燃料电池电堆系统的制作方法

1.本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池电堆系统。


背景技术：

2.燃料电池发动机的应用场景十分的广泛，应用环境也十分的广泛，在能够在-30℃的环境中运行，其中在发动机中核心零部件为燃料电池电堆，其工作原理为氢气和氧气进入内部，发生电化学反应后对外发电。当然燃料电池电堆在低温下运行时会出现一些问题，如在启动运行一段时间后，由于环境温度比较低，电堆端板相对于环境存在较大的换热，在电堆进出口的端板位置会存在堵水，使得电堆在运行时因出现堵水而导致单片低故障的问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种燃料电池电堆系统，至少部分的解决现有技术中电堆进出口的端板位置堵水，导致单片低故障的问题。
4.第一方面，本公开实施例提供了一种燃料电池电堆系统，包括控制器和电堆，所述电堆包括电堆端板、膜电极、温度传感器和加热器，所述膜电极包括第一膜电极和第二膜电极，所述第二膜电极为高温膜电极，所述第一膜电极和第二膜电极均设置在电堆端板上，所述第二膜电极设置在电堆端板的两侧，所述第二膜电极上设置温度传感器和加热器，温度传感器与加热器均与控制器电连接，温度传感器的温度信号传送至控制器，控制器根据温度信号控制加热器。
5.可选的，所述高温膜电极的工作温度大于100℃。
6.可选的，所述温度传感器为温度传感器贴片，所述温度传感器贴片贴附在第二膜电极的外壁上。
7.可选的，所述温度传感器为pt100温度传感器。
8.可选的，所述加热器为加热贴片，所述加热贴片贴附在第二膜电极的外壁上。
9.可选的，所述加热器为ptc加热贴片。
10.可选的，所述温度传感器与控制器之间设置采样电路，所述采样电路包括运放器a1，所述运放器a1的同相输入端串联电阻r1，运放器a1的同相输入端与地之间串联电阻r2，电阻r1与电容c1组成串联电路与电阻r2并联，所述电容c1与电阻r2连接节点接地，运放器a1的反相输入端与输出端之间串联电阻r3，运放器a1的输出端与地之间串联电阻r4和电容c2。
11.可选的，所述电阻r1的电阻值为10kω，电阻r2的电阻值为15kω，电阻r3的电阻值为100kω，电阻r4的电阻值为1kω。
12.可选的，所述电容c1的电容值为4.7nf，所述电容c2的电容值为20pf。
13.本实用新型提供的燃料电池电堆系统，通过设定温度传感器、控制器和加热器，通过加热器将电堆进出口的端板位置的水蒸发掉，从而避免电堆在运行时因出现堵水而导致
单片低故障的问题，温度传感器和控制器用于控制加热温度，防止高温对电堆造成伤害，而在两侧及电堆进出口的端板上设置高温膜电极，避免加热造成电极故障。
附图说明
14.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
15.图1为本公开实施例提供的燃料电池电堆系统的结构示意图；
16.图2为本公开实施例提供的采样电路的电子电路图；
17.附图说明：
18.1-电堆端板；2-第一膜电极；3-第二膜电极；4-温度传感器；5-加热器；6-电堆空气口；7-电堆氢气口。
具体实施方式
19.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
20.应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
21.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
22.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
23.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
24.为了便于理解，如图1所示，本实施例公开了一种燃料电池电堆系统，包括控制器和电堆，所述电堆包括电堆端板、膜电极、温度传感器和加热器，所述膜电极包括第一膜电极和第二膜电极，所述第二膜电极为高温膜电极，所述第一膜电极和第二膜电极均设置在电堆端板上，所述第二膜电极设置在电堆端板的两侧，所述第二膜电极上设置温度传感器
和加热器，温度传感器与加热器均与控制器电连接，温度传感器的温度信号传送至控制器，控制器根据温度信号控制加热器。第一膜电极可以为普通膜电极，但也可以使用高温膜电极，本实施例不作限制。
25.高温膜电极，分布在电堆端板两侧。高温膜电极上分别安装有温度传感器和加热器。高温膜电极能够在100℃以上正常工作，控制器可控制加热片进行加热，温度传感器采集电堆内部温度后发送至控制器。
26.当电堆在常温环境下工作时，一般在电堆空气出口位置处容易出现堵水问题，因此，在常温环境下系统开机运行后，控制器控制加热器开始升温，温度传感器检测电堆内部温度，控制器控制加热器使电堆内部温度不高于105℃，当电堆空气出口有大量的液态水存在时，使其部分汽化，避免液态水将内部堵住，导致水淹而引起的单片低故障。
27.当电堆在低温环境下工作时，电堆进口端板处温度较低，容易出现液态水的冷凝，导致电堆在气体进口处出现堵水，而引起的单片低故障。因此，在系统开机时加热器开启升高进口端板处温度，避免因进气温度低及端板与环境温度散热而导致进口突然出现大量液态水，以及产生液态水后能够使汽化，避免液态水将内部堵住，导致水淹而引起的单片低故障。
28.可选的，所述高温膜电极的工作温度大于100℃。工作温度大于100℃，即高温膜电极能够在100℃以上正常工作。
29.可选的，所述温度传感器为温度传感器贴片，所述温度传感器贴片贴附在第二膜电极的外壁上。
30.可选的，所述温度传感器为pt100温度传感器。
31.可选的，所述加热器为加热贴片，所述加热贴片贴附在第二膜电极的外壁上。
32.可选的，所述加热器为ptc加热贴片。
33.可选的，所述温度传感器与控制器之间设置采样电路，如图2所示，所述采样电路包括运放器a1，所述运放器a1的同相输入端串联电阻r1，运放器a1的同相输入端与地之间串联电阻r2，电阻r1与电容c1组成串联电路与电阻r2并联，所述电容c1与电阻r2连接节点接地，运放器a1的反相输入端与输出端之间串联电阻r3，运放器a1的输出端与地之间串联电阻r4和电容c2。
34.可选的，所述电阻r1的电阻值为10kω，电阻r2的电阻值为15kω，电阻r3的电阻值为100kω，电阻r4的电阻值为1kω。
35.可选的，所述电容c1的电容值为4.7nf，所述电容c2的电容值为20pf。以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
36.本实施例还公开的燃料电池电堆系统的控制如下：
37.当燃料电池开机后，控制器控制加热器加热，温度传感器将检测的温度信号传送至控制器，控制器控制加热器加热至设定温度从而使电堆端板两侧处的水汽化。
38.在一个具体的应用场景中设定温度为105℃。
39.在电堆端板进口位置的单片采用高温膜电极，避免加热升温后膜电极性能出现衰
减；
40.在单片内安装贴片式温度传感器，有助于避免温度升高过多，或者用于检测加热片是否失效。
41.本实施例中控制器基于现有软件即可实现。
42.在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
43.另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c，或ab或ac或bc，或abc（即a和b和c）。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
44.还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
45.可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
46.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
47.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。