[实用新型]燃料电池低温快速启动系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及车载燃料电池系统，尤其涉及一种燃料电池低温快速启动系统。 

背景技术

为了适应瞬息万变的全天候、全地区的工作条件，车载燃料电池必须具有良好的冷启动（即低温启动）特性。而冷启动最大的问题在于低温下水生成冰，阻碍了氢气和空气在膜电极（MEA）内部的扩散和质子交换膜燃料电池PEMFC阴极生成水的排除，从而造成冷启动的失败。 

作为相关技术，燃料电池低温启动的策略分为两个大的类别，分别是“保温”与“加热融冰”方法。为了达到保温的目的一方面需要减少电堆（即燃料电池组）与环境间的换热，另外一方面需要在停机以后向电堆补充热量以使得电堆的温度维持在零度以上。例如通用汽车公司设计了一种用于低温环境的燃料电池能量管理系统，在需要加热的时候氢气阀门和空气压缩机开启使一部分燃料电池开始工作，产生的电能使加热器开始对电堆和冷却液加热。日产汽车公司设计了一种根据环境温度的历史记录和使用者输入的待机时间而自动在保温和加热状态间切换热管理系统。 

用于加热的热源可以根据来源分为两大类：一类为外部热源，这种热量主要在电堆外部产生通过导热介质传递到电堆和各个子系统。另外一类为内部热源，这种热量主要在电堆内部产生，比如催化层上产生的化学反应热或者氢气在气体流道内燃烧产生的热量。例如日产公司设计了一种燃烧室将氢气燃烧，并通过换热器把生成的热量带入冷却液体循环系统，通过冷却液体对电堆进行加热。但是这种加热方式降低了燃料的经济性，增加了系统的体积、质量和生产成本。 

中国发明专利200610134075.4公开了一种燃料电池低温启动的方法及装置，将燃料电池与直流电源串联，双向开关控制器可选择燃料电池与负载或直流电源相连。燃料电池低温启动时，燃料电池与直流电源相连，氢气、空气分别通入阳极和阴极，调节电流、电压控制器使一定的电流通过燃料电池。氢泵作用，氢气在阴极产生，氢气与空气中的氧气反应放热，使膜电极快速升温达到燃料电池能正常启动运行温度。该实用新型属于上述提到的“加热融冰”方法，通过增加额外的附属设备，达到快速启动的目的。 

综上所述，现有技术均需增加额外的附属设备，既增加了车载燃料电池系统的体积和重量，又增加了成本，而且会消耗额外的燃料，降低了燃料的经济性。 

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种无需增加额外附属设备的燃料电池低温快速启动系统，缩短在低温条件下燃料电池的启动时间，迅速达到燃料电池正常工作状态，以保证燃料电池汽车的正常启动。 

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种燃料电池低温快速启动系统，包括空气压缩机和燃料电池组，所述空气压缩机通过一输气管与燃料电池组相连，所述空气压缩机的进气口连接有一进气管，所述进气管上设有入口空气阀，所述燃料电池组的出气口连接有一排气管，所述排气管上设有限压阀，所述燃料电池组上设有用于检测燃料电池组内部温度的温度传感器，所述燃料电池组的出气口还设有一支路管道与空气压缩机的进气口相连，使所述空气压缩机、输气管、燃料电池组及支路管道构成一循环回路，并且所述支路管道上设有回路空气阀，所述空气压缩机、入口空气阀、限压阀、温度传感器及回路空气阀均与一控制器连接。 

进一步地，所述空气压缩机上设有用于检测氧气含量的氧传感器，所述氧传感器与控制器连接。 

优选地，所述进气管上设有过滤空气中杂质的过滤器。 

通过以上技术方案，本实用新型具有以下技术效果： 

本实用新型在不增加过多额外附属设备和不消耗额外燃料的情况下，通过自身设备空气压缩机压缩空气来加热燃料电池组，充分利用了空气的压缩热能，并且通过设置一支路管道使空气压缩机和燃料电池组接通循环回路，使排出燃料电池组的空气回到空气压缩机继续压缩升温，并再次进入燃料电池组循环加热，而且温度更高，以达到使燃料电池在低温条件下迅速冷启动的目的。 

附图说明

图1为现有技术中燃料电池的启动原理图； 

图2为本实用新型燃料电池低温快速启动系统原理图。 

元件标号说明： 

1-空气压缩机； 

2-燃料电池组； 

3-进气管； 

4-输气管； 

5-排气管； 

6-入口空气阀； 

7-限压阀； 

8-支路管道； 

9-回路空气阀； 

10-过滤器。 

具体实施方式