用于修理燃料电池堆的方法技术

在此公开的技术涉及一种用于修理带有多个单电池101、102、103、104的燃料电池堆100的方法，其包括步骤：a)识别所述燃料电池堆100的至少一个退化的单电池102；和b)去活所述至少一个退化的单电池102。

A method for repairing fuel cell heap

The technology in this disclosure involves a method for repairing fuel cell heap 100 with multiple single cells 101, 102, 103, 104, including steps: a) to identify at least one degraded single battery 102 of the fuel cell stack 100, and b) to live the at least one degraded single battery 102.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于修理燃料电池堆的方法
在此公开的技术涉及一种用于修理燃料电池堆的方法。
技术介绍
燃料电池系统本身是已知的。燃料电池系统包括带有多个串联的燃料电池或者说单电池(在下面简化地使用术语“单电池”或“单体”)的燃料电池堆。燃料电池堆的功率由在给定电流密度时具有最小电压的单电池所限制。在损伤情况例如氢供给不足(英语：globalfuelstarvation)之后，单个的单电池的电压会由于不可逆的电极损伤而如此低，使得燃料电池堆不再能够产生用于车辆运行的必需的最小电压/功率。即使当仅一个单电池或仅少许单电池不再能够产生对于机动车最小功率所必需的电流时，整个燃料电池堆由于单电池的串联而也必须视为有缺陷的。如果燃料电池堆的单电池是有缺陷的，则燃料电池堆功率由于所有单电池串联而由最差的或有缺陷的单电池所限制。结果是限制车辆功率，在一定情况下不能提供功率。在这两种情况下，机动车必须通过专业车间来检查。迄今难以将燃料电池堆的各个有缺陷的单电池进行修理或替换。为此必须将燃料电池堆从车辆中拆卸出来并且将其拆开，将各个有缺陷的或退化的单电池移除并且必要时用新的单电池来替换。这种工艺是麻烦的并且可能需要特殊工具、机器和空间性。此外对于这种修理需要扎实的专业知识。以现有的基础设施可以符合目的地更换整个燃料电池堆。然而将有缺陷的燃料电池堆用新的燃料电池堆来更换是成本高昂的。由US7,078,119B2已知一种带有多个子堆的燃料电池堆，在该燃料电池堆中，将温度考虑用于控制该燃料电池堆。
技术实现思路
在此公开的技术的一个任务是，减少或消除已知的解决方案的缺点。另外的任务由在此公开的技术的有利效果得到。所述任务通过独立专利权利要求的技术方案来解决。从属权利要求形成优选的设计方案。在此公开的技术涉及一种用于修理燃料电池堆的方法。带有在此公开的燃料电池堆的燃料电池系统例如考虑用于移动应用如机动车，尤其用于提供用于至少一个驱动机的能量以用于使机动车向前运动。这种燃料电池系统包括多个燃料电池。在其最简单的形式方面，单电池是电化学的能量转换器，所述能量转换器将燃料和氧化剂转换成反应产物并且同时生产电和热。单电池包括阳极和阴极，它们通过离子选择性的或离子可透过的分离器来分开。阳极具有用于燃料往阳极的引入系统。优选的燃料是：氢、低分子醇、生物燃料或液化天然气。阴极例如具有用于氧化剂的引入系统。优选的氧化剂例如是空气、氧和过氧化物。离子选择性的分离器(在下面称为膜片)例如能够构造为质子交换膜片(PEM)。优选使用阳离子选择性的聚合物电解膜片。用于这种膜片的材料例如是：和单电池的数量根据单体设计和燃料电池系统所需功率而定。例如，燃料电池堆可以包括至少100、优选至少200、至少300、至少400或至少500个燃料电池或者说单电池。各单电池联合成燃料电池堆，尤其所述单电池被夹紧在两个端部板之间。燃料电池堆此外包括至少两个集电器。集电器通常是如下板，所述板至少局部从燃料电池堆中引导出来(或相应的电导体被引导出来)。集电器用于将贴靠的单电池的电流面式地截取并且朝消耗器方向引离。燃料电池系统在此如下地构造，使得能够选择性地去活至少一个有缺陷的单电池。在此公开的方法包括下列步骤：识别燃料电池堆的至少一个退化的单电池；以及去活所述至少一个退化的单电池。在此通常会被视为单体退化或者说退化的单电池的是单电池的状态尤其功率能力的变差。例如可以视为单体退化的是，该单电池例如能够提供燃料电池堆的没有退化的单电池的平均功率或额定功率的少于70％、优选少于50％、30％或20％。代替“退化的单电池”还可以使用术语“有缺陷的燃料电池”。就此而言也可以将膜片损伤视为有缺陷的燃料电池。至少一个退化的单体的识别例如可以如下进行，即，确定单电池的单体退化。单体退化的确定能够包括如下步骤：测量多个单电池的单体电压。也就是说例如可以将单体电压考虑为用于单体退化的量度。例如，当单电池能够提供其它单电池的平均电压或额定电压的少于70％、优选少于50％、30％或20％时，该单电池可被视为退化的。换言之，当一个单体比燃料电池堆的和/或相应部段的其它单电池具有小的单体电压时，会存在单体退化。代替单体电压也可以考虑单电池的其它参数例如阻抗、OCV试验等。单体退化能够连续或断续(也就是说偶尔、尤其以有规律的间隔)在燃料电池运行期间进行确定。优选地，单体退化不在燃料电池运行的开始阶段期间得到测定。在开始阶段中，也就是说当燃料电池系统还没有达到运行温度时，冰形成会使测量结果失真。优选地，所述至少一个单电池只在时间上错开的多次测量之后或在单体电压的偏差大于之前定义的值时才被分级为退化的。为了识别并且优选还为了定位至少一个退化的单电池，例如可以使用单体监视系统。此外优选地，退化的单电池还能够在服务车间中通过合适的诊断设备、例如通过外部诊断仪器来识别和/或定位。就此而言，“去活”尤其可以表示：该单体不为燃料电池堆的功率做贡献或不再影响该功率并且尤其不限制由堆产生的电流流动。所述至少一个退化的单电池的去活尤其包括单电池的电桥接。单电池根据一方面能够在外部被桥接，例如方式为，将一个单电池的各分离器板电桥接。换言之，在各分离器板之间允许电连接。在退化的单电池的两个分离器板之间的导电连接能够特别有利地穿过膜片来产生。就此而言，“穿过膜片”表示膜片本身导电和/或在膜片中产生通路，所述通路能够在通常通过膜片分开的催化器层和/或气体扩散层之间实现电接触。通路例如可以是在膜片中的孔、缝隙或裂纹。燃料电池堆整体上被预紧。该预紧确保实现相应布置在膜片两侧上的催化器层和/或气体扩散层被挤压到通路中，其中，在其它情况下被膜片分离的各构件于是相接触。只要一个或两个催化器层出于任何原因不应存在于穿过膜片的通路区域中，则一个或两个气体扩散层能够建立往膜片另一侧的电接触。导电连接能够备选地或附加地还如下设计，使得膜片本身至少局部有导电能力，例如方式为，改变膜片物质和/或将有导电能力的物质引入到膜片中。根据在此公开的方法，可以将高电压施加在单电池上，所述高电压产生通路。高电压合乎目的地如下选取，使得引起火花击穿和由此引起通路的构造。例如，高电压能够为至少1kV或至少5kV、此外优选至少10kV、至少20kV或至少30kV。优选地，燃料电池堆在此是无电势的。例如，燃料电池堆不应联接到机动车的接地电势处。优选地，保证没有由于高电压的施加而在正常的单电池之间有电流流动。正常的单电池能够为此是无电势的。高电压能够合乎目的地从外边缘施加在单电池的分离器板上。只要使用单体监视系统并且其构造成用于传递高电压，则也能够经由单体监视系统来施加高电压。代替单电池例如也可以规定，将两个或更多个直接相邻的单电池同时去活。换言之，为待去活的单体设置外部短路。备选或附加于高电压，还能够将分解膜片结构的物质引入到退化的单电池中。在此，物质能够改变膜片结构使得膜片有导电能力。特别优选地，膜片至少局部地完全被分解，从而构造通路。例如，溶剂例如丙酮能被引入到单电池中，所述溶剂至少局部溶解膜片。有利地，能够使用如下物质，其动态粘性在大气压和0℃的温度的情况下小于100010-6kgm-1s-1、并且特别优选小于50010-6kgm-1s-1或小于10010-6kgm-1s-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于修理带有多个单电池(101、102、103、104)的燃料电池堆(100)的方法，包括下列步骤：识别所述燃料电池堆(100)的至少一个退化的单电池(102)；以及去活所述至少一个退化的单电池(102)；其中，穿过离子选择性的分离器(122')产生在所述至少一个退化的单电池(102)的两个分离器板(14、14'、14”、14”')之间的导电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.02 DE 102015224088.61.用于修理带有多个单电池(101、102、103、104)的燃料电池堆(100)的方法，包括下列步骤：识别所述燃料电池堆(100)的至少一个退化的单电池(102)；以及去活所述至少一个退化的单电池(102)；其中，穿过离子选择性的分离器(122')产生在所述至少一个退化的单电池(102)的两个分离器板(14、14'、14”、14”')之间的导电连接。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述离子选择性的分离器(122')中产生通路(D)，其中，将高电压施加在所述单电池(102)上或施加在两个或更多个直接相邻的单电池上，所述高电压产生所述通路(D)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述高电压施加到所述单电池(102)上，使得没有由于所述高电压的施加而在正常的单电池之间有电流流动。4.根据权利要求2、3或4所述的方法，其中，将所述高电压从外边缘施加到单电池的分离器板上。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使所述离子选择性的分离器(122')至少局部有导电能力。6.根据权利要求5所述的方法，其中，使所述离子选择性的分离器(122')本身至少局部有导电能力，方式为，改变所述离子选择性的分离器(122')的物质。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，使所述离子选择性的分离器(122')本身至少局部有导电能力，方式为，将有导电能力的物质引入到所述离子选择性的分离器(122')中。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将分解所述离子选择性的分离器(122')的结构的物质引入到所述退化的单电池(102)中，其中，所述物质改变所述离子选择性的分离器(122')的结构，使得所述离子选择性的分离器(122')有导电能力。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将溶剂引入到所述单电池中，所述溶剂至少局部溶解所述离子选择性的分离器(122')。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述物质构造成用于分解所述单电池的催化器层的结构。11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，将所述物质从所述单电池之外、并且优选地从介质通道之外引入。12.根据前述权利要求中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·哈斯，S·克赖特迈尔，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE