一种质子交换膜燃料电池及其故障处理方法技术

本发明专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池及其故障处理方法，该质子交换膜燃料电池包括电池堆、气体管道、进气过桥孔结构以及屏蔽装置，电池堆由多个单电池堆叠而成，每个单电池具有阳极进气孔和阴极进气孔；屏蔽装置包括多个与阳极进气孔一一对应布置的屏蔽单元，供以封闭阳极进气孔。本发明专利技术提供的质子交换膜燃料电池的每个单电池通过分别设置有屏蔽单元用于关闭对应的阳极进气孔，当某一个或几个单电池出现故障时，能够通过关闭其阳极进气孔来屏蔽该故障单电池。而其余的正常单电池继续工作，无需修复好故障单电池就能恢复燃料电池的运转，大幅缩短的燃料电池的重启时间。幅缩短的燃料电池的重启时间。幅缩短的燃料电池的重启时间。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池及其故障处理方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池及其故障处理方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池核心部件电堆是由多节单电池组成，每节单电池由膜电极和阴极板、阳极板组成，相邻的阴极板和阳极板背靠背组成双极板。
[0003]大功率电堆是目前的发展趋势，在膜电极活性区域面积一定的前提下，单电池节数越多，电堆能够提供的功率越大。但是随着单电池节数的增多，电堆的可靠性逐渐降低。尤其电堆使用一段时间后，很容易出现某节单电池膜电极穿孔和开裂而导致阴阳极气体互窜，只要其中一片膜电极发生穿孔或开裂等非拆堆而不可修复的故障，将导致整个电堆都不能使用，严重影响设备的使用。
[0004]经过对现有技术的文献检索，发现针对质子交换膜燃料电池单电池穿孔、开裂等非拆堆而不可修复的故障进行处理一般都是对整个电堆进行拆装，更换新的膜电极及相关组件再投入使用。燃料电池电堆结构特点决定其拆装、维修复杂，并且需要专用设备，需要较长时间的维修才能恢复运行。特别是当使用环境下不具备维修条件时，一旦发生类似故障将使燃料电池长时间无法工作。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种质子交换膜燃料电池及其故障处理方法，用以解决现有技术中质子交换膜燃料电池中某一单电池出现非拆堆而不可修复的故障时，需要关闭整个燃料电池直至该单电池修复完毕，需要长时间才能重启燃料电池的技术问题。
[0006]本专利技术提供一种质子交换膜燃料电池及其故障处理方法，该质子交换膜燃料电池包括：电池堆、气体管道、进气过桥孔结构以及屏蔽装置，电池堆由多个单电池堆叠而成，每个单电池具有阳极进气孔和阴极进气孔；气体管道包括阳极进气总管和阴极进气总管，进气过桥孔结构包括多个连通阳极进气总管的阳极进气单元和多个连通阴极进气总管的阴极进气单元，阳极进气单元与阳极进气孔一一对应连通，阴极进气单元与阴极进气孔一一对应连通；屏蔽装置包括多个与阳极进气孔一一对应布置的屏蔽单元，供以封闭阳极进气孔。
[0007]进一步的，单电池包括依次间隔布置的阳极板、膜电极以及阴极板，阳极板与膜电极之间形成阳极气体流场，阴极板与膜电极之间形成阴极气体流场；阳极进气孔位于阳极板并连通阳极气体流场，阴极进气孔位于阴极板并连通阴极气体流场。
[0008]进一步的，相邻两个单电池的阳极板和阴极板之间形成间隙。
[0009]进一步的，阳极进气单元和阴极进气单元布置于间隙内，阳极进气单元连通相邻的阳极气体流场；阴极进气单元连通相邻的阴极气体流场。
[0010]进一步的，屏蔽单元包括密封件以及作动件，密封件布置于阳极气体流场内并且
与阳极板和膜电极均密封滑动连接，作动件与密封件传动连接，供于移动密封件以封闭阳极进气孔。
[0011]进一步的，作动件包括拉杆、顶推部以及挡板，拉杆布置于挡板与密封件之间，顶推部与拉杆固定连接；在拉杆运动过程中，拉杆具有初始的第一位置和封闭阳极进气孔的第二位置，当拉杆处于第一位置时，阳极进气孔开启；当拉杆处于第二位置时，顶推件抵接挡板与密封件，供于驱动密封件移动以封闭阳极进气孔。
[0012]进一步的，气体管道还包括阳极出气总管和阴极出气总管，阳极出气总管连通各个阳极气体流场，阴极出气总管连通各个阴极气体流场。
[0013]进一步的，还包括液体管道，液体管道包括冷却液进管和冷却液出管，冷却液进管和冷却液出管分别连通各个间隙。
[0014]本专利技术提供一种质子交换膜燃料电池及故障处理方法，该质子交换膜燃料电池的单电池故障处理方法包括如下步骤：S1、确定电池堆中故障的单电池的位置；S2、关闭阳极进气总管和阴极进气总管，以停止质子交换膜燃料电池并排净其中的反应气体；S3、操控故障单电池的屏蔽单元以封闭故障单电池的阳极进气孔，以屏蔽故障单电池；S4、对质子交换膜燃料电池单侧保压，以确认阴阳极互窜量合格；S5、向阳极进气总管和阴极进气总管分别通入反应气体，启动质子交换膜燃料电池并恢复正常运行。
[0015]进一步的，S2还包括对质子交换膜燃料电池单侧保压，以确认阴阳极互窜量超标。
[0016]与现有技术相比，本专利技术提供的质子交换膜燃料电池的每个单电池通过相互独立的阳极进气单元连通阳极进气总管，并且分别设置有屏蔽单元用于关闭对应的阳极进气孔，当某一个或几个单电池出现故障时，能够通过关闭其阳极进气孔来屏蔽该故障单电池。
[0017]本专利技术提供的质子交换膜燃料电池的单电池故障处理方法通过将故障单电池屏蔽，而其余的正常单电池继续工作，无需修复好故障单电池就能恢复燃料电池的运转，大幅缩短的燃料电池的重启时间。
[0018]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如下。本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0019]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0020]图1为本专利技术提供的质子交换膜燃料电池第一实施例的结构示意图；
[0021]图2为图1中电池堆的局部剖视图；
[0022]图3为拉杆处于第一位置时结构示意图；
[0023]图4为拉杆处于第二位置时结构示意图；
[0024]图5为本专利技术提供的质子交换膜燃料电池的故障处理方法的流程图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。
[0026]请参见图1与图2，本质子交换膜燃料电池包括电池堆1、气体管道、进气过桥孔结构以及屏蔽装置。其中电池堆1包括密封圈11和多个堆叠布置的单电池12，密封圈11套设于每个单电池12外用于封闭单电池12避免漏气。多个单电池12彼此独立发电。每个单电池12具有阳极进气孔121和阴极进气孔(未图示)，分别用于向单电池12内通入阳极气体和阴极气体用于发电。
[0027]气体管道包括阳极进气总管21和阴极进气总管22，阳极进气总管21用于输送阳极气体，阴极进气总管22用于输送阴极气体。
[0028]进气过桥孔结构包括多个阳极进气单元31和多个阴极进气单元(未图示)，阳极进气单元31与阳极进气孔121一一对应连通，各个阳极进气单元31还与阳极进气总管21连通，阳极进气总管21通过各个阳极进气单元31向各个单电池12输送阳极气体。与阳极进气单元31类似，阴极进气单元与阴极进气孔一一对应连通，各个阴极进气单元还与阴极进气总管22连通，阴极进气总管22通过各个阴极进气单元向各个单电池12输送阴极气体。
[0029]屏蔽装置包括多个屏蔽单元41，屏蔽单元41与阳极进气孔121一一对应布置，用于封闭阳极进气孔121。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于，其包括：电池堆、气体管道、进气过桥孔结构以及屏蔽装置，所述电池堆由多个单电池堆叠而成，每个所述单电池具有阳极进气孔和阴极进气孔；所述气体管道包括阳极进气总管和阴极进气总管，所述进气过桥孔结构包括多个连通所述阳极进气总管的阳极进气单元和多个连通所述阴极进气总管的阴极进气单元，所述阳极进气单元与所述阳极进气孔一一对应连通，所述阴极进气单元与所述阴极进气孔一一对应连通；所述屏蔽装置包括多个与所述阳极进气孔一一对应布置的屏蔽单元，供以封闭所述阳极进气孔。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述单电池包括依次间隔布置的阳极板、膜电极以及阴极板，所述阳极板与所述膜电极之间形成阳极气体流场，所述阴极板与所述膜电极之间形成阴极气体流场；所述阳极进气孔位于所述阳极板并连通所述阳极气体流场，所述阴极进气孔位于所述阴极板并连通所述阴极气体流场。3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，相邻两个所述单电池的所述阳极板和所述阴极板之间形成间隙。4.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述阳极进气单元和所述阴极进气单元布置于所述间隙内，所述阳极进气单元连通相邻的所述阳极气体流场；所述阴极进气单元连通相邻的所述阴极气体流场。5.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述屏蔽单元包括密封件以及作动件，所述密封件布置于所述阳极气体流场内并且与所述阳极板和所述膜电极均密封滑动连接，所述作动件与所述密封件传动连接，供于移动所述密封件以封闭所述阳极进气孔。6.根据权利要求5所述的质子交换膜燃料电池，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳俊，花仕洋，吴昊，胡志忠，项福军，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：