一种高效检测、维修氢气空气串漏故障电堆的方法技术

本发明专利技术涉及一种串漏故障电堆的检测、维修方法，具体涉及一种高效检测、维修氢气空气串漏故障电堆的方法，包括如下步骤：S1：向电堆的阳极进口通入燃料，向阴极进口通入氧化剂，当阳极与阴极腔体的压差达到设定压差时，改变氧化剂的通入量，并记录不合格膜电极；S2：向电堆的阳极出口通入燃料，向阴极出口通入氧化剂，当阳极与阴极腔体的压差达到设定压差，改变氧化剂的通入量，并记录不合格膜电极；S3：停止供气，并通入惰性气体，直至电压稳定；S4：更换不合格膜电极；S5：重复步骤S1

【技术实现步骤摘要】
一种高效检测、维修氢气空气串漏故障电堆的方法


[0001]本专利技术涉及一种串漏故障电堆的检测、维修方法，具体涉及一种高效检测、维修氢气空气串漏故障电堆的方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、响应速度快、低温启动性能好、无污染、低排放等特点，在固定发电站、备用电源、交通运输、航空航天和军工等领域有着非常广泛的应用前景，尤其在燃料电池汽车方面的应用备受关注，因此，质子交换膜燃料电池技术作为一种绿色能源技术，越来越受到广泛关注。
[0003]燃料电池在使用过程中，会对电池关键材料质子膜造成一定损伤，由于初期的化学侵蚀作用导致质子膜逐渐形成均匀薄化与非均匀薄化效应。气体穿透现象使得氢气和氧气直接发生放热化学反应，在膜表面形成热点(hot spot)，导致膜产生针孔(pin hole)，针孔又会进一步使得穿透更加剧烈，热点增多，导致质子膜的漏量持续恶化。化学侵蚀伴随着质子膜使用的整个过程，但是当化学侵蚀之后，随后的使用环境及操作条件使得质子膜泄露加速恶化，比如湿热循环使得质子膜膨胀和收缩，产生质子膜平面内的应力循环，使得质子膜发生疲劳破损和破裂；机械应力加剧化学腐蚀和气体穿透效益产生的裂纹，使得其进一步发生破裂、裂口增大。因此，使用过一段时间后的电堆漏量都会增大，甚至超过正常允许泄露的指标，进而引发安全问题。而电堆在维修过程中，存在多次拆装维修更换膜电极，漏量依然超标的问题。
[0004]现有技术中的相关测试方法为，在阴极腔体通入氧化剂，阳极腔体中通入燃料气体。开路状态下，如果膜电极中存在漏点，阳极的燃料气体会穿过质子膜直接进入到阴极腔体中，并形成混合电势，导致电堆/单电池开路电压下降。通过提高燃料气体的压力，使阴阳极腔体形成一定的压差，促使阳极更多的燃料气体进入到阴极腔体中，可以通过开路电压的下降情况快速判断串漏单片。但是现有技术方法仅能识别部分串漏膜电极单片，对于靠近氧化剂出口处的漏点无法准确判断，导致需要多次进行相关技术的测试，且不能保障有效的降低串漏故障电堆的串漏量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种高效检测、维修氢气空气串漏故障电堆的方法，实现了高效、准确、快速的检测和维修。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种高效检测、维修氢气空气串漏故障电堆的方法，包括如下步骤：
[0008]S1：向电堆的阳极进口通入燃料，向阴极进口通入氧化剂，当阳极与阴极腔体的压差达到设定压差时，改变氧化剂的通入量，并记录电压不合格的膜电极；
[0009]S2：向电堆的阳极出口通入燃料，向阴极出口通入氧化剂，当阳极与阴极腔体的压差达到设定压差时，改变氧化剂的通入量，并记录电压不合格的膜电极；
[0010]S3：停止供气，并向阳极腔体和阴极腔体通入惰性气体，直至电压稳定；
[0011]S4：更换电压不合格的膜电极；
[0012]S5：重复步骤S1
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S4，直至电堆的漏量达标；
[0013]其中，电压不合格的膜电极为20mV<均值单片电压
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被检测膜电极的单片电压<1000mV的膜电极。电压的检测可以通过CVM进行。
[0014]上述的检测步骤(由进口向腔体内部通入检测气体，和由出口向腔体内部通入检测气体)不分先后，可以根据实际需求和实际情况进行顺序的调整。
[0015]所述的均值单片电压为电堆总电压除以总单电池数得到的电压。在开路状态下，没有电化学反应发生，理论上所有单电池的开路电压保持基本一致，当在某个单电池处存在串漏时，阴阳极气体混合形成了混合电势，进而会导致该片单电池的电压开始下降。
[0016]优选地，所述的压差为燃料和氧化剂的压力差。在存在漏点的位置，燃料在压力差的作用下会通过膜电极串漏到阴极，与阴极的氧化剂发生混合，进而形成混合电势，导致该片开路电压偏低。
[0017]优选地，所述的设定压差为1
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50kPa。给定一定的压差，可以检测单片电池是否存在漏点以及漏点位于哪一片单电池中；但是给定的压差不能过大，如果压差超过50kPa，可能会对待测的膜电极造成二次伤害。
[0018]优选地，改变氧化剂的通入量为将氧化剂的通入量由设定值降至0NLPM/片。
[0019]优选地，所述的设定值为2NLPM/片。
[0020]优选地，所述的燃料为氢气。
[0021]优选地，所述的氧化剂为空气或氧气。
[0022]优选地，所述的惰性气体为氮气或氦气。通过惰性气体的充分冲洗，保证不会在阳极腔体和阴极腔体中存在燃料和氧化剂的残留，可以保障后续测试结果的准确性。
[0023]优选地，电压稳定为在60s内保持稳定不下降。
[0024]优选地，电堆的漏量达标为均值单片电压
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被检测膜电极的单片电压≤20mV。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]1、本专利技术通过简单的检测方式即可实现准确快速的电堆氢空泄漏检测，具体来说通过从进口、出口两个方向进行检测，可以有效检测出靠近腔体出口位置(以进口方向(由进口向腔体内部通气)进行检测时为出口位置，则以出口方向(由出口向腔体内部通气)进行检测时变为进口位置)膜电极的漏点，避免对于靠近腔体出口处的膜电极漏点，无法实现准确判断，可能存在从阳极泄露到阴极的燃料气体会直接顺着气体出口排出电堆外部，无法与阴极形成混合电势，单片开路电压变化不明显，进而导致现有方法的判定失效。
[0027]2、本检测方法通过改变检测气体的进气方式(分别由进口向腔体内通气和分别由出口向腔体内通气)，可以使存在漏点的膜电极完全检出(在进口向内通气时为出口处的漏点，在改变检测气体的进气方式后，会转化为进口处，进而能够被检测出)，并且定位更加精准。
附图说明
[0028]图1为第一种电堆结构进出气口设计的结构示意图；
[0029]图2为第二种电堆结构进出气口设计的结构示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例1中进口方向通气诊断结果CVM结果示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例1中出口方向通气诊断结果CVM结果示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例1与常规检测的电堆氢空泄漏量的对比示意图；
[0033]图6为本专利技术实施例1的流程示意图；
[0034]图中：1
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阴极进口；2
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阳极进口；3
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阴极出口；4
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阳极出口；5
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漏点。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0036]实施例1
[0037]如图1和图2所示，在电堆中的部分膜电极上分别设置漏点5，以图1的膜电极为例，其中A点靠近氧化剂出口，B点靠近燃料气体出口，C点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效检测、维修氢气空气串漏故障电堆的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：向电堆的阳极进口(2)通入燃料，向阴极进口(1)通入氧化剂，当阳极与阴极腔体的压差达到设定压差时，改变氧化剂的通入量，并记录电压不合格的膜电极；S2：向电堆的阳极出口(4)通入燃料，向阴极出口(3)通入氧化剂，当阳极与阴极腔体的压差达到设定压差时，改变氧化剂的通入量，并记录电压不合格的膜电极；S3：停止供气，并向阳极腔体和阴极腔体通入惰性气体，直至电压稳定；S4：更换电压不合格的膜电极；S5：重复步骤S1
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S4，直至电堆的漏量达标；其中，电压不合格的膜电极为20mV<均值单片电压
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被检测膜电极的单片电压<1000mV的膜电极。2.根据权利要求1所述的一种高效检测、维修氢气空气串漏故障电堆的方法，其特征在于，所述的压差为燃料和氧化剂的压力差。3.根据权利要求2所述的一种高效检测、维修氢气空气串漏故障电堆的方法，其特征在于，所述的设定压差为1

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小晶，蔡海卫，刘宏光，陈广明，朱从懿，李笑晖，甘全全，戴威，
申请(专利权)人：上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：