CN107086317B - 一种燃料电池电堆的储存系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池技术领域，具体公开了一种燃料电池电堆的储存系统及方法，系统包括电堆、氢气系统、空气系统和氮气自动补压装置，氢气系统和空气系统并联设置在电堆上；氮气自动补压装置自动补偿电堆内氮气的气压，使其一直处于正压状态；方法如下：采用第二电磁阀连接氢气及空气的排气口，氮气对整个电堆系统进行吹扫，杂质由第一电磁阀排出，使氮气充满整个电堆。本发明系统及方法在电堆内充满氮气而且氮气不流通，保证电堆内湿度不会发生变化，湿度不变电堆内质子膜的活性就不会变化，另外氮气属于惰性气体可以有效的抑制各种霉菌的生长繁殖，可以有效的保护系统不被霉变及腐蚀，从而有效的保证电堆的长期储存。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆的储存系统及方法，用于燃料电池长期有效的储存。
背景技术
随着燃料电池技术的成熟，燃料电池产品逐渐成批量化生产和储存，可燃料电池系统在储存过程中性能下降或损坏经常难以避免。
燃料电池是一种通过电化学反应将化学能直接转化为电能的装置。燃料电池具有能量转换效率高、低噪声、零排放等优点，这是传统的化石燃料发电装置所不具备的。
质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种。氢气作为燃料，氧气或空气作为氧化剂。燃料氢气在阳极的催化作用下释放电子产生质子H+，在电场作用下质子交换膜将质子H+从阳极迁移到阴极。在阴极氧气在催化剂表面得到阳极通过外电路输送的电子形成负O-2离子，在阴极O-2与迁移过来的质子H+结合生成水，完成电能转换。阳极反应与阴极反应可以用下式表示：
阳极反应： H2→2H++ 2e-
阴极反应： 1/2O2+2H++2e-→H2O
总 反 应： H2+1/2O2→H2O
由上式可以看出，在燃料电池中，这种质子交换膜既起到隔离氧化剂和燃料气体的作用，同时又起到传导质子的作用。质子交换膜一般使用以—CF2—为主链，以磺酸基（—SO3H）为末端官能团的带有侧链的材料，在含水时可以具备质子传导性电解质的性能。 质子交换膜燃料电池一般经过活化工艺实现质子交换膜水合（含水）状态，同时膜电极具有发电活性，但如果长期存放质子交换膜里的水会蒸发流失，使得膜电极失去发电活性，所以储存好燃料电池电堆可以保障燃料电池的性能。另外由于燃料电池工作过程中会吸入空气中的霉菌，当电堆储存时，在电池流道内霉菌会滋生，甚至堵塞流道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够长期有效的储存燃料电池电堆的系统及方法，采用氮气充满整个电堆系统，进行电堆的储存。
为解决上述技术问题，本发明一种燃料电池电堆的储存系统，包括电堆、氢气系统、空气系统和氮气自动补压装置，所述氢气系统和空气系统并联设置在所述电堆上，所述氢气系统包括设置在氢气进气口的氢气进气阀和氢气排气口的氢气排气阀，所述空气系统包括空气进气口和设置在空气排气口的空气排气阀；
所述氮气自动补压装置包括氮气储存罐、减压阀、单向阀、第一电磁阀和第二电磁阀，所述氮气储存罐的输出端与所述减压阀的输入端连接，所述减压阀的输出端连接在所述氢气进气阀与所述电堆之间，所述单向阀设置在所述空气进气口与电堆之间，所述第一电磁阀的输入端设置在所述单向阀与所述电堆之间，用于排出电堆内的气体，所述第二电磁阀连接氢气排气口和空气排气口，用于在存储电堆时，氮气由氢气系统进入空气系统进行吹扫。
进一步地，所述氢气进气阀设置在所述电堆的负极一侧，所述氢气排气阀设置在所述电堆的正极一侧。
进一步地，所述空气进气口设置在所述电堆的负极一侧，所述空气排气阀设置在所述电堆的正极一侧。
进一步地，所述单向阀的方向为空气从空气进气口进入电堆的方向。
一种燃料电池电堆的储存方法，方法如下：
S1、关闭氢气进气电磁阀、氢气排气阀和空气排气阀；
S2、打开氮气储存罐，氮气经减压阀进入氢气系统进行吹扫；
S3、打开第二电磁阀，氮气进入空气系统进行吹扫；
S4、打开第一电磁阀，氢气和空气从第一电磁阀排出；
S5、吹扫完成后，关闭第一电磁阀。
具体地，所述吹扫时间为60s-90s。
具体地，所述S5中关闭第一电磁阀后，氮气充气压力升至10kPa。
本发明的有益效果是：本发明系统及方法在电堆内充满氮气而且氮气不流通，保证电堆内湿度不会发生变化，湿度不变电堆内质子膜的活性就不会变化，另外氮气有保险功能，可以有效的保护系统不被霉变及腐蚀，从而有效的保证电堆的长期储存。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明储存系统的结构示意图；
图中：1-电堆，2-氮气储存罐，3-减压阀，4-氢气进气阀，5-单向阀，6-空气进气口，7-第一电磁阀，8-空气排气阀，9-第二电磁阀，10-氢气排气阀。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的具体实施例中，如图1所示，本发明具体公开了一种燃料电池电堆的储存系统，包括电堆1、氢气系统、空气系统和氮气自动补压装置，所述氢气系统和空气系统并联设置在所述电堆1上，所述氢气系统包括设置在氢气进气口的氢气进气阀4和氢气排气口的氢气排气阀10，所述氢气进气阀4设置在所述电堆1的负极一侧，所述氢气排气阀10设置在所述电堆1的正极一侧；
所述空气系统包括空气进气口6和设置在空气排气口的空气排气阀8，所述空气进气口6设置在所述电堆1的负极一侧，所述空气排气阀8设置在所述电堆1的正极一侧；
所述氮气自动补压装置包括氮气储存罐2、减压阀3、单向阀5、第一电磁阀7和第二电磁阀9，所述氮气储存罐2的输出端与所述减压阀3的输入端连接，所述减压阀3的输出端连接在所述氢气进气阀4与所述电堆1之间，所述单向阀5设置在所述空气进气口6与电堆1之间，所述单向阀5的方向为空气从空气进气口6进入电堆1的方向；
所述第一电磁阀7的输入端设置在所述单向阀5与所述电堆1之间，用于排出电堆内的气体；
所述第二电磁阀9连接氢气排气口和空气排气口，用于在存储电堆时，氮气由氢气系统进入空气系统进行吹扫；当电堆正常发电时，第二电磁阀9处于关闭状态。
本发明还提供了一种燃料电池电堆的储存方法，方法如下：
S1、关闭氢气进气阀、氢气排气阀和空气排气阀；
S2、打开氮气储存罐，氮气经减压阀进入氢气系统进行吹扫；
S3、打开第二电磁阀，氮气进入空气系统进行吹扫；
S4、打开第一电磁阀，氢气和空气从第一电磁阀排出；
S5、吹扫完成后，关闭第一电磁阀。
具体地，所述吹扫时间为60s-90s。
具体地，所述S5中关闭第一电磁阀后，氮气充气压力升至10kPa。
本发明电堆储存系统的工作过程为：当一个充分活化的燃料电池系统充分冷却后，在电堆储存前，氢气进气阀4、氢气排气阀10及空气排气阀8置于关闭状态，打开氮气储存罐2，氮气进入减压阀3，氮气经减压阀3减压后吹扫电堆1内的液态水，首先进入氢气系统进行吹扫，打开第二电磁阀，氮气进入空气系统进行吹扫，一般60s-90s吹扫完毕，吹扫完毕后，打开第一电磁阀7，氢气及空气等经第一电磁阀7排出，为关闭第一电磁阀7，氮气充气压力升至10kPa时待气压稳定，电堆1可以长期储存，为使系统封闭，在空气进气口增加了单向阀5，所述单向阀5的方向为空气从空气进气口6进入电堆1的方向。
由于系统内充满氮气且氮气不流动，系统内湿度不会发生变化，湿度不变质子膜的活性就不会变化，另外氮气有保险功能，这样可以有效的保护系统不被霉变及腐蚀。
本发明的有益效果是：本发明系统及方法在电堆内充满氮气而且氮气不流通，保证电堆内湿度不会发生变化，湿度不变电堆内质子膜的活性就不会变化，另外氮气有保险功能，可以有效的保护系统不被霉变及腐蚀，从而有效的保证电堆的长期储存。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种燃料电池电堆的储存系统，其特征在于，包括电堆(1)、氢气系统、空气系统和氮气自动补压装置，所述氢气系统和空气系统并联设置在所述电堆(1)上，所述氢气系统包括设置在氢气进气口的氢气进气阀(4)和氢气排气口的氢气排气阀(10)，所述氢气进气阀(4)设置在所述电堆(1)的负极一侧，所述氢气排气阀(10)设置在所述电堆(1)的正极一侧；所述空气系统包括空气进气口(6)和设置在空气排气口的空气排气阀(8)，所述空气进气口(6)设置在所述电堆(1)的负极一侧，所述空气排气阀(8)设置在所述电堆(1)的正极一侧；
所述氮气自动补压装置包括氮气储存罐(2)、减压阀(3)、单向阀(5)、第一电磁阀(7)和第二电磁阀(9)，所述氮气储存罐(2)的输出端与所述减压阀(3)的输入端连接，所述减压阀(3)的输出端连接在所述氢气进气阀(4)与所述电堆(1)之间，所述单向阀(5)设置在所述空气进气口(6)与电堆(1)之间，所述第一电磁阀(7)的输入端设置在所述单向阀(5)与所述电堆(1)之间，用于排出电堆内的气体，所述第二电磁阀(9)连接氢气排气口和空气排气口，用于在存储电堆时，氮气由氢气系统进入空气系统进行吹扫；
其储存方法为：
S1、关闭氢气进气电磁阀、氢气排气阀和空气排气阀；
S2、打开氮气储存罐，氮气经减压阀进入氢气系统进行吹扫；
S3、打开第二电磁阀，氮气进入空气系统进行吹扫，所述吹扫时间为60s-90s；
S4、打开第一电磁阀，氢气和空气从第一电磁阀排出；
S5、吹扫完成后，关闭第一电磁阀，氮气充气压力升至10kPa。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的储存系统，其特征在于，所述单向阀(5)的方向为空气从空气进气口(6)进入电堆(1)的方向。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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