CN113853701B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种燃料电池系统。燃料电池系统包括：支撑板；多个燃料电池堆结构物，彼此串联连接且分别包括单元电池层叠体、下部端板和上部端板、以及第一歧管，单元电池层叠体具备层叠的多个单元电池和设置在所述单元电池之间并串联连接所述单元电池的多个分隔板，下部端板和上部端板分别设置在所述单元电池层叠体的下部和上部，第一歧管位于所述下部端板的下部并由所述支撑板支撑；气体管道模块，包括第一管道部和多个第二管道部，第一管道部与外部气体供给部连接，多个第二管道部从所述第一管道部分支并分别连接至所述燃料电池堆结构物的第一歧管；阀门单元，设置在所述气体管道模块；以及控制单元，实时测量所述燃料电池堆结构物的下部端板与第一歧管之间的电阻值，当一个以上的所述电阻值小于预设的临界值时，通过所述阀门单元来阻断供给到所述燃料电池堆结构物的燃料气体或空气。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，其通过利用氢气和氧气的反应来发电。
背景技术
燃料电池通过利用氢气和氧气的反应来发电。为了产生高电压，这种燃料电池通常通过层叠多个单元电池来形成燃料电池堆并使用。所述燃料电池堆具备连接到供给包含氢气的燃料气体或空气的气体管道模块的歧管，所述气体管道模块和歧管通常由具有相对低的电阻值的金属或合金材料制成。
此外，由于一个堆内包括的单元电池的数量通常因实际理由受限制，因此可以使用串联连接的多个燃料电池堆以获得更高的电压。在这种情况下，由于燃料气体或空气通过单个气体管道模块供给到所述多个燃料电池堆，当所述燃料电池堆中的至少一部分中下部端板与歧管之间的绝缘破坏时，所述多个燃料电池堆通过所述气体管道模块电短路，从而可能会发生燃料电池堆因过热而点燃或损坏的问题。
然而，目前还未提出能够解决这种问题的方法。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，通过实时测量串联连接的多个燃料电池堆结构物的端板与歧管之间的电阻，并且基于此供给或阻断向燃料电池堆结构物供给的燃料气体或空气，从而能够防止因端板与歧管之间的绝缘破坏引起的燃料电池堆结构物的损坏。
用于解决问题的手段
根据本发明的实施例的燃料电池系统，包括：支撑板；多个燃料电池堆结构物，彼此串联连接并且分别包括单元电池层叠体、下部端板和上部端板、以及第一歧管，所述单元电池层叠体具备层叠的多个单元电池和设置在所述单元电池之间并串联连接所述单元电池的多个分隔板，所述下部端板和所述上部端板分别设置在所述单元电池层叠体的下部和上部，所述第一歧管位于所述下部端板的下部并且由所述支撑板支撑；气体管道模块，包括第一管道部和多个第二管道部，所述第一管道部与外部气体供给部连接，所述多个第二管道部从所述第一管道部分支并分别连接至所述燃料电池堆结构物的第一歧管；阀门单元，设置在所述气体管道模块；以及控制单元，实时测量所述燃料电池堆结构物的下部端板与第一歧管之间的电阻值，当一个以上的所述电阻值小于预设的临界值时，控制所述阀门单元，以阻断供给到所有的所述燃料电池堆结构物的燃料气体或空气，或者阻断供给到所述燃料电池堆结构物中电阻值小于所述临界值的一个以上的燃料电池堆结构物的燃料气体或空气。
在一实施例中，所述第一歧管和所述气体管道模块各自彼此独立地由金属或合金材料形成，所述下部端板可以与所述第一歧管电绝缘。
在一实施例中，所述燃料电池系统还可以包括负载单元，连接所述燃料电池堆结构物产生的电力和负载，当一个以上的所述电阻值小于所述临界值时，所述控制单元可以控制所述负载单元以阻断供给到所述负载的电力。
在一实施例中，所述控制单元包括：多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别电连接至所述下部端板，以及第二端子，通过第二布线电连接至所述气体管道模块；所述控制单元可以实时测量各所述第一端子与所述第二端子之间的电阻值。
在一实施例中，所述控制单元包括：多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别电连接至所述下部端板，以及多个第二端子，通过独立的多个第二布线分别电连接至所述第一歧管；所述控制单元可以实时测量所述第一端子与所述第二端子之间的电阻值。
在一实施例中，所述阀门单元可以设置在所述第一管道部，在该情况下，当一个以上的所述电阻值小于预设的临界值时，所述控制单元可以控制所述阀门单元以阻断供给到所有的所述燃料电池堆结构物的燃料气体或空气。
在一实施例中，所述阀门单元可包括设置在各所述第二管道部的多个阀门，在这种情况下，当一个以上的所述电阻值小于预设的临界值时，所述控制单元可以控制所述阀门单元以阻断向所述一个以上的燃料电池堆结构物供给的燃料气体或空气。
根据本发明的实施例的燃料电池系统，可包括：支撑板；多个燃料电池堆结构物，彼此串联连接并且分别包括单元电池层叠体、下部端板和上部端板、以及第一歧管，所述单元电池层叠体具备层叠的多个单元电池和设置在所述单元电池之间并串联连接所述单元电池的多个分隔板，所述下部端板和所述上部端板分别设置在所述单元电池层叠体的下部和上部，所述第一歧管位于所述下部端板的下部并且由所述支撑板支撑；多个开关元件，分别设置在串联连接所述燃料电池堆结构物的连接布线；以及控制单元，实时测量所述燃料电池堆结构物的下部端板与第一歧管之间的电阻值，当一个以上的所述电阻值小于预设的临界值时，控制所述开关元件以断开所述开关元件中的一者以上。
在一实施例中，所述控制单元包括：多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别电连接至所述下部端板，以及多个第二端子，通过独立的多个第二布线分别电连接至所述第一歧管；所述控制单元可以实时测量所述第一端子与所述第二端子之间的电阻值。
在一实施例中，所述燃料电池系统还包括气体管道模块，连接外部气体供给部与所述燃料电池堆结构物的第一歧管；在该情况下，所述控制单元包括：多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别电连接至所述下部端板，以及第二端子，通过第二布线电连接至所述气体管道模块；所述控制单元可以实时测量各所述第一端子与所述第二端子之间的电阻值。
发明效果
根据本发明的燃料电池系统，当串联连接的多个燃料电池堆结构物中的一部分中下部端板与第一歧管之间的绝缘破坏时，能够防止连接到绝缘破坏的燃料电池堆结构物下端的其他燃料电池堆结构物损坏。
附图说明
图1和图2是用于说明本发明的实施例的燃料电池系统的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。本发明可以施加各种变更，也可以具有各种方式，因此附图中示出特定实施例，并在本说明书中进行详细说明。然而，这并非将本公开的概念的实施例限定为特定的公开方式，而应理解为包括本公开的思想及技术范围中所包含的所有变更、等同物以及代替物。在说明每个附图时，类似的附图标记用于类似的构成要素。在附图中，为了本发明的明确性，结构物的尺寸被示为比实际尺寸大。
第一、第二等术语虽然可以用来说明各种构成要素，但所述构成要素不限定于所述术语。所述术语仅用于区分一个构成要素与另一构成要素。例如，在不脱离本公开概念的权利范围的情况下，第一构成要素可以命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以命名为第一构成要素。
本说明书中所使用的术语，仅仅是为了说明特定的各实施例而使用的，并不是用来限定本公开内容。只要未在上下文中明确定义为其他含义，单数表述应包括复数表述。本说明书中的“包括”或“具有”等术语，是用于指定所说明的特征、步骤、动作、构成要素、构件或它们的组合的存在，并非预先排除一个以上的其他特征、步骤、动作、构成要素、构件或它们的组合的存在或附加可能性。
除非另有定义，这里使用的包括技术术语和科学术语在内的所有术语，具有与本技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。通常使用的预先被定义的术语，应解释为具有与相关技术的上下文中的含义相一致的含义，除非在本说明书中明确定义，就不应解释为理想或过于形式的含义。
图1和图2是用于说明本发明的实施例的燃料电池系统的图。
参照图1，根据本发明的实施例的燃料电池系统1000包括多个燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140、支撑板1200、气体管道模块1300、阀门单元1400、负载单元1500以及控制单元1600。
所述多个燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140分别可包括：单元电池层叠体1111、1121、1131、1141、下部端板1112、1122、1132、1142、上部端板1113、1123、1133、1143、第一歧管1114、1124、1134、1144。
所述单元电池层叠体1111、1121、1131、1141可包括层叠的多个单元电池和设置在所述单元电池之间来串联连接所述单元电池的多个分隔板。
所述单元电池分别可以具有包括电解质层和分别设置在其两侧的第一电极和第二电极的结构，并且所述第一电极和所述第二电极中的一者可以是阳极电极，另一者可以是阴极电极。所述单元电池可以是从固体氧化物燃料电池(SOFC)、聚合物电解质燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)等中选择的一种扁平型单元电池。
所述分隔板由导电材料形成，并且设置在相邻的两个单元电池之间，从而可以电连接下部单元电池的第一电极和上部单元电池的第二电极。位于一个燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140内的多个单元电池可以通过所述分隔板串联连接。
所述下部端板1112、1122、1132、1142和所述上部端板1113、1123、1133、1143可以分别设置在所述单元电池层叠体1111、1121、1131、1141的下部和上部，并且可以由导电材料，例如，金属材料形成。所述下部端板1112、1122、1132、1142可以与所述单元电池层叠体1111、1121、1131、1141中最下部单元电池的第一电极电连接，所述上部端板1113、1123、1133、1143可以与所述单元电池层叠体1111、1121、1131、1141中最上部单元电池的第二电极电连接。
所述第一歧管1114、1124、1134、1144可以设置在所述下部端板1112、1122、1132、1142的下部。例如，所述第一歧管1114、1124、1134、1144可以设置在所述支撑板1200上，可以通过所述支撑板1200连接至所述气体管道模块1300，并且可以将从所述气体管道模块1300供给的燃料气体或空气传递至所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140内部。另外，所述第一歧管1114、1124、1134、1144可以将从所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140排出的燃料气体或空气传递至排气管(未图示)。
所述第一歧管1114、1124、1134、1144可以由金属或合金材料形成。因此，与电绝缘体相比，所述第一歧管1114、1124、1134、1144可以具有明显更低的电阻，并且为了与所述下部端板1112、1122、1132、1142绝缘，所述第一歧管1114、1124、1134、1144至少可以在与所述下部端板1112、1122、1132、1142相向的表面形成绝缘膜。
另一方面，在一实施例中，所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140还可分别包括设置在所述上部端板1113、1123、1133、1143的上部的第二歧管1115、1125、1135、1145。
当所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140分别包括所述第一歧管1114、1124、1134、1144以及所述第二歧管1115、1125、1135、1145时，所述第一歧管1114、1124、1134、1144可以连接至所述气体管道模块1300并向所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140内部供给燃料气体或空气，所述第二歧管1115、1125、1135、1145可以连接至所述排气管并从所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140排出废气。
所述多个燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140可以串联连接。例如，如图1和图2所示，当根据本发明的实施例的燃料电池系统1000包括四个燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140时，第一燃料电池堆结构物1110的第一电极和第四燃料电池堆结构物1140的第二电极连接至负载单元1500，第二至第四燃料电池堆结构物1120、1130、1140的第一电极可以分别与所述第一至第三燃料电池堆结构物1110、1120、1130的第二电极电连接。
所述支撑板1200设置在所述多个燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的下部以支撑。如果能够稳定地支撑所述多个燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140，则所述支撑板1200的形状和结构没有特别限制。
所述气体管道模块1300设置在所述支撑板1200下部，可以贯穿所述支撑板1200并连接至所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的第一歧管1114、1124、1134、1144，并且可以向所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140供给燃料气体或空气。
在一实施例中，所述气体管道模块1300可以向所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140供给燃料气体。在这种情况下，所述气体管道模块1300可包括：第一管道部1310，与重整器等的外部燃料供给部(未图示)连接并接收燃料气体；多个第二管道部1320，通过从所述第一管道部1310分支并贯穿所述支撑板1200，从而可以分别连接至所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的第一歧管1114、1124、1134、1144。所述第一管道部1310和所述第二管道部1320由金属或合金材料形成，与电绝缘材料相比，可以具有明显更低的电阻，并且可以形成为一体。因此，当在所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140中的至少一部分中所述下部端板1112、1122、1132、1142与所述第一歧管1114、1124、1134、1144之间的绝缘破坏时，所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140可以通过所述气体管道模块1300彼此电短路，在这种情况下，所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140可能会被损坏。将在后面描述解决这种问题的方案。
所述阀门单元1400通过设置在所述气体管道模块1300以分别打开或关闭所述第一管道部1310或所述第二管道部1320，从而可以调节向所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140中的全部或每一者供给的燃料气体或空气的供给量。
在一实施例中，如图1所示，所述阀门单元1400设置在所述气体管道模块1300的第一管道部1310，当所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140中的至少一者中所述下部端板1112、1122、1132、1142与所述第一歧管1114、1124、1134、1144之间的电阻值降低至预设的第二临界值以下时，可以根据所述控制单元1600的控制操作而阻断向所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140供给的燃料气体或空气。
在另一实施例中，如图2所示，所述阀门单元1400可包括分别设置在所述气体管道模块1300的第二管道部1310的多个阀门1410、1420、1430、1440，当所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140中的至少一者中所述下部端板1112、1122、1132、1142与所述第一歧管1114、1124、1134、1144之间的电阻值降低至所述第二临界值以下时，可以根据所述控制单元1600的控制操作而阻断向所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140中所述电阻值降低至所述第二临界值以下的燃料电池堆结构物供给的燃料气体或空气。
所述负载单元1500可以与串联连接的所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140中第一燃料电池堆结构物1110的第一电极和第四燃料电池堆结构物1140的第二电极电连接，可以与将所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140产生的电力转换成交流电的如逆变器的功率转换元件或者消耗所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140产生的电力的任意负载(load)电连接。
所述控制单元1600实时测量所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的下部端板1112、1122、1132、1142与第一歧管1114、1124、1134、1144之间的电阻值，当一个以上的所述电阻值小于预设的第一临界值时，可以正常停止所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的运转。另一方面，当一个以上的所述电阻值小于预设的第二临界值(该第二临界值小于所述第一临界值)时，所述控制单元1600可以通过所述阀门单元1400阻断向所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140供给的燃料气体或空气，并且可以通过所述负载单元1500阻断向外部负载供给的电力。
例如，随着时间经过，在使所述下部端板1112、1122、1132、1142与所述第一歧管1114、1124、1134、1144绝缘的绝缘膜内部可能形成具有相对较低的电阻值的氧化物相，因此可能会破坏所述下部端板1112、1122、1132、1142与所述第一歧管1114、1124、1134、1144之间的绝缘。在这种情况下，由于所述气体管道模块1300，可能会发生所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140之间的电短路，因此，燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140可能会被损坏。然而，根据本发明，当在所述下部端板1112、1122、1132、1142与所述第一歧管1114、1124、1134、1144之间的绝缘破坏之前预先正常停止所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的运转或者阻断向所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140供给燃料气体或空气时，可以防止所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的损坏。
在一实施例中，如图1所示，所述控制单元1600可包括：多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别与所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的下部端板1112、1122、1132、1142电连接，和第二端子，通过与所述第一布线不同的第二布线与所述气体管道模块1300电连接；所述控制单元1600可以通过实时测量所述第一端子与所述第二端子之间的电阻值，来间接实时测量所述下部端板1112、1122、1132、1142与第一歧管1114、1124、1134、1144之间的电阻值。
在另一实施例中，虽然未在图中示出，所述控制单元1600可包括：多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别与所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的下部端板1112、1122、1132、1142电连接，和多个第二端子，通过独立的多个第二布线分别与所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的第一歧管1114、1124、1134、1144电连接；所述控制单元1600可以直接实时测量相对应的第一端子和第二端子之间的电阻值。
另一方面，根据本发明的实施例的燃料电池系统1000还可包括多个开关元件1610、1620、1630，设置在串联连接所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的连接布线。例如，当所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140包括第一至第四燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140时，所述开关元件1610、1620、1630可包括：第一开关元件1610，设置在连接所述第一燃料电池堆结构物1110的第一电极和所述第二燃料电池堆结构物1120的第二电极的第一连接布线，第二开关元件1620，设置在连接所述第二燃料电池堆结构物1120的第一电极和所述第三燃料电池堆结构物1130的第二电极的第二连接布线，以及第三开关元件1630，设置在连接所述第三燃料电池堆结构物1130的第一电极和所述第四燃料电池堆结构物1140的第二电极的第三连接布线。
所述控制单元1600实时测量所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140的下部端板1112、1122、1132、1142与第一歧管1114、1124、1134、1144之间的电阻值，当一个以上的所述电阻值小于预设的所述第二临界值时，可以通过断开所述开关元件1610、1620、1630来阻断通过所述连接布线的所述燃料电池堆结构物1110、1120、1130、1140之间的电连接。
根据本发明的燃料电池系统，当串联连接的多个燃料电池堆结构物中的一部分中下部端板与第一歧管之间的绝缘破坏时，可以防止连接到绝缘破坏的燃料电池堆结构物下端的其他燃料电池堆结构物损坏。
以上，仅参照本发明的优选实施例进行了说明，但本领域技术人员应理解，在不脱离所附权利要求书中所记载的本发明的思想和范围的情况下可以对本发明进行各种修改及变更。
附图标记的说明
1000：燃料电池系统
1110、1120、1130、1140：燃料电池堆结构物
1200：支撑板 1300：气体管道模块
1400：阀门单元 1500：负载单元
1600：控制单元。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，其中，包括：
支撑板；
多个燃料电池堆结构物，彼此串联连接并且分别包括单元电池层叠体、下部端板和上部端板、以及第一歧管，所述单元电池层叠体具备层叠的多个单元电池和设置在所述单元电池之间并串联连接所述单元电池的多个分隔板，所述下部端板和所述上部端板分别设置在所述单元电池层叠体的下部和上部，所述第一歧管位于所述下部端板的下部并且由位于所述第一歧管的下部的所述支撑板支撑；
气体管道模块，包括第一管道部和多个第二管道部，所述第一管道部与外部气体供给部连接，所述多个第二管道部从所述第一管道部分支并分别连接至所述燃料电池堆结构物的第一歧管；
阀门单元，设置在所述气体管道模块；以及
控制单元，实时测量所述燃料电池堆结构物的下部端板与第一歧管之间的电阻值，当一个以上的所述电阻值小于预设的临界值时，控制所述阀门单元，以阻断供给到所有的所述燃料电池堆结构物的燃料气体或空气，或者阻断供给到所述燃料电池堆结构物中电阻值小于所述临界值的一个以上的燃料电池堆结构物的燃料气体或空气，
所述第一歧管和所述气体管道模块各自彼此独立地由金属或合金材料形成，
所述第一歧管在与所述下部端板相向的表面形成绝缘膜，所述下部端板与所述第一歧管电绝缘。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统还包括负载单元，连接所述燃料电池堆结构物产生的电力和负载，
当一个以上的所述电阻值小于所述临界值时，所述控制单元控制所述负载单元以阻断供给到所述负载的电力。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制单元包括：
多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别电连接至所述下部端板，以及
第二端子，通过第二布线电连接至所述气体管道模块；
所述控制单元实时测量各所述第一端子与所述第二端子之间的电阻值。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制单元包括：
多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别电连接至所述下部端板，以及
多个第二端子，通过独立的多个第二布线分别电连接至所述第一歧管；
所述控制单元实时测量所述第一端子与所述第二端子之间的电阻值。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述阀门单元设置在所述第一管道部，
当一个以上的所述电阻值小于预设的临界值时，所述控制单元控制所述阀门单元以阻断供给到所有的所述燃料电池堆结构物的燃料气体或空气。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述阀门单元包括设置在各所述第二管道部的多个阀门，
当一个以上的所述电阻值小于预设的临界值时，所述控制单元控制所述阀门单元以阻断向所述一个以上的燃料电池堆结构物供给的燃料气体或空气。
7.一种燃料电池系统，其中，包括：
支撑板；
多个燃料电池堆结构物，彼此串联连接并且分别包括单元电池层叠体、下部端板和上部端板、以及第一歧管，所述单元电池层叠体具备层叠的多个单元电池和设置在所述单元电池之间并串联连接所述单元电池的多个分隔板，所述下部端板和所述上部端板分别设置在所述单元电池层叠体的下部和上部，所述第一歧管位于所述下部端板的下部并且由位于所述第一歧管的下部的所述支撑板支撑；
多个开关元件，分别设置在串联连接所述燃料电池堆结构物的连接布线；
控制单元，实时测量所述燃料电池堆结构物的下部端板与第一歧管之间的电阻值，当一个以上的所述电阻值小于预设的临界值时，控制所述开关元件以断开所述开关元件中的一者以上；以及
气体管道模块，连接外部气体供给部与所述燃料电池堆结构物的第一歧管，
所述第一歧管和所述气体管道模块各自彼此独立地由金属或合金材料形成，
所述第一歧管在与所述下部端板相向的表面形成绝缘膜，所述下部端板与所述第一歧管电绝缘。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制单元包括：
多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别电连接至所述下部端板，以及
多个第二端子，通过独立的多个第二布线分别电连接至所述第一歧管；
所述控制单元实时测量所述第一端子与所述第二端子之间的电阻值。
9.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制单元包括：
多个第一端子，通过独立的多个第一布线分别电连接至所述下部端板，以及
第二端子，通过第二布线电连接至所述气体管道模块；
所述控制单元实时测量各所述第一端子与所述第二端子之间的电阻值。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112213647A (zh) * 2020-10-27 2021-01-12 广东国鸿氢能科技有限公司 一种燃料电池电堆多堆测试装置
CN114725448B (zh) * 2022-04-11 2023-08-18 中汽创智科技有限公司 一种燃料电池系统加载功率的控制方法、装置及电子设备
CN114709455B (zh) * 2022-06-08 2022-09-16 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池的多堆集成装置及其工作方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270066A (ja) * 1997-03-26 1998-10-09 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池
JP2002343372A (ja) * 2001-05-16 2002-11-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池の補修方法及びその実施に使用する装置
DE10128836A1 (de) * 2001-06-14 2002-12-19 Gen Motors Ltd Elektrisches Isolationssystem für einen Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels
JP2004234881A (ja) * 2003-01-28 2004-08-19 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
EP2687481A2 (en) * 2012-07-19 2014-01-22 Toto Ltd. Solid oxide fuel cell device comprising a reformer
JP2014120321A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Toyota Motor Corp 燃料電池スタック
CN103915634A (zh) * 2012-12-28 2014-07-09 现代自动车株式会社 燃料电池堆
JP2015064980A (ja) * 2013-09-24 2015-04-09 三菱重工業株式会社 燃料電池カートリッジの監視装置、及びこれを備える燃料電池システム、燃料電池カートリッジの監視方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5228759B1 (zh) * 1970-12-07 1977-07-28
KR20070039361A (ko) * 2005-10-07 2007-04-11 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 ｏｃｖ 차단 방법
KR20130008322A (ko) * 2011-07-12 2013-01-22 현대자동차주식회사 연료전지 스택
KR20130074547A (ko) * 2011-12-26 2013-07-04 엘지전자 주식회사 고체산화물 연료전지 시스템 및 그 운전 방법
KR102017578B1 (ko) * 2017-09-19 2019-09-03 주식회사 미코 연료전지 구조체

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270066A (ja) * 1997-03-26 1998-10-09 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池
JP2002343372A (ja) * 2001-05-16 2002-11-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池の補修方法及びその実施に使用する装置
DE10128836A1 (de) * 2001-06-14 2002-12-19 Gen Motors Ltd Elektrisches Isolationssystem für einen Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels
JP2004234881A (ja) * 2003-01-28 2004-08-19 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
EP2687481A2 (en) * 2012-07-19 2014-01-22 Toto Ltd. Solid oxide fuel cell device comprising a reformer
JP2014120321A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Toyota Motor Corp 燃料電池スタック
CN103915634A (zh) * 2012-12-28 2014-07-09 现代自动车株式会社 燃料电池堆
JP2015064980A (ja) * 2013-09-24 2015-04-09 三菱重工業株式会社 燃料電池カートリッジの監視装置、及びこれを備える燃料電池システム、燃料電池カートリッジの監視方法

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