本发明专利技术提供了一种燃料电池电堆装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有燃料电池电堆容易出现水淹且隔热不明显的问题。该装置包括前塑料端板、正极集流板、燃料电池组、负极集流板和后塑料端板、交流阻抗测量设备和控制器。其中，前塑料端板、正极集流板依次置于燃料电池组的正极侧，负极集流板、后塑料端板依次置于燃料电池组的负极侧。控制器，用于根据每一单片燃料电池的交流阻抗实时判断燃料电池是否发生水淹现象；以及，如果发生，进一步根据所述交流阻抗结合燃料电池电堆装置的输出电流调整进入燃料电池组的气体流量、气体湿度、尾排气排放周期，直到不发生水淹现象为止。实现了防水淹功能，且具有轻量化、加工成本低的效果。且具有轻量化、加工成本低的效果。且具有轻量化、加工成本低的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种具有防水淹功能的燃料电池电堆装置及控制方法
[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种具有防水淹功能的燃料电池电堆装置及控制方法。
技术介绍
[0002]燃料电池电堆在运行过程中，电堆头部或尾部的单片燃料电池容易发生单电池电压过低的单低现象，单低现象严重时会造成停机，并对电堆造成不可逆的伤害。
[0003]通常情况下，现有燃料电池电堆一般采用金属端板片，端板片的单低很可能是水淹导致，水淹造成电堆局部范围的流道堵塞，液态水覆盖在催化剂表面，使氢气、空气无法与催化剂发生有效的化学反应，导致氢气饥饿、空气饥饿，进而使单片燃料电池的性能逐渐恶化，并腐蚀催化剂，对燃料电池电堆的可靠性和寿命造成很大的影响。
[0004]为了解决上述端板片温差大出现冷凝水的问题，现有技术通常采用在集流板和端板之间加一层绝缘板，包括阴极绝缘板、阳极绝缘板。绝缘板能起绝缘的作用，也可以起隔热的作用。虽然绝缘板可以在一定程度上缓解水淹，但现有技术的绝缘板的厚度较薄，隔热作用有限，且增加绝缘板后，增加了电堆的制造成本，使电堆结构更复杂。
技术实现思路
[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种具有防水淹功能的燃料电池电堆装置及控制方法，用以解决现有燃料电池电堆容易出现水淹且隔热不明显的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种具有防水淹功能的燃料电池电堆装置，包括前塑料端板（1）、正极集流板（2）、燃料电池组（7）、负极集流板（5）、后塑料端板（6）、交流阻抗测量设备和控制器；其中，前塑料端板（1）、正极集流板（2）依次置于燃料电池组（7）的正极侧，负极集流板（5）、后塑料端板（6）依次置于燃料电池组（7）的负极侧；交流阻抗测量设备的各电极分别与燃料电池组（7）中一个单片燃料电池连接，输出端与控制器的输入端连接；控制器，用于根据燃料电池组中每一单片燃料电池的交流阻抗实时判断电堆装置内部是否发生水淹现象；以及，如果发生，进一步根据所述交流阻抗结合燃料电池电堆装置的输出电流调整进入燃料电池组的气体流量、气体湿度、尾排气排放周期，直到不发生水淹现象为止。
[0007]上述技术方案的有益效果如下：为了缓解现有技术的水淹现象，上述燃料电池电堆装置在结构上，将金属端板换成了塑料端板，并取消了绝缘板；程序上，增加了防水淹的控制方案。由于塑料的导热性不好，使得端板到单片燃料电池的温差减小 ，从而可以有效减缓水淹现象的发生。并且，塑料端板的密度小于金属端板，有利于电堆的轻量化发展，提升其能量密度。经大量试验发现，塑料端板越厚，水淹频次越少。而且，塑料端板成本较低，易于加工，可以一定程度降低电堆成本。上述燃料电池电堆装置的试验结果显示，使用塑料端板结合上述防水淹的控制方案，端板的单低频次明显消失，能够有效改善水淹现象，燃料
电池电堆装置的寿命明显增加。
[0008]基于上述装置的进一步改进，该燃料电池电堆装置还包括依次连接的浮动端板（8）、弹簧组（9），以及密封的塑料外壳；其中，负极集流板（5）依次通过所述浮动端板（8）、弹簧组（9）与后塑料端板（6）连接；前塑料端板（1）、正极集流板（2）、燃料电池组（7）、负极集流板（5）、浮动端板（8）、弹簧组（9）、后塑料端板（6）均设置于所述塑料外壳的内部；所述塑料外壳的外表面设置有空气入口、氢气入口、冷却液入口、冷却液出口、氢气出口、尾气排放口。
[0009]上述进一步改进方案的有益效果是：增加了浮动端板（8）、弹簧组（9），以及密封的塑料外壳。浮动端板（8）是与后塑料端板（6）形状尺寸相同的板，二者之间的区域可以起到隔热和保温作用，防止气体冷凝。密封的塑料外壳可以进一步保证内部设备的工作稳定性。
[0010]进一步，所述塑料外壳的外表面还设置有电堆正极接线端口（3）和电堆负极接线端口（4）；其中，所述电堆正极接线端口（3）与燃料电池组（7）的正极连接；所述电堆负极接线端口（4）与燃料电池组（7）的负极连接；所述电堆正极接线端口（3）和电堆负极接线端口（4）设置于所述塑料外壳的同一侧。
[0011]上述进一步改进方案的有益效果是：增加了电堆正极接线端口（3）和电堆负极接线端口（4）后，使得燃料电池电堆装置的使用更加方便。
[0012]进一步，所述前塑料端板（1）、后塑料端板（6）的材料包括环氧树脂、ABS（丙烯腈
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丁二烯
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苯乙烯）塑料、PA（聚酰胺）塑料中的至少一种，厚度均为2~3 cm。
[0013]上述进一步改进方案的有益效果是：对塑料端板的优选材料和尺寸进行了限定。塑料的导热性不好，使得端板
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单片燃料电池的温差减小 ，从而可以有效减缓水淹现象的发生。且上述塑料端板的密度小于金属板，如此有利于电堆的轻量化发展，提升其质量能量密度，使得燃料电池电堆装置的制造成本低，易于加工。
[0014]进一步，该燃料电池电堆装置还包括入堆空气控制设备、入堆氢气控制设备以及尾排气节气阀；并且，入堆空气控制设备进一步包括依次连接的空气压缩机、进气节气阀一；其中，所述进气节气阀一设置于所述空气入口前端，通过进气管道一与所述空气入口连接；入堆氢气控制设备进一步包括依次连接的储氢罐、氢气喷射器、进气节气阀二；其中，所述进气阀二设置于所述氢气入口前端，通过进气管道二与所述氢气入口连接；上述尾排气节气阀的输入端与所述尾气排放口连接。
[0015]上述进一步改进方案的有益效果是：增加了入堆空气控制设备、入堆氢气控制设备以及尾排气节气阀后，可以更加精准地控制入堆气体的流量、压力、湿度。并且，增加了尾排气节气阀，可以进一步控制出堆空气的排放周期。
[0016]进一步，该燃料电池电堆装置还包括氢气循环设备；所述氢气循环设备，其输入端与所述氢气出口连接，其输出端与氢气喷射器的输入端连接，用于提取所述氢气出口处尾气中剩余的氢气，并排出多余的水分，供燃料电池电堆装置发电再次使用。
[0017]上述进一步改进方案的有益效果是：增加了氢气循环设备后，可以节省燃料，提高燃料的使用效率，并且，通过排水，能够有效缓解水淹现象。
[0018]进一步，该燃料电池电堆装置还包括入堆冷却液控制设备；并且，所述入堆冷却液控制设备进一步包括依次连接的散热器、水泵；其中，所述冷却液出口经水泵、散热器与所述冷却液入口连接。
[0019]上述进一步改进方案的有益效果是：增加了入堆冷却液控制设备后，可以精准控制燃料电池电堆装置的内部工作温度。
[0020]进一步，所述控制器的输出端分别与进气节气阀一、二、尾排气节气阀、氢气循环设备、散热器的控制端连接；所述控制器进一步包括依次连接的：数据采集单元，用于采集燃料电池组（7）中内每一单片燃料电池的交流阻抗值，以及入堆冷却液温度、燃料电池电堆装置的输出电流，发送至数据处理与控制单元；数据处理与控制单元，用于根据燃料电池组中所有单片燃料电池的交流阻抗实时判断电堆装置内部是否发生水淹现象；以及，如果发生，进一步根据所述交流阻抗结合燃料电池电堆本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有防水淹功能的燃料电池电堆装置，其特征在于，包括前塑料端板（1）、正极集流板（2）、燃料电池组（7）、负极集流板（5）、后塑料端板（6）、交流阻抗测量设备和控制器；其中，前塑料端板（1）、正极集流板（2）依次置于燃料电池组（7）的正极侧，负极集流板（5）、后塑料端板（6）依次置于燃料电池组（7）的负极侧；交流阻抗测量设备的各电极分别与燃料电池组（7）中一个单片燃料电池连接，输出端与控制器的输入端连接；控制器，用于根据燃料电池组中每一单片燃料电池的交流阻抗实时判断电堆装置内部是否发生水淹现象；以及，如果发生，进一步根据所述交流阻抗结合燃料电池电堆装置的输出电流调整进入燃料电池组的气体流量、气体湿度、尾排气排放周期，直到不发生水淹现象为止。2.根据权利要求1所述的具有防水淹功能的燃料电池电堆装置，其特征在于，还包括依次连接的浮动端板（8）、弹簧组（9），以及密封的塑料外壳；其中，负极集流板（5）依次通过所述浮动端板（8）、弹簧组（9）与后塑料端板（6）连接；前塑料端板（1）、正极集流板（2）、燃料电池组（7）、负极集流板（5）、浮动端板（8）、弹簧组（9）、后塑料端板（6）均设置于所述塑料外壳的内部；所述塑料外壳的外表面设置有空气入口、氢气入口、冷却液入口、冷却液出口、氢气出口、尾气排放口。3.根据权利要求2所述的具有防水淹功能的燃料电池电堆装置，其特征在于，所述塑料外壳的外表面还设置有电堆正极接线端口（3）和电堆负极接线端口（4）；其中，所述电堆正极接线端口（3）与燃料电池组（7）的正极连接；所述电堆负极接线端口（4）与燃料电池组（7）的负极连接；所述电堆正极接线端口（3）和电堆负极接线端口（4）设置于所述塑料外壳的同一侧。4.根据权利要求1
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3之一所述的具有防水淹功能的燃料电池电堆装置，其特征在于，所述前塑料端板（1）、后塑料端板（6）的材料包括环氧树脂、ABS塑料、PA塑料中的至少一种，厚度均为2~3 cm。5.根据权利要求2或3所述的具有防水淹功能的燃料电池电堆装置，其特征在于，还包括入堆空气控制设备、入堆氢气控制设备以及尾排气节气阀；并且，入堆空气控制设备进一步包括依次连接的空气压缩机、进气节气阀一；其中，所述进气节气阀一设置于所述空气入口前端，通过进气管道一与所述空气入口连接；入堆氢气控制设备进一步包括依次连接的储氢罐、氢气喷射器、进气节气阀二；其中，所述进气阀二设置于所述氢气入口前端，通过进气管道二与所述氢气入口连接；上述尾排气节气阀的输入端与所述尾气排放口连接。6.根据权利要求5所述的具有防水淹功能的燃料电池电堆装置，其特征在于，还包括氢气循环设备；所述氢气循环设备，其输入端与所述氢气出口连接，其输出端与氢气喷射器的输入端连接，用于提取所述氢气出口处尾气中剩余的氢气，并排出多余的水分，供燃料电池电堆装置发电再次使用。7.根据权利要求6所述的具有防水淹功能的燃料电池电堆装置，其特征在于，还包括入堆冷却液控制设备；并且，
所述入堆冷却液控制设备进一步包括依次连接的散热器、水泵；其中，所述冷却液...
【专利技术属性】
技术研发人员：张岩，徐云飞，李飞强，张国强，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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