[發明專利]過壓保護裝置及燃料電池系統

在審

• 申請號: 202010197433.6
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN113497263A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 姜有越;李劍錚;周飛鯤;余俊良
• 申請（專利權）人: 廣州汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04746
• 分類號: H01M8/04746
• 代理公司: 深圳眾鼎專利商標代理事務所(普通合伙) 44325
• 代理人: 譚果林

本發明屬于燃料電池系統零部件技術領域，涉及一種過壓保護裝置及燃料電池系統。該過壓保護裝置包括殼體，所述殼體上設有陽極進氣管口、陰極進氣管口和排氣管口，殼體內部空腔被分隔為第一腔體以及第二腔體，第一腔體內設有第一彈性件和往復運動機構，第一彈性件遠離陰極進氣管口的一端與往復運動機構相連，往復運動機構的另一端與設置在靠近陽極進氣管口處的泄壓閥相連；第一彈性件在第一過壓保護狀態下壓縮，帶動往復運動機構沿第一彈性件軸向向陰極進氣管口方向運動，開啟泄壓閥，使得通過泄壓閥流入第二腔體內的陽極氣體從排氣管口排出。該過壓保護裝置可有效保護燃料電池電堆，延長燃料電池電堆的使用壽命。

技術領域

本發明屬于燃料電池系統零部件技術領域，特別是一種過壓保護裝置及燃料電池系統。

背景技術

燃料電池電堆是由許多片單電池堆疊而成的，單電池內部氣體流道分為兩個腔體：電堆陰極腔體和電堆陽極腔體，兩個腔體通過膜電極隔開，陽極側通入氫氣，陰極側通入空氣，通過催化作用，實現電解水的逆反應，釋放電能、水和熱量，但由于膜電極的厚度很小，耐壓能力有限，當陰陽兩極的壓差過大時，容易損壞膜電極，導致氣體內漏，即氫氣漏至陰極腔或空氣漏至陽極腔。另外，燃料電池電堆陰陽兩極同外界大氣之間，同樣存在一個最大耐受壓力，當腔體內部壓力超過最大耐受壓力時，容易出現氣體外漏問題，即電堆內部氫氣或空氣泄漏至外部環境中。

燃料電池系統的陽極工作介質為氫氣，通過高壓儲罐進行存儲，燃料電池系統工作時，氣體從高壓儲罐內釋放，經過機械減壓閥初步減壓進入燃料電池系統，再通過系統中噴氫閥進一步降低壓力，提供滿足電堆工作壓力需求的氫氣。但隨著燃料電池系統的工作，不斷消耗著電堆陽極腔體內的氫氣，內部有壓力下降的趨勢，因此需要實時控制陽極側氣體壓力使其處于合理區間。

目前，一般是采用電控制方法實時控制陽極側氣體壓力，即在陽極側設置陽極壓力傳感器，該陽極壓力傳感器實時監測電堆陽極側的壓力值，并實時反饋給控制系統，控制系統通過PID調節對燃料電池電堆的陽極側氣體壓力進行動態控制，保證陽極側氣體壓力處于合理范圍。但當控制系統處于故障狀態或者手動控制時，電堆陽極腔體會偶發超過工作壓力的情況，甚至超過燃料電池系統部件的耐受能力，損壞燃料電池系統部件，導致燃料電池系統失效。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有的燃料電池電堆內壓差過大時，容易損壞燃料電池電堆的膜電極的技術問題，提供一種過壓保護裝置及燃料電池系統。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種過壓保護裝置，包括殼體，所述殼體上設有陽極進氣管口、陰極進氣管口和排氣管口，所述殼體內部空腔被分隔為與所述陰極進氣管口連通的第一腔體以及與所述陽極進氣管口連通的第二腔體，所述第一腔體與所述第二腔體相互隔離，所述第一腔體內部設置有用于控制燃料電池電堆內部陽極和陰極之間氣壓差的第一彈性件和往復運動機構，所述第一彈性件遠離所述陰極進氣管口的一端與所述往復運動機構相連，所述往復運動機構的另一端與設置在靠近所述陽極進氣管口處的泄壓閥相連。

可選地，所述往復運動機構包括活塞體和導向組件，所述活塞體內部的空腔形成活塞腔，所述導向組件可往復運動地設置于所述活塞腔內；所述活塞體與所述導向組件之間設有用于防止燃料電池電堆陽極側氣體壓力過高的第二彈性件。

可選地，所述殼體內包括一用于在所述活塞體與所述殼體之間形成徑向密封的密封件，所述密封件套設在所述活塞體上。

可選地，所述第二彈性件的彈性系數大于所述第一彈性件的彈性系數。

可選地，所述第一彈性件和第二彈性件均為彈簧。

可選地，所述泄壓閥包括閥芯和閥座，所述閥芯與所述往復運動機構相連，所述閥芯可在所述往復運動機構的帶動下沿所述第一彈性件或第二彈性件軸向運動，從而與所述閥座分離或壓緊，以開啟或關閉所述泄壓閥。