一種具備壽命管理單元的燃料電池用連接模塊及燃料電池的制作方法

本發明涉及燃料電池領域，具體的說是涉及一種具備壽命管理單元的燃料電池用連接模塊及燃料電池。

背景技術：

面對能源瓶頸和日益嚴重的霧霾，發展新能源汽車是大勢所趨。為保護環境，減少城市中的大氣污染，以PEMFC(質子交換膜燃料電池)為動力的裝置受到越來越多的關注，當PEMFC以純氫為燃料時，它能達到真正的“零”排放。目前PEMFC在交通、通訊等領域均有一定的應用。

目前燃料電池發展的瓶頸主要在于制造成本、性能、以及發動機壽命等方面，為了有效解決上述問題，本領域對質子交換膜燃料電池相關技術做了諸多嘗試，如專利CN103259031B、CN103579643B、CN105336969A、CN100446319C分別提供了質子交換膜燃料電池系統啟動和停機的控制方法；TWI423558B則提供了一種限電位的控制方法。

但是上述專利或者技術，在解決發動機壽命問題的同時，也同樣面臨著各元件附屬布線過多，系統比功率密度低的問題。

技術實現要素：

鑒于已有技術存在的缺陷，本發明的目的是要提供一種具備壽命管理單元的燃料電池用連接模塊，其能夠在提升了發動機系統的壽命的同時，又節省了附屬管線，提升系統體積比功率密度。

為了實現上述目的，本發明的技術方案：

一種具備壽命管理單元的燃料電池用連接模塊，其特征在于，該連接模塊具有：

連接本體：

被布置于所述連接本體一側并與燃料電池的電堆模塊相連通的分配連接部，該分配連接部上形成有多個流通管路，以完成相應的燃料電池用流體的輸送及分配過程；所述燃料電池用流體包括燃料電池還原劑、燃料電池氧化劑以及燃料電池冷卻劑；

以及被布置于所述連接本體另一側并與所述分配連接部相連接的壽命管理單元。

進一步地，作為本發明的優選方案

所述分配連接部至少具有燃料電池還原劑入口、燃料電池還原劑出口、燃料電池氧化劑入口、燃料電池氧化劑出口、燃料電池冷卻劑入口以及燃料電池冷卻劑出口。

進一步地，作為本發明的優選方案

所述壽命管理單元具有：

用于在燃料電池停止工作時，對燃料電池進行停機放電的放電元件；

用于在燃料電池運行過程中，工作電壓超限時進行電位限制的限電位元件；

用于實時檢測燃料電池的工作阻抗的阻抗檢測元件；

以及用于燃料電池處于低溫環境時，完成低溫啟動過程的低溫輔助啟動元件。

進一步地，作為本發明的優選方案

所述放電元件具有：

與燃料電池的正負極相連接的耗電器件；

以及與所述流通管路相連接的流體截止閥件。

進一步地，作為本發明的優選方案

所述耗電器件采用由電阻及繼電器構成的耗電電路或者汽車加熱器PCT元件構成的耗電電路；所述流體截止閥件采用電磁閥或具有復位功能的電動閥。

進一步地，作為本發明的優選方案

限電位元件采用由電阻及繼電器構成的限電位電路或者汽車加熱器PCT元件構成的限電位電路。

進一步地，作為本發明的優選方案

所述阻抗檢測元件采用高頻阻抗檢測元件。

進一步地，作為本發明的優選方案

所述低溫輔助啟動元件具有

通過繼電器與燃料電池的正負極相連接的低溫啟動電阻；

以及過流冷卻液箱。

本發明還提供了一種燃料電池，其具有上述任意方案所述的具備壽命管理單元的燃料電池用連接模塊。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

本發明通過將壽命管理單元及分配連接部緊密相連，節省了附屬管線，提升系統的體積功率密度；且其通過集成有放電元件、限電位元件、阻抗檢測元件、低溫輔助啟動元件的壽命管理單元有效提升了燃料電池系統壽命。

附圖說明

圖1為包含有壽命管理單元及連接本體一側的連接模塊結構實例圖；

圖2為包含有分配連接部及連接本體一側的連接模塊結構實例圖。

圖中：1、包含有壽命管理單元的連接本體一側，1.1、過流冷卻液箱，1.2、第一電阻，1.3、第二電阻，1.4、第三電阻，1.5、高頻阻抗檢測元件，1.6、燃料電池氧化劑入口放電時截止閥件，1.7、燃料電池氧化劑出口放電時截止閥件，1.8、繼電器，2、包含有分配連接部的連接本體一側，2.1、燃料電池還原劑入口，2.2、燃料電池還原劑出口，2.3、燃料電池氧化劑入口，2.4、燃料電池氧化劑出口，2.5、燃料電池冷卻劑入口，2.6、燃料電池冷卻劑出口，2.7、密封區。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明所述具備壽命管理單元的燃料電池用連接模塊，所述燃料電池至少具有連接模塊，其特征在于，該連接模塊具有：連接本體，該連接本體可采用連接端板結構：被布置于所述連接本體一側并與燃料電池的電堆模塊相連通的分配連接部，該分配連接部上形成有多個流通管路，以完成相應的燃料電池用流體的輸送及分配過程；所述燃料電池用流體包括燃料電池還原劑、燃料電池氧化劑以及燃料電池冷卻劑；以及被布置于所述連接本體另一側并與所述分配連接部相連接的壽命管理單元。

進一步地，作為本發明的優選方案

所述分配連接部上形成多個分別用于負責氧化劑、還原劑、冷卻劑彼此分離地流出和流入進行輸送及分配的流通管路，如具有燃料電池還原劑入口及燃料電池還原劑出口的燃料電池還原劑流通管路、具有燃料電池氧化劑入口及燃料電池氧化劑出口的燃料電池氧化劑流通管路、具有燃料電池冷卻劑入口及燃料電池冷卻劑出口的燃料電池還原劑流通管路。

進一步地，作為本發明的優選方案

所述壽命管理單元具有：放電元件、限電位元件、阻抗檢測元件以及低溫輔助啟動元件；其中，所述放電元件用于在燃料電池停止工作時，對燃料電池的電堆模塊進行停機放電，優選的所述放電元件具有：與燃料電池的電堆模塊的正負極相連接的放電時耗電器件；以及與所述流通管路相連接的流體截止閥件。進一步地，所述耗電器件采用由電阻及繼電器構成的耗電電路或者汽車加熱器PCT元件構成的耗電電路；所述流體截止閥件采用電磁閥或具有復位功能的電動閥。設置放電元件的目的在于為了解決燃料電池停止工作時，為了提升壽命，避免長時間處于高電位，需要對燃料電池電堆模塊進行停機放電的問題，具體的所述放電元件的放電過程為，首先通過流體截止閥件關閉流通管路的進出口，如，控制繼電器吸合，由于耗電器件連通電堆模塊正負極，則可通過耗電器件開始放電，當電壓符合預期設定值時，停止放電。所述限電位元件用于在燃料電池運行過程中，實時監測燃料電池的電堆模塊的工作電壓并在該工作電壓超限時進行電位限制；進一步地，限電位元件采用由電阻及繼電器構成的限電位電路或者汽車加熱器PCT元件構成的限電位電路。設置放電元件的目的在于限制高電位，即在燃料電池運行過程中，需要實時監測燃料電池工作電壓，當工作電壓高于設定值時，需要根據工作電壓與設定值的差值，確定所需吸合的繼電器后，通過連接限電位電阻，進行限電位；當工作電壓低于設定值時，檢查繼電器是否吸合，若是處于吸合，根據工作電壓與設定值的差值，確定所述繼電器是否斷開。所述阻抗檢測元件

用于實時檢測燃料電池的電堆模塊的工作阻抗；進一步地，所述阻抗檢測元件采用高頻阻抗檢測元件即高頻阻抗檢測裝置。設置阻抗檢測元件的目的在于通過檢測燃料電池模塊工作過程中阻抗，來判斷并實時調整燃料電池電堆模塊內部的水狀態，來維持燃料電池電堆模塊在適宜水狀態條件下運行。所述低溫輔助啟動元件用于燃料電池的電堆模塊處于低溫環境時，完成低溫啟動過程；進一步地所述低溫輔助啟動元件具有通過繼電器與燃料電池的電堆模塊的正負極相連接的低溫啟動電阻以及過流冷卻液箱。設置低溫輔助啟動元件的目的在于實現燃料電池的低溫啟動，即在低溫環境啟動時，通過繼電器吸合，并通過與連通燃料電池電堆模塊正負極的低溫啟動電阻進行發熱，同時通過過流冷卻液箱中的冷卻液將熱量帶出，以提升冷卻液溫度，從而輔助實現低溫啟動。

本發明還提供了一種燃料電池，其具有上述任意方案所述的具備壽命管理單元的燃料電池用連接模塊。

基于上述技術方案，則對應的實施例：

如圖1-圖2所示的連接模塊，1、包含有壽命管理單元的連接本體一側1與燃料電池輔助系統相連，其上設置過流冷卻液箱1.1、第一電阻1.2(該電阻的功能隨使用需要設定，即其可以為放電電阻或限電位電阻或低溫啟動電阻)、第二電阻1.3(該電阻的功能隨使用需要設定，即其可以為限電位電阻或低溫啟動電阻)、第三電阻1.4(其為低溫啟動電阻)、置于過流冷卻液箱1.1內的高頻阻抗檢測元件1.5、燃料電池氧化劑入口放電時截止閥件1.6、燃料電池氧化劑出口放電時截止閥件1.7、繼電器1.8；包含有分配連接部的連接本體一側2上設置燃料電池還原劑入口2.1、燃料電池還原劑出口2.2、燃料電池氧化劑入口2.3、燃料電池氧化劑出口2.4、燃料電池冷卻劑入口2.5、燃料電池冷卻劑出口2.6，用于密封燃料電池氧化劑、還原劑、冷卻劑管路，以防止外漏及相互之間內竄的密封區2.7；其中，過流冷卻液箱1.1、燃料電池氧化劑入口放電時截止閥件1.6、燃料電池氧化劑出口放電時截止閥件1.7、繼電器1.8與分配連接部緊密相連，過流冷卻液箱1.1連接燃料電池冷卻劑出口2.6，燃料電池氧化劑入口放電時截止閥件1.6連接燃料電池氧化劑入口2.3，燃料電池氧化劑出口放電時截止閥件1.7連接燃料電池氧化劑出口2.4；實驗證明，與原有系統連接方案相比，節省了附屬管線，提升了系統的體積功率密度，現在的系統其體積功率密度可以達到600W/L。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。