CN210120194U - 电堆安全保护装置及设置有该装置的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电堆安全保护装置，该保护装置包括：压力传感器，其设置在电堆上，用于实时测量电堆内部的压紧力变化；控制器，其与压力传感器通信连接，所述控制器通过读取多个压力传感器的数据实时监控电堆的内部压紧力数值；氢气控制阀门，氢气控制阀门用于控制电堆的氢气供应的开闭，氢气控制阀门与控制器通信连接，其中，当控制器监控到电堆的内部压紧力数值偏离预定范围时，控制器关闭氢气控制阀门。通过本实用新型的电堆安全保护装置通过压力传感的方式来进行电堆保护，并且该装置通过传感器与供气系统的联动，实时监控电堆运行情况，在过压或失压现象发生时能及时并迅速切断气源，保证电堆安全。

Description

电堆安全保护装置及设置有该装置的车辆

技术领域

本实用新型涉及电堆安全领域，特别涉及一种电堆安全保护装置及设置有该装置的车辆。

背景技术

燃料电池技术目前已经得到越来越多的关注，并且在商业化应用上也取得了很大进展。燃料电池的安全至关重要。燃料电池使用的燃料氢气与空气混合极易燃烧，必须采取各种措施保障氢气的安全使用。燃料电池电堆在运行中可能由于故障等原因出现堆内局部压力异常的情况，在这种情况下，必须停止电堆运行以保证系统安全，防止出现爆炸或泄漏事故。并且，由于装配力不均匀/密封件失效/传感器失效或内部阀门失效等原因，会导致电堆内部压力出现异常，若不及时处理，可能诱发电堆漏气等事故发生。因此在电堆内部压力出现异常时必须立即切断氢气供应并修复异常点，防止泄漏事故发生。

现有方案中基本都为通过对气体压力测量来实现电堆内部压力的监控，且气体压力测量点多与进出口阀门集成于一体。此种方案只监控了阀门处的气体压力，只有在气体总压力已经发生明显波动，即已经发生较严重泄漏时才能动作，既不能全面反映电堆内部实际工作状态，也不能在泄漏发生前及时预防泄漏发生。而为了监控电堆各区域气体压力状态而在电堆内部布置气体压力传感器的方案需要面临密封、流阻、对电堆内部结构改造等一系列问题，所以并不可行。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种电堆安全保护装置，该装置能够实时监控电堆内压力变化，当电堆内部过压或失压时及时切断氢气供应，防止泄漏或爆炸等安全事故发生。

为了实现上述目的，本申请提供一种电堆安全保护装置，所述电堆安全保护装置包括：压力传感器，所述压力传感器设置在电堆上，用于实时测量电堆内部的压紧力变化；控制器，所述控制器与所述压力传感器通信连接，并且所述控制器通过读取所述多个压力传感器的数据实时监控所述电堆的内部压紧力数值；氢气控制阀门，所述氢气控制阀门用于控制所述电堆的氢气供应的开闭，并且，所述氢气控制阀门与所述控制器通信连接，其中，当所述控制器监控到所述电堆的内部压紧力数值偏离预定范围时，所述控制器关闭所述氢气控制阀门。

进一步地，电堆包括设置在两端的端板、邻接所述端板设置的绝缘板和集流板，所述压力传感器设置在所述端板与所述绝缘板之间和/或所述绝缘板与所述集流板之间。

进一步地，压力传感器设置为多个，且均匀设置在所述端板与所述绝缘板之间和/或所述绝缘板与所述集流板之间。

进一步地，电堆安全保护装置还包括显示器，所述显示器与所述压力传感器连接，用于显示所述压力传感器测量的电堆内部压紧力数值。

进一步地，显示器可设置在集成有电堆的电堆系统的壳体上。

进一步地，所述电堆安全保护装置还包括报警器，所述报警器与所述控制器连接，当所述控制器监控到所述电堆的内部压紧力数值偏离所述预定范围时，进行报警。

进一步地，所述报警器安装在所述电堆上可被监测到的位置上。

根据本实用新型的另一方面，提供一种车辆，该车辆包括电堆，并且该车辆设置有上述的电堆安全保护装置。

进一步地，电堆安全保护装置包括显示器，该显示器设置在车辆上。

进一步地，电堆安全保护装置还包括报警器，该报警器与车辆的中控台报警指示灯连接。

通过本实用新型的电堆安全保护装置通过压力传感的方式来进行电堆保护，并且该装置通过传感器与供气系统的联动，实时监控电堆运行情况，在过压和失压现象发生时能及时并迅速切断气源，保证电堆安全。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术的燃料电池电堆的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的电堆安全保护装置的连接示意图；

图3示出了根据本实用新型的电堆安全保护装置的关系示意图；

图4示出了过压/失压时根据本实用新型电堆安全保护装置的动作示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、端板；20、绝缘板；30、集流板；40、阴极板；50、MEA(膜电极)；60、阳极板；100、压力传感器；200、控制器；300、显示器；400、氢气控制阀门；500、燃料电池电堆；600、储氢瓶。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本实用新型提供一种电堆安全保护装置，所述电堆安全保护装置包括：压力传感器，所述压力传感器设置在电堆上，用于实时测量电堆内部的压紧力变化；控制器，所述控制器与所述压力传感器通信连接，并且所述控制器通过读取所述多个压力传感器的数据实时监控所述电堆的内部压紧力数值；氢气控制阀门，所述氢气控制阀门用于控制所述电堆的氢气供应的开闭，并且，所述氢气控制阀门与所述控制器通信连接，其中，当所述控制器监控到所述电堆的内部压紧力数值偏离预定范围时，所述控制器关闭所述氢气控制阀门。

通过本实用新型的电堆安全保护装置通过压力传感的方式来进行电堆保护，并且该装置通过传感器与供气系统的联动，实时监控电堆运行情况，在过压现象发生时能及时并迅速切断气源，保证电堆安全。

图1示出了现有技术的燃料电池电堆的结构示意图。如图1所示，燃料电池电堆包括端板10、邻接端板10的绝缘板20、邻接绝缘板20的集流板30、阴极板40、MEA(膜电极)50以及阳极板60。

如图2所示，根据本实用新型的电堆安全保护装置包括设置在电堆上的多个压力传感器100，用于实时测量电堆内部的压紧力变化。这些压力传感器100能够在电堆运行状态下通过对电堆压紧力进行多点实时监控来反映电堆工作状况。通过这种设置，不但可以监控电堆内部实际气压大小及分布，而且也能监控电堆压紧件的状态。通过将多个压力传感器设置在合理位置，在电堆压力出现异常时能迅速判断故障点，节省了故障点查找时间，极大方便了后续的维修工作。

压力传感器100可以设置在端板10和绝缘板20之间，更优选地，在端板10和绝缘板20之间均匀设置多个压力传感器100，用以保证检测的准确性。根据本实用新型的一实施例，压力传感器100还可以设置在绝缘板20和集流板30之间，更优选地，在绝缘板20和集流板30之间均匀设置多个压力传感器100。根据本实用新型的又一实施例，可以在端板10 和绝缘板20之间和在绝缘板20和集流板30之间分别设置多个压力传感器100。当然，压力传感器100也可以设置在其他合适的位置，诸如，压力传感器100还可以设置在绝缘板20与电堆内部其他双极板片层之间。

通过设置多个均匀分布的压力传感器来监控电堆内部压力变化情况，从而保证电堆一直运行在合适的电堆压力下。

根据本实用新型的电堆安全保护装置还包括控制器200，控制器与多个压力传感器100中的每个压力传感器通信连接。控制器200可以通过读取压力传感器100的数据实时监控电堆的内部压紧力数值。

根据本实用新型的电堆安全保护装置还包括氢气控制阀门400，氢气控制阀门400用于控制电堆的氢气供应的开闭，该氢气控制阀门400平时处于常开状态。并且，氢气控制阀门400与控制器200通信连接，当控制器200监控到来自压力传感器100的电堆的内部压紧力数值偏离预定范围时，控制器200关闭氢气控制阀门400，从而切断氢气供应，防止泄漏事故发生，保证电堆安全。

通过借助对电堆内部压力变化的监控，实现压力变化与氢气供应之间的联动，确保在意外状况发生时能迅速切断氢气供应，保障用氢安全。

根据本实用新型的电堆安全保护装置还可以包括显示器300，该显示器300与压力传感器100连接，用于显示压力传感器实时测量的电堆内部压紧力数值。

根据本实用新型的一优选实施例，显示器300可以设置在集成有电堆的电堆系统的壳体上，当然也可以放置于其他合适的位置，诸如，将显示器300设置在车辆的易于查看的位置上。

根据本实用新型的一优选实施例，电堆安全保护装置还可以包括报警器(未示出)，报警器与控制器200连接，当控制器200监控到电堆的内部压紧力数值偏离预定范围时，进行报警。该报警器可以安装在电堆中任何可被监测到的位置上，从而便于报警器的拆装。

当然，当将电堆安全保护装置安装在车辆上时，由于电堆一般集成于电堆系统内，并且电堆系统一般为封闭式设计，因此报警器可以设置于汽车中控台(例如，与汽车中控台报警指示灯连接)或设置在其他更易被发现的位置。

如图3和图4所示，在电堆运行时，压力传感器100实时测量燃料电池电堆500内部的压紧力变化，并在显示器300上显示燃料电池电堆500 内部压紧力的数值。压力传感器100与控制器200连接，由控制器200对燃料电池电堆500内部压紧力数值进行实时监控。当燃料电池电堆500内部压紧力数值偏离设定区间或预定范围时(过大或过小)，控制器200控制氢气控制阀门400关闭，切断来自储氢瓶600的氢气的供应，保护燃料电池电堆500的安全。为防止在电堆启停阶段由于电堆压力的剧烈变化造成误触，控制器200在电堆启停阶段不介入氢气控制。

根据本实用新型的电堆安全保护装置具有如下优点：

1.该装置能够在电堆运行状态下实时对电堆内部压力进行监控，一旦发生过压或者失压状况，可以立即切断氢气的供应，保障电堆的安全。

2.该装置简单，只需几个部件即可达到效果。

3.该装置的兼容和可扩展性好，只需对控制器进行少许改动即可同时接入对压力、温度、电流、电压等的实时监控并实现相关的氢气联动控制。

4.该装置对系统改动很小，成本低廉，非常适合在电堆实际使用中进行应用。

5.通过对压力传感器的合理布置，在电堆压力出现异常时能迅速判断故障点，极大方便了后续的维修工作。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电堆安全保护装置，其特征在于，所述电堆安全保护装置包括：

压力传感器(100)，所述压力传感器(100)设置在电堆上，用于实时测量电堆内部的压紧力变化；

控制器(200)，所述控制器(200)与所述压力传感器(100)通信连接，并且所述控制器(200)通过读取所述压力传感器(100)的数据实时监控所述电堆的内部压紧力数值；

氢气控制阀门(400)，所述氢气控制阀门(400)用于控制所述电堆的氢气供应的开闭，并且，所述氢气控制阀门(400)与所述控制器(200)通信连接，

其中，当所述控制器(200)监控到所述电堆的内部压紧力数值偏离预定范围时，所述控制器(200)关闭所述氢气控制阀门。

2.根据权利要求1所述的电堆安全保护装置，其特征在于，所述电堆包括设置在两端的端板(10)、邻接所述端板(10)设置的绝缘板(20)和集流板(30)，所述压力传感器(100)设置在所述端板(10)与所述绝缘板(20)之间和/或所述绝缘板(20)与所述集流板(30)之间。

3.根据权利要求2所述的电堆安全保护装置，其特征在于，所述压力传感器(100)设置为多个，且均匀设置在所述端板(10)与所述绝缘板(20)之间和/或所述绝缘板(20)与所述集流板(30)之间。

4.根据权利要求3所述的电堆安全保护装置，其特征在于，所述电堆安全保护装置还包括显示器(300)，所述显示器(300)与所述压力传感器(100)连接，用于显示所述压力传感器(100)测量的电堆内部压紧力数值。

5.根据权利要求4所述的电堆安全保护装置，其特征在于，所述显示器(300)设置在集成有电堆的电堆系统的壳体上。

6.根据权利要求1所述的电堆安全保护装置，其特征在于，所述电堆安全保护装置还包括报警器，所述报警器与所述控制器(200)连接，当所述控制器(200)监控到所述电堆的内部压紧力数值偏离所述预定范围时，进行报警。

7.根据权利要求6所述的电堆安全保护装置，其特征在于，所述报警器安装在电堆上可被监测到的位置上。

8.一种车辆，所述车辆包括电堆，其特征在于，所述车辆设置有根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的电堆安全保护装置。

9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述电堆安全保护装置包括显示器(300)，所述显示器(300)设置在所述车辆上。

10.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述电堆安全保护装置还包括报警器，所述报警器与所述车辆的中控台报警指示灯连接。

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