[发明专利]用于H2/O2燃料电池的具有压力差控制的燃料电池装置

说明书

本发明涉及一种燃料电池装置(10)，它具有与H2输入端(48)相连接的阳极(26)和与O2输入端(50)相连接的阴极(30)，其中，在氢气H2输入端(48)和O2输入端(50)之间设置有压力差调控装置(52)，用于调控H2输入端(48)和O2输入端(50)之间的压力差，所述压力差调控装置(52)在H2输入端(48)和O2输入端(50)之间具有一流体连接(54)，该流体连接中设有一可偏转的膜片(56)，该膜片与一销(64)耦合，当膜片(56)发生偏转时，所述销将一设置在H2输入端(48)中的阀(58)打开。

技术领域

本发明涉及一种用于氢氧燃料电池的燃料电池装置。

背景技术

在燃料电池中，所储存的化学能被转换成电能，其中，反应物中的一方被氧化，而反应物中的另一方被还原。在氢氧燃料电池(H2/O2燃料电池)中，氢气(H2)通过在阳极处释放电子而被氧化，与此同时，氧气(O2)通过在阴极处接受电子而被还原。通过该氧化还原反应，存储在反应物中的化学能被转换成阳极或阴极处的电能，并且该电能可从阳极或阴极被提取并加以利用。

这方面的一种典型使用方式是将所获取的电能用于驱动机动车辆，其中，以化学形式所蓄积能量转换成电能的效率可高达60％。

在使用这种H2/O2燃料电池时，氢气可在具有大约350巴至700巴压力的氢气储罐中提供使用。

图4示出一种现有技术中已知的、可用于驱动机动车辆的、典型的燃料电池装置。

图4中的燃料电池装置10具有氢气储罐12，它为H2/O2燃料电池16中的氧化还原反应提供氢气14。为防止故障情况下氢气14从氢气储罐12中失控逸出，紧接在氢气储罐12后设有截止阀18。氢气14以大约350巴至700巴的高压存储在氢气储罐12中。在高压下供应的该氢气14通过减压器20减压到大约10巴至70巴中压范围内的较低压力水平。在该压力水平下，氢气14经由管路22和氢气计量阀24被输入到H2/O2燃料电池16的阳极26。氢气14通过氢气计量阀24有针对性的进行配给。在阳极26处氢气14的压力低至约0.8巴到4巴的范围。通过从中压到低压的压降，在氢气计量阀24中对氢气流量进行调节。通过以规定流量的氢气14充填阳极构成的封闭容积，可实现阳极26中压力的调控。由此在阳极26区域容积中设置氢气14的规定压力。

在H2/O2燃料电池16中，氢气14与输入H2/O2燃料电池16的阴极30的氧气28发生反应。氧气28通过单独的供给单元32输入到阴极30，该供给单元确保在该区域中具有足够的规定压力下的氧气28可供使用。

在阳极26侧，由于氢气14与氧气28的反应，氢气14的浓度随时间的流逝而降低。为确保始终有足够的氢气14可供用于H2/O2燃料电池16的运行，氢气14在阳极26的区域内再循环。这可例如通过气体鼓风机34或喷射器完成。在此，氢气14从阳极26输出端36被馈送回阳极26的输入端38。由此在阳极26内进行气体交换，其中，阳极26中容积内未使用的氢气14可用于与氧气28的反应。

如果阳极26的容积内不再有足够的氢气14，则将气体通过排放阀40导引出该容积。氢气计量阀24给阳极26增加新配给的氢气14。在此，重要的是保持阳极26侧有规定的压力。这是因为，氢气14与氧气28的反应要求在阳极26和阴极30之间存在压力差。同时必须注意，在阳极26和阴极30之间压力差太大时，设置在阳极26和阴极30之间的膜片42不得被损坏。

为调控该压力差，通过传感器44对阳极侧和阴极侧的压力进行测量。电子控制单元46借助于控制算法对氢气计量阀24进行有针对性的设置，以使阳极26中的压力被调控在预定范围内，并在阳极26与阴极30之间存在氢气14与氧气28进行反应所需的压力差。

因此，至此已通过由传感器44、电子控制单元46和一个或多个电动液压氢气计量阀24构成的复杂调节装置实现了对阳极26中的压力以及阳极26与阴极30之间所需压力差的精确调控。

发明内容