CN110212222A - 一种车载固体氧化物燃料电池保护系统 - Google Patents

一种车载固体氧化物燃料电池保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车载固体氧化物燃料电池保护系统，涉及燃料电池救赎领域。本发明包括燃料电池、储能电池、控制器、空气除氧过滤装置、氢气发生装置，以及设置在燃料电池内用于检测燃料电池状态信息的传感器；燃料电池的进气端分别与空气除氧过滤装置的出气端、氢气发生装置的出气端相连接；控制器的输出端分别与空气除氧过滤装置、氢气发生装置相连接；储能电池分别与空气除氧过滤装置、氢气发生装置和控制器电性连接。本发明通过储能电池为空气除氧过滤装置和氢气发生装置提供能量，利用空气除氧过滤装置和氢气发生装置产生氮气和氢气并将混合气体通入燃料电池，避免了现有燃料电池在冷却过程中与空气中氧气接触从而导致阳极被氧化。

Description

一种车载固体氧化物燃料电池保护系统
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种车载固体氧化物燃料电池保护系统。
背景技术
固体氧化物燃料电池原理的辅助动力系统用来将碳氢燃料转换成电能，具备高效，节能，高能量密度等优点，正在逐步走向商业应用。固体氧化物燃料电池需要在数百度的高温下工作，空气流过阴极，经过重整的碳氢燃料经过阳极，空气中的氧气在电池阴极产生的氧离子流经电解层至阳极，与一氧化碳和氢反应，形成水和二氧化碳，并在阴极和阳极之间产生电势差。当燃料电池系统从工作状态转至非工作状态时，电池极板需要从数百度的高温降低到室温状态，这个冷却过程至少要持续4-12小时。固体氧化物电池的阳极基本上都含有金属镍，在高温下接触氧气会很快氧化，在工作状态下与氢反应，还原成金属，这种反复转换的过程会导致电池极板出现裂纹、脱层，影响电池极板的强度和使用寿命。在实验室条件下可以用还原性气体冷却电极，并防止氧化。
在车载条件下，不方便携带危险或有毒的还原气体；在催化重整和固体氧化燃料电池停止工作时，需要一种常温下的还原气体发生装置，对电池极板进行还原保护并冷却。这种气体也最好是无毒、无异味的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载固体氧化物燃料电池保护系统，通过储能电池为空气除氧过滤装置和氢气发生装置提供能量，利用空气除氧过滤装置和氢气发生装置产生氮气和氢气并将混合气体通入燃料电池，避免了现有燃料电池在冷却过程中与空气中氧气接触从而导致阳极被氧化。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种车载固体氧化物燃料电池保护系统，包括燃料电池；
还包括：
与燃料电池电性连接的储能电池；
设置在燃料电池内用于检测燃料电池状态信息的传感器；
用于获取所述传感器检测的所述状态信息的控制器；
用于滤除气体中氧气的空气除氧过滤装置；
用于产生制备氢气的氢气发生装置；
所述燃料电池的进气端分别与空气除氧过滤装置的出气端、氢气发生装置的出气端相连接；
所述控制器的输出端分别与空气除氧过滤装置、氢气发生装置相连接；
所述储能电池分别与空气除氧过滤装置、氢气发生装置和控制器电性连接。
进一步地，还包括用于检测储能电池剩余电量的电量检测模块，所述电量检测模块与控制器相连接。
进一步地，所述燃料电池通过直流充电系统与储能电池相连。
进一步地，所述传感器包括温度传感器、氢气浓度传感器和压力传感器中至少一个；
所述控制器分别与所述温度传感器、所述氢气浓度传感器和所述压力传感器中至少一个连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过储能电池为空气除氧过滤装置和氢气发生装置提供能量，利用空气除氧过滤装置和氢气发生装置产生氮气和氢气并将混合气体通入燃料电池，避免了现有燃料电池在冷却过程中与空气中氧气接触从而导致阳极被氧化，避免了阳极极板出现裂纹、脱层和电池极板强度降低，提高了电池极板的使用寿命。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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他的附图。
图1为本发明车载固体氧化物燃料电池保护系统结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1所示，本发明为一种车载固体氧化物燃料电池保护系统，包括燃料电池；
还包括：
与燃料电池电性连接的储能电池；
设置在燃料电池内用于检测燃料电池状态信息的传感器；
用于获取传感器检测的状态信息的控制器；
用于滤除气体中氧气的空气除氧过滤装置；
用于产生制备氢气的氢气发生装置；
燃料电池的进气端分别与空气除氧过滤装置的出气端、氢气发生装置的出气端相连接；
控制器的输出端分别与空气除氧过滤装置、氢气发生装置相连接；
储能电池分别与空气除氧过滤装置、氢气发生装置和控制器电性连接。
其中，还包括用于检测储能电池剩余电量的电量检测模块，电量检测模块与控制器相连接。通过剩余电量的检测，便于通过燃料电池及时为储能电池进行充电。
其中，燃料电池通过直流充电系统与储能电池相连。
其中，传感器包括温度传感器、氢气浓度传感器和压力传感器中至少一个；
控制器分别与温度传感器、氢气浓度传感器和压力传感器中至少一个连接。
通过温度传感器检测燃料电池温度，便于及时掌握电池的冷却情况，通过氢气浓度传感器便于及时掌握电池内氢气浓度。
其中，所述氢气发生装置包括：
内装混合有电解液的水溶液的储液箱；
用于对上述储液箱内的水溶液进行电解生成氢气的电解机；
用于对所产生的氢气进行冷却的冷却室，该冷却室通过管道与储液箱连接、且通过气管与燃料电池的进气端相连通；
电解机与储能电池电性连接。
其中，空气除氧过滤装置包括空气脱氧罐，
空气脱氧罐包括：一用于抽取环境空气的抽气口，将氮气排入燃料电池内且与燃料电池的进气端相连通的出气口；
空气脱氧罐内设有脱氧剂，以及给脱氧剂加热的电加热装置和温度控制装置；
电加热装置和温度控制装置与储能电池电性连接；
空气脱氧罐的抽气口还通过控制阀与氢气发生装置的氢气出口相连。
利用电加热装置和温度控制装置进行加热，从而使得空气脱氧罐内的脱氧剂在氢气作用下再生。
空气脱氧罐，在脱氧剂的作用下，空气中的氧气被脱出，得到氮气浓度为98％以上的氮气经燃料电池的氢气入口进入燃料电池的阳极气室。
工作原理：
当燃料停止工作时，此时控制器控制启动空气除氧过滤装置、氢气发生装置；通过空气除氧过滤装置产生氮气，通过氢气发生装置产生氢气；将所得氮气和氢气通入燃料电池内，利用氮气对燃料电池极板进行保护，利用氢气还原可能被氧化的电池极板，或者在高温下与氮气中残留的微量氧气反应，避免氧气氧化电池极板；
待燃料电池冷却至一定温度时，打开控制阀，将氢气发生装置产生的氢气通入空气除氧过滤装置内，利用氢气在加热条件下使脱氧剂再生。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种车载固体氧化物燃料电池保护系统，包括燃料电池，其特征在于：还包括：
与燃料电池电性连接的储能电池；
设置在燃料电池内用于检测燃料电池状态信息的传感器；
用于获取所述传感器检测的所述状态信息的控制器；
用于滤除气体中氧气的空气除氧过滤装置；
用于产生制备氢气的氢气发生装置；
所述燃料电池的进气端分别与空气除氧过滤装置的出气端、氢气发生装置的出气端相连接；
所述控制器的输出端分别与空气除氧过滤装置、氢气发生装置相连接；
所述储能电池分别与空气除氧过滤装置、氢气发生装置和控制器电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种车载固体氧化物燃料电池保护系统，其特征在于，还包括用于检测储能电池剩余电量的电量检测模块，所述电量检测模块与控制器相连接。
3.根据权利要求1所述的一种车载固体氧化物燃料电池保护系统，其特征在于，所述燃料电池通过直流充电系统与储能电池相连。
4.根据权利要求1所述的一种车载固体氧化物燃料电池保护系统，其特征在于，所述传感器包括温度传感器、氢气浓度传感器和压力传感器中至少一个；
所述控制器分别与所述温度传感器、所述氢气浓度传感器和所述压力传感器中至少一个连接。
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