本實(shí)用新型涉及一種電池啟動(dòng)裝置，特別是一種無接觸式質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：

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(fā)凸顯。燃料電池作為一種清潔能源轉(zhuǎn)化裝置，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因而具有較高的能源轉(zhuǎn)化效率。在眾多燃料電池中，質(zhì)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(yōu)點(diǎn)，成為世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)。但是，質(zhì)子交換膜燃料電池的冷啟動(dòng)能力是其商業(yè)化進(jìn)程中的主要瓶頸技術(shù)之一。目前質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)問題的解決方案主要有以下幾種：1)在電池內(nèi)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(cè)；2)在電池外部增加循環(huán)水加熱系統(tǒng)，在冷啟動(dòng)之前或啟動(dòng)過程中對(duì)電池進(jìn)行加熱；3)充分利用電池內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)釋放的熱量，實(shí)現(xiàn)燃料電池的自啟動(dòng)。就前兩種方法而言，一是需要對(duì)電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，二是電加熱絲的布置會(huì)增加電池內(nèi)阻，降低電池性能，甚至破壞膜電極。針對(duì)第三種方法，研究表明利用電化學(xué)反應(yīng)熱的冷啟動(dòng)方式只能在較高溫度(約-5-0℃)下啟動(dòng)成功，這種啟動(dòng)方式在燃料電池實(shí)際應(yīng)用方面是不能滿足要求的。因此，提高質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)能力的技術(shù)還有待開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種無接觸式質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)裝置，該裝置能夠在不改變電池結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)電池在較低溫度下的冷啟動(dòng)。

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種無接觸式質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)裝置，包括依次連接的直流電源、微波發(fā)生器、微波輸出器和微波加熱器，所述微波加熱器對(duì)位于其外部的所述質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)行無接觸的微波加熱。

所述微波加熱器為單脊型微波加熱器，所述單脊型微波加熱器的脊位處于窄邊，在所述單脊型微波加熱器的寬邊上設(shè)有與波導(dǎo)軸正交的條狀微波發(fā)射口，所述條狀微波發(fā)射口與所述質(zhì)子交換膜燃料電池的膜電極相對(duì)。

所述質(zhì)子交換膜燃料電池為電池堆，所述電池堆采用由多個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單體串聯(lián)組成的漢堡式結(jié)構(gòu)，所述單脊型微波加熱器的長(zhǎng)度與所述電池堆的長(zhǎng)度相等，在所述單脊型微波加熱器上均布有若干個(gè)所述條狀微波發(fā)射口，每個(gè)所述條狀微波發(fā)射口與一個(gè)所述質(zhì)子交換膜燃料電池單體的膜電極相對(duì)。

所述微波發(fā)生器設(shè)有冷卻風(fēng)扇，所述冷卻風(fēng)扇由所述直流電源供電。

所述直流電源采用車載直流電源，所述冷卻風(fēng)扇采用小型風(fēng)扇，所述微波發(fā)生器采用磁控管。

本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：從不影響電池自身結(jié)構(gòu)和電池正常工作狀態(tài)出發(fā)，利用微波加熱原理，對(duì)冷啟動(dòng)過程中的燃料電池加熱，一方面無需改變電池結(jié)構(gòu)，不影響電池工作性能，另一方面，更好地解決了燃料電池在更低溫度下的啟動(dòng)問題，促進(jìn)了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。同時(shí)，單脊型微波加熱器對(duì)薄片狀或線狀物體有高效的加熱速率；再者，車載直流電源可以滿足微波發(fā)生器的供電要求，微波發(fā)生器體積小，微波加熱效率高，整個(gè)冷啟動(dòng)系統(tǒng)所占空間小。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的單脊型微波加熱器的仰視圖；

圖3為圖2的仰視圖；

圖4為本實(shí)用新型的單脊型微波加熱器與燃料電池堆的相對(duì)位置圖。

圖中：1、直流電源，2、冷卻風(fēng)扇，3、微波發(fā)生器，4、微波輸出器，5、單脊型微波加熱器，6、質(zhì)子交換膜燃料電池堆，7、條狀微波發(fā)射口。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

請(qǐng)參閱圖1～圖4，一種無接觸式質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)裝置，包括依次連接的直流電源1、微波發(fā)生器3、微波輸出器4和微波加熱器5，所述微波加熱器5對(duì)位于其外部的所述質(zhì)子交換膜燃料電池6進(jìn)行無接觸的微波加熱。

質(zhì)子交換膜燃料電池在低溫(如-20℃)下啟動(dòng)時(shí)，化學(xué)反應(yīng)生成的水會(huì)在膜電極位置形成冰，而冰又會(huì)阻礙反應(yīng)氣體的擴(kuò)散，造成電池?zé)o法運(yùn)行。眾所周知，水或者冰是吸收微波最強(qiáng)的物質(zhì)，因此將微波應(yīng)用于燃料電池的冷啟動(dòng)過程，能起到快速融冰的效果，保證冷啟動(dòng)成功。

在本實(shí)施例中，所述微波加熱器5為單脊型微波加熱器，所述單脊型微波加熱器的脊位處于窄邊，在所述單脊型微波加熱器的寬邊上設(shè)有與波導(dǎo)軸正交的條狀微波發(fā)射口7，所述條狀微波發(fā)射口7與所述質(zhì)子交換膜燃料電池6的膜電極相對(duì)，上述結(jié)構(gòu)能夠使所述單脊型微波加熱器的微波場(chǎng)集中在所述條狀微波發(fā)射口7附近傳播，在所述條狀微波發(fā)射口7上可以獲得很強(qiáng)的電場(chǎng)，當(dāng)薄片狀或線狀物料位于其附近時(shí)，可以很容易地獲得高效率的加熱。

在本實(shí)施例中，所述質(zhì)子交換膜燃料電池6為電池堆，所述電池堆采用由多個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單體串聯(lián)組成的漢堡式結(jié)構(gòu)，所述單脊型微波加熱器的長(zhǎng)度與所述電池堆的長(zhǎng)度相等，在所述單脊型微波加熱器上均布有若干個(gè)所述條狀微波發(fā)射口7，每個(gè)所述條狀微波發(fā)射口7與一個(gè)所述質(zhì)子交換膜燃料電池單體的膜電極相對(duì)。通過對(duì)電池堆不同位置的質(zhì)子交換膜燃料電池單體的膜電極進(jìn)行加熱，使電池堆中的個(gè)別電池單體發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而利用這些少數(shù)電池反應(yīng)時(shí)放出的熱量，對(duì)電池堆中的其他電池進(jìn)行加熱，最后達(dá)到整個(gè)電池堆啟動(dòng)成功的效果。

在本實(shí)施例中，所述微波發(fā)生器3設(shè)有冷卻風(fēng)扇2，所述冷卻風(fēng)扇2由所述直流電源1供電。

在本實(shí)施例中，為了減小體積，所述直流電源1采用車載直流電源，所述冷卻風(fēng)扇2采用小型風(fēng)扇，用來給微波發(fā)生器3散熱，所述微波發(fā)生器3采用磁控管，磁控管是一種用來產(chǎn)生微波能的電真空器件。

本實(shí)用新型的工作過程如下：

在質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)行冷啟動(dòng)時(shí)，通過直流電源1為微波發(fā)生器3供電，同時(shí)，冷卻風(fēng)扇3開始為微波發(fā)生器3散熱，以保證安全，微波發(fā)生器3產(chǎn)生的微波能量經(jīng)耦合過程由微波輸出器4輸出至單脊型微波加熱器，單脊型波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)微波的波形變換、阻抗匹配、耦合、諧振等功能，其特點(diǎn)是單向傳輸高頻信號(hào)，它控制電磁波向特定方向傳輸。將質(zhì)子交換膜燃料電池6置于單脊型微波加熱器形成的片狀電磁場(chǎng)中，進(jìn)行啟動(dòng)過程的加熱，當(dāng)電池冷啟動(dòng)成功后停止加熱。

本實(shí)用新型從質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)過程的實(shí)際問題出發(fā)，不改變電池自身結(jié)構(gòu)，不影響電池工作狀況，利用微波加熱原理，對(duì)冷啟動(dòng)過程中的燃料電池加熱。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。