[發(fā)明專(zhuān)利]燃料電池系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280046245.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104025359B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 西蒙·愛(ài)德華·福斯特;彼得·戴維·胡德;克里斯托弗·詹姆斯·科爾克
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 智慧能量有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/241
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/241;H01M8/2475;H01M8/04089;H01M8/04082;H01M8/0438;H01M8/0444;H01M8/04537
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 湯雄軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池，并且特別地涉及質(zhì)子交換膜型（proton-exchange?membrane?type）燃料電池，其中氫氣被提供給燃料電池的陽(yáng)極側(cè)，氧氣被供給至燃料電池的陰極側(cè)，水副產(chǎn)物在燃料電池的陰極側(cè)處產(chǎn)生并且從燃料電池的陰極側(cè)移出。

背景技術(shù)

這種燃料電池通常包括夾在兩個(gè)多孔電極之間的質(zhì)子交換膜（PEM），一起包括膜電極組件（MEA）。MEA本身通常夾在（i）和（ii）之間：（i）陰極擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，具有鄰近到MEA的陰極面的第一面；和（ii）陽(yáng)極擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，具有鄰近MEA的陽(yáng)極面的第一面。陽(yáng)極擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的第二面接觸陽(yáng)極流體流場(chǎng)板，用于電流收集和用于分配氫氣到陽(yáng)極擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的第二面。陰極擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的第二面接觸陰極流體流場(chǎng)板，用于電流收集，用于分配氧氣到陰極擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的第二面，并且用于從MEA中提取多余的水。多個(gè)這樣的燃料電池通常以串聯(lián)配置分層，以形成燃料電池組。

一種燃料電池組可以被方便地設(shè)置在殼體或其他支撐框架或結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述殼體或其他支撐框架或結(jié)構(gòu)還可以為燃料電池系統(tǒng)的其它部件提供支撐和/或保護(hù)。燃料電池系統(tǒng)的其它部件可以包括各種元件，諸如用于陰極擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的強(qiáng)制通風(fēng)以輸送氧氣的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇、燃料輸送系統(tǒng)、燃料和空氣流動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電池電壓監(jiān)控系統(tǒng)以及用于提供控制功能到燃料電池組的電子元件。

在燃料電池系統(tǒng)中常用的一種額外部件是氫氣檢測(cè)器，用于檢測(cè)氫氣從燃料電池組或從支撐燃料輸送系統(tǒng)的泄漏。氫氣泄漏檢測(cè)器對(duì)于燃料電池組的安全操作可以是重要的特征，但是使燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)增加成本和復(fù)雜性。而且，氫氣泄漏檢測(cè)器可以成功地檢測(cè)出氫氣泄漏的存在，但是不積極地協(xié)助處理逸出氣體；而是通常使用泄漏檢測(cè)器來(lái)觸發(fā)報(bào)警條件和/或關(guān)閉燃料電池和/或燃料的供給。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于檢測(cè)在燃料電池系統(tǒng)中氫氣泄漏的改進(jìn)系統(tǒng)。

根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括：燃料電池，包括至少一個(gè)陰極、和用于引導(dǎo)氧化劑氣體通過(guò)或者經(jīng)過(guò)陰極的陰極管；殼體，容納所述燃料電池并且限定圍繞燃料電池的氣室；通風(fēng)系統(tǒng)，配置成用于迫使空氣從氣室進(jìn)入陰極管；和控制系統(tǒng)，配置成用于監(jiān)控燃料電池電壓，并且檢測(cè)歸因于陰極管中氫氣的存在的電壓下降。

殼體可以限定氣室，氣室封閉（confine）燃料電池的除了陰極排氣面以外的所有面，陰極排氣面包括陰極管的下游端。通風(fēng)系統(tǒng)可以包括設(shè)置在殼體的壁中的風(fēng)扇，配置成用于將空氣吹入氣室。殼體被配置成用于使得氣室中空氣的主要出口路徑經(jīng)由陰極管。該系統(tǒng)可以包括在所述殼體內(nèi)形成一個(gè)或多個(gè)組的多個(gè)所述燃料電池。該控制系統(tǒng)可以包括：電池電壓監(jiān)視系統(tǒng)，用于確定燃料電池的實(shí)際電壓或者所述燃料電池組中的一個(gè)或多個(gè)電池的實(shí)際電壓；處理器，用于接收指示燃料電池或燃料電池組的操作條件的輸入，并且由此確定被監(jiān)視的一個(gè)或多個(gè)燃料電池的預(yù)期的電壓；和比較器，用于確定實(shí)際電壓和預(yù)期的電壓之間的差是否超過(guò)指示在陰極管中的氫氣的預(yù)定水平的預(yù)定閾值。殼體可以包括用于環(huán)境空氣通過(guò)而進(jìn)入氣室的至少一個(gè)空氣入口，系統(tǒng)還包括設(shè)置在陰極管的下游并且配置成用于將空氣從氣室的吸引進(jìn)入陰極管和從陰極管排出的風(fēng)扇。

附圖說(shuō)明

以下通過(guò)示例的方式并參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例,其中：

圖1示出包括設(shè)置在殼體中的燃料電池組的燃料電池系統(tǒng)；和

圖2示出并入圖1的燃料電池系統(tǒng)的氫氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的功能組件的示意圖。

具體實(shí)施方式

參照參考圖1，燃料電池系統(tǒng)1包括設(shè)置在殼體3內(nèi)的燃料電池組2。殼體3容納燃料電池組2并且限定燃料電池組周?chē)目諝饪臻g或氣室（plenum）4。燃料電池組2包括以常規(guī)堆配置層疊在一起的多個(gè)電池5，使得在電池組2中的連續(xù)的電池5的輸出電壓可以串聯(lián)連接以提供任何所需的電壓的電池組輸出。燃料電池組2可以是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以包括用于將燃料輸送到電池組中的膜電極組件的陽(yáng)極側(cè)的陽(yáng)極通道，和用于傳送氧化劑至電池組中的膜電極組件的陰極側(cè)的陰極通道。燃料電池組2可以是開(kāi)放型陰極類(lèi)型，使得氧化劑通過(guò)以大致大氣壓力強(qiáng)制通風(fēng)通過(guò)陰極通道被輸送到MEA的陰極側(cè)。電池組2包括多個(gè)面，所述多個(gè)面包括陰極空氣吹入其中的陰極入口面6和陰極空氣從其被排出的陰極排氣面7。如圖1中顯示，殼體3優(yōu)選地不完全封閉燃料電池2，而是保留陰極排氣面7暴露于殼體4的外部的周?chē)諝狻んw可以被密封到電池組2的邊緣以防止空氣通過(guò)電池組的邊緣。