【CN110137532A】燃料电池系统【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910107344.5

(22)申请日 2019.02.02

(30)优先权数据

2018-021511 2018.02.09 JP

(71)申请人 本田技研工业株式会社

地址 日本东京都港区南青山2-1-1

(72)发明人 冈村雄士　福田哲也　

(74)专利代理机构 北京市怡丰律师事务所

11555

代理人 叶仲楠

(51)Int.Cl.

H01M 8/04007(2016.01)

H01M 8/04223(2016.01)

(54)发明名称

燃料电池系统

(57)摘要

本公开涉及燃料电池系统。燃料电池系统

(10)具备：气液分离器(60)，其从自燃料电池堆

(12)排出的燃料排气分离水分；以及阀装置

(72)，其设置于排出流路(70)，用于将由气液分

离器(60)分离出的水排出。阀装置(72)具有将气

液分离器(60)内的至少包含水的流体向阀主体

(90)引导的流体导入部(92)，在流体导入部(92)

的内孔(92a)配设有加热装置(116)。权利要求书3页 说明书13页 附图9页CN 110137532 A 2019.08.16

C N 110137532

A

权　利　要　求　书1/3页CN 110137532 A

1.一种燃料电池系统，具备：燃料电池，其通过燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应来进行发电；燃料气体供给装置，其向所述燃料电池内供给所述燃料气体；氧化剂气体供给装置，其向所述燃料电池内供给所述氧化剂气体；导出流路，其使从所述燃料电池导出的包含水分的排气流通；气液分离器，其设置于所述导出流路，从所述排气分离水分；排出流路，其用于将由所述气液分离器分离出的水排出；以及阀装置，其设置于所述排出流路，所述燃料电池系统的特征在于，

所述阀装置具有：

阀主体，其用于将所述排出流路打开和关闭；

流体导入部，其将所述气液分离器内的至少包含水的流体向所述阀主体引导；以及流体导出部，其使从所述阀主体引导出的所述流体导出，

其中，在所述流体导入部的内孔配设有加热装置。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

在所述流体导入部形成用于使所述流体从所述气液分离器内向所述流体导入部的内孔流入的开口部，

所述加热装置具有：

发热体；以及

罩部，其位于所述开口部的下方，收容所述发热体，

在所述罩部形成有：

上孔，其朝向所述罩部的上方开口，用于将所述流体向所述罩部的内孔导入；以及

导出孔，其用于将所述罩部的内孔的所述流体向所述阀主体引导。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述流体导入部设置于所述气液分离器的底部。

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，

在所述罩部形成有连通孔，该连通孔朝向上方之外的方向开口，用于将所述罩部与所述流体导入部之间存在的水蒸气向所述罩部的内孔导入。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述连通孔朝向下方开口并且位于比所述上孔靠与所述导出孔相反一侧的位置。

6.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述罩部具有：

罩部主体，其覆盖所述发热体并且形成有所述上孔；以及

导出部，其设置于所述罩部主体并且形成有所述导出孔，

其中，所述导出部的流路截面积大于所述罩部主体的流路截面积。

7.根据权利要求2至6中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述发热体为PTC加热器。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备：

加热器控制部，其控制向所述PTC加热器供给的电力；

电阻值获取部，其获取所述PTC加热器的电阻值；以及

电阻值判定部，其判定由所述电阻值获取部获取到的加热器电阻值是否为目标电阻值以上，

2

质子交换膜燃料电池-水热管理

ＰEMFＣ的水、热管理问题 水、热管理是ＰＥＭFC 发电系统的重要环节之一。 水管理 电堆运行时,质子交换膜需要保持一定的湿度,反应生成的水需要排除。不同形态的水的迁移、传输、生成、凝结对电堆的稳定运行都有很大影响,这就产生了PEMFＣ发电系统的水、热管理问题。通常情况下,电堆均需使用复杂的纯水增湿辅助系统用于增湿质子交换膜,以免电极“干死”(质子交换膜传导质子能力下降,甚至损坏)；同时又必须及时将生成的水排出,以防电极“淹死”。由于PE ＭFC的运行温度一般在8０℃左右,此时PEMFC 的运行效能最好,因此反应气体进入电堆前需要预加热,这一过程通常与气体的加湿过程同时进行;电堆发电时产生的热量将使电堆温度升高,必须采取适当的冷却措施，以保持PEMFC电堆工作温度稳定。这些通常用热交换器与纯水增湿装置进行调节，并用计算机进行协调控制。 热管理 冷却水箱或余热处理系统是吸收或处理PEMＦC发电机运行产生的热量，保障电站环境不超温。将PＥMFC发电站的余热进行再利用，如用于工程除湿、空调、采暖或洗消等,实现电热联产联供,可大大提高燃料利用效率,具有极好的发展与应用前景。 为了确保PEMFC电堆的正常工作，通常将电堆、H2和O２处理系统、水热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化集成,构成PEMFC发电机。根据不同负载和环境条件，配置H2和O2存储系统、余热处理系统和电力变换系统,并进行机电一体化集成就可构成PＥMFC发电站。 PEＭFC的存储装置 通常,PEＭFＣ发电站由PEMFＣ发电机和氢气生产与储存装置、空气供应保障系统、氢气安全监控与排放装置、冷却水罐和余热处理系统、电气系统及电站自动控制系统构成。 氢气存储装置为发电机提供氢气,其储量按负荷所需发电量确定。氢气存储方式有气态储氢、液态储氢和固态储氢，相应的储氢材料也有多种,主要按电站所处环境条件及技术经济指标来决定。氢气存储是建设PＥＭFC发电站的关键问题之一，储氢方式、储氢材料选择关系整个电站的安全性和经济性。空气供应保障系统对地面开放空间的PEＭFC应用(如ＰEMFC电动车)不成问题,但对地下工程或封闭空间的应用来说却是一个十分重要的问题,如何设置进气通道必须进行严格的论证。氢气安全监控与排放装置是氢能发电站的一个特有问题，由于氢气是最轻的易燃易爆气体，氢气储存装置、输送管道、阀门管件、PEMFC电堆以及电堆运行的定时排空都可能引起氢气泄漏，为防止电站空间集聚氢气的浓度超过爆炸极限，必须实时检测、报警并进行排放消除处理。氢气安全监控与排放消除装置由氢气敏感传感器、监控报警器及排放风机、管道和消氢器等组成，传感器

特斯拉电动汽车动力电池管理系统解析(苍松书屋)

特斯拉电动汽车动力电池管理系统解析 1. Tesla目前推出了两款电动汽车，Roadster和Model S，目前我收集到的Roadster 的资料较多，因此本回答重点分析的是Roadster的电池管理系统。 2. 电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。我的主要研究方向是电池的热管理系统，因此本回答分析的是电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS). 1. 热管理系统的重要性 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先，锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件，威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外，锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命，增加用户的总拥有成本。 电池热管理系统是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；2）在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；3）减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。 2. Tesla Roadster的电池热管理系统 Tesla Motors公司的Roadster纯电动汽车采用了液冷式电池热管理系统。车载电池组由6831节18650型锂离子电池组成，其中每69节并联为一组（brick），再将9组串联为一层（sheet），最后串联堆叠11层构成。电池热管理系统的冷却液为50%水与50%乙二醇混合物。

【CN109873186A】质子交换膜燃料电池准二维模型建立方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910162441.4 (22)申请日 2019.03.05 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南开区卫津路92号 (72)发明人 焦魁　蒋杨　 (74)专利代理机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 代理人 董一宁 (51)Int.Cl. H01M 8/04298(2016.01) H01M 8/04992(2016.01) (54)发明名称 质子交换膜燃料电池准二维模型建立方法 (57)摘要 本发明公开了一种建立质子交换膜燃料电 池的准二维模型建立方法，该模型的建立主要包 括：求解流道内传质方程、求解沿流道的局部电 流密度和电池输出电压、顺逆流进气模式下，准 二维模型的迭代求解等。由于电池运行时由于反 应气体的消耗，沿流道方向存在反应气浓度的下 降，催化层反应速率的变化使得电池沿流道方向 各节点电流密度不同。模型考虑了沿流道方向的 实际反应气体浓度分布，能够更好地反映电池运 行的局部特性，使模型物理过程更完整，提高了 模型的准确性和应用价值，特别有助于电堆及系 统级燃料电池模型的开发，推动燃料电池实际应 用领域的发展。模型的求解方法具有更好的收敛 性和计算效率，有助于模型快速稳定地对电池运 行情况进行预测。权利要求书2页 说明书5页 附图4页CN 109873186 A 2019.06.11 C N 109873186 A

1.一种建立质子交换膜燃料电池的准二维模型建立方法，其特征是：所述模型建立的具体步骤如下： (1)求解流道内传质方程 稳态情况下， 流道内反应气体的完整传输过程由对流扩散方程表示： 式中，x和y分别表示垂直电池极板方向和沿流道方向；C GDL 为GDL内的反应气摩尔浓度；C ch 为流道内的气体摩尔浓度，不考虑流道截面上的气体浓度差异，此处C ch 仅在y方向上变化；u ch 为流道内的气体流速；d ch 为流道深度；为GDL内气体的有效扩散系数，式中等号左侧为垂直极板的x方向上通过流道进入气体扩散层的反应气体流通量；等号右侧两项依次为流道内气体的对流项和扩散项， 从流道上游到下游，流道被划分为N个相同尺寸的节点，各个节点对应的电流密度不同， 但均满足： 式中，I k 为各节点对应的电流密度；q k 为单位面积反应速率；阳极氢气反应的n＝2，阴极氧气反应的n＝4，将变量依次无量纲化为： 结合公式(1-1)和(1-2)得到无量 纲方程为：式中，L ch 为流道特征长度，取值为电池的极板长度；流道内对流强度和扩散强度的相对 大小可以由传质佩克莱数Pe表征: 当流道内对流占主导时，忽略流道内气体扩散的作用， 将方程简化为： 由(1-5)式求出的流道气体浓度分布为线性分布，适用于每个流道节点内，在节点1入 口处代入求得节点1内气体浓度分布，后续节点入口边界条件由上一节点求得的出口浓度给定，各节点内特征浓度由该节点进出口平均浓度表示； (2)求解沿流道的局部电流密度和电池输出电压 流道各节点的局部电流密度I k 和输出电压V作为待求量，共有N+1个变量，变量满足：电池总的平均电流密度为给定值I；电池各节点处阴阳极电势差相等，这两个关系由下式(2- 1)和(2-2)表示： 权　利　要　求　书1/2页2CN 109873186 A

质子交换膜燃料电池水热管理

PEMFC 的水、热管理问题 水、热管理是PEMFC 发电系统的重要环节之一。 水管理 电堆运行时，质子交换膜需要保持一定的湿度，反应生成的水需要排除。不同形态的水的迁移、传输、生成、凝结对电堆的稳定运行都有很大影响，这就产生了PEMFC 发电系统的水、热管理问题。通常情况下，电堆均需使用复杂的纯水增湿辅助系统用于增湿质子交换膜，以免电极“干死”(质子交换膜传导质子能力下降，甚至损坏)；同时又必须及时将生成的水排出，以防电极“淹死”。由于PEMFC的运行温度一般在80℃左右，此时PEMFC 的运行效能最好，因此反应气体进入电堆前需要预加热，这一过程通常与气体的加湿过程同时进行；电堆发电时产生的热量将使电堆温度升高，必须采取适当的冷却措施，以保持PEMFC电堆工作温度稳定。这些通常用热交换器与纯水增湿装置进行调节，并用计算机进行协调控制。 热管理 冷却水箱或余热处理系统是吸收或处理PEMFC发电机运行产生的热量，保障电站环境不超温。将PEMFC发电站的余热进行再利用，如用于工程除湿、空调、采暖或洗消等，实现电热联产联供，可大大提高燃料利用效率，具有极好的发展与应用前景。 为了确保PEMFC电堆的正常工作，通常将电堆、H2和O2处理系统、水热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化集成，构成PEMFC发电机。根据不同负载和环境条件，配置H2和O2存储系统、余热处理系统和电力变换系统，并进行机电一体化集成就可构成PEMFC发电站。 PEMFC的存储装置 通常，PEMFC发电站由PEMFC发电机和氢气生产与储存装置、空气供应保障系统、氢气安全监控与排放装置、冷却水罐和余热处理系统、电气系统及电站自动控制系统构成。 氢气存储装置为发电机提供氢气，其储量按负荷所需发电量确定。氢气存储方式有气态储氢、液态储氢和固态储氢，相应的储氢材料也有多种，主要按电站所处环境条件及技术经济指标来决定。氢气存储是建设PEMFC发电站的关键问题之一，储氢方式、储氢材料选择关系整个电站的安全性和经济性。空气供应保障系统对地面开放空间的PEMFC应用(如PEMFC电动车)不成问题，但对地下工程或封闭空间的应用来说却是一个十分重要的问题，如何设置进气通道必须进行严格的论证。氢气安全监控与排放装置是氢能发电站的一个特有问题，由于氢气是最轻的易燃易爆气体，氢气储存装置、输送管道、阀门管件、PEMFC电堆以及电堆运行的定时排空都可能引起氢气泄漏，为防止电站空间集聚氢气的浓度超过爆炸极限，必须实时检测、报警并进行排放消除处理。氢气安全监控与排放消除装置由氢气敏感传感器、监控报警器及排放风机、管道和消氢器等组成，传感

氢燃料电池电堆系统控制方案

1 / 13 AIR OUT AIR IN H2IN DI-WEG IN DI-WEG OUT 图1 1号电堆模块系统图 H2PURGE1 24V H2PURGE2

WEXPT 图2 车用1号电堆系统系统图 2 / 13

表1 模块附件表：

表2 车载系统附件表：

2.1 模块 ●冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 ●氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。 ●阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。 ●外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 ●氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 ●氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。 要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若

不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 ●电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。 ●电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测 电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。 ●电机调速器的电源 因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。 氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。 ●节电池电压巡检单元 节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带MPU，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使检测电缆最短，提高可靠性和美观。 ●模块控制器 控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12CE，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用

氢燃料电池系统在通信系统备用电源中的应用

氢燃料电池系统在通信系统备用电源中的应用 一、通信备用电源系统简介 通信基站一般用市电供电，为保证基站正常工作，需要给基站配备备用电源系统如铅酸蓄电池组和移动油机，在断电时，备用电源系统为基站中的负载供电，保证设备的正常运行。 铅酸蓄电池的优点是比较安全且采购成本较低，其缺点是体积大、笨重、造成一次和二次环境污染、备电时间有限且有不确定性、对环境温度要求苛刻。 当铅酸蓄电池因放电时间较长将要退服或出现故障时，移动油机成为现实可用的备用电源，但移动油机后勤保障复杂，需有人值守，有噪声污染及废气污染。 鉴于铅酸蓄电池和移动油机的种种缺点，加之能源危机和人们环保意识的提高，寻求新的备用电源的呼声越来越高，氢燃料电池是最理想的替代者之一。 二、氢燃料电池的原理 氢燃料电池是一种高效电化学能量转换器，把氢气（燃料）和氧气（来自空气）中的化学能直接转化成电能。只要有燃料和空气不断输入，燃料电池就能源源不断地产生电能，因此，燃料电池兼具电池和油机的特点。 燃料在燃料电池的阳极被氧化，生成质子和电子；质子通过电解质迁移到阴极，电子通过外电路迁移到阴极为外界负载提供电能；迁移到阴极的质子、电子和阴极处来自空气中的氧气结合生成水。燃料电池的主要优点包括：高效率（不受“卡诺循环”的限制）、零或超低排放、机械结构简单、扩展容易、安静、安全、可靠、能用可再生能源为燃料、只要有燃料就可连续不断地发电。 三、氢燃料电池与现有备用电源的比较 1、与铅酸电池的比较 和铅酸电池相比，燃料电池的主要优点包括： 适应环境温度范围宽广，基站温度可设定在32℃或更高，这样每年可节约大量空调电费。 只要保证氢气的供应就可持续供电，在发生大的自然灾害时可以保持长时间的通信畅通，为此而保护的生命、财产是难以用金钱来衡量的。 按设定电压稳定输出电能，而不像铅酸电池在剩余电量达到最低值前，放电电压衰减很快且难以预测。 重量轻，不需特殊的承重处理。 占地面积小，安置位置灵活，既可安置在室外也可安置在室内。 寿命设计一般是累计使用时间1500小时、累计开关次数超过600次、储存寿命10年，而铅酸电池几年就要更换。 安全性高，燃料电池系统中有多种传感器，系统可自动采取应对措施，如：当氢气泄漏时，燃料电池控制系统会自动关闭气源，避免泄漏持续；可远程监控，及时发现问题。世界上还没有燃料电池发生氢气燃爆事故。 2、与移动油机的比较 与移动油机比较，氢燃料电池最大优点是： 自动控制，可实现无人值守，通过遥测、遥控手段来监控系统的运行状态及氢气的剩余量，实现远程管理。 低噪音、无废气排放。燃料电池系统机械运动部件较少，所以系统比较安静，其排放物为水，对环境友好。 四、通信备用氢燃料电池系统的应用 1、系统的接入 燃料电池系统可以布置于室内和室外，但作为通信备用电源系统，根据现有通信机房的

氢燃料电池电堆系统控制方案

AIR OUT AIR IN H2IN DI-WEG IN DI-WEG OUT 图1 1号电堆模块系统图 H2PURGE1 24V H2PURGE2

WEXPT 图2 车用1号电堆系统系统图

表1 模块附件表：

表2 车载系统附件表：

2.1 模块 ●冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 ●氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。 ●阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。 ●外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 ●氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 ●氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。 要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若

不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 ●电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。 ●电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测 电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。 ●电机调速器的电源 因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。 氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。 ●节电池电压巡检单元 节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带MPU，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使检测电缆最短，提高可靠性和美观。 ●模块控制器 控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12CE，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用

【DE102019108375A1】燃料电池和燃料电池生产工艺【专利】

(19) *DE102019108375A120191024* (10) DE 10 2019 108 375 A1 2019.10.24 (12) Offenlegungsschrift (21)Aktenzeichen: 10 2019 108 375.3(22)Anmeldetag: 01.04.2019(43)Offenlegungstag: 24.10.2019(51) Int Cl.: H01M 8/242 (2016.01) H01M 8/0286 (2016.01)H01M 8/0271 (2016.01) (30)Unionspriorit?t: 2018-079571 18.04.2018JP (71)Anmelder: TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA, Toyota-shi, Aichi-ken, JP (74)Vertreter: KUHNEN & WACKER Patent- und Rechtsanwaltsbüro PartG mbB, 85354 Freising,DE (72)Erfinder: Kurihara, Takuya, Toyota-shi, Aichi-ken, JP;Nonoyama, Nobuaki, Toyota-shi, Aichi-ken, JP;Sato, Kenji, Toyota-shi, Aichi-ken, JP; Okada,Sachio, Toyota-shi, Aichi-ken, JP Prüfungsantrag gem?? § 44 PatG ist gestellt. Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen. (54)Bezeichnung: BRENNSTOFFZELLE UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN DER BRENNSTOFFZELLE (57) Zusammenfassung: Gestapelte Einheitszellen 100 ei-ner Brennstoffzelle weisen jeweils eine Membranelektroden-anordnung 10, ein Paar von Gasseparatoren 40 und 50 und einen ersten Dichtungsabschnitt 26, der zwischen dem Paar von Gasseparatoren vorgesehen ist, auf. Die Brennstoffzelle weist ferner einen zweiten Dichtungsabschnitt, der zwischen benachbarten der Einheitszellen vorgesehen ist, einen ers-ten Verteiler, in dem Reaktionsgas str?mt, und einen zweiten Verteiler, in dem ein Kühlmittel str?mt, auf. Ein Dichtungs-abschnitt aus dem ersten Dichtungsabschnitt und dem zwei-ten Dichtungsabschnitt ist ein Klebedichtungsabschnitt, und der andere Dichtungsabschnitt aus dem ersten Dichtungs-abschnitt und dem zweiten Dichtungsabschnitt ist aus einer Dichtung ausgebildet. Der Klebedichtungsabschnitt und die Dichtung sind entlang des Au?enumfangs des Verteilers in der Brennstoffzelle in einer Stapelrichtung betrachtet vorge-sehen. Die Dichtung und der Klebedichtungsabschnitt sind in dieser Reihenfolge ausgehend von einer Seite n?her an dem Verteiler angeordnet.

燃料电池发电系统前端DCDC变换器的研究解析

山东科技大学学士学位论文 摘要 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，是一种高效的绿色能源，具有功率密度大、高效洁净、运行稳定可靠等优点，日益受到人们的青睐，成为最有前景的能源技术之一。 但燃料电池本机输出电压一般不高，输出的直流电压随着负载的变化有很大的变动范围，因此在燃料电池发电系统中，具有升压稳压功能的功率变换是其重要组成部分。燃料电池输出的电压必须经过具有升压稳压功能的功率变换装置，将不稳定的直流电变换成符合要求的直流或交流电。 本文主要研究了燃料电池发电系统中的直流变换器。首先，本论文介绍了燃料电池的原理、特点和选题意义，并对质子交换膜燃料电池的输出特性做了分析。其次，列举并比较了常见的DC/DC变换器的拓扑结构和性能，借鉴国内外在燃料电池系统中直流变换器上的研究和创新成果，根据燃料电池的输出特性及电动汽车的特点，选用Boost 型电路结构作为直流变换电路。再次，本课题的设计目标：将 5 KW质子交换膜燃料电池组85的输出电压，转换成375V左右的电压，为5KW轻型车辆提供主~ 120 V 动力。根据对Boost电路原理的分析，推导并设置电路主要元件的参数，利用Multisim、Matlab/Simulink软件进行建模和仿真，观察并分析输出电压、纹波电压、开关管电压和电流等波形，分析该方案的可行性和不足之处。 关键词: 燃料电池 DC/DC变换器 Boost电路 Multisim Matlab/Simulink

燃料电池发电系统前端DC/DC变换器的研究 ABSTRACT Fuel cell is a device which can transform chemical energy directly into electric energy. It is a green energy of high efficiency .which has various advantages such as high efficiency of power generation and density, environment friendly, stability and reliable operation, so it is regarded seriously by more and more people,becoming one of the most promising energy technology. However, the output voltage of the FC is not always very high and varies largely as the load changes.Therefore, power converter is essential in the Fuel cell generation system.which can boost the voltage of the FC and stabilize the voltage of the output of the power converter, in order to get required DC or AC. This paper mainly studies the DC/DC converter of the fuel cell generation system..This paper first introduces the background of selection of this subject, analyses the working theory and the output performance of PEMFC.Then, the paper introduces different innovation in DC/DC converters used in fuel cell system .What is followed is the key part, according to the characteristics of the electric vehicle and fuel cell system, boost circuit is chosed to topologies of DC/DC converter. Meanwhile, the paper presents the development and accomplish the conversion,and given analysis of the working principle of the circuit .The goal of the design is to boost the output voltage of 5KW PEMFC system varing between 85~120 V, to about 375V so that it can be inverted to 220V AC to supply for the light vehicle.With theoretical studying the design,criterions of key circuit parameters are gained,finally the author simulates the boost circuit for fuel cell with the software Multisim and Matlab/Simulink, in the end analyses the output waves,the advantages and disadvantages of this design. Key words:fuel cell DC/DC converter Boost circuit Multisim Matlab/Simulink

电池热管理系统

电池热管理 电池热管理概述 电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS)是电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要功能（电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等）之一，通过导热介质、测控单元以及温控设备构成闭环调节系统，使动力电池工作在合适的温度范围之内，以维持其最佳的使用状态，用以保证电池系统的性能和寿命。 电池热管理重要性 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。 1)电池能量与功率性能：温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度 下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部短路。 2)电池的安全性：生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部 过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件。 3)电池使用寿命：电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起 电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命。 电池热管理系统是应对电池的热相关问题，主要功能包括： 1)散热：在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故； 2)预热：在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性 能和安全性；

3)温度均衡：减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电 池过快衰减，以提高电池组整体寿命。 电池热管理方案 电池热管理方案主要分为风冷与液冷两大类，主要侧重于防止电池过热方面： 1.风冷 该技术利用自然风或风机，在电池包一端加装散热风扇，另一端留出通风孔，使空气在电芯的缝隙间加速流动，带走电芯工作时产生的高热量。风冷方案设计主要考虑电池系统结构的设计，风道，风扇的位置及功率的选择，风扇的控制策略等。风冷是以低温空气为介质，利用热的对流，降低电池温度的一种散热方式，分为自然冷却和强制冷却(利用风机等)。 整车中的电池风冷流道

电力系统发展燃料电池发电的技术路线(一)

电力系统发展燃料电池发电的技术路线(一) 摘要：本文介绍了燃料电池发电技术的特点和应用形式，论证了在我国电力系统发展燃料电池发电技术的必要性。概述了国外燃料电池的发展计划和市场预测，总结了国外发展燃料电池的经验。通过技术比较，提出了在我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线。 关键词：燃料电池技术路线 燃料电池发电是将燃料的化学能直接转换为电能的过程，其发电效率不受卡诺循环的限制，发电效率可达到50％一70％，被誉为二十一世纪重要的发电新技术之一。目前，国际上磷酸型燃料电池已进入商业化，其它几种燃料电池预计在2005年一2010年200KW一将全面进入商业此。对于这种蓬勃发展的发电新技术，国家电力公司应该采取怎样态度?要不要发展?怎样发展?这些问题亟待解决。 l燃料电池发电的技术特点和应用形式 1．1技术特点 燃料电池发电是在一定条件下使燃料(主要是H2)和氧化剂(空气中的02)发电化学反应，将化学能直接转换为电能和热能的过程。与常规电池的不同：只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出。与常规的火力发电不同，它不受卡诺循环的限制，能量转换效率高。与常规发电相比燃料电池具有以下优点： (1)理论发电效率高，发展潜力大。燃料电池本体的发电效率可达到50一60％，组成的联合循环发电系统在(10—50)MW规模即可达到70％以上的发电效率。 (2)污染物和温室气体排放量少。与传统的火电机组相比，C02排出量可减少40％一60％。Nox(＜2ppm)和SOx(＜1ppm)排放量很少。 (3)小型高效，可提高供电可靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小。 (4)低噪音。在距发电设备3英尺(1．044米)处噪音小于60dB(A)。 (5)电力质量高。电流谐波和电压谐波均满足IEEE519标准。 (6)变负荷率高。变负荷率可达到(8％一lO％)／min，负荷变化的范围大(20一120)。 (7)燃料电池可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、轻油、柴油等。 (8)模块化结构，扩容和增容容易，建厂时间短。 (9)占地面积小，占地面积小于lm2／KW。 (10)自动化程度高，可实现无人操作。 总之，燃料电池是一种高效、洁净的发电方式，既适合于作分布式电源，又可在将来组成大容量中心发电站，是2l世纪重要的发电方式。制约燃料电池走向大规模商业化的主要因素是：高价格和寿命问题。 2．1燃料电池的应用形式 (1)现场热电联供，常用的容量为200KW一1MW。 (2)分布式电源，容量比现场用燃料电池大，约(2—20)MW。 (3)基本负荷的发电站(中心发电站)，容量为(100—300MW)。 (4)燃料电池还可用于100W—100KW多种可移动电源、便携式电源、航空电源、应急电源和计算机电源等。 2为什么要在我国电力系统发展燃料电池发电技术? 2．1采用燃料电池发电是提高化石燃料发电效率的重要途径之一 以高温燃料电池组成的联合循环发电系统，可使发电效率达到60—75(LHV)，这一目标将在2005年左右实现。预计到2010年，发电效率可超过72％。煤气化燃料电池联合循环(IGFC)的发电效率可达到62％以上。以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达到85％以上。燃料电池本体的发电效率基本不随容量的变化而变化，这使得燃料电池既可用作小容量分散电源，又可用于集中发电应用范围广泛。

动力电池热管理系统性能试验方法

动力电池热管理系统性能试验方法 1 范围 本标准规定了动力电池热管理系统性能的试验方法。 本标准适用于乘用车用动力电池热管理系统，商用车用动力电池热管理系统可以参考。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 2900.41-2008 电工术语原电池和蓄电池 GB/T 19596-2017 电动汽车术语（ISO 8713:2002,NEQ） GB/T 31467.2电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程QC/T 468-2010 汽车散热器 GB/T 18386-2017 电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法 GB 18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限制及测量方法（中国第六阶段） 3 术语和定义 GB/T 2900.41-2008、GB/T 19596-2017中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 动力电池热管理系统 battery thermal management system 综合运用各种技术手段，具备动力电池冷却、加热、保温和均温等功能，保证动力电池在不同环境下正常工作的系统。同时，该系统可以在动力电池发生热失控时提供报警信号，具备安全防护功能。通常，动力电池热管理系统包括主动式热管理系统和被动式热管理系统两种。 3.2 被动式热管理系统 passive thermal management systems 基于热传导、热辐射、热对流等热量传输原理，只依靠冷却或加热流体因为温度因素缓慢流动自然完成热量输入输出交换的热管理系统。该类系统通常适用于单体产热量小于 5W的电池。 3.3 主动式热管理系统 active thermal management systems 基于热传导、热辐射、热对流等热量传输原理，使用耗能部件消耗能量完成热量输入输出交换的系统。主动式热管理系统包括主动空气冷却加热系统和主动液体冷却加热系统两种，根据需要采用流体串行流动和并行流动两种方式实现热交换。 3.4 主动式空气冷却加热系统 Active Air Cooling and Heating Systems 又称风冷系统，利用空气作为热量交换载体控制分配动力电池系统内部温度的系统。该系统通常使用风扇和管道完成空气在电池系统内的流动，分为直接接触式和间接接触式两种。空气可以从电池系统外部进入并排出电池系统外，也可以在电池系统内部循环实现电池冷却或加热功能；若空气仅在电池内部循环，则电池系统内部通常需要有空气冷却装置（通常为空调蒸发器）、空气加热装置和空气循环风扇。该类系统通常适用于单体产热量

氢燃料电池电堆系统控制方案

氢燃料电池电堆系统控制方案 案场各岗位服务流程 销售大厅服务岗： 1、销售大厅服务岗岗位职责： 1)为来访客户提供全程的休息区域及饮品; 2)保持销售区域台面整洁; 3)及时补足销售大厅物资,如糖果或杂志等; 4)收集客户意见、建议及现场问题点； 2、销售大厅服务岗工作及服务流程 阶段工作及服务流程 班前阶段1）自检仪容仪表以饱满的精神面貌进入工作区域 2）检查使用工具及销售大厅物资情况，异常情况及时登记并报告上级。 班中工作程序服务 流程 行为 规范 迎接 指引 递阅 资料 上饮品 （糕点） 添加茶水 工作 要求 1）眼神关注客人，当客人距3米距离 时，应主动跨出自己的位置迎宾，然后 侯客迎询问客户送客户

注意事项 15度鞠躬微笑问候：“您好！欢迎光临！”2）在客人前方1-2米距离领位，指引请客人向休息区，在客人入座后问客人对座位是否满意：“您好！请问坐这儿可以吗？”得到同意后为客人拉椅入座“好的，请入座！” 3）若客人无置业顾问陪同，可询问：请问您有专属的置业顾问吗？，为客人取阅项目资料，并礼貌的告知请客人稍等，置业顾问会很快过来介绍，同时请置业顾问关注该客人； 4）问候的起始语应为“先生-小姐-女士早上好，这里是XX销售中心，这边请”5）问候时间段为8:30-11:30 早上好11:30-14:30 中午好 14:30-18:00下午好 6）关注客人物品，如物品较多，则主动询问是否需要帮助（如拾到物品须两名人员在场方能打开，提示客人注意贵重物品）； 7）在满座位的情况下，须先向客人致歉，在请其到沙盘区进行观摩稍作等

待； 阶段工作及服务流程 班中工作程序工作 要求 注意 事项 饮料（糕点服务） 1）在所有饮料（糕点）服务中必须使用 托盘； 2）所有饮料服务均已“对不起，打扰一 下，请问您需要什么饮品”为起始； 3）服务方向：从客人的右面服务； 4）当客人的饮料杯中只剩三分之一时， 必须询问客人是否需要再添一杯，在二 次服务中特别注意瓶口绝对不可以与 客人使用的杯子接触； 5）在客人再次需要饮料时必须更换杯 子； 下班程 序1）检查使用的工具及销售案场物资情况，异常情况及时记录并报告上级领导； 2）填写物资领用申请表并整理客户意见；3）参加班后总结会； 4）积极配合销售人员的接待工作，如果下班时间已经到，必须待客人离开后下班；

燃料电池专利报告

燃料电池专利报告 1 总体发展趋势 1.1 申请量年度趋势分析 专利数量是技术产出的直接反映。通过揭示历年专利申请情况，可以了解该行业的技术发展情况和所处阶段，并预测未来发展趋势，可协助企业评估此时或未来是否应积极投入研发。 上图显示了目标技术领域内总体申请量变化趋势。专利数量较少的时期为该技术的起步阶段；专利数量大幅度提升的为成长阶段；专利数量继续增加的为成熟阶段；专利数量维持不变的为停滞期；申请量开始降低的阶段为下降期。 1.2 公开量年度趋势分析 通过揭示历年专利公开情况，了解该行业的技术发展情况并预测未来发展趋势。

上图显示了目标技术领域内总体公开量变化趋势。 1.3 产出规模指数预警 通过揭示目标技术领域内最近6年专利数量相对增长变化情况，了解不同时期技术研发的重点和方向，给企业预测该技术领域未来发展趋势提供依据。 时间专利数量比上月增长与近6年年均增 幅比较与整体年均增幅比较 2012 179 -76.01% 下降上升 2011 746 4.34% 下降上升 2010 715 10.34% 下降上升 2009 648 -4.42% 下降上升 2008 678 3.04% 下降上升 2007 658 35.67% 下降上升上表显示了发明公开专利近6年专利的产出数量情况。一些年份的专利产出增幅高于/低于近6年年均增幅，且高于/低于整体年均增幅。 1.4 产出质量指数预警 由于发明专利的创造性水平要高于实用新型专利和外观专利，因此一般来说发明专利的申请数量是专利质量的最好体现。通过揭示目标技术领域内最近6年专利类型比重和有效专利比重的相对增长变化情况，可以更好地了解不同时期内技术研发的重点和方向，预测该技术领域未来的发展趋势。

氢燃料电池电堆系统控制方案总结

word 整理版 AIR OUT AIR IN H2IN DI-WEG IN DI-WEG OUT 图1 1号电堆模块系统图 H2PURGE1 24V H2PURGE2

WEXPT 图2 车用1号电堆系统系统图word整理版

表1 模块附件表：

表2 车载系统附件表：

2.1 模块 ●冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 ●氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。 ●阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。 ●外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 ●氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 ●氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。 要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若

不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 ●电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。 ●电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测 电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。 ●电机调速器的电源 因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。 氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。 ●节电池电压巡检单元 节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带MPU，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使检测电缆最短，提高可靠性和美观。 ●模块控制器 控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12CE，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用