專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種燃料電池系統(tǒng)的防凍 裝置和方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝 置，它具有效率高，污染少和噪聲低等特點(diǎn)。適合用作電子電器、發(fā)電裝置 和車用動(dòng)力電源。燃料電池的應(yīng)用很廣泛。在實(shí)際使用時(shí)，為了獲得更高的 電壓和功率，經(jīng)常將單體燃料電池串聯(lián)起來組成燃料電池堆的形式，例如每
個(gè)單體燃料電池的功率是100瓦，400個(gè)這樣的單體燃料電池組成燃料電池 堆時(shí)，輸出功率將達(dá)到40千瓦，這樣可用做機(jī)動(dòng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)。
但是，將燃料電池用作需要在室外工作的電源吋，如將其用做機(jī)動(dòng)車用 發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，還需要克服低溫防凍的問題。
燃料電池正常工作時(shí)，溫度約60-8(TC，在燃料電池內(nèi)部將會(huì)有大量的 液態(tài)水生成。這些液態(tài)水一般源自以下三個(gè)原因
1) 在燃料電池工作時(shí)，在陰極會(huì)產(chǎn)生大量的液態(tài)水，由于濃度差的原 因這些液態(tài)水通過質(zhì)子交換膜向燃料電池的陽極反擴(kuò)散，導(dǎo)致在燃料電池的 陽極也含有大量的液態(tài)水；
2) 在燃料電池工作時(shí)，為防止質(zhì)子交換膜失水，還必須對(duì)燃料電池的 進(jìn)氣進(jìn)行增濕，增濕也帶來大量的液態(tài)水；
3) 在燃料電池工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量， 一般采用水冷的方式對(duì)燃 料電池進(jìn)行散熱，這也會(huì)帶來大量的液態(tài)水。
然而當(dāng)燃料電池停止工作時(shí)，如果燃料電池處于低溫，如在北方冬天的
環(huán)境下，溫度將會(huì)降到零下4(TC，燃料電池將會(huì)損壞。導(dǎo)致燃料電池?fù)p壞的 一方面是上述反應(yīng)產(chǎn)生的水、增濕帶來的水和散熱帶來的水將在燃料電池內(nèi) 部大量地聚集，由于較低溫度而結(jié)冰膨脹進(jìn)而破壞燃料電池，如石墨雙極板 將會(huì)破裂。此外，由于堵車或因?yàn)槠渌驅(qū)е聶C(jī)動(dòng)車在戶外需要長時(shí)間停 放時(shí)，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)必須克服低溫存放凍結(jié)的問題。
現(xiàn)有的用于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)低溫防凍的措施主要有以下三種
1) 加強(qiáng)保溫。但保溫的方法只能解決短時(shí)間的問題，但是如要防止兒 小時(shí)甚至幾天的低溫存放凍結(jié)則是不夠的。
2) 燃料電池不停機(jī)。即保持燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)低功率輸出來保證燃料電 池內(nèi)部的溫度，但因?yàn)檐嚁y帶的能源或車載蓄電池畢竟有限，這種方法也不 能從根本上解決燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間低溫存放凍結(jié)的問題。
3) 采用防凍劑。如公開號(hào)為CN1484872A的專利申請中公開的一種用 于在燃料電池發(fā)電裝置中形成的水循環(huán)路徑的防凍設(shè)備，該專利申請的技術(shù) 方案在燃料電池堆不工作時(shí)，通過利用防凍劑釋放/再生機(jī)構(gòu)在水循環(huán)路徑中 釋放防凍劑而達(dá)到防凍的目的。但是，這種防凍設(shè)備一方面整個(gè)設(shè)備比較煩 瑣，另一方面由于防凍劑往往對(duì)電極有損壞作用，防凍劑不能進(jìn)入燃料電池 的陽極和陰極，所以只能使燃料電池冷卻水流道中的水防凍，而存在陽極和 陰極中的水以及被質(zhì)子交換膜吸附的水在低溫下仍然會(huì)結(jié)冰凝固，所以這種 方法在實(shí)際操作時(shí)可行性不大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中用于機(jī)動(dòng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料電池的防凍裝 置和方法沒有解決長時(shí)間低溫存放的問題或者實(shí)際操作可行性不大的缺點(diǎn)， 提供一種能夠解決長時(shí)間低溫存放、可行性強(qiáng)的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置和 方法。本發(fā)明的發(fā)明人考慮到燃料電池系統(tǒng)的散熱裝置通常采用水冷的方式 對(duì)燃料電池進(jìn)行散熱，傳統(tǒng)的這種具有散熱裝置的燃料電池系統(tǒng)如圖1 (圖 屮雙線箭頭標(biāo)示水流方向)所示，包括燃料電池1、水箱2，燃料電池1和 水箱2之間通過出水管和回水管構(gòu)成回路，即水冷散熱回路，還包括設(shè)置在
出水管上的水泵3，這樣水泵3將水箱2中的冷水泵入燃料電池1內(nèi)部，冷 水經(jīng)過燃料電池1內(nèi)部后攜帶熱量經(jīng)由回水管流回到水箱2。需要說明的是， 將從水箱2流向燃料電池1的管道定義為"出水管"，將從燃料電池1流向 水箱2的管道定義為"回水管"，以下遵從此約定。發(fā)明人想到可以以現(xiàn)有 的這種散熱裝置的結(jié)構(gòu)為基本模式，將冷水加熱并輸送到燃料電池1的內(nèi)部， 以達(dá)到防凍的目的，從而設(shè)計(jì)出 一種燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置和方法。
本發(fā)明提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置包括水箱、出水管、回水管、水 泵、電熱器、溫度探測器、控制器和供電裝置；水箱內(nèi)部與出水管和回水管 連通，水泵和電熱器都設(shè)置在出水管上，控制器分別與燃料電池、溫度探測 器的輸出端和供電裝置的輸入端連接，供電裝置的輸出端分別與水泵和電熱 器連接；所述溫度探測器被配置為探測燃料電池系統(tǒng)外界環(huán)境溫度；所述控 制器被配置為檢測燃料電池的工作狀態(tài)，并根據(jù)檢測到的燃料電池的工作狀 態(tài)和溫度探測器檢測到的外界環(huán)境溫度來啟動(dòng)或停止供電裝置，當(dāng)燃料電池 處于停機(jī)狀態(tài)并且外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，控制器啟動(dòng)供電裝置，、工1 燃料電池處于開機(jī)狀態(tài)或者外界環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，控制器停止供電 裝置；所述供電裝置被配置為在控制器的控制下對(duì)水泵和電熱器供電。
本發(fā)明提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟
檢測燃料電池的工作狀態(tài)和外界環(huán)境溫度；
當(dāng)燃料電池處于停機(jī)狀態(tài)并且外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，將熱量傳 輸進(jìn)燃料電池內(nèi)部；
當(dāng)燃料電池處于開機(jī)狀態(tài)或者外界環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，停止將熱
量傳輸進(jìn)燃料電池內(nèi)部。
本發(fā)明所提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置借鑒了散熱裝置的結(jié)構(gòu)，通過 將水箱中的水泵出并經(jīng)過電熱器加熱然后傳送到燃料電池內(nèi)部，從而在燃料 電池停機(jī)并且外界環(huán)境溫度過低的情況下仍能保持燃料電池內(nèi)部的水溫正 常，不會(huì)結(jié)凍。這樣能夠保證該燃料電池系統(tǒng)用作機(jī)動(dòng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)處在戶 外長期低溫的情況下，燃料電池內(nèi)部中的大量液態(tài)水不會(huì)結(jié)凍，不會(huì)損害燃 料電池，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。而在燃料電池開機(jī)或外界環(huán)境溫度較高的 情況下，燃料電池內(nèi)部溫度較高，也不存在液態(tài)水結(jié)凍的問題，這時(shí)可以停 止泵出出水管中的水并停止對(duì)出水管中的水加熱，降低能耗。本發(fā)明提供的 燃料電池系統(tǒng)的防凍方法將熱量傳輸至燃料電池內(nèi)部以防止燃料電池內(nèi)部 的大量液態(tài)水結(jié)凍。并且，本發(fā)明由于沒有采用防凍劑，所以不會(huì)污染損壞 燃料電池。此外，本發(fā)明所提供的防凍裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)施，在優(yōu)選的 實(shí)施方式中更可以利用燃料電池系統(tǒng)中可能存在的散熱裝置而更加簡單實(shí) 施，可行性強(qiáng)。


圖1為傳統(tǒng)的具有散熱裝置的燃料電池系統(tǒng)的示意圖； 圖2為具有根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的防凍裝置的燃料電池系統(tǒng)的示意
圖3為具有根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的防凍裝置的燃料電池系統(tǒng)的示意
圖4為具有根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的防凍裝置的燃料電池系統(tǒng)的示意
圖5為具有根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的防凍裝置的燃料電池系統(tǒng)的示意
圖6為本發(fā)明所提供的防凍裝置中部分組件的框圖7為本發(fā)明所提供的防凍裝置中控制器所執(zhí)行的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
首先介紹本發(fā)明提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置，參見圖2，本發(fā)明提 供的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置包括水箱2'、出水管、回水管、水泵3'、電熱 器4、溫度探測器5、控制器6和供電裝置7;水箱2'內(nèi)部與出水管和回水管 連通，水泵3'和電熱器4都設(shè)置在出水管上，控制器6分別與燃料電池1、 溫度探測器5的輸出端和供電裝置7的輸入端連接，供電裝置7的輸出端分 別與水泵3'和電熱器4連接；所述溫度探測器5被配置為探測燃料電池系統(tǒng) 外界環(huán)境溫度；所述控制器6被配置為檢測燃料電池1的工作狀態(tài)，并根據(jù) 檢測到的燃料電池1的工作狀態(tài)和溫度探測器5檢測到的外界環(huán)境溫度來啟 動(dòng)或停止供電裝置7，當(dāng)燃料電池1處于停機(jī)狀態(tài)并且外界環(huán)境溫度低于預(yù) 定溫度時(shí)，控制器6啟動(dòng)供電裝置7，當(dāng)燃料電池1處于開機(jī)狀態(tài)或者外界 環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，控制器6停止供電裝置7;所述供電裝置7被配 置為在控制器6的控制下對(duì)水泵3'和電熱器4供電。
本發(fā)明的防凍裝置所應(yīng)用到的燃料電池系統(tǒng)中可能具有散熱裝置，基于 本發(fā)明所述的防凍裝置與散熱裝置結(jié)構(gòu)上的相似性，防凍裝置中一些部件可 以與散熱裝置中的一些部件共用，例如在圖3的第二實(shí)施方式中共用水箱2 和回水管，在圖4的第三實(shí)施方式中共用水箱2、部分出水管和回水管，在 圖5的第四實(shí)施方式中共用水箱2、水泵3、出水管和回水管，這都將在下 文中描述。這樣的共用并不影響散熱裝置和防凍裝置的工作，這是因?yàn)樯?裝置的工作時(shí)間為燃料電池開機(jī)期間，而防凍裝置的工作時(shí)間為燃料電池停機(jī)且外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度的期間，這兩者并不沖突，所以散熱裝置和 防凍裝置可以交替工作，并不影響各自的工作情況，并且降低了系統(tǒng)的復(fù)雜 性，可以降低成本。這兩個(gè)裝置可以共用的部件包括水箱2、水泵3以及 連接在燃料電池1和水箱2之間的出水管和回水管，在下文會(huì)詳細(xì)說明。
所述水箱2'可以選用各種儲(chǔ)水容器，具有與儲(chǔ)水容器內(nèi)部連通的出水口 和回水口，分別用于與出水管和回水管連接。所述水箱2'可以為用于防凍裝
置的獨(dú)立的水箱(如圖2中的水箱2'，圖2中沒有圖示散熱裝置)，也可以 為用于散熱裝置的水箱(如圖3、圖4和圖5中的水箱2)。優(yōu)選情況下水箱 2'外壁包覆有保溫層，以防止其與外界環(huán)境熱交換。所述保溫層由各種可用 于保溫的材料制成。
出水管和回水管均釆用常規(guī)的水管，用于連接燃料電池1和水箱2'，以 構(gòu)成回路。優(yōu)選情況下，出水管和回水管外壁包覆有保溫層，以防止其與外 界環(huán)境熱交換。所述保溫層由各種可用于保溫的材料制成。其中出水管和回 水管可以為用于防凍裝置的獨(dú)立的出水管和回水管(如圖2)，也可以為用于 散熱裝置的部分或全部出水管和回水管(如圖3-圖5)，圖3是共用全部回 水管，圖4是共用部分出水管以及全部回水管，圖5是共用全部出水管和全 部回水管。如圖4所示，在這種情況下，即當(dāng)用于防凍裝置的出水管和用于 散熱裝置的出水管共用與燃料電池1相連接的端口時(shí)，所述燃料電池系統(tǒng)還 包括第一閥門8和第二閥門9，分別設(shè)置在用于散熱裝置的出水管和用于防 凍裝置的出水管上，兩個(gè)閥門的開關(guān)狀態(tài)始終保持相反，也就是不同時(shí)開啟， 用于防止其中一個(gè)出水管中流出的水經(jīng)由另--個(gè)出水管回流到水箱2或2'。
所述第一閥門8和第二閥門9可以選用各種常規(guī)閥門，例如球闊、閘閥、 截止閥等。
所述水泵3'由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)由供電裝置7供電。所述水泵3' 可以為用于防凍裝置的獨(dú)立的水泵(如圖2-圖4中的水泵3')，也可以為用
于散熱裝置的水泵3 (如圖5中的水泵3)。但是，由于用于散熱裝置的水泵
3通常功率較大，例如2千瓦，而用于防凍裝置的水泵3'所需功率較小，例 如50瓦，所以當(dāng)散熱裝置和防凍裝置共用一個(gè)水泵3時(shí)，需要在散熱時(shí)間 段(燃料電池開機(jī)期間)控制水泵3以較大的預(yù)定散熱功率運(yùn)行，在防凍時(shí) 間段(燃料電池停機(jī)并且外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度期間)控制水泵3以較 小的預(yù)定防凍功率運(yùn)行。水泵功率的控制對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是公知 的。
所述電熱器4可以直接加熱流經(jīng)電熱器4處出水管的介質(zhì)(水)，也可 以通過對(duì)電熱器4處的出水管加熱后間接對(duì)出水管中的介質(zhì)進(jìn)行加熱，也就 是說，該電熱器4可以為內(nèi)置在出水管內(nèi)的插入式加熱棒或者外置在出水管 外的加熱帶，優(yōu)選為插入式加熱棒，這樣可以使得加熱熱量利用得更加充分， 效率更高。所述電熱器4的安裝位置優(yōu)選靠近燃料電池1，這樣被電熱器4 加熱后的介質(zhì)攜帶的熱量不容易在傳輸過程中損失，利用更充分。
所述溫度探測器5用于探測外界環(huán)境溫度，并將探測到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送 到控制器6。所述溫度探測器5可以選用溫度傳感器(例如PT100)、熱電偶 等。所述溫度探測器5安裝在燃料電池系統(tǒng)的外部，更具體說是安裝在機(jī)動(dòng) 車外部。
如圖6所示，所述控制器6包括燃料電池檢測單元61、外界溫度判斷單 元62和控制輸出單元63，控制器6所執(zhí)行的流程圖如圖7所示。
其中燃料電池檢測單元61與燃料電池1連接，并且被配置為檢測燃料 電池1的工作狀態(tài)，所述工作狀態(tài)包括開機(jī)和停機(jī)，當(dāng)檢測到的工作狀態(tài)為 開機(jī)時(shí)燃料電池檢測單元61直接通知控制輸出單元63停止供電裝置7，, 檢測到的工作狀態(tài)為停機(jī)時(shí)繼續(xù)執(zhí)行外界溫度判斷單元62。所述燃料電池檢 測單元61可以通過本領(lǐng)域人員公知的各種方式獲取燃料電池1的工作狀態(tài)， 例如利用電流表檢測燃料電池1的輸出電流、從燃料電池1的主控制器中獲
取燃料電池1的工作狀態(tài)信息等等。所以燃料電池檢測單元61可以連接到 燃料電池1的輸出端，也可以與燃料電池1的主控制器連接。
外界溫度判斷單元62與溫度探測器5的輸出端連接，并且被配置為當(dāng)
燃料電池檢測單元61檢測到的燃料電池1的工作狀態(tài)為停機(jī)時(shí)，判斷溫度 探測器5探測到的外界環(huán)境溫度是高于或低于預(yù)定溫度，并輸出對(duì)應(yīng)的外界
環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度或外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度的信號(hào)到控制輸出單
元63。所述預(yù)定溫度可以人為設(shè)定，通常設(shè)為0"C。
控制輸出單元63的輸入端分別與燃料電池檢測單元61和外界溫度判斷 單元62的輸出端連接，輸出端與供電裝置7的輸入端連接，并且被配置為 當(dāng)燃料電池檢測單元61檢測到的燃料電池1的工作狀態(tài)為開機(jī)時(shí)、或者當(dāng) 燃料電池檢測單元61檢測到的燃料電池1的工作狀態(tài)為停機(jī)且外界溫度判 斷單元62輸出外界環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度的信號(hào)時(shí)，停止供電裝置7，而當(dāng) 燃料電池檢測單元61檢測到的燃料電池1的工作狀態(tài)為停機(jī)且外界溫度判 斷單元62輸出外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度的信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)供電裝置7。所述 "啟動(dòng)或停止供電裝置7"是指使供電裝置7對(duì)外供電或停止對(duì)外供電，例 如導(dǎo)通或切斷供電裝置7的對(duì)外輸出電路。
所述控制器6的各個(gè)單元可以集成為集成電路芯片，或者利用單片機(jī)來 實(shí)現(xiàn)。
所述供電裝置7可以為用于防凍裝置的獨(dú)立的蓄電池、車載太陽能電池 或者車載太陽能電池和車載主蓄電池的組合。優(yōu)選為車載太陽能電池和車載 主蓄電池的組合，即采用太陽能電池先給車載主蓄電池充電，然后再由車載 主蓄電池給水泵3'和電熱器4供電。這樣實(shí)施的好處在于采用太陽能而不消 耗車載蓄電池的能量，具有穩(wěn)定可靠、容易實(shí)現(xiàn)、保障時(shí)間長的特點(diǎn)。
如果選用太陽能電池，優(yōu)選的是轉(zhuǎn)換效率高的太陽能電池，例如單晶硅 電池和多晶硅電池。所述車載太陽能電池的具體安裝位置不作限定，可以安
裝在機(jī)動(dòng)車輛的車頂部或周圍，具體根據(jù)太陽能電池的特點(diǎn)安裝在適合的位置。
所述供電裝置7可以通過供電來控制水泵3'和電熱器4的啟動(dòng)、停止。 本發(fā)明所提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置可以應(yīng)用到各種燃料電池1 (例如氫空型質(zhì)子交換膜燃料電池)上以構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)，其中燃料電池 1可以為單體燃料電池或者多個(gè)單體燃料電池組成的燃料電池堆，通常用于 機(jī)動(dòng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料電池1為燃料電池堆。所述燃料電池1的結(jié)構(gòu)為本領(lǐng) 域人員所公知，在此不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。
下面介紹本發(fā)明提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍方法，該方法包括以下歩
驟
檢測燃料電池1的工作狀態(tài)和外界環(huán)境溫度；
當(dāng)燃料電池1處于停機(jī)狀態(tài)并且外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，將熱量 傳輸進(jìn)燃料電池l內(nèi)部；
當(dāng)燃料電池1處于開機(jī)狀態(tài)或者外界環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，停止將 熱量傳輸進(jìn)燃料電池l內(nèi)部。
其中，檢測燃料電池1的工作狀態(tài)可以通過檢測燃料電池1的輸出電流 實(shí)現(xiàn)或者直接從燃料電池1的主控制器中獲取工作狀態(tài)信息。檢測外界環(huán)境 溫度可以通過置于外界環(huán)境中的溫度探測器5來實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)檢測到燃料電池l的工作狀態(tài)和外界環(huán)境溫度之后，可以分別判斷燃 料電池1的工作狀態(tài)是停機(jī)還是開機(jī)以及外界環(huán)境溫度是高于還是低于預(yù)定 溫度，并當(dāng)符合上述條件是，對(duì)應(yīng)地將熱量傳輸進(jìn)燃料電池1內(nèi)部或停止熱 量傳輸進(jìn)燃料電池l內(nèi)部。
所述熱量通過加熱流入燃料電池1內(nèi)部的水而產(chǎn)生。通過上面對(duì)防凍裝 置的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解如何通過水箱2'、水泵3'和電熱器4產(chǎn) 生熱量并經(jīng)由出水管將熱水傳輸進(jìn)燃料電池的內(nèi)部。
所述將熱量傳輸進(jìn)燃料電池1內(nèi)部或停止將熱量傳輸進(jìn)燃料電池1內(nèi)部 可以通過啟動(dòng)或停止為水泵3'和電熱器4供電的供電裝置7來實(shí)現(xiàn)。
該方法的具體實(shí)施可以參考上述的防凍裝置而實(shí)施，具體實(shí)施的流程圖
可以參見圖7。
下面以具體實(shí)施例為例具體說明本發(fā)明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明所提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置。 按圖4的第三實(shí)施方式構(gòu)成具冇本發(fā)明所提供的防凍裝置的用作轎車發(fā) 動(dòng)機(jī)的燃料電池系統(tǒng)A。其中，燃料電池1為氫空型質(zhì)子交換膜燃料電池， 其輸出功率為40千瓦。水箱2的容積2升。水泵3'為由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸 入電壓為24伏、電流為2安，水泵流量為1升/分鐘。電熱器4為加熱帶， 在24伏輸入電壓的情況下功率為100瓦，電熱器4靠近燃料電池1。溫度探 測器5為型號(hào)為PT100的溫度傳感器，置于車外部?？刂破?為ATMEL公 司生產(chǎn)的型號(hào)為AT89S51的單片機(jī)。供電裝置7為車載太陽能電池與蓄電池 的組合。其中車載太陽能電池為單晶硅電池，安裝在車頂部，安裝面積為0.8 平方米，轉(zhuǎn)換效率為16%，峰值功率為48WP，輸出電壓為18伏、電流為 2.7安。蓄電池的額定電壓為12伏，標(biāo)稱容量為40安培時(shí)。第一閥門8為 球閥，第二閥門9為球閥。
實(shí)施例2
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明所提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置。 按圖4的第三實(shí)施方式構(gòu)成具有本發(fā)明所提供的防凍裝置的用作大巴車 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料電池系統(tǒng)B。其中，燃料電池1為氫空型質(zhì)子交換膜燃料電池， 其輸出功率為100千瓦。水箱2的容積15升。水泵3'為由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，
輸入電壓為48伏、電流為4安，水泵流量為6升/分鐘。電熱器4為加熱帶， 在48伏輸入電壓的情況下功率為200瓦，電熱器4靠近燃料電池1 。溫度探 測器5為型號(hào)為PT100的溫度傳感器，置于車外部?？刂破?為ATMEL公 司生產(chǎn)的型號(hào)為AT89S51的單片機(jī)。供電裝置7為車載太陽能電池與蓄電池 的組合。其中車載太陽能電池為單晶硅電池，安裝在車頂部，安裝面積為5 平方米，轉(zhuǎn)換效率為16%，峰值功率為800Wp，輸出電壓為100伏、電流為 8安。蓄電池的額定電壓為2伏，標(biāo)稱容量為60安培時(shí)。第一閥門8為截 止閥，第二閥門9為截止閥。
實(shí)施例3
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明所提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置。
按圖4的第三實(shí)施方式構(gòu)成具有本發(fā)明所提供的防凍裝置的用作轎車發(fā)
動(dòng)機(jī)的燃料電池系統(tǒng)C。其中，各個(gè)組件的選用與實(shí)施例1相同，不同在于
所述電熱器4為插入式加熱棒，加熱功率為80瓦。
實(shí)施例4
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明所提供的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置的性能。 使上述實(shí)施例1-3中的燃料電池系統(tǒng)A、 B、 C中的燃料電池停機(jī)6小 吋，并處于環(huán)境溫度為-l(TC的外界環(huán)境中，在防凍裝置的回水管處利用型 號(hào)為PT100溫度傳感器探測回水水溫，A、B、C系統(tǒng)中的回水水溫均大于6"C， 表明燃料電池l內(nèi)部溫度處于安全水平，大量液態(tài)水不會(huì)結(jié)凍。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置，其特征在于，該防凍裝置包括水箱(2′)、出水管、回水管、水泵(3′)、電熱器(4)、溫度探測器(5)、控制器(6)和供電裝置(7)；水箱(2′)內(nèi)部與出水管和回水管連通，水泵(3′)和電熱器(4)都設(shè)置在出水管上，控制器(6)分別與燃料電池(1)、溫度探測器(5)的輸出端和供電裝置(7)的輸入端連接，供電裝置(7)的輸出端分別與水泵(3′)和電熱器(4)連接；所述溫度探測器(5)被配置為探測燃料電池系統(tǒng)外界環(huán)境溫度；所述控制器(6)被配置為檢測燃料電池(1)的工作狀態(tài)，并根據(jù)檢測到的燃料電池(1)的工作狀態(tài)和溫度探測器(5)檢測到的外界環(huán)境溫度來啟動(dòng)或停止供電裝置(7)，當(dāng)燃料電池(1)處于停機(jī)狀態(tài)并且外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，控制器(6)啟動(dòng)供電裝置(7)，當(dāng)燃料電池(1)處于開機(jī)狀態(tài)或者外界環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，控制器(6)停止供電裝置(7)；所述供電裝置(7)被配置為在控制器(6)的控制下對(duì)水泵(3′)和電熱器(4)供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置，其特征在于，所 述電熱器(4)為內(nèi)置在出水管內(nèi)的插入式加熱棒或者外置在出水管外的加 熱帶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置，其特征在于，所 述電熱器(4)的安裝位置靠近燃料電池(1)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置，其特征在于，所 述控制器(6)包括燃料電池檢測單元(61)、外界溫度判斷單元(62)和控 制輸出單元(63)，其中，燃料電池檢測單元(61)與燃料電池(1)連接，并且被配置為檢測燃料電池(1)的工作狀態(tài)，當(dāng)檢測到的工作狀態(tài)為開機(jī)時(shí)燃料電池檢測單 元(61)直接通知控制輸出單元(63)停止供電裝置(7)，當(dāng)檢測到的工作 狀態(tài)為停機(jī)時(shí)繼續(xù)執(zhí)行外界溫度判斷單元(62);外界溫度判斷單元(62)與溫度探測器(5)的輸出端連接，并且被配置為當(dāng)燃料電池檢測單元(61)檢測到的燃料電池(1)的工作狀態(tài)為停機(jī)時(shí)，判斷溫度探測器(5)探測到的外界環(huán)境溫度是高于或低于預(yù)定溫度，并輸出對(duì)應(yīng)的外界環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度或外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度的信號(hào)到控制輸出單元(63);控制輸出單元(63)的輸入端分別與燃料電池檢測單元(61)和外界溫 度判斷單元(62)的輸出端連接，輸出端與供電裝置(7)的輸入端連接， 并且被配置為當(dāng)燃料電池檢測單元(61)檢測到的燃料電池(1)的工作 狀態(tài)為開機(jī)時(shí)、或者當(dāng)燃料電池檢測單元(61)檢測到的燃料電池(1)的 工作狀態(tài)為停機(jī)且外界溫度判斷單元(62)輸出外界環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度 的信號(hào)時(shí)，停止供電裝置(7)，而當(dāng)燃料電池檢測單元(61)檢測到的燃料 電池(1)的工作狀態(tài)為停機(jī)且外界溫度判斷單元(62)輸出外界環(huán)境溫度 低于預(yù)定溫度的信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)供電裝置(7)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置，其特征在于，所 述控制器(6)的各個(gè)單元集成為集成電路芯片，或者利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置，其特征在于，所 述供電裝置(7)為獨(dú)立的蓄電池、車載太陽能電池、或者車載太陽能電池 和車載主蓄電池的組合。
7. —種燃料電池系統(tǒng)的防凍方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:檢測燃料電池(1)的工作狀態(tài)和外界環(huán)境溫度；當(dāng)燃料電池(1)處于停機(jī)狀態(tài)并且外界環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，將熱量傳輸進(jìn)燃料電池(1)內(nèi)部；當(dāng)燃料電池(1)處于開機(jī)狀態(tài)或者外界環(huán)境溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，停止將熱量傳輸進(jìn)燃料電池(1)內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)的防凍方法，其特征在于，所述熱量通過加熱流入燃料電池(1)內(nèi)部的水而產(chǎn)生。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)的防凍裝置和方法，該防凍裝置包括水箱(2′)、出水管、回水管、水泵(3′)、電熱器(4)、溫度探測器(5)、控制器(6)和供電裝置(7)；所述溫度探測器(5)被配置為探測燃料電池系統(tǒng)外界環(huán)境溫度；所述控制器(6)被配置為檢測燃料電池(1)的工作狀態(tài)，并根據(jù)檢測到的燃料電池(1)的工作狀態(tài)和溫度探測器(5)檢測到的外界環(huán)境溫度來啟動(dòng)或停止供電裝置(7)；所述供電裝置(7)被配置為在控制器(6)的控制下對(duì)水泵(3′)和電熱器(4)供電。本發(fā)明通過將水箱中的水經(jīng)過電熱器加熱后傳送到燃料電池(1)內(nèi)部，從而在燃料電池(1)停機(jī)并且外界環(huán)境溫度過低的情況下仍能保持燃料電池(1)內(nèi)部的水溫正常，不會(huì)結(jié)凍，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101207215SQ20061016747
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者勇 周, 董俊卿, 賀光源, 陳春山 申請人:比亞迪股份有限公司