[發明專利]一種燃料電池及質子交換膜保護方法

有效

• 申請號: 201911285400.0
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN112993326B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 黃炫方;胡振球;彭再武;樊釗;尹志剛;張曉龍;鄭春華;周華;王緒涵
• 申請（專利權）人: 中車時代電動汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04298
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 劉碩

1.一種燃料電池，其特征在于，包括：

燃料電池電堆(1)，所述燃料電池電堆(1)的陽極接入氫氣燃料，陰極接入空氣；其中，所述陽極和所述陰極之間通過電解質構成的質子交換膜(17)分隔；

連接所述燃料電池電堆(1)的陽極的氫氣回路(3)，所述氫氣回路(3)為燃料電池電堆(1)提供氫氣；

連接所述燃料電池電堆(1)的陰極的空氣回路(2)，所述空氣回路(2)為燃料電池電堆(1)提供氧氣；

其中，所述空氣回路(2)上并聯設置有壓力平衡裝置(22)，所述壓力平衡裝置(22)構成能夠控制所述空氣回路(2)的壓力，使燃料電池電堆(1)中陰極側和陽極側的壓力平衡，使所述質子交換膜(17)的兩側的壓力處于平衡的狀態；

所述空氣回路(2)包括提供空氣的空壓機(21)，所述空壓機(21)通過并聯設置的主管道和支管道連接所述燃料電池電堆(1)的陰極入口(11)；其中，所述支管道上設置所述壓力平衡裝置(22)；

所述壓力平衡裝置(22)包括儲氣裝置和控制裝置(25)，所述儲氣裝置和控制裝置(25)的上游設置有第一電磁閥(26)，其下游設置有第二電磁閥(27)；

其中，所述儲氣裝置造成能夠存儲空氣并保持一定的氣壓，所述控制裝置構造成能夠根據燃料電池電堆(1)的陰極和陽極的壓差控制所述第一電磁閥(26)和所述第二電磁閥(27)的工作狀態；

所述第一電磁閥(26)和所述第二電磁閥(27)均為單向閥，單向閥的方向是從所述空壓機(21)到所述陰極入口(11)。

2.根據權利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述主管道上設置有調節空氣濕度的增濕器(24)，所述燃料電池電堆(1)的陰極出口(12)設置有冷凝器(28)，冷凝管凝結的水導入所述增濕器(24)。

3.根據權利要求2所述的燃料電池，其特征在于，所述燃料電池電堆(1)連接有散熱回路(4)，所述散熱回路(4)包括散熱裝置(41)，散熱裝置(41)的兩端分別連接燃料電池電堆(1)的冷卻水入口(44)和冷卻水出口(45)，散熱裝置(41)連接冷卻水入口(44)的管線上設置有電子水泵(42)。

4.根據權利要求3所述的燃料電池，其特征在于，所述氫氣回路(3)包括高壓氫氣瓶(31)，所述高壓氫氣瓶(31)通過氫氣管線(32)連接燃料電池電堆(1)的陽極入口(13)；所述燃料電池電堆(1)的陽極出口(14)設置有氫氣尾排電磁閥(33)，并通過氫氣再循環裝置(34)連接氫氣管線(32)。

5.一種根據權利要求1至4中任一所述的燃料電池的質子交換膜保護方法，其特征在于，包括：

在燃料電池電堆(1)正常運行的情況下，空氣回路(2)中的部分氣體進入到壓力平衡裝置(22)中，壓力平衡裝置(22)存儲一定量的空氣；

在陰極壓力小于陽極壓力時，壓力平衡裝置(22)向燃料電池電堆(1)的陰極輸送空氣，提高陰極的壓力，使陰極和陽極壓力平衡。

6.根據權利要求5所述的質子交換膜保護方法，其特征在于，所述壓力平衡裝置(22)向陰極輸送空氣時，所述控制裝置根據燃料電池電堆(1)的陰極和陽極的壓力差實時控制第二電磁閥(27)，根據陰極和陽極的壓力差改變第二電磁閥(27)的啟動、停止及流量調節。

7.根據權利要求6所述的質子交換膜保護方法，其特征在于，在第二電磁閥(27)開啟時，所述第一電磁閥(26)處于關閉的狀態；當陰極和陽極的壓力平衡后，關閉第二電磁閥(27)并開啟第一電磁閥(26)，向所述存儲裝置內存儲空氣。