一种微型燃料电池及其低温启动运行方法技术

一种微型燃料电池及其低温启动运行方法，属于燃料电池技术领域。本发明专利技术的微型燃料电池包括外壳及电堆，外壳上设有排气接口，电堆上设有排气阀，排气接口与排气阀之间连接有排气管道，电堆两侧的端板上设有加热膜和保温层，电堆内部设有温度传感器；排气阀与排气接口设于同一侧，排气管道上设有保温层。本发明专利技术的方法包括步骤1，通过设于电堆两侧端板上的加热膜加热电堆；步骤2，当电堆温度达到最低启动温度时，启动电堆；步骤3，同时利用加热膜加热和阴极欠气的方式提升电堆温度至正常工作温度；步骤4，仅利用加热膜加热来维持电堆两侧与电堆中部的温度差小于设定值。本发明专利技术能够在低温环境下快速启动，并在低温环境下长期稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种微型燃料电池及其低温启动运行方法
本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种微型燃料电池及其低温启动运行方法。
技术介绍
氢气氧气中没有C、S等元素，当以它作为能源使用时，不会产生CO、CO2和硫化物等，通常产物仅有水，可以有效缓解温室效应和环境污染等问题。氢气可以通过氢燃料电池来实现更高效率的能量转换，而对于燃料电池而言，其最重要的技术指标包括输出功率、启动时间和环境适应性问题。其中，低温环境尤其考验燃料电池的性能，一方面，燃料电池的启动需要一定的温度，并且即使达到了燃料电池的最低启动温度，其从启动到正常工作也需要耗费大量的时间；另一方面，燃料电池正常工作后，由于受外界低温的影响或者阳极进气的温度过低，使得燃料电池内部电堆各部分的温差较大，也会大大影响燃料电池的性能。另外，低温环境下，电堆排气时带出的水还容易在排气管道内结冰而造成堵塞，影响正常排气，也会造成燃料电池性能的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种微型燃料电池及其低温启动运行方法，其能够在低温环境下快速启动，并在低温环境下长期稳定运行。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种微型燃料电池，包括外壳及电堆，所述外壳上设有排气接口，所述电堆上设有排气阀，所述排气接口与排气阀之间连接有排气管道，所述电堆两侧的端板上设有加热膜和保温层，所述电堆内部设有温度传感器；所述排气阀与排气接口设于同一侧，所述排气管道上设有保温层。微型燃料电池体积较小，内部空间紧凑，所有零部件均围绕燃料电池电堆进行布局，而微型燃料电池低温的启动性能主要受电堆影响，因此快速的对电堆进行升温并保持电堆的温度，是提升微型燃料电池系统低温启动性能的核心工作。因此，本专利技术通过加热膜直接接触的方式来加热电堆，并通过保温层减少热量的流失，以使电堆在低温环境下快速达到最低启动温度，同时在电堆运行过程中通过加热膜的加热作用，避免了电堆两侧与中部之间产生较大温差，从而确保电堆性能。另外，低温环境下，从排气阀排出的气体所夹带的水容易在排气管道内结冰，堵塞排气管道，影响电堆的正常排气，造成电堆性能下降。所以，将排气阀与排气接口设于同一侧，能够大大缩短排气管道的长度，减少排气气压的损失，使得气水混合物能够迅速排出，避免水分残留于排气管道内；同时在排气管道上设置保温层，来保持排气管道内的温度，尽可能避免水分在排气管道内结冰。作为本专利技术优选，所述排气接口为金属接口，所述排气接口上设有加热装置。由于排气接口最靠近燃料电池外部，最易受外界低温影响，即水分最容易在排气接口处结冰，所以在此处设置加热装置来避免结冰的发生。作为本专利技术优选，所述排气接口倾斜设置。倾斜设置的排气接口更易使液态水流出，避免液态水在排气接口内滞留，降低结冰的风险。作为本专利技术优选，所述排气阀为低温电磁阀。低温电磁阀能够在低温环境下正常工作，确保电堆的正常排气。作为本专利技术优选，所述排气阀的通径为1.3mm-1.7mm。所述通径大小进一步降低了水分在排气阀处结冰的风险。本专利技术还提供了一种微型燃料电池低温启动运行方法，包括如下步骤：步骤1，通过设于电堆两侧端板上的加热膜加热电堆；步骤2，当电堆温度达到最低启动温度时，启动电堆；步骤3，同时利用加热膜加热和阴极欠气的方式提升电堆温度至正常工作温度；步骤4，仅利用加热膜加热来维持电堆两侧与电堆中部的温度差小于设定值。作为本专利技术优选，所述步骤2之后还包括：通过设于排气接口处的加热装置加热排气接口；所述排气接口为金属接口。作为本专利技术优选，所述步骤2中的最低启动温度为-10℃。作为本专利技术优选，所述步骤4中的设定值为5℃。本专利技术的优点是：1、提升低温启动性能：通过结构上和控制方法上的改进优化，使得燃料电池能够在低温状态下迅速升温，达到启动条件，缩短开机时间，可实现-20℃下5min内启动，并以额定功率输出。2、提升低温运行性能：电堆端板加热可以保证电堆整体温度平衡，防止出现电堆中间和两端温度偏差过大，从而造成电堆性能的下降，保证了燃料电池的长期稳定运行。3、通过结构上的优化，以及合理的加热和保温处理，避免排气管道内部结冰，确保电堆正常排气。4、提高能源效率：合理的电堆和管道保温措施，可以减少系统自身消耗的加热功耗，提升了整体效率。附图说明图1为本专利技术一种微型燃料电池的结构示意图；图2为本专利技术一种微型燃料电池低温启动运行方法的流程图。1-外壳；2-电堆；31-进气接口；32-排气接口；41-进气阀；42-排气阀；5-手柄；6-启动按钮；7-上电按钮；8-输出接口；9-信号接口；10-锂电池。具体实施方式下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。一种微型燃料电池，包括外壳1及内部的电堆2，所述外壳1上部设有进气接口31，下部设有排气接口32，所述电堆2一侧上部设有进气阀41，下部设有排气阀42，所述进气接口31与进气阀41之间设有进气管道，所述排气接口32与排气阀42之间连接有排气管道，所述电堆2两侧的端板上设有加热膜和保温层，所述加热膜具体设置于端板与纤维板之间，所述电堆2内部设有温度传感器，用于监测电堆边缘的温度；所述排气阀42与排气接口32设于同一侧，所述排气管道上设有保温层。另外，外壳1顶部设有手柄5，外壳1的一侧上部设有启动按钮6和上电按钮7，该侧下部设置有输出接口8和信号接口9。微型燃料电池体积较小，内部空间紧凑，所有零部件均围绕燃料电池电堆进行布局，而微型燃料电池低温的启动性能主要受电堆影响，因此快速的对电堆进行升温并保持电堆的温度，是提升微型燃料电池系统低温启动性能的核心工作。因此，本专利技术通过加热膜直接接触的方式来加热电堆，并通过保温层减少热量的流失，以使电堆在低温环境下快速达到最低启动温度，同时在电堆运行过程中通过加热膜的加热作用，避免了电堆两侧与中部之间产生较大温差，从而确保电堆性能。另外，低温环境下，从排气阀排出的气体所夹带的水容易在排气管道内结冰，堵塞排气管道，影响电堆的正常排气，造成电堆性能下降。所以，将排气阀与排气接口设于同一侧，能够大大缩短排气管道的长度，减少排气气压的损失，使得气水混合物能够迅速排出，避免水分残留于排气管道内；同时在排气管道上设置保温层，来保持排气管道内的温度，尽可能避免水分在排气管道内结冰。具体的，所述排气接口32为金属接口，所述排气接口32上设有加热装置。由于排气接口最靠近燃料电池外部，最易受外界低温影响，即水分最容易在排气接口处结冰，所以在此处设置加热装置来避免结冰的发生。且所述排气接口32倾斜设置。倾斜设置的排气接口更易使液态水流出，避免液态水在排气接口内滞留，降低结冰的风险。另外，所述排气阀42为低温电磁阀。低温电磁阀能够在低温环境下正常工作，确保电堆的正常排气。所述排气阀42选用通径为1.5mm的低温电磁阀，以进一步降低水分在排气阀处结冰的风险。进一步的，燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型燃料电池，包括外壳及电堆，所述外壳上设有排气接口，所述电堆上设有排气阀，所述排气接口与排气阀之间连接有排气管道，其特征在于，所述电堆两侧的端板上设有加热膜和保温层，所述电堆内部设有温度传感器；所述排气阀与排气接口设于同一侧，所述排气管道上设有保温层。/n

【技术特征摘要】
1.一种微型燃料电池，包括外壳及电堆，所述外壳上设有排气接口，所述电堆上设有排气阀，所述排气接口与排气阀之间连接有排气管道，其特征在于，所述电堆两侧的端板上设有加热膜和保温层，所述电堆内部设有温度传感器；所述排气阀与排气接口设于同一侧，所述排气管道上设有保温层。


2.根据权利要求1所述的一种微型燃料电池，其特征在于，所述排气接口为金属接口，所述排气接口上设有加热装置。


3.根据权利要求1所述的一种微型燃料电池，其特征在于，所述排气接口倾斜设置。


4.根据权利要求1所述的一种微型燃料电池，其特征在于，所述排气阀为低温电磁阀。


5.根据权利要求1所述的一种微型燃料电池，其特征在于，所述排气阀的通径为1.3mm-1.7mm。


6.一种微型燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡永健，侯向理，裴昱，何民维，姚宇希，
申请(专利权)人：浙江高成绿能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33