術的目的在于提出一種燃料電池裝置，解決電堆的水、熱平衡管理，電堆不能在短時間內達到最佳工作狀態的問題。基于上述目的本技術提供的燃料電池裝置包括電堆、控制器、反應風機、散熱風機、環境風機、供氫電磁閥和單電池電壓及溫度監測組件；所述電堆包括陰極入口、陽極入口、陰極出口和陽極出口 ；其中，所述反應風機通過風道連接于陰極入口，用于向電堆提供反應空氣并排出部分生成水；所述散熱風機用于控制電堆運行過程中的溫度；所述供氫電磁閥通過管路分別連接于陽極入口和氫氣源，用于導通或者切斷電堆陽極的反應氫氣；所述單電池電壓及溫度監測組件用于在電堆運行過程中監控電堆單電池的電壓及溫度，并將數據傳輸給控制器；所述控制器用于接收單電池電壓及溫度監測組件的數據，并根據接收到的數據實時調節電堆各輔助元件的輸出量；所述陰極入口和陰極出口側設置有外殼，用于回收利用電堆陰極的生成水，并實現電堆陰極入口空氣的自增濕；所述環境風機安裝于外殼的陰極入口側，用于調節陰極入口空氣的相對濕度。較佳地，所述燃料電池裝置還包括循環泵、氣水分離器和排氫電磁閥；其中，所述氣水分離器通過管路分別連接于陽極出口、循環泵和排氫電磁閥，用于過濾管路中的液體水；所述排氫電磁閥用于排出陽極出口的尾氣及液體水；所述循環泵通過管路連接于陽極入口，用于循環利用陽極出口的氫氣及水蒸氣。從以上描述內容可以看出，本技術提供的燃料電池裝置通過反應空氣與散熱空氣的流場和風機相互獨立，即電池的溫度及濕度控制相對獨立，以利于電堆水、熱平衡的管理。并在使用該裝置時將電堆短路與切斷反應空氣的操作手段有機結合，實現質子交換膜燃料電池的快速啟動，使燃料電池在較短時間內快速升溫、快速增濕，在較短時間內激發燃料電池催化劑活性，使燃料電池性能快速最佳化，盡可能縮短電堆啟動所需時間。因此，本技術不僅解決了電堆水、熱平衡的管理問題，減少了燃料電池啟動活化的輔助設備，而且還縮短了電池啟動活化所需的時間，使燃料電池在較短時間內輸出性能達到最佳，使用該裝置可簡化燃料電池電源系統的集成難度。附圖說明圖I為本技術實施例燃料電池的結構示意圖；圖2為本技術實施例控制器的電路原理圖；圖3為本技術實施例控制電堆的流程圖。 具體實施方式為使本技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本技術進一步詳細說明。本技術提供的燃料電池裝置包括電堆、控制器、反應風機、散熱風機、環境風機、供氫電磁閥和單電池電壓及溫度監測組件；所述電堆包括陰極入口、陽極入口、陰極出口和陽極出口。其中，所述反應風機通過管路連接于陰極入口，用于向電堆提供反應空氣并排出部分生成水；所述散熱風機用于控制電堆運行過程中的溫度；所述供氫電磁閥通過管路分別連接于陽極入口和氫氣源，用于導通或者切斷電堆陽極的反應氫氣；所述單電池電壓及溫度監測組件用于在電堆運行過程中監控電堆單電池的電壓及溫度，并將數據傳輸給控制器；所述控制器用于接收單電池電壓及溫度監測組件的數據，并根據接收到的數據實時調節電堆各輔助元件的輸出量。所述陰極入口和陰極出口側設置有外殼，用于回收利用電堆陰極的生成水，并實現電堆陰極入口空氣的自增濕；所述環境風機安裝于外殼的陰極入口側，用于調節陰極入口空氣的相對濕度。參考圖1，其為本技術實施例燃料電池的結構示意圖。本技術提供的燃料電池裝置包括電堆I、控制器2、反應風機3、散熱風機4、環境風機5、供氫電磁閥6、循環泵7、氣水分離器8、排氫電磁閥9和單電池電壓及溫度監測組件10。所述電堆I包括陰極入口、陽極入口、陰極出口和陽極出口。其中，所述反應風機3通過風道連接于陰極入口，用于向電堆I提供反應空氣并排出部分生成水。所述供氫電磁閥6通過管路分別連接于電堆I的陽極入口和氫氣源，用于導通或者切斷電堆陽極的反應氫氣。反應空氣和氫氣在電堆中發生電化學反應，將化學能轉化成電能。所述氫氣源用于向燃料電池提供氫氣，可以為高壓氫氣瓶或者其他儲氫容器。所述陰極入口和陰極出口側設置有外殼，用于回收利用該燃料電池裝置進行電化學反應后的電堆陰極的生成水，并實現電堆陰極入口處反應空氣的自增濕。所述環境風機5安裝于該外殼的陰極入口側，利用外殼回收的生成水，調節陰極入口處反應空氣的相對濕度，簡化了燃料電池反應空氣的增濕設備。所述散熱風機4用于控制電堆I運行過程中的溫度，防止電堆I的溫度過高或過低。所述氣水分離器8通過管路分別連接于陽極出口、循環泵7和排氫電磁閥9，用于過濾管路中的液體水。所述排氫電磁閥9用于排出陽極出口的尾氣以及經氣水分離器8過濾出來的液體水。所述循環泵7通過管路連接于電堆I的陽極入口，用于循環利用陽極出口的氫氣、水蒸氣，提高氫氣利用率，且提高了反應氫氣的濕度，有助于燃料電池在較短時間內快速升溫、快速增濕，以及燃料電池運行過程中電堆的水平衡管理。所述單電池電壓及溫度監測組件10用于在電堆I運行過程中監控電堆單電池的 電壓及溫度，并將數據傳送給控制器2。所述控制器2用于接收單電池電壓及溫度監測組件10的數據，并根據接收到的數據實時調節反應風機3、散熱風機4、環境風機5、供氫電磁閥6、循環泵7、氣水分離器8、排氫電磁閥9等輔助元件的輸出量。參考圖2，其為本技術實施例控制器的電路原理圖。K1、K2為兩個電子開關，Dl、D2為兩個二極管，L是感應器，C為電容，R是負載。開關K1、K2由PWM控制，當開關Kl和K2同時閉合時，電堆形成短路回路，實現電堆短路，輸出電壓U0和輸出電流Itl均為零。電堆正常工作時，通過PWM控制使開關K1、K2不同時閉合，實現電路的升降壓，根據需要向負載提供不同大小的電壓。參考圖3，為本技術實施例控制電堆的流程圖。針對該裝置的啟動與活化，包括兩步。第一步在電堆I啟動時，首先向燃料電池提供計量比等于I的反應氫氣和反應空氣；然后啟動短路程序，將燃料電池的電極連續或間斷地置于短路一段時間，使質子交換膜快速濕潤、電堆快速升溫至預設工作溫度。其中短路時間與短路間隔可根據電堆性能進行調整。第二步當堆溫達到預設工作溫度后，通過控制器2切斷電池陰極的空氣供應；待電池電壓從預定水本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池裝置，其特征在于，所述燃料電池裝置包括電堆、控制器、反應風機、散熱風機、環境風機、供氫電磁閥和單電池電壓及溫度監測組件；所述電堆包括陰極入口、陽極入口、陰極出口和陽極出口；其中，所述反應風機通過風道連接于陰極入口，用于向電堆提供反應空氣并排出部分生成水；所述散熱風機用于控制電堆運行過程中的溫度；所述供氫電磁閥通過管路分別連接于陽極入口和氫氣源，用于導通或者切斷電堆陽極的反應氫氣；所述單電池電壓及溫度監測組件用于在電堆運行過程中監控電堆單電池的電壓及溫度，并將數據傳輸給控制器；所述控制器用于接收單電池電壓及溫度監測組件的數據，并根據接收到的數據實時調節電堆各輔助元件的輸出量；所述陰極入口和陰極出口側設置有外殼，用于回收利用電堆陰極的生成水，并實現電堆陰極入口空氣的自增濕；所述環境風機安裝于外殼的陰極入口側，用于調節陰極入口空氣的相對濕度。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張洪霞，趙青鶴，余海，張寶春，靳殷實，韓福江，
申請(專利權)人：航天新長征電動汽車技術有限公司，
類型：實用新型
國別省市：