[发明专利]燃料电池的冷却回路

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池。更确切地说，本发明涉及燃料电池的冷却系统。

背景技术

众所周知，燃料电池能够在没有转换为机械能的中间步骤的情况下通过基于氢气(燃料)和氧气(氧化剂)的电化学氧化还原反应直接产生电能。特别是对于机动车应用而言，该技术前景广阔。燃料电池通常包括一叠单体元件或电池单元，每个单体元件或电池单元基本上由阳极和阴极组成，所述阳极和阴极通过聚合物膜分隔，从而允许离子经由阳极到达阴极。

电池中发生的电化学反应为放热反应，因此在电池中导致温度升高。为了保护电池的各个组件，由电化学反应释放的热量必须被耗散。

在现有的燃料电池中，在空气冷却电池的情况下，该热量一般直接耗散到环境空气中，或者借助于其中流过诸如水的热传导流体的冷却回路被传送，以便在散热器、特别是为此目的设置的散热器处耗散到环境空气中。

为了防止电池的任何恶化，基于增加其使用寿命的目的，电池中存在用于监测不同量的多种装置。该监测例如涉及各个电池的端子处的电压、阳极和阴极的压力及水分含量、电池的芯部温度以及燃料和氧化流体的温度。这些监测装置主要关注于燃料和氧化气体供给回路。

然而，已经发现，也可能有用的是监测冷却回路的运行，特别是为了恰好在由温度升高而显现出电池过热之前检测到电池过热的风险。

发明内容

因此，本发明设计为通过提出一种用于实时监测冷却回路的运行的器件实现该目的。实际上，冷却回路中的各种故障可能影响电池的使用寿命。因此，如果回路中液体的流量不足，则结果是冷却变得低效。如果流动由于例如冷却泵的故障而中断，则存在电池芯部将出现热点的高风险，其可能引起非常迅速且不可逆的劣化。因此，已经证实，实时监测该流量是有用的，以便当流量不足时，如有必要可以停用电池。

还已经发现，冷却液的过大电导率可能导致不期望的泄漏电流，从而导致电池的一些元件的腐蚀和所述电池的随之劣化。这是因为冷却液与燃料电池的各个电池单元接触，其中由于叠置原理，每个电池单元处于与其它电池单元不同的电势。100个电池单元的燃料电池的末端电池单元之间的电势差可能高达100伏。因为需要维持高效的冷却，电池单元不能与冷却液电绝缘。由于整个电池组浸入于同一冷却液中，重要的是，使冷却液的电导率最小化，以便限制在冷却液中流动的泄漏电流。冷却液的电导率归因于当液体在回路中流动时通过离子变得带电的事实。由于不能完全消除该离子转移，因此已经证实，实时监测电导率的水平以便当电导率变得太大时如有必要则停用电池是有用的。通常在冷却回路中布置去离子盒。反映出过大电导率的信息也作为需要更换该去离子盒的指示。

由此，本发明旨在提出一种设有监测这些参数的系统的燃料电池的冷却回路。因此，本发明涉及一种燃料电池的冷却回路，所述回路包括形成于燃料电池的双极板中、适于允许冷却流体流动的至少一个通道，并且进一步包括冷却流体流量传感器，所述回路的特征在于，其进一步包括安装在与流量传感器相同的同一机械支架上的冷却流体电导率传感器。形成在该机械支架上的双传感器被定位为使得能够对在形成于双极板中的通道中流动的冷却液进行测量。

通过在同一机械支架上安装两个传感器，可以满足燃料电池的小总体尺寸的要求，以及可以提供传感器在电池单元的端子板上的更佳集成。

在本发明的有利实施例中，所述传感器适于对流量和电导率进行实时测量。这是因为，如上所述，能够实时监测冷却液以便防止电池的任何劣化是有用的。

存在多种用于测量流体流量的已知技术。因此，在本发明的有利实施例中，冷却流体流量传感器包括两个翼片和用于测量所述两个翼片之间的温度差的器件。

在本发明的另一有利实施例中，电导率传感器包括两个电极和用于测量所述两个电极之间的阻抗的器件。

在本发明的另一优选实施例中，冷却回路包括用于将由传感器测得的测量值传送至其中安装有冷却回路的燃料电池的控制器的器件。

本发明还涉及一种控制通过根据本发明的冷却回路冷却的燃料电池的方法，所述方法包括以下步骤：

·实时地将从流量传感器输出的流量测量值与第一预定阈值进行比较的步骤，

·如果流量的值降至低于第一阈值，则使得燃料电池停用(停止工作)。

本发明还涉及一种控制通过根据本发明的冷却回路冷却的燃料电池的方法，所述方法包括以下步骤：

·实时地将从电导率传感器输出的测量值与第二预定阈值进行比较的步骤，以及

·如果电导率的值升至高于第二阈值，则使得燃料电池停用。