[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

本發明提出了一種燃料電池和質子交換膜保護方法，包括燃料電池電堆，所述燃料電池電堆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分隔；連接所述燃料電池電堆的陽極的氫氣回路，所述氫氣回路為燃料電池電堆提供氫氣；連接所述燃料電池電堆的陰極的空氣回路，所述空氣回路為燃料電池電堆提供氧氣；其中，所述空氣回路上并聯設置有壓力平衡裝置，所述壓力平衡裝置構成能夠控制所述空氣回路的壓力，使燃料電池電堆中陰極側和陽極側的壓力平衡，使所述質子交換膜的兩側的壓力處于平衡的狀態。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池及質子交換膜保護方法，尤其是氫氧燃料電池及其中的質子交換膜的保護方法。

背景技術

質子交換膜是燃料電池的核心部件之一，它和電極一起決定了燃料電池的性能、壽命和價格。目前國內常用的質子交換膜為全氟磺酸質子交換膜，具有較高的化學穩定性，但是在質子交換膜兩側壓力差較大的時候容易穿孔損壞，嚴重時導致整車燃料電池報廢；當前國內外燃料電池質子交換膜兩側壓力基本控制在20kpa以內，一般陽極壓力高于陰極壓力。

發明內容

針對現有技術中所存在的上述技術問題，本發明提出了一種燃料電池及質子交換膜保護方法，能夠控制質子交換膜兩側壓差較大時防進一步擴大，同時迅速降低兩側的壓力差，保護質子交換膜安全可靠不被損壞或減少質子交換膜損壞的概率。

為了實現以上發明目的，本發明的一個方面提出了一種燃料電池，包括：

燃料電池電堆，所述燃料電池電堆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分隔；

連接所述燃料電池電堆的陽極的氫氣回路，所述氫氣回路為燃料電池電堆提供氫氣；

連接所述燃料電池電堆的陰極的空氣回路，所述空氣回路為燃料電池電堆提供氧氣；

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

本發明的進一步改進在于，所述空氣回路包括提供空氣的空壓機，所述空壓機通過并聯設置的主管道和支管道連接所述燃料電池電堆的陰極入口；其中，所述支流管道上設置所述壓力平衡裝置。

本發明的進一步改進在于，所述壓力平衡裝置包括儲氣裝置和控制裝置，所述儲氣裝置和控制裝置的上游設置有第一電磁閥，其下游設置有第二電磁閥；

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的陰極和陽極的壓差控制所述第一電磁閥和所述第二電磁閥的工作狀態。

本發明的進一步改進在于，所述第一電磁閥和所述第二電磁閥均為單向閥，單向閥的方向是從所述空壓機到所述陰極入口。

本發明的進一步改進在于，所述主管道上設置有調節空氣濕度的增濕器，所述燃料電池電堆的陰極出口設置有冷凝器，所述冷凝管凝結的水導入所述增濕器。

本發明的進一步改進在于，所述燃料電池電堆連接有散熱回路，所述散熱回路包括散熱裝置，散熱裝置的兩端分別連接燃料電池電堆的冷卻水入口和冷卻水出口，散熱裝置連接冷卻水入口的管線上設置有電子水泵。

本發明的進一步改進在于，所述氫氣回路包括高壓氫氣瓶，所述高壓氫氣瓶通過氫氣管線連接燃料電池電堆的陽極入口；所述燃料電池電堆的陽極出口設置有氫氣尾排電磁閥，并通過氫氣再循環裝置連接氫氣管線。

根據本發明的另一個方面還提出了一種質子交換膜保護方法，包括：

在燃料電池電堆正常運行的情況下，空氣回路中的部分氣體進入到壓力平衡裝置中，壓力平衡裝置存儲一定量的空氣；