燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法和装置，其中，该方法包括：向燃料电池堆阳极供给氢气，向燃料电池堆阴极正向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录燃料电池堆的每个燃料电池单片的浓差电势作为第一浓差电势组；向燃料电池堆阳极供给氢气，向燃料电池堆阴极反向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录燃料电池堆的每片燃料电池单片的浓差电势作为第二浓差电势组；将第一浓差电势组与第二浓差电势组进行对比，根据对比结果判断燃料电池堆内部漏气的故障原因和故障位置。该方法可以在不拆燃料电池堆的情况下快速判断燃料电池堆内部漏气故障原因并精确定位故障位置，效率高，可操作性强，且可规避对于燃料电池堆的进一步损坏。

Fault diagnosis and location method and device of gas leakage in fuel cell stack

The invention discloses a method and device for fault diagnosis and location of air leakage inside the fuel cell stack, wherein the method comprises: supplying hydrogen to the anode of the fuel cell stack, supplying inert gas to the cathode of the fuel cell stack, recording the concentration potential of each fuel cell single piece of the fuel cell stack as the first concentration potential group by means of voltage patrol inspection, and supplying hydrogen to the anode of the fuel cell stack The electrode supplies hydrogen, supplies inert gas to the cathode of the fuel cell stack in the reverse direction, records the concentration potential of each single fuel cell of the fuel cell stack as the second concentration potential group through voltage patrol inspection; compares the first concentration potential group with the second concentration potential group, and judges the failure reason and failure position of the internal leakage of the fuel cell stack according to the comparison results. This method can quickly determine the cause of air leakage in the fuel cell stack and accurately locate the fault location without removing the fuel cell stack. It has high efficiency, strong operability and can avoid further damage to the fuel cell stack.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法和装置
本专利技术涉及故障诊断
，特别涉及一种燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法和装置。
技术介绍
质子交换膜燃料电池效率高、无污染，在车用动力源和固定电源领域有着广阔的应用前景。为适应大功率使用需求，商用燃料电池堆中燃料电池单片工作面积大、组堆单片数量多，导致燃料电池堆内部局部故障诊断难度极大。在燃料电池堆组堆环节和使用环节中，可能出现因局部密封问题或膜电极破损导致的内部漏气故障，导致阴极、阳极在局部贯通，从而燃料电池堆工作失效。内部漏气故障产生原因包括三方面：(1)燃料电池堆组装过程中产生的缺陷；(2)燃料电池堆振动等机械因素、恶劣的环境条件、恶劣的工况和燃料电池堆内部工作状态导致的燃料电池堆故障；(3)密封介质和质子交换膜等在长时间工作后产生老化。在生产环节和维修环节，需要对内部漏气故障进行诊断和定位。传统方法采用单片开路电压进行诊断，但是持续的内部漏气会导致氢气和氧气直接接触反应，产生严重的热点，造成内部损伤的扩大和燃料电池堆无损膜电极的加速损坏，加速燃料电池堆损伤部位的扩大。而且，传统方法难以准确确定漏气类型并定位漏气部位。在燃料电池堆内部损伤难以准确定位时，通常进行拆堆排查，但是拆堆排查通常需要检查所有单片和所有密封部位，效率极低，且拆堆后某些故障(例如密封问题)排查难度极大。另外，拆堆排查可能损坏大量的无损膜电极，造成大量膜电极浪费和极高的燃料电池堆维修成本。目前，仍然缺乏针对燃料电池堆内部漏气故障的无损的在线诊断、定位方法。本专利技术可以在保证不拆堆、无损的情况下，利用原有系统附件快速检测、定位内部漏气故障，方便后续定点拆堆维修，有效提升燃料电池堆检修效率。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法，该方法效率高，可操作性强，且可规避对于燃料电池堆的进一步损坏。本专利技术的另一个目的在于提出一种燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法，包括：向燃料电池堆阳极供给氢气，向燃料电池堆阴极正向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录燃料电池堆的每个燃料电池单片的浓差电势作为第一浓差电势组；向所述燃料电池堆阳极供给氢气，向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录所述燃料电池堆的每片燃料电池单片的浓差电势作为第二浓差电势组；将所述第一浓差电势组与所述第二浓差电势组进行对比，根据对比结果判断所述燃料电池堆内部漏气的故障原因和故障位置。本专利技术实施例的燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法，通过燃料电池堆阳极供给氢气，阴极按照正常工作时的气体流向供给惰性气体，利用电压巡检记录各燃料电池单片的浓差电势；燃料电池堆阳极供给氢气，阴极反向供给惰性气体，利用电压巡检记录各燃料电池单片的浓差电势；将两个步骤记录的浓差电势进行对比，诊断燃料电池堆内部漏气故障原因并定位故障位置，可以在不拆燃料电池堆的情况下快速判断燃料电池堆内部漏气故障原因并精确定位故障位置，效率高，可操作性强，且可规避对于燃料电池堆的进一步损坏，可辅助燃料电池堆定点拆堆维修，在燃料电池堆生产检修环节、燃料电池堆故障检修环节、燃料电池堆老化检修环节具有较高的应用价值。另外，根据本专利技术上述实施例的燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述燃料电池堆内部漏气的故障原因，包括：所述燃料电池堆阴极进气歧管密封问题导致所述燃料电池堆内部漏气；所述燃料电池堆内部的单片电池膜电极破损和/或穿孔导致所述燃料电池堆内部漏气；所述燃料电池堆阴极排气歧管密封问题导致所述燃料电池堆内部漏气。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，向所述燃料电池堆阳极供给氢气的方式为盲端供气，盲端供气压力高于所述燃料电池堆阴极供气背压。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述惰性气体包括但不限于氮气、氦气、氩气。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述将所述第一浓差电势组与所述第二浓差电势组进行对比，包括：将燃料电池单片从燃料电池堆阴极进气端板一端向另一端板进行排序，按照顺序对所述第一浓差电势组和所述第二浓差电势组中的浓差电势进行对比，其中，所述燃料电池堆阴极进气端板为所述燃料电池堆阴极惰性气体进气口所在的端板。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据对比结果判断所述燃料电池堆内部漏气的故障原因和故障位置，包括：若向所述燃料电池堆阴极正向供应惰性气体时，多片燃料电池单片组成区域的浓差电势出现骤降和缓升趋势，向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体时，对应区域的浓差电势未出现骤降和缓升趋势，则所述燃料电池堆内部漏气的故障原因是所述燃料电池堆阴极进气歧管密封问题导致的漏气，且故障位置对应向所述燃料电池堆阴极正向供应惰性气体时，最低的浓差电势对应的燃料电池单片；若向所述燃料电池堆阴极正向供应惰性气体时，浓差电势未出现骤降和缓升趋势，向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体时，多片燃料电池单片组成区域的浓差电势出现骤降和缓升趋势，则所述燃料电池堆内部漏气的故障原因是所述燃料电池堆阴极排气歧管密封问题导致所述燃料电池堆内部漏气，且故障位置对应向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体时，最低的浓差电势对应的燃料电池单片；若向所述燃料电池堆阴极正向供应惰性气体和向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体时，出现同一燃料电池单片的浓差电势低于剩余燃料电池单片的浓差电势，且与剩余燃料电池单片的浓差电势的平均值的差值满足预设条件，则所述燃料电池堆内部漏气的故障原因是所述燃料电池堆内部的燃料电池单片膜电极破损和/或穿孔导致所述燃料电池堆内部漏气。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位装置，包括：正向供应模块，用于向燃料电池堆阳极供给氢气，向燃料电池堆阴极正向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录燃料电池堆的每个燃料电池单片的浓差电势作为第一浓差电势组；反向供应模块，用于向所述燃料电池堆阳极供给氢气，向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录所述燃料电池堆的每片燃料电池单片的浓差电势作为第二浓差电势组；诊断定位模块，用于将所述第一浓差电势组与所述第二浓差电势组进行对比，根据对比结果判断所述燃料电池堆内部漏气的故障原因和故障位置。本专利技术实施例的燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位装置，通过燃料电池堆阳极供给氢气，阴极按照正常工作时的气体流向供给惰性气体，利用电压巡检记录各燃料电池单片的浓差电势；燃料电池堆阳极供给氢气，阴极反向供给惰性气体，利用电压巡检记录各燃料电池单片的浓差电势；将两个步骤记录的浓差电势进行对比，诊断燃料电池堆内部漏气故障原因并定位故障位置，可以在不拆燃料电池堆的情况下快速判断燃料电池堆内部漏气故障原因并精确定位故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/n向燃料电池堆阳极供给氢气，向燃料电池堆阴极正向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录燃料电池堆的每个燃料电池单片的浓差电势作为第一浓差电势组；/n向所述燃料电池堆阳极供给氢气，向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录所述燃料电池堆的每片燃料电池单片的浓差电势作为第二浓差电势组；/n将所述第一浓差电势组与所述第二浓差电势组进行对比，根据对比结果判断所述燃料电池堆内部漏气的故障原因和故障位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
向燃料电池堆阳极供给氢气，向燃料电池堆阴极正向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录燃料电池堆的每个燃料电池单片的浓差电势作为第一浓差电势组；
向所述燃料电池堆阳极供给氢气，向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体，通过电压巡检的方式记录所述燃料电池堆的每片燃料电池单片的浓差电势作为第二浓差电势组；
将所述第一浓差电势组与所述第二浓差电势组进行对比，根据对比结果判断所述燃料电池堆内部漏气的故障原因和故障位置。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料电池堆内部漏气的故障原因，包括：
所述燃料电池堆阴极进气歧管密封问题导致所述燃料电池堆内部漏气；
所述燃料电池堆内部的单片电池膜电极破损和/或穿孔导致所述燃料电池堆内部漏气；
所述燃料电池堆阴极排气歧管密封问题导致所述燃料电池堆内部漏气。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述燃料电池堆阳极供给氢气的方式为盲端供气，盲端供气压力高于所述燃料电池堆阴极供气背压。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气体包括但不限于氮气、氦气、氩气。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第一浓差电势组与所述第二浓差电势组进行对比，包括：
将燃料电池单片从燃料电池堆阴极进气端板一端向另一端板进行排序，按照顺序对所述第一浓差电势组和所述第二浓差电势组中的浓差电势进行对比，其中，所述燃料电池堆阴极进气端板为所述燃料电池堆阴极惰性气体进气口所在的端板。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据对比结果判断所述燃料电池堆内部漏气的故障原因和故障位置，包括：
若向所述燃料电池堆阴极正向供应惰性气体时，多片燃料电池单片组成区域的浓差电势出现骤降和缓升趋势，向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体时，对应区域的浓差电势未出现骤降和缓升趋势，则所述燃料电池堆内部漏气的故障原因是所述燃料电池堆阴极进气歧管密封问题导致的漏气，且故障位置对应向所述燃料电池堆阴极正向供应惰性气体时，最低的浓差电势对应的燃料电池单片；
若向所述燃料电池堆阴极正向供应惰性气体时，浓差电势未出现骤降和缓升趋势，向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体时，多片燃料电池单片组成区域的浓差电势出现骤降和缓升趋势，则所述燃料电池堆内部漏气的故障原因是所述燃料电池堆阴极排气歧管密封问题导致所述燃料电池堆内部漏气，且故障位置对应向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体时，最低的浓差电势对应的燃料电池单片；
若向所述燃料电池堆阴极正向供应惰性气体和向所述燃料电池堆阴极反向供应惰性气体时，出现同一燃料电池单片的浓差电势低于剩余燃料电池单片的浓差电势，且与剩余燃料电池单片的浓差电势的平均值的差值满足预设条件，则所述燃料电池堆内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴普成，任棚，陈东方，吴子尧，谢庄佑，王博正，黄尚尉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11