CN102403520B - 燃料电池系统和燃料电池车辆 - Google Patents

燃料电池系统和燃料电池车辆 Download PDF

Info

Publication number
CN102403520B
CN102403520B CN201110272697.4A CN201110272697A CN102403520B CN 102403520 B CN102403520 B CN 102403520B CN 201110272697 A CN201110272697 A CN 201110272697A CN 102403520 B CN102403520 B CN 102403520B
Authority
CN
China
Prior art keywords
exchange resin
ion exchange
cooling agent
inhibitor
ion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110272697.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102403520A (zh
Inventor
佐藤胜彦
安川干男
嵯峨崎明宏
和田登喜夫
加藤喜人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MASAKZAU CO Ltd
Suzuki Motor Corp
Original Assignee
MASAKZAU CO Ltd
Suzuki Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MASAKZAU CO Ltd, Suzuki Motor Corp filed Critical MASAKZAU CO Ltd
Publication of CN102403520A publication Critical patent/CN102403520A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102403520B publication Critical patent/CN102403520B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/71—Arrangement of fuel cells within vehicles specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/66—Arrangements of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04044—Purification of heat exchange media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/12—Bikes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

提供燃料电池系统和燃料电池车辆。所述燃料电池系统包括燃料电池、冷却燃料电池的冷却剂的循环流路和离子交换树脂，所述离子交换树脂设置于循环流路上以保持冷却剂的电导率。所述冷却剂包含添加剂。将离子交换树脂调制为使添加剂在离子交换树脂上的吸附呈饱和状态。燃料电池车辆包括所述燃料电池系统。

Description

燃料电池系统和燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池系统和燃料电池车辆。
背景技术
在燃料电池车辆中，由于燃料电池的放热反应引起燃料电池温度升高，因此当通过冷却剂冷却燃料电池时，安装于冷却系统中的散热器散发冷却剂的热，从而使燃料电池的工作温度(operating temperature)保持在最佳值(例如，80℃)。
燃料电池的冷却剂流过燃料电池堆，并且如果冷却剂电导率高，则存在电池短路或电流泄漏的危险。因此，使用离子交换水(其电导率为1mS/m以下)或低导电性防冻液(其电导率为例如10mS/m以下)作为冷却剂(JP 2000-208157A、JP2001-164244A)。
假设将燃料电池车辆用于温度降至0以下的环境中，因此，使用可能结冰的离子交换水不是优选的。因此，优选使用经常用作车辆用防冻液的冰点降低剂(freezing-point depressant)的二醇(glycols)作为燃料电池的冷却剂。然而，己知二醇由于热降解而产生腐蚀性物质如有机酸，从而腐蚀金属部件。因此，当将二醇用作冷却剂时，典型地添加抑制剂如防腐蚀剂和抗氧化剂到冷却剂(JP 2001-164244A、WO 03/094271A)。
冷却剂引起以下问题，即因为由热降解产生的此类有机酸等产物被离子化或由于在冷却系统中离子从部件材料(如橡胶和金属)中溶出，所以冷却剂的电导率高。因此，通过在燃料电池的冷却系统中安装离子交换树脂以去除离子来保持低的冷却剂电导率(JP 2002-172391A、JP 2004-192959A)。使用其中混合阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两者的混合床离子交换树脂作为离子交换树脂(JP 2007-299574A)。
发明内容
希望在冷却系统中安装离子交换树脂并向冷却剂中添加非导电性或低导电性抑制剂，从而即使循环使用冷却剂时，也保持低的冷却剂电导率以及防止冷却系统的腐蚀。然而，结果是，如果同时使用添加低导电性抑制剂的冷却剂和离子交换树脂，根本达不到理论预期的电导率的维持和防腐蚀性。
根据本发明人的发现，在添加到冷却剂的添加剂，如抑制剂中，在冷却剂中被离子化的添加剂由安装于冷却系统中的离子交换树脂所吸附。因此，即使以给定浓度将此类添加剂添加到冷却剂，添加剂也不能显示其充足的效果。
考虑到上述问题，本发明的目的是提供燃料电池系统和燃料电池车辆，其中即使将离子交换树脂安装于冷却系统中，添加到冷却剂的添加剂也能够显示其充足的效果。
为了达到上述目的，本发明的一方面是燃料电池系统，其包括：燃料电池；冷却燃料电池的冷却剂的循环流路；和设置于循环流路上以保持冷却剂电导率的离子交换树脂，其中冷却剂包含添加剂，和将离子交换树脂调制为使添加剂在离子交换树脂上的吸附呈饱和状态。
可通过使包含添加剂的溶液通过离子交换树脂或在含添加剂的溶液中浸渍离子交换树脂来调制离子交换树脂。
本发明另外的方面是燃料电池车辆，其包括上述燃料电池系统。本文中的燃料电池车辆包括两轮和四轮车辆。
通过使用调制为添加剂被离子交换树脂的吸附呈饱和状态的离子交换树脂，即使使含该添加剂的冷却剂通过离子交换树脂，也不吸附和除去添加剂，因此，可以表现充足的添加剂效果，如防腐蚀性和抗氧化性。此外，由于可以吸附热降解产物如有机酸的离子和从冷却系统部件中溶出的离子，所以可保持低的冷却剂电导率。
附图说明
图1是示出根据本发明的燃料电池车辆的实施方案的示意图。
图2是示出根据本发明的燃料电池系统的实施方案的示意图。
图3是示出图2所示的离子交换树脂的调制装置的实例的示意图。
图4是示出冷却剂的有机酸浓度和电导率之间的关系的图。
图5是示出离子交换树脂添加量与抑制剂残留率(residualfactor)之间的关系的图。
图6是示出抑制剂残留量和抑制剂吸附量之间关系的吸附等温线。
图7是示出添加剂溶液的抑制剂浓度和饱和通液量之间的关系图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施方案。如图1所示，燃料电池车辆10包括燃料电池堆20和散热器11，所述散热器11散发冷却所述燃料电池堆的冷却剂1的热。燃料电池车辆10从车辆外面吸入空气2以向燃料电池堆20供氧。燃料电池车辆10还包括氢罐15以向燃料电池堆20供氢4。
燃料电池车辆10包括逆变器12和驱动马达13，所述驱动马达13使用由燃料电池堆20产生的电力3作为驱动力。此外，燃料电池车辆10包括相对于逆变器12与燃料电池堆20并联的二次电池14例如电池和电容器。逆变器12运行以用由燃料电池堆20产生的剩余电力3充电二次电池14或当启动等时从二次电池14补偿由燃料电池堆20产生的电力3的不足。
然后，将详细描述包括燃料电池堆20及其冷却系统的燃料电池系统。如图2所示，燃料电池堆20包括多个串联堆叠的单电池30。例如通过分别在膜电极组件31的各侧上堆叠阳极侧气体扩散层32和阴极侧气体扩散层33和进一步在其外表面上堆叠阳极侧隔离膜34和阴极侧隔离膜35，以固态聚合物燃料电池的形式来形成单电池30。单电池30作为整体具有平面状。
通过向阳极侧气体扩散层32供氢并向阴极侧气体扩散层33供应空气，在膜电极组件31中引起电化学反应以产生电能。通过发电在各单电池30中产生热。因此，将通过其流动冷却剂的冷却剂流路21设置于燃料电池堆20中以去除热。冷却剂流路21形成回路以反复使用冷却剂。冷却剂流路21设置有离子交换树脂22从而即使循环使用也保持冷却剂电导率，还设置有冷却被加热的冷却剂的热交换器23，和使其中设有的冷却剂循环的泵24。如图1所示，热交换器23可以是散热器11。为了有效地冷却各单电池30，冷却剂流路21分支为多个流路21a，由此使冷却剂在单电池30之间流动。
希望具有低电导率和不冻性能的材料作为冷却剂主组分的基材，并更特别地，可以使用水、醇、二醇和二醇醚之一或两种以上上述材料的混合物。
示例性醇可包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇和辛醇或两种以上上述醇的混合物。
示例性二醇可包括乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，5-戊二醇和己二醇或两种以上上述醇的混合物。
示例性二醇醚可包括乙二醇单甲醚、二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚、四甘醇单甲醚、乙二醇单乙醚、二甘醇单乙醚、三甘醇单乙醚、四甘醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二甘醇单丁醚、三甘醇单丁醚、四甘醇单丁醚或两种以上上述醚的混合物。
其中，经常将二醇用作车辆用冷却剂的冰点降低剂，特别地优选将乙二醇或丙二醇用作冷却剂的基材。
本发明中的冷却剂除上述基材之外，还包含添加剂，并且用于本发明的添加剂是添加到冷却剂后被离子化的添加剂。此类添加剂的效果不特别限定，但优选以下所示的效果。
添加剂的实例可首先包括抑制剂如防腐蚀剂和抗氧化剂。冷却剂由于其反复使用而热降解或氧化并产生腐蚀性物质。抑制剂可抑制由于腐蚀性物质引起的金属锈蚀和腐蚀性物质的产生。上述抑制剂的具体实例可包括吡咯、脂族羧酸、芳香族羧酸、磷酸、硅酸、硝酸、亚硝酸、硼酸、钼酸及其碱金属盐、铵盐、胺盐和胺。
示例性吡咯包括三唑、二唑和噻唑。示例性三唑包括苯并三唑、甲基苯并三唑、环苯并三唑和4-苯基-1，2，3-三唑。示例性二唑包括咪唑啉、咪唑、巯基咪唑啉、巯基咪唑、苯并咪唑啉和甲基咪唑。示例性噻唑包括巯基苯并噻唑、苯并噻唑及其碱金属盐。2-巯基苯并噻唑的结构和离子化如下所示。
通过化合物中SH的离子化引起化合物的离子化。要由离子交换树脂吸附和去除的离子典型地为有机酸离子(羧基离子)(它们是腐蚀性产物)和金属离子(它们是来自冷却系统部件的溶出离子)。因此，即使其中SH等被离子化的添加剂的吸附饱和，要由离子交换树脂吸附和去除的离子如有机酸离子和金属离子也可全部被吸附和去除。
示例性脂肪族羧酸包括脂肪族一元酸例如戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2-乙基己酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和硬脂酸，和脂肪族二元酸例如马来酸、富马酸、衣康酸、柠康酸、中康酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、胡椒酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸和十六烷二酸(thapsic acid)。
示例性芳香族羧酸包括苯甲酸类例如苯甲酸、硝基苯甲酸和羟基苯甲酸，烷基苯甲酸如对甲苯甲酸、对乙基苯甲酸、对丙基苯甲酸、对异丙基苯甲酸和对叔丁基苯甲酸，由式RO-C6H4-COOH(R为C1至C5的烷基)表示的烷氧基苯甲酸，由式R-C6H4-CH＝COOH(R为C1至C5的烷基或烷氧基)表示的肉桂酸，烷基肉桂酸和烷氧基肉桂酸。
示例性磷酸包括正磷酸、焦磷酸、三偏磷酸(trimetaphosphoric acid)和四磷酸(tetraphosphoric acid)。
作为添加剂，可添加表面活性剂以改善分散性。表面活性剂的实例包括阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂的实例包括羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐和磷酸盐。阳离子型表面活性剂的实例包括脂肪胺和吡啶鎓盐。非离子型表面活性剂的实例包括聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯烷基醚和聚氧乙烯脂肪酯。
此外，作为添加剂，可添加消泡剂以抑制冷却剂中泡沫的产生。消泡剂的实例包括硅类消泡剂。
离子交换树脂22去除大量离子如腐蚀性产物的有机酸离子和作为来自冷却系统部件的溶出离子的金属离子，因此，优选使用其中混合阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两者的混合床离子交换树脂。可选地，可以只使用阳离子交换树脂或阴离子交换树脂。
使用调制为要添加到冷却剂的预定添加剂的吸附呈饱和状态的离子交换树脂22，从而长期保持要添加到冷却剂的添加剂的效果。可通过使含有添加剂的溶液通过离子交换树脂22来完成离子交换树脂22的调制。
更具体地，如图3所示，离子交换树脂的制造装置40包括供应含预定添加剂的溶液的供应罐41、使添加剂溶液通过离子交换树脂22的溶液流路42和通过离子交换树脂后回收添加剂溶液的回收罐44。在溶液流路42上安装测量添加剂溶液每单位时间的流速的流量计43和从供应罐41输送添加剂溶液到回收罐的泵45。对于与添加剂溶液接触的所有部件，优选使用从中较小可能离子溶出的材料，如硼硅酸盐玻璃、烯烃类树脂和氟树脂。
根据该制造装置，将调制对象离子交换树脂22安装于溶液流路42上和启动泵45以使添加剂溶液通过离子交换树脂。然后，使溶液通过离子交换树脂直至预定添加剂不再被离子交换树脂所吸附，即，吸附是饱和的。通过以这种方式使在燃料电池系统中仅来自添加剂的预定离子的吸附饱和，离子交换树脂22不仅能通过吸附作为冷却剂热降解结果产生的有机酸离子和作为来自冷却系统部件的溶出离子的金属离子而保持低的冷却剂电导率，而且还由于没有吸附包含于冷却剂中的添加剂而实现包括防腐蚀性和抗氧化性的如抑制剂等的添加剂的充足效果。
有机酸产生的不良影响不仅导致电导率升高，而且还降低冷却剂的pH(降低到如pH 3)。因此，可能腐蚀用于冷却系统部件例如散热器的铝(铝的钝态范围为pH4至9，如果没有防腐蚀剂，则可能发生腐蚀)。因此，通过用离子交换树脂吸附和去除有机酸离子，还可显示防腐蚀效果。
添加剂溶液的溶剂没有特别限定，只要添加剂被离子化即可，可以使用作为冷却剂主要组分的二醇基材，也可使用离子交换水作为溶剂。添加剂在添加剂溶液中的浓度没有特别限定，但由于离子交换树脂的吸附随着浓度变高而增加，所以随着浓度变高，可减少己通过的添加剂溶液的量，也可减少添加剂溶液通过的时间。
随着每单位时间添加剂溶液通过离子交换树脂的量变大，可以减少其中添加剂溶液通过直至达到饱和状态的时间。然而，如果每单位时间通过的添加剂溶液的通过量过大，则也增加压力损失。因此优选设置空间速度SV(其为每单位体积离子交换树脂的添加剂溶液流速)在10至50范围内。
离子交换树脂的调制不限定于使添加剂溶液通过其的上述方法。例如，还可通过将离子交换树脂浸渍于添加剂溶液而使仅来自添加剂的预定离子的吸附饱和。
实施例
抑制剂被离子交换树脂吸附的试验
以下将描述使用抑制剂作为添加剂的实施例和预备试验例。进行试验以检查是否发生冷却剂中的抑制剂被离子交换树脂吸附由此降低抑制剂的现象。将2-巯基苯并噻唑用作抑制剂，并使初始电导率为1.5mS/m的冷却剂(50％v/v的水溶液)以空间速度SV＝10在25℃温度下通过具有150mL体积的离子交换树脂。结果，在使冷却剂通过离子交换树脂后冷却剂的电导率下降至0.5mS/m，和抑制剂的浓度下降至甚至为起始浓度的约10％。因此，证实抑制剂被离子交换树脂吸附。
降低抑制剂后冷却剂的热降解试验
进一步进行试验以检查其中抑制剂被离子交换树脂吸附的冷却剂是否具有降低的抗氧化性和防腐蚀性。通过使冷却剂保持于90℃的恒温浴下2000h来进行在上述试验中得到的冷却剂的热降解试验。结果，如表1所示，与其中未使添加剂溶液通过离子交换树脂的未处理的冷却剂相比，电导率急剧地增加。
表1
热降解试验后作为由离子色谱法分析冷却剂的结果，在冷却剂中检出甲酸离子、乙酸离子和乳酸离子。已知这些有机酸作为二醇类冷却剂的热降解产物并通过离子化增加冷却剂的电导率。测定各有机酸在冷却剂中的离子浓度和冷却剂的电导率之间的关系，如图4所示对于各有机酸的离子证实它们的相关性。因此，如表1所示，证实由于由热降解引起大量有机酸产生，使得其中抑制剂减少的冷却剂的抗氧化性明显降低。
制作吸附等温线的试验
基于JIS(日本工业标准)K1474“活性炭试验法”，将5至30mL(体积)离子交换树脂添加到250mL冷却剂，并在25℃下进行摇动吸附试验24小时，以得到试验后冷却剂中的抑制剂残留率。其结果示于图5中。如图5所示，冷却剂中的抑制剂残留率随着离子交换树脂添加量的增加而降低。然后，由离子交换树脂的添加量和抑制剂残留率的结果测定每单位体积(1000mL)离子交换树脂的抑制剂吸附量，以制作吸附等温线(图6)。每1000mL冷却剂的抑制剂量为300单位。如图6所示，证实不论离子交换树脂的添加量如何，处于饱和平衡状态的离子交换树脂的每单位体积的抑制剂吸附量几乎恒定。
处于饱和状态的离子交换树脂的调制
使用具有大孔结构的阳离子交换树脂(C160，由PUROLITE制造)和具有大孔结构的阴离子交换树脂(A500，由PUROLITE制造)以3∶7的比例混合的混合床离子交换树脂作为离子交换树脂。用40mL离子交换树脂填充具有18mm内径的由硼硅酸盐玻璃制成的柱。
将具有组成类似于冷却剂组成的抑制剂溶液用作通过离子交换树脂的抑制剂溶液。即，抑制剂溶液是其中将丙二醇用作作为冷却剂基材的冰点降低剂的50％v/v浓度的水溶液。将2-巯基苯并噻唑用作抑制剂。
当添加抑制剂以使其浓度变为1％v/v时，丙二醇溶液的电导率从添加前的0.5mS/m升至添加后的0.9mS/m。然后，通过使用图3所示的制造装置，使具有0.9mS/m初始电导率的抑制剂溶液在SV＝10，25℃下通过40mL离子交换树脂。其结果示于表2中。如表2所示，随着溶液的通过量增加，如达到400mL和达到800mL，回收的抑制剂溶液的抑制剂残留率增加，并且当溶液的通过量为2400mL时抑制剂残留率达到100％。即，离子交换树脂达到处于抑制剂吸附的饱和状态(实施例1)。
表2
  溶液通过量(mL)   抑制剂残留率(％)   电导率(mS/m)
  0   -   0.9
  100   1   0.1
  400   75   0.1
  800   93   0.1
  2400   100   0.1
  4500   100   0.1
在相同条件下，在SV＝10、25℃下，使具有初始电导率0.9mS/m的冷却剂溶液通过40mL离子交换树脂。其结果示于表3中。如表3所示，随着溶液通过量的增加，如达到1000mL，达到1500mL和达到2000mL，抑制剂残留率增加，并且当溶液的流量为2500mL时，抑制剂残留率达到100％。
表3
  溶液通过量(mL)   抑制剂残留率(％)   电导率(mS/m)
  0   -   0.9
  500   40   0.1
  1000   92   0.2
  1500   95   0.2
  2000   99   0.2
  2500   100   0.2
除了添加抑制剂(吡咯)以使抑制剂溶液的抑制剂浓度如表4所示为2、4和10％v/v(实施例2至4)以外，以与实施例1相同的方式调制处于饱和状态的离子交换树脂。其结果示于表5至7中。基于这些结果，显示抑制剂浓度和饱和通液量之间的关系的图表示于图7。如图7所示，随着抑制剂溶液浓度增加，直至离子交换树脂饱和时抑制剂溶液的通过量降低，并且证实其趋势强烈直至达到某抑制剂浓度，除此之外趋势变弱。
表4
表5
  溶液通过量(mL)   抑制剂残留率(％)   电导率(mS/m)
  0   -   0.3
  430   30   0.1
  460   85   0.2
  560   98   0.2
表6
  溶液通过量(mL)   抑制剂残留率(％)   电导率(mS/m)
  0   -   0.5
  100   5   0.2
  200   65   0.2
  300   80   0.2
  400   88   0.3
  480   90   0.3
  580   99   0.3
表7
  溶液通过量(mL)   抑制剂残留率(％)   电导率(mS/m)
  0   -   0.5
  100   28   0.4
  200   91   0.4
  300   96   0.5
  400   97   0.5
  450   95   0.5
  500   100   0.5
处于饱和状态的离子交换树脂的离子交换能力
进行试验以检查当抑制剂的吸附达到饱和状态时离子交换树脂的离子交换能力。将4mg甲酸钾添加到1mS/m回收的抑制剂溶液，以得到0.3mS/m的电导率。在SV＝10、25℃下，使溶液通过处于饱和状态的40mL离子交换树脂。其结果示于表8中。如表8所示，当未吸附抑制剂时，电导率降低，这证实甲酸离子和钾离子被吸附。
表8
  溶液通过量(mL)   抑制剂残留率(％)   电导率(mS/m)
  0   -   0.3
  100   100   0.1
  500   100   0.1
  1000   100   0.1
类似地，将40mg甲酸钾添加到1mS/m的回收抑制剂溶液中，以得到7.0mS/m的电导率。使该溶液在SV＝10、25℃下通过处于饱和状态的40mL离子交换树脂。其结果示于表9中。如表9所示，虽然抑制剂未被吸附，但电导率下降，这证实甲酸离子和钾离子被吸附。
表9
  溶液通过量(mL)   抑制剂残留率(％)   电导率(mS/m)
  0   -   7.0
  30   100   0.1
  60   100   0.1
  90   100   0.1
  120   100   0.1
对于燃料电池的冷却系统，使用橡皮软管的评价试验，在SV＝10、25℃下，使电导率已升至5.1mS/m的所用冷却剂通过40mL离子交换树脂。其结果示于表10中。作为通过离子色谱法分析使用的冷却剂的结果，检出甲酸离子、乙酸离子、乳酸离子、钙离子、钾离子、钠离子和锌离子。这些离子中，有机酸离子被认为从冷却剂的热降解产物中溶出，和金属离子被认为从燃料电池的冷却系统部件中溶出。如表10所示，虽然抑制剂未被吸附，但电导率下降，这证实了上述有机酸离子和金属离子被吸附。
表10
  溶液通过量(mL)   抑制剂残留率(％)   电导率(mS/m)
  0   -   5.1
  30   100   0.2
  60   100   0.1
  90   100   0.1
  120   100   0.1
  150   100   0.1

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，其包括：
燃料电池；
冷却所述燃料电池的冷却剂的循环流路，所述冷却剂包含含有巯基苯并噻唑的抑制剂；和
设置于所述循环流路上用于去除和吸附冷却剂中产生的离子以保持所述冷却剂的电导率的离子交换树脂，所述离子为腐蚀性产物的有机酸离子和从冷却系统部件溶出的金属离子，在与所述冷却剂接触前，将所述离子交换树脂调制为使所述抑制剂仅以饱和状态吸附在所述离子交换树脂上，即使在所述离子交换树脂吸附所述有机酸离子和所述金属离子时，所述离子交换树脂也保持所述冷却剂的抑制剂浓度而不放出在所述离子交换树脂中饱和的抑制剂。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述离子交换树脂的饱和状态通过使包含所述抑制剂的溶液通过所述离子交换树脂来实现。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述离子交换树脂的饱和状态通过使所述离子交换树脂浸渍于包含所述抑制剂的溶液中来实现。
4.一种燃料电池车辆，其包括根据权利要求1所述的燃料电池系统。
CN201110272697.4A 2010-09-14 2011-09-14 燃料电池系统和燃料电池车辆 Active CN102403520B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010205743A JP5713614B2 (ja) 2010-09-14 2010-09-14 燃料電池システムおよび燃料電池車
JP2010-205743 2010-09-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102403520A CN102403520A (zh) 2012-04-04
CN102403520B true CN102403520B (zh) 2015-07-29

Family

ID=45756369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110272697.4A Active CN102403520B (zh) 2010-09-14 2011-09-14 燃料电池系统和燃料电池车辆

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8951689B2 (zh)
JP (1) JP5713614B2 (zh)
CN (1) CN102403520B (zh)
DE (1) DE102011113149B4 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9068922B2 (en) * 2013-03-15 2015-06-30 GM Global Technology Operations LLC Estimating coolant conductivity in a multi-voltage fuel cell system
DE102014213105A1 (de) * 2014-07-07 2016-01-07 Volkswagen Ag Brennstoffzellenaggregat mit wechselbarer Entionisierungseinrichtung sowie Fahrzeug mit einem solchen
JP6418039B2 (ja) * 2015-04-02 2018-11-07 トヨタ紡織株式会社 燃料電池用冷却液、燃料電池の冷却システム、及び燃料電池用冷却液の濾過装置
US9880226B2 (en) * 2015-10-13 2018-01-30 GM Global Technology Operations LLC Estimating coolant conductivity in a multi-voltage fuel cell system without disconnecting contactors
WO2018095759A1 (de) 2016-11-23 2018-05-31 Basf Se Kühlmittel für kühlsysteme in elektrofahrzeugen mit brennstoffzellen und/oder batterien enthaltend azolderivate und zusätzliche korrosionsschutzmittel
JP2020117148A (ja) * 2019-01-25 2020-08-06 ヤマハ発動機株式会社 オープンキャビン電動車両
JP2020125384A (ja) * 2019-02-01 2020-08-20 株式会社デンソー 熱輸送媒体および車両用熱マネジメントシステム
CN110116640A (zh) * 2019-05-31 2019-08-13 广东宏远氢能动力装备制造有限公司 车载铝水制氢燃料电池电动汽车的混合动力系统
CN111342078B (zh) * 2020-03-03 2022-06-07 泰安鼎鑫冷却器有限公司 一种燃料电池用低电导率芯体及加工工艺
JP7457561B2 (ja) * 2020-04-03 2024-03-28 株式会社東芝 燃料電池発電装置
DE102021200303A1 (de) 2021-01-14 2022-07-14 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzellenanordnung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1537153A (zh) * 2001-06-13 2004-10-13 �����ɷ� 用于燃料电池驱动器中冷却系统的含吡咯衍生物的冷却剂

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02274887A (ja) * 1989-04-18 1990-11-09 Mitsubishi Electric Corp 防錆添加剤およびその防錆添加剤を含有する水溶液系放電加工液
US6174993B1 (en) * 1997-05-21 2001-01-16 The Children's Medical Center Corp. Short peptides which selectively modulate the activity of serine/threonine kinases
ATE295616T1 (de) * 1998-09-22 2005-05-15 Ballard Power Systems Kühlsubsystem mit frostschutzmittel
JP2000208157A (ja) 1999-01-14 2000-07-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池運転システム
JP4842420B2 (ja) 1999-09-28 2011-12-21 トヨタ自動車株式会社 冷却液、冷却液の封入方法および冷却システム
JP4938925B2 (ja) * 2000-09-25 2012-05-23 本田技研工業株式会社 燃料電池用冷却装置
JP2002172391A (ja) 2000-12-06 2002-06-18 Japan Organo Co Ltd イオン交換システム
DE10063951A1 (de) 2000-12-20 2002-06-27 Basf Ag Kühlmittel für Kühlsysteme in Brennstoffzellenantrieben
US6818146B2 (en) 2001-01-16 2004-11-16 Shell Oil Company Chemical base for engine coolant/antifreeze with improved thermal stability properties
US20050109979A1 (en) 2002-05-02 2005-05-26 Shishiai-Kabushikigaisha Coolant composition for fuel cell
WO2003094271A1 (fr) 2002-05-02 2003-11-13 Shishiai-Kabushikigaisha Composition liquide de refroidissement pour pile a combustible
JP2004119215A (ja) 2002-09-26 2004-04-15 Toyo Radiator Co Ltd 燃料電池の冷却用冷媒
US7138199B2 (en) * 2002-10-30 2006-11-21 Mohapatra Satish C Fuel cell and fuel cell coolant compositions
JP2004192959A (ja) 2002-12-11 2004-07-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の冷却装置
JP2004281106A (ja) 2003-03-13 2004-10-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタック用冷却液組成物
JP4018581B2 (ja) 2003-03-28 2007-12-05 カルソニックカンセイ株式会社 燃料電池冷却システムおよびその冷却液劣化防止方法
JP4066361B2 (ja) * 2003-07-30 2008-03-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の冷却システム
JP2005129384A (ja) * 2003-10-24 2005-05-19 Calsonic Kansei Corp 冷却液およびそれを用いた燃料電池冷却システム
EP1791206A4 (en) * 2004-07-23 2009-06-17 Toyota Motor Co Ltd COOLING COMPOSITION, COOLING SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING COOLING COMPOSITION
KR101257720B1 (ko) * 2004-09-08 2013-04-30 프레스톤 프로닥츠 코포레이션 착색제 처리된 이온교환 수지, 그 제조 방법, 그것을함유하는 열 전달 시스템 및 어셈블리, 및 그 사용 방법
JP2006331808A (ja) * 2005-05-25 2006-12-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR101300541B1 (ko) * 2005-06-24 2013-09-02 프레스톤 프로닥츠 코포레이션 경납땜된 금속 표면의 부식을 억제하는 방법 및 거기에사용하기 위한 냉각제 및 첨가제
JP2007299574A (ja) 2006-04-28 2007-11-15 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の冷却水制御装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1537153A (zh) * 2001-06-13 2004-10-13 �����ɷ� 用于燃料电池驱动器中冷却系统的含吡咯衍生物的冷却剂

Also Published As

Publication number Publication date
US8951689B2 (en) 2015-02-10
JP5713614B2 (ja) 2015-05-07
DE102011113149A1 (de) 2012-03-15
DE102011113149B4 (de) 2016-12-29
CN102403520A (zh) 2012-04-04
JP2012064349A (ja) 2012-03-29
US20120064426A1 (en) 2012-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102403520B (zh) 燃料电池系统和燃料电池车辆
JP5046474B2 (ja) 燃料電池冷却剤系のための腐食防止組成物及び方法
EP1910587B1 (en) Method for inhibiting corrosion in brazed metal surfaces and coolants and additives for use therein
CA2382930C (en) Coolant, method of enclosing coolant, and cooling system
AU2002316969B2 (en) Cooling agents for cooling systems in fuel cell drives containing azole derivatives
EP1116296B1 (en) Antifreeze cooling subsystem
US9587154B2 (en) Treated ion exchange resins, method of making, assemblies and heat transfer systems containing the same, and method of use
AU2002346913A1 (en) Corrosion inhibiting compositions and methods for fuel cell coolant systems
CN101053106A (zh) 经着色剂处理的离子交换树脂、其制备方法，传热系统和包含它的组件、以及其应用方法
CN109705821A (zh) 一种低腐蚀低导电的乙二醇-水基冷却液
US20210355362A1 (en) Heat transfer medium and thermal management system
KR20240038710A (ko) 낮은 전기 전도율을 갖는 냉각재를 위한 신규의 용도
WO2005103193A1 (ja) 熱媒体組成物

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant