[發(fā)明專利]燃料電池的冷卻回路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380030160.4
• 申請(qǐng)日: 2013-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN104396071A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·帕加內(nèi)利;L·讓里夏爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 米其林企業(yè)總公司;米其林研究和技術(shù)股份公司
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(hào): H01M8/04;H01M8/02;G01F1/00;G01R27/00
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 王永建

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及燃料電池的冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

眾所周知，燃料電池能夠在沒有轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的中間步驟的情況下通過基于氫氣(燃料)和氧氣(氧化劑)的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)直接產(chǎn)生電能。特別是對(duì)于機(jī)動(dòng)車應(yīng)用而言，該技術(shù)前景廣闊。燃料電池通常包括一疊單體元件或電池單元，每個(gè)單體元件或電池單元基本上由陽(yáng)極和陰極組成，所述陽(yáng)極和陰極通過聚合物膜分隔，從而允許離子經(jīng)由陽(yáng)極到達(dá)陰極。

電池中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此在電池中導(dǎo)致溫度升高。為了保護(hù)電池的各個(gè)組件，由電化學(xué)反應(yīng)釋放的熱量必須被耗散。

在現(xiàn)有的燃料電池中，在空氣冷卻電池的情況下，該熱量一般直接耗散到環(huán)境空氣中，或者借助于其中流過諸如水的熱傳導(dǎo)流體的冷卻回路被傳送，以便在散熱器、特別是為此目的設(shè)置的散熱器處耗散到環(huán)境空氣中。

為了防止電池的任何惡化，基于增加其使用壽命的目的，電池中存在用于監(jiān)測(cè)不同量的多種裝置。該監(jiān)測(cè)例如涉及各個(gè)電池的端子處的電壓、陽(yáng)極和陰極的壓力及水分含量、電池的芯部溫度以及燃料和氧化流體的溫度。這些監(jiān)測(cè)裝置主要關(guān)注于燃料和氧化氣體供給回路。

然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，也可能有用的是監(jiān)測(cè)冷卻回路的運(yùn)行，特別是為了恰好在由溫度升高而顯現(xiàn)出電池過熱之前檢測(cè)到電池過熱的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)為通過提出一種用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻回路的運(yùn)行的器件實(shí)現(xiàn)該目的。實(shí)際上，冷卻回路中的各種故障可能影響電池的使用壽命。因此，如果回路中液體的流量不足，則結(jié)果是冷卻變得低效。如果流動(dòng)由于例如冷卻泵的故障而中斷，則存在電池芯部將出現(xiàn)熱點(diǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)，其可能引起非常迅速且不可逆的劣化。因此，已經(jīng)證實(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該流量是有用的，以便當(dāng)流量不足時(shí)，如有必要可以停用電池。

還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，冷卻液的過大電導(dǎo)率可能導(dǎo)致不期望的泄漏電流，從而導(dǎo)致電池的一些元件的腐蝕和所述電池的隨之劣化。這是因?yàn)槔鋮s液與燃料電池的各個(gè)電池單元接觸，其中由于疊置原理，每個(gè)電池單元處于與其它電池單元不同的電勢(shì)。100個(gè)電池單元的燃料電池的末端電池單元之間的電勢(shì)差可能高達(dá)100伏。因?yàn)樾枰S持高效的冷卻，電池單元不能與冷卻液電絕緣。由于整個(gè)電池組浸入于同一冷卻液中，重要的是，使冷卻液的電導(dǎo)率最小化，以便限制在冷卻液中流動(dòng)的泄漏電流。冷卻液的電導(dǎo)率歸因于當(dāng)液體在回路中流動(dòng)時(shí)通過離子變得帶電的事實(shí)。由于不能完全消除該離子轉(zhuǎn)移，因此已經(jīng)證實(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電導(dǎo)率的水平以便當(dāng)電導(dǎo)率變得太大時(shí)如有必要?jiǎng)t停用電池是有用的。通常在冷卻回路中布置去離子盒。反映出過大電導(dǎo)率的信息也作為需要更換該去離子盒的指示。

由此，本發(fā)明旨在提出一種設(shè)有監(jiān)測(cè)這些參數(shù)的系統(tǒng)的燃料電池的冷卻回路。因此，本發(fā)明涉及一種燃料電池的冷卻回路，所述回路包括形成于燃料電池的雙極板中、適于允許冷卻流體流動(dòng)的至少一個(gè)通道，并且進(jìn)一步包括冷卻流體流量傳感器，所述回路的特征在于，其進(jìn)一步包括安裝在與流量傳感器相同的同一機(jī)械支架上的冷卻流體電導(dǎo)率傳感器。形成在該機(jī)械支架上的雙傳感器被定位為使得能夠?qū)υ谛纬捎陔p極板中的通道中流動(dòng)的冷卻液進(jìn)行測(cè)量。

通過在同一機(jī)械支架上安裝兩個(gè)傳感器，可以滿足燃料電池的小總體尺寸的要求，以及可以提供傳感器在電池單元的端子板上的更佳集成。

在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，所述傳感器適于對(duì)流量和電導(dǎo)率進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。這是因?yàn)椋缟纤觯軌驅(qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)冷卻液以便防止電池的任何劣化是有用的。

存在多種用于測(cè)量流體流量的已知技術(shù)。因此，在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，冷卻流體流量傳感器包括兩個(gè)翼片和用于測(cè)量所述兩個(gè)翼片之間的溫度差的器件。

在本發(fā)明的另一有利實(shí)施例中，電導(dǎo)率傳感器包括兩個(gè)電極和用于測(cè)量所述兩個(gè)電極之間的阻抗的器件。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻回路包括用于將由傳感器測(cè)得的測(cè)量值傳送至其中安裝有冷卻回路的燃料電池的控制器的器件。

本發(fā)明還涉及一種控制通過根據(jù)本發(fā)明的冷卻回路冷卻的燃料電池的方法，所述方法包括以下步驟：

·實(shí)時(shí)地將從流量傳感器輸出的流量測(cè)量值與第一預(yù)定閾值進(jìn)行比較的步驟，

·如果流量的值降至低于第一閾值，則使得燃料電池停用(停止工作)。

本發(fā)明還涉及一種控制通過根據(jù)本發(fā)明的冷卻回路冷卻的燃料電池的方法，所述方法包括以下步驟：

·實(shí)時(shí)地將從電導(dǎo)率傳感器輸出的測(cè)量值與第二預(yù)定閾值進(jìn)行比較的步驟，以及

·如果電導(dǎo)率的值升至高于第二閾值，則使得燃料電池停用。