燃料电池堆的堆叠系统及其短路检测方法技术方案

公开了一种燃料电池堆的堆叠系统及其短路检测方法。本申请的堆叠系统包括：燃料电池堆、供气装置、第一集流引出件、第二集流引出件、集流器、热箱和控制装置，热箱内垂直方向上的一列燃料电池堆及其供气装置形成一个堆塔，同一堆塔中的燃料电池堆串联；单个控制装置配置为控制一个堆塔并针对该堆塔进行短路检测；每个堆塔中位于热箱最上方的燃料电池堆独立地通过一第一集流引出件连接相应控制装置一极，所有堆塔中位于热箱最下方的燃料电池堆共同地连接集流器，集流器通过一第二集流引出件连接所有堆塔的控制装置的另一极。本申请堆叠系统集流紧凑性和灵活性更好，系统复杂度和热箱气体密封失效的风险等均较低。箱气体密封失效的风险等均较低。箱气体密封失效的风险等均较低。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池堆的堆叠系统及其短路检测方法


[0001]本申请涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池堆的堆叠系统及其短路检测方法。

技术介绍

[0002]由于技术难度大，集成式大功率固体氧化物燃料电池系统在国内外发展均不够成熟。作为电流的收集方式，集流设计直接影响固体氧化物燃料电池系统最终电能输出的反馈，反映整个燃料电池堆叠系统的运行效果。目前已知的平板式固体氧化物燃料电池堆的堆叠系统的集流方法主要是在每组非贯通式气路的燃料电池堆的负极均设计集流棒来各自引出，不仅增加了系统的复杂度，而且需要采用负极与外壳绝缘设计，对绝缘可靠性的要求较高，并且可能导致潜在的热箱气体密封问题。因此，如何提高此类固体氧化物燃料电池堆的堆叠系统的集流紧凑性和灵活性是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]为部分地或全部地解决上述技术问题或其他相关的技术问题，本申请实施例提供了一种燃料电池堆的堆叠系统及其短路检测方法。
[0004]本申请的一个方面，提供了一种燃料电池堆的堆叠系统，包括：燃料电池堆、供气装置、第一集流引出件、第二集流引出件、集流器、热箱和控制装置，所述燃料电池堆、供气装置、集流器均密封于所述热箱内，所述控制装置和第二集流引出件设置于所述热箱外部，所述第一集流引出件穿过所述热箱引出至所述热箱外；其中，每个所述燃料电池堆与其对应的所述供气装置连通且相互绝缘，所述热箱内垂直方向上的一列所述燃料电池堆及其供气装置形成一个堆塔，同一所述堆塔中的所述燃料电池堆串联；单个所述控制装置配置为控制一个所述堆塔并针对该堆塔进行短路检测；每个所述堆塔中位于所述热箱最上方的所述燃料电池堆独立地通过一所述第一集流引出件连接相应控制装置一极，所有堆塔中位于所述热箱最下方的所述燃料电池堆共同地连接所述集流器，所述集流器通过一所述第二集流引出件连接所有堆塔的控制装置的另一极。
[0005]一些示例中，所述集流器与所述供气装置均设置为零电势点，所述第二集流引出件自所述热箱外壳引出并连接所有堆塔的控制装置的另一极。
[0006]一些示例中，上述堆叠系统还包括：集流件；其中，各所述堆塔中最下方的所述燃料电池堆分别通过一所述集流件连接所述集流器。
[0007]一些示例中，所述堆塔中的相邻燃料电池堆之间通过一所述集流件电连接。
[0008]一些示例中，所述第一集流引出件为正极集流引出件，所述第二集流引出件为负极集流引出件。
[0009]一些示例中，所述堆塔中，所述供气装置设置在所述燃料电池堆之间，配置为为设置于自身上方的所述燃料电池堆供给气体和收集尾气。
[0010]本申请的另一方面，提供一种燃料电池堆的堆叠系统的短路检测方法，应用于上
述燃料电池堆的堆叠系统，所述方法包括：测量燃料电池堆的堆叠系统中堆塔的放电电压和开路电压，并根据所述堆塔的放电电压和开路电压确定所述堆塔中是否发生短路；在确定所述堆塔中发生短路时，报警。
[0011]一些示例中，测量燃料电池堆的堆叠系统中堆塔的放电电压和开路电压，并根据所述堆塔的放电电压和开路电压确定所述堆塔中是否发生短路，包括：测量所述堆塔的放电电压，确定所述堆塔的放电电压是否异常；若所述堆塔的放电电压异常，则测量所述堆塔的开路电压，并根据所述堆塔的放电电压和开路电压确定所述堆塔中是否发生短路及短路位点。
[0012]一些示例中，确定所述堆塔的放电电压是否异常，包括：判断所述堆塔的放电电压是否等于所述堆塔中包含的所有燃料电池堆的放电电压正常值之和；若所述堆塔的放电电压不等于所述堆塔中包含的所有燃料电池堆的放电电压正常值之和，则确定所述堆塔的放电电压异常。
[0013]一些示例中，根据所述堆塔的放电电压和开路电压确定所述堆塔中是否发生短路及短路位点，包括：验证所述堆塔的放电电压是否等于所述堆塔中r个燃料电池堆的放电电压正常值之和、以及所述堆塔的开路电压是否等于所述r个燃料电池堆的开路电压正常值之和，r为正整数且小于所述堆塔中燃料电池堆的总数；若所述堆塔的放电电压等于所述r个燃料电池堆的放电电压正常值之和且所述堆塔的开路电压等于所述r个燃料电池堆的开路电压正常值之和，则确定所述堆塔中发生了短路，且短路位点为所述堆塔中自上而下第r个燃料电池堆及其供气装置处。
[0014]本申请实施例燃料电池堆的堆叠系统，将燃料电池堆及其供气装置划分为堆塔，以堆塔为单位进行集流，提高了集流的灵活性，同时每个堆塔的正负极采用不同的集流方式，一极独立引出，另一极集中引出，既保证了堆塔间的独立性，又提高了燃料电池堆的堆叠系统的集流紧凑性，降低了系统复杂度，同时减少了穿过热箱箱体的集流件数量，有效降低了热箱气体密封失效的风险，并且将供气装置作为集流的功能部件，还实现了因燃料电池堆与供气装置之间绝缘失效而导致的短路的风险预警和位点判断。
[0015]通过本申请实施例的短路检测方法，可以针对潜在的燃料电池堆与供气装置间的绝缘失效导致的短路问题进行风险预警和短路位点判断，为控制堆叠系统的局部高温热点提供技术支持，降低了堆叠系统的安全风险。
[0016]本申请实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0017]附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例，但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中：
[0018]图1是本申请一示例性实施例中燃料电池堆的堆叠系统的组成结构示意图。
[0019]图2是本申请一示例性实施例中燃料电池堆的堆叠系统的短路检测方法的流程示意图。
[0020]图3是本申请一示例性实施例中燃料电池堆的堆叠系统的短路检测方法的具体实现流程示意图。
[0021]附图标记说明
[0022]1、固体氧化物燃料电池堆；2、供气装置；3、集流器；4、第一集流引出件；5、集流件；6、第二集流引出件；7、热箱。
具体实施方式
[0023]以下结合附图对本申请实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例，并不用于限制本申请实施例。
[0024]相关技术中固体氧化物燃料电池堆的堆叠系统将8组非贯通式气路(每个电堆需要单独的供气装置)的固体氧化物燃料电池堆围绕中心环形布置，在每个燃料电池堆的底部设计了集流棒，集流棒穿过阳极底板和热箱底板引出至外部，配合陶瓷和金属密封元件进行集流棒的绝缘和管道密封，避免气体泄漏。该集流方法主要是在每组非贯通式气路的电池堆的负极均设计集流棒各自引出，不仅系统复杂度高，而且需要将负极与外壳绝缘设计，对绝缘可靠性的要求较高，并且热箱的气体密封失效风险比较高。
[0025]为优化固体氧化物燃料电池堆的堆叠系统集流设计，寻求更优的集流方法，本申请针对非贯通式气路设计的固体氧化物燃料电池堆，提出了一种新型的燃料电池堆的堆叠系统，该燃料电池堆的堆叠系统的集流更紧凑且可以灵活控制。同时，本申请还针对该堆叠系统中潜在的燃料电池堆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆的堆叠系统，包括：燃料电池堆、供气装置、第一集流引出件、第二集流引出件、集流器、热箱和控制装置，所述燃料电池堆、供气装置、集流器均密封于所述热箱内，所述控制装置和第二集流引出件设置于所述热箱外部，所述第一集流引出件穿过所述热箱引出至所述热箱外；其中，每个所述燃料电池堆与其对应的所述供气装置连通且相互绝缘，所述热箱内垂直方向上的一列所述燃料电池堆及其供气装置形成一个堆塔，同一所述堆塔中的所述燃料电池堆串联；单个所述控制装置配置为控制一个所述堆塔并针对该堆塔进行短路检测；每个所述堆塔中位于所述热箱最上方的所述燃料电池堆独立地通过一所述第一集流引出件连接相应控制装置一极，所有堆塔中位于所述热箱最下方的所述燃料电池堆共同地连接所述集流器，所述集流器通过一所述第二集流引出件连接所有堆塔的控制装置的另一极。2.根据权利要求1所述的堆叠系统，其中，所述集流器与所述供气装置均设置为零电势点，所述第二集流引出件自所述热箱外壳引出并连接所有堆塔的控制装置的另一极。3.根据权利要求1所述的堆叠系统，还包括：集流件；其中，各所述堆塔中最下方的所述燃料电池堆分别通过一所述集流件连接所述集流器。4.根据权利要求3所述的堆叠系统，其中，所述堆塔中的相邻燃料电池堆之间通过一所述集流件电连接。5.根据权利要求1、2、3或4所述的堆叠系统，其中，所述第一集流引出件为正极集流引出件，所述第二集流引出件为负极集流引出件。6.根据权利要求1所述的堆叠系统，其中，所述堆塔中，所述供气装置设置在所述燃料电池堆之间，配置为为设置于自身上方的所述燃料电池堆供给气体和收集尾气。7.一种燃料电池堆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚思琦，李大钧，王翰林，周卫华，李初福，靳现林，姚金松，刘明先，李萍萍，
申请(专利权)人：神华新能源有限责任公司北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：