[發明專利]燃料電池的過壓保護裝置及控制方法

在審

• 申請號: 201910740704.5
• 申請日: 2019-08-12
• 公開（公告）號: CN110364754A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 林業發;吳炎花;王志斌
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04746
• 分類號: H01M8/04746;H01M8/04955
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;林嵩

本發明公開了一種燃料電池的過壓保護裝置及控制方法，所述過壓保護裝置包括常開型的第一電磁閥、泄壓閥、第一壓力檢測模塊和控制模塊；第一壓力檢測模塊用于檢測燃料電池的陽極側的第一壓力值，并發送至控制模塊；控制模塊用于判斷第一壓力值是否滿足第一設定范圍，若滿足，則控制第一電磁閥間歇開啟或保持打開狀態；若超過第一設定范圍，則控制燃料電池斷電停機，并控制泄壓閥打開。本發明實現對燃料電池的陽極側高壓的多級控制，靈活且有效地實現對燃料電池的陽極側的過壓保護；同時，滿足了燃料電池的陰陽極壓差平衡的要求，進一步地提高了燃料電池工作的安全性和穩定性。

技術領域

本發明涉及電池保護技術領域，特別涉及一種燃料電池的過壓保護裝置及控制方法。

背景技術

對于燃料電池，如質子交換膜燃料電池，是通過電化學反應將燃料(通常是氫氣或甲醇)中的化學能直接轉換成電能，具有能量轉換效率高且無污染物排放的顯著優點。具體地，燃料氣和氧化氣分別由燃料電池膜電極的陽極和陰極通入，燃料氣在陽極上分離出電子和離子，電子經外電路傳導到陰極，構成回路，產生電流；離子在電場作用下，通過電解質遷移到陰極，電子與離子在陰極側與氧化氣結合反應，反應產物由陰極排出。

在實際應用中，提高燃料電池的陰極和陽極的操作壓力是提高電池系統效率的重要手段之一。考慮到當入堆壓力過高(陽極側壓力)或陰陽極壓差過大時，會導致燃料電池(電堆)泄露甚至造成損壞，因此需要保證電池的陽極側的壓力要高于陰極側的壓力；同時為了保護膜電極，需要嚴格控制陰陽極流體的壓力差值。

目前，特別對于車、船用的質子交換膜燃料電池，主要解決入堆壓力過高的情況，一般是在陽極(氫氣)入口側加裝泄壓閥，該泄壓閥的結構為機械式閥門，即設定某個固定壓力，當陽極側壓力達到該固定值時，泄壓閥開啟，實現泄壓保護。這種過壓保護存在的不足之處在于：為了實現燃料電池電堆不斷提高的操作壓力，泄壓閥的選型往往滿足燃料電池電堆的最高操作壓力的要求，且僅能實現陽極單側壓力超高保護，未能滿足陰陽極壓差耦合的要求，在高工況或高操作壓力條件時，若出現故障斷電停機，燃料電池的陽極側會變成密閉容腔，此時陽極仍保持較高壓力，且陰陽極壓差過高，若此時陽極側壓力沒有達到設定的泄壓閥開啟壓，則無法泄壓，這樣就易造成膜電極的物理損壞。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中燃料電池的過壓保護方式存在僅能實現陽極單側壓力超高保護，且不能滿足陰陽極壓差耦合的要求的缺陷，提供一種燃料電池的過壓保護裝置及控制方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

本發明提供一種燃料電池的過壓保護裝置，所述過壓保護裝置包括常開型的第一電磁閥、第一壓力檢測模塊和控制模塊；

所述第一電磁閥和所述第一壓力檢測模塊均設置在燃料電池的陽極主管路上；

所述控制模塊分別與所述第一電磁閥和所述第一壓力檢測模塊電連接；

其中，在所述燃料電池正常運行時，所述第一電磁閥處于關閉狀態；

所述第一壓力檢測模塊用于檢測所述燃料電池的陽極側的第一壓力值，并發送至所述控制模塊；

所述控制模塊用于判斷所述第一壓力值是否滿足第一設定范圍，若滿足，則控制所述第一電磁閥間歇開啟或保持打開狀態；若超過所述第一設定范圍，則控制所述燃料電池斷電停機；

其中，當所述燃料電池斷電停機時，所述第一電磁閥處于打開狀態。

較佳地，所述過壓保護裝置還包括陽極進氣控制閥和陽極尾排控制閥；

所述陽極進氣控制閥設置在所述燃料電池的陽極主管路的入口支路上；

所述陽極尾排控制閥設置在所述燃料電池的陽極主管路的出口支路上；