一种燃料电池电堆窜气的检测方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种燃料电池电堆窜气的检测方法及其应用。所述检测方法包括以下步骤：(1)通过依次调节电堆的气体流量和背压阀，使待测电堆的各单电池的电压值分别独立地达到测试电压，完成电堆窜气检测的预处理；(2)完成预处理后调节阴极侧的进气气体流量为0，并逐渐关闭阳极侧的背压阀，调节阳极侧的气体流量使阳极侧气体出口表压达到第一压力，记录电堆各单电池的电压随时间的变化幅度值；(3)重复步骤(2)，重复出现步骤(2)所述变化幅度值超过30％的单电池位置即为电堆发生窜气的位置。本发明专利技术对燃料电池电堆的检测方法可以快速有效的得出检测结果，可以提高检测的精确度。可以提高检测的精确度。可以提高检测的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆窜气的检测方法及其应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池电堆窜气的检测方法及其应用。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池通常由若干个单电池堆叠组成，形成串联结构，结构中含有阴极、阳极和冷却三个相互独立的流体流动腔体。其中，阴极腔体和阳极腔体由膜电极分开，膜电极是通过电化学反应将化学能转化为电能的场所，膜电极由质子交换膜、阴极催化层、阳极催化层、阴极气体扩散层、阳极气体扩散层组成。燃料气体在膜电极的阳极催化层发生还原反应，质子通过质子交换膜从阳极传递至阴极，氧化剂气体在膜电极的阴极催化层发生氧化反应，电子经由外电路传递形成电流。
[0003]燃料电池在正常运行时，对膜电极两侧燃料和氧化剂的窜气情况有严格的要求，人们会通过各种方法来满足要求，但仍然无法完全避免窜气情况的发生。一方面，膜电极组件在生产、运输、装配的过程中，难免会出现微小概率的损坏，使燃料电池堆出现窜气，另一方面，随着燃料电池的长时间运行，膜电极中质子交换膜的厚度、机械强度都会有所下降，膜电极的窜气情况也会越发严重。
[0004]燃料电池堆中膜电极发生窜气情况时，会使对应的单电池性能下降，进而影响电堆整体性能，当窜气较为严重时，会发生燃料与氧化剂较大浓度混合，极易引发爆燃等危险事故。为此，人们通常在电堆组装完成、下线测试完成后和电堆保养周期节点，进行电堆内部窜气测试。
[0005]CN111446475A公开了一种燃料电池膜电极窜气点检测装置、系统和检测方法，首先将膜电极安装于固定测试装置上，然后向检测装置中持续通入热气源，通过红外热成像仪观察测试区域内的温差，在不破坏漏气膜电极的情况下，能够准确快速查找膜电极发生窜气的位置。该专利技术需要将膜电极从电堆上拆解下来测试，适合膜电极生产下线检测，不适用于电堆产品上的膜电极窜气检测。
[0006]CN112331885A公开了一种适用于氢氧窜气的快速检测装置和检测方法，通过设置混气气罐，排除混气不均带来的干扰，简化检测工艺，可即时进行氢氧窜气检测，提高效率，增强安全可靠性。该专利技术在检测时需要配置混合气，检测方法较理想化，当电堆运行一段时间后，其内部易局部残留液态水，如果不将其有效排出，会严重干扰测试结果，同时，针对电堆复杂的内部结构设计，如果不去强化气体扩散，很容易使得气体分布不均，致使无法获得有效的检测结果，针对检测结果，该专利技术的判断依据不够严谨，只能针对理想情况做出初步判断，一旦检测结果出错，会对后续的试验、生产工作额外带来庞大的工作量。
[0007]CN111446475A公开了一种燃料电池膜电极窜气点检测装置、系统及检测方法。燃料电池膜电极窜气点检测装置，包括上端板和下端板，上端板和下端板之间设置有石墨单极板，待测膜电极置于上端板下表面和石墨单极板上表面之间，上端板的下表面设置有流道区域和歧管槽，流道区域和歧管槽的尺寸及形状与石墨单极板、待测膜电极的活性区域
和歧管相对应，流道区域以及歧管槽由独立密封槽包围，相邻密封槽的间距6mm，密封槽内设置有密封胶条。采用红外热成像仪观察温差，设备成本高。
[0008]如何快速准确检测电堆内部膜电极两侧燃料和氧化剂的窜气情况，精准定位发生窜气的单电池，是本领域的重要研究方向。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池电堆膜电极窜气的检测方法，快速准确检测电堆内部膜电极两侧燃料和氧化剂的窜气情况，精准定位发生窜气的单电池。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]本专利技术的目的之一在于提供一种电堆窜气的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
[0012](1)通过依次调节电堆的气体流量和背压阀，使待测电堆的各单电池的电压值分别独立地达到测试电压，完成电堆窜气检测的预处理；
[0013](2)完成预处理后调节阴极侧的进气气体流量为0，并逐渐关闭阳极侧的背压阀，调节阳极侧的气体流量使阳极侧气体出口表压达到第一压力，记录电堆各单电池的电压随时间的变化幅度值；
[0014](3)重复步骤(2)，重复出现步骤(2)所述变化幅度值超过30％的单电池位置即为电堆发生窜气的位置。
[0015]本专利技术可以快速准确的检测电堆内部膜电极两侧燃料和氧化剂的窜气情况，精确定位发生窜气的单电池。通过步骤(1)调节电堆的气体流量和背压阀，可以将电堆阴极腔体和阳极腔体的杂质气体和可能残余的液态水吹出，可以使气体充分扩散至膜电极的多孔结构中使得气体分配更均匀，步骤(2)以电堆设计允许的最大阴、阳极工作压差为燃料气体压力，可以更快速有效的得出检测结果，贴近电堆正常使用的极限情况，避免因检测不充分，而无法识别安全风险。通过步骤(3)提高检测精确度，确保检测结果准确可靠，避免因检测结果错误，造成后续研发、生产工作出现大量问题。本专利技术所述待测电堆的每片双极片上都连接有巡检线，所述巡检线用来测试所述电堆中每个单电池的电压。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述气体流量的调节方法包括：同时向电堆的阴极侧和阳极侧分别独立地通入氧化剂气体和燃料气体。
[0017]优选地，所述阴极侧通入氧化剂气体。
[0018]优选地，所述阳极侧通入燃料气体。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，所述气体流量为所述电堆的单电池的电压达到0.8～0.85V时的设计流量值，其中所述电压可以是0.8V、0.81V、0.82V、0.83V、0.84V或0.85V等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，所述氧化剂气体和所述燃料气体的通入时间为0.5～2min，其中所述时间可以是0.5min、0.6min、0.7min、0.8min、0.9min、1.0min、1.1min、1.2min、1.3min、1.4min、1.5min、1.6min、1.7min、1.8min、1.9min或2min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]本专利技术中所述氧化剂气体和所述燃料气体均排放至大气中。
[0022]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述背压阀的调节方法包括第一调节阶段
和第二调节阶段，所述第一调节阶段包括：维持气体流量为电堆的单电池的电压达到0.8～0.85V时的设计流量值，调节背压阀至阳极侧和阴极侧的气体入口处表压增加至第二压力。
[0023]本专利技术中所述背压阀分别独立地设置于所述阳极侧和阴极侧的气体出口处。
[0024]作为本专利技术优选的技术方案，所述阳极侧和阴极侧的气体入口处表压增加的速率相同。
[0025]优选地，所述背压阀的调节时间为0.5～2min，其中所述时间可以是0.5min、0.6min、0.7min、0.8min、0.9min、1.0min、1.1min、1.2min、1.3min、1.4min、1.5min、1.6min、1.7min、1.8min、1.9min或2mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电堆窜气的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：(1)通过依次调节电堆的气体流量和背压阀，使待测电堆的各单电池的电压值分别独立地达到测试电压，完成电堆窜气检测的预处理；(2)完成预处理后调节阴极侧的进气气体流量为0，并逐渐关闭阳极侧的背压阀，调节阳极侧的气体流量使阳极侧气体出口表压达到第一压力，记录电堆各单电池的电压随时间的变化幅度值；(3)重复步骤(2)，重复出现步骤(2)所述变化幅度值超过30％的单电池位置即为电堆发生窜气的位置。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(1)所述气体流量的调节方法包括：同时向电堆的阴极侧和阳极侧分别独立地通入氧化剂气体和燃料气体；优选地，所述阴极侧通入氧化剂气体；优选地，所述阳极侧通入燃料气体。3.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述气体流量为所述电堆的单电池的电压达到0.8～0.85V时的设计流量值；优选地，所述氧化剂气体和所述燃料气体的通入时间为0.5～2min。4.根据权利要求1
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3任一项所述的检测方法，其特征在于，步骤(1)所述背压阀的调节方法包括第一调节阶段和第二调节阶段，所述第一调节阶段包括：维持气体流量为电堆的单电池的电压达到0.8～0.85V时的设计流量值，调节背压阀至阳极侧和阴极侧的气体入口处表压增加至第二压力。5.根据权利要求4所述的检测方...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔新然，米新艳，郭英伦，曹婷婷，张克金，孟凡佳，白云锋，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：