CN116581352B - 一种燃料电池电堆以及燃料电池***、检测方法 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池堆以及燃料电池***、检测方法，涉及燃料电池堆技术领域，该燃料电池堆包括阳极接口板、第一端板、第二端板和位于所述第一端板与所述第二端板之间的多个单电池形成的燃料电池单电池区；所述第一端板上设置有用于输入燃料的燃料进气口和用于输出燃料的燃料出气口；所述第二端板上对应所述燃料进气口设置有旁路进气口、对应所述燃料出气口设置有旁路出气口；阳极接口板上设置燃料进入旁路管道的通孔，使燃料在此处的流动状态不停滞；所述旁路进气口的结构为漏斗结构。本申请提供的技术方案能够改善现有技术中通入燃料电池单电池区的燃料携带的杂质对燃料电池***的***稳定性的影响。

Description

一种燃料电池电堆以及燃料电池***、检测方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆以及燃料电池***、检测方法。

背景技术

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，由于单个燃料电池的放电量难以满足用电需求，因此燃料电池通常由多个单电池串联形成电堆来为用电设备提供电能。电堆在工况中常用的燃料和氧化剂通常分别为氢气和空气，为了使未反应完的氢气得到更加有效的利用，在现有技术中，通常采用循环泵和引射器将电堆出口的氢气与供氢***的新鲜氢气混合后，再次通入电堆内。在高氢气流量需求下，将驱使循环泵的叶轮进行高速的运转，由于循环泵的轴承/密封部件容易在高速运转的情况下产生碎屑，从而被携带至氢气中，随之进入电堆内。在氢气中携带的杂质长期积累在电堆内，容易导致燃料流动的通道堵塞，从而使燃料无法充分的到达电化学反应区，导致电堆性能受到影响，严重时，还会引起电堆中的双极板、膜电极等结构损坏，例如烧伤、裂纹、融化等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆，以改善现有技术中通入燃料电池单电池区的燃料携带的杂质对燃料电池***的***稳定性造成的影响。

第一方面，本发明的实施例提供一种燃料电池电堆，包括第一端板、第二端板和位于所述第一端板与所述第二端板之间的多个单电池形成的燃料电池单电池区；

所述第一端板上设置有用于输入燃料的燃料进气口和用于输出燃料的燃料出气口；

所述第二端板上对应所述燃料进气口设置有旁路进气口、对应所述燃料出气口设置有旁路出气口；

所述旁路进气口和所述旁路出气口通过旁路管道连通，以使部分进入所述燃料电池电堆的燃料通过所述旁路管道且不进入所述燃料电池单电池区。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述旁路进气口的结构为漏斗结构；所述旁路管道内靠近所述旁路进气口的一端设置有用于过滤所述燃料中杂质的过滤组件。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述燃料进气口与所述旁路进气口之间为第一气体腔室；所述旁路进气口的较大端的覆盖面积与所述第一气体腔室的截面面积相等。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述旁路进气口的较大端与所述第一气体腔室圆滑过渡连接。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述过滤组件包括轴和多片周向安装在所述轴上的过滤叶片；所述过滤叶片包括多孔叶片壳和填充在多孔叶片壳内的填充料。

进一步地，在本申请的一些实施例中，多片所述过滤叶片在所述驱动轴上呈多层布设或者呈螺旋布设，且靠近所述旁路进气口的所述过滤叶片的多孔叶片壳的孔径大于远离所述旁路进气口的所述过滤叶片的多孔叶片壳的孔径。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述旁路出气口的结构也为漏斗结构；所述旁路管道内靠近所述旁路出气口的一端也设置有用于过滤所述燃料中杂质的过滤组件。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述燃料出气口所述旁路出气口之间为第二气体腔室；所述旁路出气口的较大端，即漏斗结构大端的覆盖面积与所述第二气体腔室的截面面积相等。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述旁路管道上设置有用于调节所述旁路管道内燃料流量的第一流量调节件。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述第一流量调节件根据所述燃料电池单电池区的化学计量比调节所述旁路管道内的燃料流量。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述燃料电池电堆设置有与所述燃料进气口连接且用于向所述燃料进气口通入燃料的进气管道；所述进气管道上设置有第二流量调节件。

进一步地，在本申请的一些实施例中，根据所述化学计量比和所述第二流量调节件控制的流量调节第一所述流量调节件。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述旁路管道的旁路进气口到旁路出气口的压降为3~10%。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述旁路进气口或者所述第一气体腔室内设置有杂质检测装置，所述燃料电池电堆设置有与所述燃料进气口连接且用于向所述燃料进气口通入燃料的进气管道；所述进气管道上设置有第二流量调节件；所述第一流量调节件和所述第二流量调节件的调节根据所述杂质检测装置的检测结果进行调节，使进入所述燃料电池单电池区的燃料的流量保持不变。

第二方面，本申请还提供一种燃料电池***，包括多个第一方面所述的燃料电池电堆。

第三方面，本申请还提供燃料电池电堆稳定运行检测方法，提供如第一方面所述的燃料电池电堆；所述检测方法包括：

在向所述燃料电池电堆中的阳极末端中通入燃料时，保持所述旁路管道上的第一流量调节件打开状态，检测所述旁路管道中气体的流量和/或固体颗粒含量；

根据检测结果判断所述燃料电池电堆的运行稳定性；

其中，所述判断包括：若所述旁路管道中的气体流量值高于所述气体流量的阈值，则判断所述燃料电池电堆的运行不稳定；若所述旁路管道中的气体流量值低于所述气体流量的阈值，则判断所述燃料电池电堆运行稳定；或者

若所述旁路管道中的固体颗粒含量不低于所述固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆的运行不稳定；若所述旁路管道中的固体颗粒含量低于所固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆运行稳定；或者

若所述旁路管道中的气体流量的含量高于所述气体流量的阈值或所述旁路管道中的固体颗粒含量不低于所述固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆的运行不稳定；若所述旁路管道中的气体流量值低于所述气体流量的阈值且所述旁路管道中的固体颗粒含量低于所述固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆运行稳定。

本申请实施例提供一种对燃料中杂质进入的鲁棒性较强、稳定性良好的燃料电池电堆以及燃料电池***。由于燃料中杂质随燃料的流动是受到动能的驱使，当燃料达到阳极末端时，受到阳极接口板的限制，无法再继续向原气体前进方向流动，因此靠近燃料电池电堆阳极末端的单电池中最容易发生杂质的沉积。本申请的燃料电池电堆通过在端板上设置旁路管道，一方面该旁通管道相对于单电池的燃料流动通道更粗，不会被细小杂质颗粒堵塞，另一方面是在阳极接口板上开设有与旁通管道连通的通孔，使杂质不容易在单电池区沉积，减少进入燃料电池单电池区的杂质的量，进而降低燃料中的杂质对燃料电池单电池区的影响，提高燃料电池电堆形成的燃料电池***对燃料杂质的鲁棒性，改善因为杂质而引起的燃料电池***在工况下容易发生故障的缺陷。

本申请还提供一种燃料电池***，该燃料电池***稳定性良好，在工况下不易因为燃料中的杂质发生故障，尤其是在应用燃料电池***的车辆中，可以改善车辆在运行的最初几百公里内发生故障的频率，降低安全隐患。

本申请还提供一种燃料电池电堆稳定运行检测方法，该检测方法利用与燃料电池电堆的阳极末端连通的死端旁路管道作为检测点，利用旁路管道内的旁路管道内的燃料的流量变化和/或检测管道内的燃料中的固体颗粒的含量来判断阳极末端 的杂质含量，进而判断燃料电池电堆是否存在稳定运行的隐患。该检测方法步骤简单，判断容易，其检测设备结构简单，易于推广使用，且可以避免燃料电池电堆内的关键路径的堵塞。

附图说明

图1为本申请一些实施例中提供的燃料电池电堆的结构示意图；

图2为本申请一些实施例中提供的燃料电池电堆的后视图；

图3为本申请一些实施例中提供的第二端板的正视图；

图4为本申请一些实施例中提供的燃料电池电堆的局部剖视图；

图5为本申请一些实施例中提供的燃料电池电堆中过滤装置的结构示意图；

图6为本申请提供的一些实施例中的漏斗结构的结构示意图；

其中，1-第二端板，2-漏斗结构，3-旁路管道，4-阳极接口板，5-电堆单电池区域，6-旁路进气口，7-旁路出气口，8-过滤装置，10-过滤叶片，11-驱动轴，12-电机，13-氧化剂进气口，14-氧化剂出气口。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请中提供了一种燃料电池电堆，包括第一端板、第二端板1和位于所述第一端板与所述第二端板之间的多个单电池形成的燃料电池单电池区5；第二端板1通过阳极接口板4与多个单电池形成的燃料电池单电池区5连接；

所述第一端板上设置有用于输入燃料的燃料进气口和用于输出燃料的燃料出气口（图1中的箭头标示）；所述第一端板上还设置有用于输入氧化剂如氧气的氧化剂进气口13和用于输出氧化剂的氧化剂出气口14；第一端板上还可以设置有冷却液的进口和出口。所述第二端板上对应所述燃料进气口设置有旁路进气口6、对应所述燃料出气口设置有旁路出气口7；

所述旁路进气口和所述旁路出气口通过旁路管道3连通，以使部分进入所述燃料电池电堆的燃料通过所述旁路管道且不进入所述燃料电池单电池区，使杂质不容易在单电池区沉积，尤其是减少杂质在靠近阳极末端单电池的沉积，进而降低燃料中的杂质对电堆的影响，提高燃料电池电堆的安全性能以及基于该燃料电池电堆的燃料电池***的稳定性。

这是因为发明人发现在燃料电池的阳极末端，从燃料进气口进入的燃料是在较高流速下进入靠近阳极末端的气体腔室内，当气体冲击在阳极接口板4上时，其流动状态停滞，在此处形成气旋，导致燃料中携带的杂质极易在此处沉积，进入靠近该处的单电池导流区和/或活性区域，而由于导流区和/或活性区域本身其流道尺寸较小，因此靠近该处的单电池容易被堵塞，影响燃料电池堆的鲁棒性，造成安全隐患。因此，基于这一技术问题，发明人在阳极末端，即本申请中设置一与阳极末端连通的旁路管道，阳极接口板4上设置燃料进入旁路管道的通孔，使燃料在此处的流动状态不停滞，不易形成气旋，改善杂质在此处沉积的缺陷，减少杂质进入附近单电池内的可能性，提高燃料电池堆的鲁棒性，降低安全隐患出现的概率。此外，在本申请中，由于旁路管道的设置，为保证进入单电池的反应物足量，其提高的燃料进气口的燃料的流量，可以进一步降低杂质在阳极末端沉积的概率。需要进一步说明的是，所述旁路管道设置在第二端板上是必要的，即：旁路进气口设置和旁路出气口设置在与燃料进气口和燃料出气口的相对侧是必要的，这样的设置不仅可以保证燃料进入燃料电池单电池区的流速、气压，保证燃料进入每一个单电池的流量，还可以避免杂质在阳极末端沉积。

在本申请中，旁路进气口的设置与燃料进气口对应设置，是指二者位置相对，优选为旁路进气口的轴线与燃料进气口的轴线在同一直线上。同样的，旁路出气口的设置与燃料出气口对应设置，是指二者位置相对，优选为旁路出气口的轴线与燃料出气口的轴线在同一直线上。

在一些实施例中，阳极接口板上对应阳极末端的气体腔室的截面尺寸设置通孔，且该通孔与旁路管道的旁路进气口一端的尺寸也相对应，使燃料可以无阻碍的进入到旁路管道内。

在一些实施例中，所述旁路进气口的结构为漏斗结构，使阳极末端的气体腔室内的燃料携带的杂质尽可能的进入旁路管道内。优选地，所述漏斗结构的较小端位于旁路管道一侧、较大端位于阳极接口板一侧，且所述漏斗结构的较大端的覆盖面积与阳极末端的气体腔室的截面面积相等，即阳极末端的气体腔室与旁路进气口的连接处所在的面与漏斗结构的较大端的覆盖面积一致，使阳极末端的气体腔室的杂质可以尽可能进入旁路管道中，减少杂质堆积死角。

更进一步地，所述旁路进气口的较大端与所述阳极末端的气体腔室（第一气体腔室）圆滑过渡连接，避免出现气旋的情况，进一步改善杂质沉积的缺陷。

所述燃料出气口与所述旁路出气口之间为第二气体腔室。所述旁路出气口的结构也可以为漏斗结构，使旁路管道吹出的燃料在尽可能大的范围内吹出，简化第二气体腔室内的气路，减少杂质堆积死角；所述旁路出气口的较大端的覆盖面积与所述第二气体腔室的截面面积相等。

在一些实施例中所述旁路管道内设置有用于过滤所述燃料中杂质的过滤组件，起到一定的吸附杂质的作用，减少燃料中存在的杂质在燃料电池***中循环，进一步减少杂质进入单电池的可能性。此外，旁路管道内的过滤组件可以与旁路管道可拆卸连接，使其可以定期更换、清理，避免过滤组件内杂质堆积而影响其吸附作用。所述旁路管道内靠近所述旁路出气口的一端也可以设置有用于过滤所述燃料中杂质的过滤组件，使燃料中携带的杂质被截留在旁路管道中，不再进入循环。

在一些实施例中，所述过滤组件包括轴和多片周向安装在所述轴上的过滤叶片，所述过滤叶片包括多孔叶片壳和填充在多孔叶片壳内的填充料，使燃料中的杂质可以吸附在填充料中，减少燃料中其杂质的含量。

在一些实施例中，所述轴为转动轴，所述过滤叶片可以以转动轴的轴线为中心转动。当旁路管道中有气体流通形成气流时，所述过滤叶片可以在气流的作用下发生转动，实现更好的技术效果。在另一些实施例中，所述轴为驱动轴，驱动轴的一端连接有驱动驱动轴转动的电机，利用电机实现所述过滤叶片以驱动轴的轴线为中心转动，以提供抽吸效果和对燃料中杂质的吸附效果。

在一些实施例中，所述过滤组件中多片所述过滤叶片在所述驱动轴上呈多层布设或者呈螺旋布设，且所述过滤叶片的多孔叶片壳的孔径大于远离所述旁路进气口的所述过滤叶片的多孔叶片壳的孔径，以实现不同直径的杂质的梯度吸附，提高过滤效果。其中在本申请中“多层布设”可以理解为多片过滤叶片在轴上呈多层分布，且每一层设置有至少3片以轴的轴线为中心环形阵列的过滤叶片，相邻两层的过滤叶片可以对应设置，也可以错位设置，优选为错位设置。

需要说明的是，过滤叶片的叶展长度可以相同，如接近所述旁路管道的内径的1/2，以使其在旁路管道内无阻碍地转动且尽量覆盖旁路管道的内管截面；其叶展长度也可以沿气路方向逐渐变化。此处的气路方向为从气体进入到气体吹出的方向。

本申请中，所述填充料可以为多孔结构的填充块，如多孔的聚合物树脂，也可以为粒径为填充颗粒，其填充颗粒可以为球形颗粒或类球形颗粒，如无机微米颗粒，也可以为多孔结构的填充颗粒，如微米级的多孔吸附炭；优选为多孔结构的填充颗粒。当所述填充料为多孔结构的填充块时，其填充块中的孔的孔径可以为微米级，如平均孔径为1~100μm。当填充料为填充颗粒时，其填充颗粒的粒径可以为1~1000μm，有利于微米级的杂质被吸附在填充料中，实现过滤。

需要说明的是，在旁路进气口/旁路出气口一端的过滤组件不推荐过于靠近所述第一气体腔室/第二气体腔室设置。优选地，旁路管道为“[”结构的管道，而过滤组件设置在中间与燃料电池单电池区平行的管段内，避免杂质堆积或回流进入第一气体腔室/第二气体腔室。在本申请中过滤组件也可以采用过滤膜层，优选的，当过滤组件采用过滤膜层时，其过滤膜层设置在旁路管道中与燃料电池单电池区平行的管段内，避免因为燃料供应管道的气路通断而导致一部分杂质可能回流到第一气体腔室内。

在一些实施例中，所述旁路管道的旁路进气口到旁路出气口存在一定的压降，且其压降不宜过高也不宜过低，而根据燃料电池堆的类型以及化学计量比等设定的不同，其压降所需控制的范围也有所不同。为了更好了说明本申请所提供的技术方案，以下以Unilia堆叠设计的燃料电池堆为例进行说明，如当该电堆设计的化学计量影响灵敏度为-0.15时，其旁路管道的旁路进气口到旁路出气口的压降可以控制在3~10%的范围内，使部分燃料进入旁路管道内且不影响足够的燃料进入燃料电池单电池区。需要说明的是，化学计量比影响灵敏度的绝对值应当小于燃料电池堆具有一定安全系数的化学计量比，以降低阳极末端附近的单电池反应物饥饿的风险。

在本申请中，旁路管道的旁路进气口到旁路出气口的压降可以通过设计旁路管道的直径、旁路进气口与旁路出气口的标高、管道长度等进行控制，也可以通过在旁路管道上设置流量调节件，如流量阀，进行控制。

需要说明的是，本申请中，化学计量比为在某一燃料电池堆的堆叠设计下，燃料电池中燃料与氧化剂的通入流量与燃料与氧化剂的理论通入流量的比值。其中，“燃料与氧化剂的理论通入流量”应当理解为在燃料电池堆的堆叠设计下，通入每一单电池的燃料/氧化剂刚好充足时，燃料和氧化剂通入的流量的值；当燃料和氧化剂通入的流量进一步增加时，单电池的电压不再随着燃料和氧化剂通入的流量增加而增加。其中，当燃料电池中设置有旁路管道，燃料与氧化剂的实际通入流量与理论通入流量存在一定的冗余量。化学计量影响灵敏度应当理解为某一燃料电池堆中旁路管道对燃料电池堆的理论化学计量的产生影响的灵敏程度，即设置旁路管道和不设置旁路管道对燃料和氧化剂的理论通入量的影响程度。其具体可以根据以下计算式计算得到：（P0-P1）/P0，其中P1为设置有旁路管道的燃料电池堆的燃料和氧化剂的理论通入量；P0为未设置有旁路管道的燃料电池堆的燃料和氧化剂的理论通入量。

在一些实施例中，所述旁路管道上设置有用于调节所述旁路管道内燃料流量的第一流量调节件，以控制旁路管道内燃料的流量和压降，使燃料携带杂质进入旁路管道内，并确保燃料电池单电池区的燃料充足。其中旁路管道内燃料的流量的控制可以根据杂质的含量进行调整，也可以根据燃料进气口的进气量以及燃料电池的理论的燃料通入量进行调整，优选为：根据燃料电池单电池区的理论的燃料通入量、燃料进气口的进气量以及杂质的含量进行综合调整，在单电池的反应物充足的前提下，使杂质尽可能的进入旁路管道内。其中杂质的含量可以通过在所述旁路进气口或者所述燃料进气口内设置有杂质检测装置来获得。当所述第一流量调节件的调节根据所述杂质检测装置的检测结果进行时，杂质的含量检测结果越高，通过第一流量调节件调节旁路管道中的燃料流量至流量更高，降低进入燃料电池单电池区的杂质的量；当杂质的含量检测结果较低时，可以适当降低旁路管道中的燃料流量，避免燃料电池单电池区出现明显的反应物饥饿。优选地，所述燃料电池***设置有与所述燃料进气口连接且用于向所述燃料进气口通入燃料的进气管道；所述进气管道上设置有第二流量调节件，所述第一流量调节件和所述第二流量调节件的调节根据理论的燃料通入量和化学计量比进行，以确保燃料电池单电池区的燃料供应充足的前提下，调整旁路管道内的燃料流量，减少杂质进入燃料电池单电池区。所述第一流量调节件和所述第二流量调节件的调节也可以根据所述杂质检测装置的检测结果进行。优选地，所述第一流量调节件根据所述燃料电池堆的理论的燃料通入量和所述第二流量调节件控制的流量进行调节；即第一流量调节件的开合程度（使所述旁通管道内的燃料的流量变大或者变小）根据所述燃料电池堆的理论的燃料通入量和所述第二流量调节件控制的流量进行调节，以保证燃料电池堆中每一单电池的反应物达到要求，燃料电池堆的输出电能不超出燃料电池堆的最大性能损失；尤其是要确认靠近阳极末端的单电池的反应物是否缺少。

需要说明的是，虽然本申请是为了提高燃料电池***的稳定性，但燃料电池电堆的放电性能依然是最主要的要求，因此为燃料电池电堆提供足够的燃料供应依然是重中之重。因此，当燃料中的杂质含量较高时，同时调节第二流量调节件和第一流量调节件，提高燃料进气口的燃料流量和旁路管道中的燃料流量，以确保燃料电池单电池区的燃料供应充足，并降低燃料中的杂质进入燃料电池单电池区、沉积在第一气体腔室、第二气体腔室中的量。当燃料中的杂质含量较低时且在确保燃料电池单电池区的燃料供应充足的前提下，为了降低成本，可以适当降低燃料进气口的燃料流量和旁路管道中的燃料流量。进一步优选地，所述第一流量调节件和所述第二流量阀的调节根据所述杂质检测装置的检测结果进行时，进入所述燃料电池单电池区的燃料的流量保持不变。而进入燃料电池单电池区的燃料的流量保持不变，可以通过进入燃料电池单电池区的燃料的流量进行检测，也可以根据燃料电池电堆输出的电压或者电流等可以表征放电性能的参数进行确认。如当同时调整第一流量调节件和第二流量调节件的过程中，保持燃料电池电堆输出的电压保持不变。

还需要进一步说明的是，第一流量调节件调节旁路管道内的流量或者第一流量调节件和第二流量调节件共同调整旁路管道内的流量均需要注意旁路管道与第一气体腔室内的压降，其需要根据化学计量比和燃料电池堆的设计参数选择合适的压降范围，如3~10%这一压降范围。此外，对于一具体的燃料电池堆的旁路管道和第一气体腔室可以适用的最大压降，可以通过在固定第二流量调节件的开启程度的情况下，使第一流量调节件的打开程度不同来获得不同燃料电池堆的不同电能输出情况，当燃料电池堆的电能输出出现显著变化或者跳跃式变化时，对应的第一流量调节件的打开程度对应的压降即为最大压降。

其中，在本申请中，杂质检测装置可以为市售的可以检测气体中固体颗粒物含量的检测设备，如颗粒物浓度检测仪，等可以实现上述功能的仪器均可，在本申请中不做限定。

需要说明的是，第一流量调节件可以为流量阀或者其他任一可以实现旁路管道内气体流量调节的调节装置，如针形阀。需要说明的是，第二流量调节件可以为流量阀或者其他任一可以实现燃料进气口气体流量调节的调节装置，如针形阀。

第二方面，本申请还提供一种燃料电池***，包括多个第一方面所述的燃料电池电堆，该燃料电池***的运行稳定性良好，可以改善燃料电池单电池区和阳极末端等，尤其是燃料电池单电池区这一关键路径因为聚四氟乙烯碎屑等杂质堵塞的缺陷，降低安全隐患和故障发生率。

第三方面，本申请还提供燃料电池电堆稳定运行检测方法，提供如第一方面所述的燃料电池电堆；所述检测方法包括：

在向所述燃料电池电堆中的阳极末端中通入燃料时，保持所述旁路管道上的第一流量调节件打开状态，检测所述旁路管道中气体的流量和/或固体颗粒含量；

根据检测结果判断所述燃料电池电堆的运行稳定性；

其中，所述判断包括：若所述旁路管道中的气体流量值高于所述气体流量的阈值，则判断所述燃料电池电堆的运行不稳定；若所述旁路管道中的气体流量值低于所述气体流量的阈值，则判断所述燃料电池电堆运行稳定；或者

若所述旁路管道中的固体颗粒含量不低于固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆的运行不稳定；若所述旁路管道中的固体颗粒含量低于固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆运行稳定；或者

若所述旁路管道中的气体流量高于所述气体流量的阈值或所述旁路管道中的固体颗粒含量不低于阈值，则判断所述燃料电池电堆的运行不稳定；若所述旁路管道中的气体流量值低于所述气体流量的阈值且所述旁路管道中的固体颗粒含量低于固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆运行稳定。

需要说明的是，在本申请中，对于气体流量值检测和判断时的阈值可以通过第一流量调节件和第二流量阀的调节结果进行设定，即其旁路管道内的流量理论上应为第二流量阀与正常运行下的燃料电池单电池区流量的差值，因此其阈值可以设置该差值的百分比，如70%或者50%，也可以根据经验设定；也可以直接设置为该差值；对于固体颗粒含量检测和判断时的阈值可以根据进入阳极末端之前的燃料中的杂质含量进行设定，如设定为进入阳极末端之前的燃料中的杂质含量的3倍或者2倍，也可以根据经验设定为某一具体的值。

当所述旁路管道内设置有过滤组件时，则气体流量检测点和固体颗粒含量检测点可以位于过滤组件之后，也可以位于过滤组件之前，即燃料可以进入旁路管道之后先经过旁路进气口一侧的过滤组件再到达气体流量检测点和/或固体颗粒含量检测点；燃料也可以进入旁路管道之后先经过气体流量检测点和/或固体颗粒含量检测点再到达旁路进气口一侧的过滤组件。根据起设置的位置不同，固体颗粒含量检测的阈值可以调整。如当固体颗粒含量监测点位于过滤组件之前时，其阈值设定更高。

以下将结合具体的实施例来说明本申请的上述燃料电池电堆以及燃料电池***、检测方法、检测设备，本领域技术人员应该明了，实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本申请的具体限制。

实施例

本实施例提供一种燃料电池电堆，其结构如图1~图6所示，该燃料电池电堆上设置有一旁路管道，该旁路管道与燃料电池电堆的第二端板连接，且两端分别连通第一气体腔室和第二气体腔室，使部分燃料可以从第一气体腔室经过旁路管道然后从第二气体腔室排出燃料电池电堆，不进入燃料电池单电池区。该旁路管道与第一气体腔室连通处设置的旁路进气口为漏斗状，其旁路管道上靠近第一气体腔室的位置设置有过滤组件。该旁路管道上还设置有用于检测旁路管道内燃料流量的流量计以及检测旁路管道内固体颗粒含量的固体颗粒物浓度检测仪。向燃料电池电堆中通入燃料，并运行燃料电池电堆一定时间，拆卸燃料电池电堆，检查燃料电池电堆的每一单电池的燃料入口端、旁路管道的碎屑等杂质的堆积情况，并与未安装旁路管道之前的燃料电池电堆运行相同时间的每一单电池的燃料入口端的杂质沉积情况进行对比，其结果如下：

设置了旁路管道的燃料电池堆中，旁路管道中含有较多的杂质，靠近阳极末端的单电池的燃料入口端有少量的杂质，但其堆积量相较于未安装旁路管道之前的燃料电池电堆同位置的堆积量明显减少；燃料电池单电池区内几乎未出现碎屑等杂质的堆积，且在此过程中，燃料电池电堆一直稳定运行，未发生故障。由此可见，在本申请提供旁路管道可以改善碎屑等杂质进入燃料电池单电池区的问题，减少阳极末端杂质堆积的缺陷，降低因为杂质堆积而造成的燃料电池电堆故障的概率。

同时，为了进一步验证本申请所提供的燃料电池电堆的运行稳定性，发明人实验了旁路管道的开闭程度下，燃料电池堆对燃料化学计量和碎屑质量的敏感性。旁路管道的开闭程度不同，其额定燃料化学计量和碎屑质量的敏感程度不同。而在旁路管道全开时，燃料电池电堆在额定燃料化学计量为1.45时，发明人提供的燃料电池电堆可以在旁路管道中碎屑等杂质含量高达120 mg的情况下依然稳定运行。

需要说明的是，本申请的技术特征在不冲突的前提下，可以任意组合使用。为便于理解本发明技术方案的技术优势，下面先简述一些相关技术，并与本申请方案进行效果比对。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆，其特征在于，包括阳极接口板、第一端板、第二端板和位于所述第一端板与所述第二端板之间的多个单电池形成的燃料电池单电池区；

所述第一端板上设置有用于输入燃料的燃料进气口和用于输出燃料的燃料出气口；

所述第二端板上对应所述燃料进气口设置有旁路进气口、对应所述燃料出气口设置有旁路出气口；旁路管道设置在阳极末端一侧且与阳极末端连通；

所述旁路进气口和所述旁路出气口通过旁路管道连通，以使部分进入所述燃料电池电堆的燃料通过所述旁路管道且不进入所述燃料电池单电池区；阳极接口板上设置燃料进入旁路管道的通孔，使燃料在此处的流动状态不停滞；所述旁路进气口的结构为漏斗结构。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述燃料进气口与所述旁路进气口之间为第一气体腔室；所述漏斗结构的较大端的覆盖面积与所述第一气体腔室的截面面积相等。

3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述旁路管道内设置有用于过滤所述燃料中杂质的过滤组件，所述过滤组件包括轴和多片周向安装在所述轴上的过滤叶片；所述过滤叶片包括多孔叶片壳和填充在多孔叶片壳内的填充料。

4.根据权利要求3所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述轴为驱动轴，多片所述过滤叶片在所述驱动轴上呈多层布设或者呈螺旋布设，且靠近所述旁路进气口的所述过滤叶片的多孔叶片壳的孔径大于远离所述旁路进气口的所述过滤叶片的多孔叶片壳的孔径。

5.根据权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述旁路管道上设置有用于调节所述旁路管道内燃料流量的第一流量调节件。

6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述第一流量调节件根据所述燃料电池单电池区的化学计量比调节所述旁路管道内的燃料流量。

7.根据权利要求6所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述燃料电池电堆设置有与所述燃料进气口连接且用于向所述燃料进气口通入燃料的进气管道；所述进气管道上设置有第二流量调节件。

8.根据权利要求1~7任一项所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述旁路管道的旁路进气口到旁路出气口的压降为3~10%。

9.根据权利要求8所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述旁路管道设置有杂质检测装置；所述燃料电池电堆设置有与所述燃料进气口连接且用于向所述燃料进气口通入燃料的进气管道；所述旁路管道上设置有用于调节所述旁路管道内燃料流量的第一流量调节件；所述进气管道上设置有第二流量调节件；所述第一流量调节件和所述第二流量调节件的调节根据所述杂质检测装置的检测结果进行，使进入所述燃料电池单电池区的燃料的流量保持不变。

10.一种燃料电池电堆稳定运行检测方法，其特征在于，提供如权利要求1~9任一项所述的燃料电池电堆；所述检测方法包括：

在向所述燃料电池电堆中的阳极末端中通入燃料时，保持所述旁路管道上的第一流量调节件打开状态，检测所述旁路管道中气体的流量和/或固体颗粒含量；

根据检测结果判断所述燃料电池电堆的运行稳定性；

其中，所述判断包括：若所述旁路管道中的气体流量值高于所述气体流量的阈值，则判断所述燃料电池电堆的运行不稳定；若所述旁路管道中的气体流量值低于所述气体流量的阈值，则判断所述燃料电池电堆运行稳定；或者

若所述旁路管道中的固体颗粒含量不低于所述固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆的运行不稳定；若所述旁路管道中的固体颗粒含量低于所固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆运行稳定；或者

若所述旁路管道中的气体流量的含量高于所述气体流量的阈值或所述旁路管道中的固体颗粒含量不低于所述固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆的运行不稳定；若所述旁路管道中的气体流量值低于所述气体流量的阈值且所述旁路管道中的固体颗粒含量低于所述固体颗粒含量的阈值，则判断所述燃料电池电堆运行稳定。