一种质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域，具体地说是一种质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测装置及方法。包括：确定检测类型，所述检测类型包括：反应物转移泄漏检测、氧化剂

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体地说是一种质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测装置及方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效率的装置，它不受内燃机卡诺循环的限制，直接将燃料氢气（纯氢气或重整气）和氧化剂（纯氧或者空气）中的化学能转化为电能，且它的产物仅有水，对环境十分友好，故PEMFC被认为是最有前景的清洁能源之一，在车载能源领域得到广泛推广，它有助于我国实现节能减排、低碳环保的目标。
[0003]有几种常规的检测PEMFC电堆泄漏的方法，第一，可以通过监测氧化剂废气来检测氢气的存在。当在氧化剂排气流中检测到氢气时，这可能表明有泄漏。但这种方法存在的一个问题是，氢气可能是由于其他原因引起而存在于氧化剂排气流中，而不是由于燃料泄漏。例如，如果阴极缺氧，从阳极到达阴极的质子可能与电子重新结合形成氢气。造成上述缺氧的原因有很多，例如，缺氧可能是由于功率输出需求突然增加、压缩机故障和液态水积聚造成氧化剂流场通道阻塞等。使用氢气作为泄漏指标的另一个问题是，氢气可能在燃料电池内发生反应，特别是在电解质与电极间的三相界面上有催化剂存在时，氢气非常容易发生催化反应。因此，氢气有极大的可能在暴露于位于氧化剂排气歧管中的检测器之前发生部分或完全的催化反应，故检测到的氢气浓度可能不能准确地反映出实际泄漏的情况。
[0004]另一种检测PEMFC电堆泄漏的方法是，通过监测燃料废气来检测氧的存在。这种方法的缺点是阳极有其他潜在的氧气来源。例如，有时将氧气引入燃料重整气（存在一氧化碳）供应流中以削弱催化剂中毒的影响。阳极氧气另一个重要的来源是水，当燃料短缺时，水可以在阳极发生催化反应转化为氧、电子和质子。因此检测到的氧气浓度可能不能准确反映出实际泄漏的情况。
[0005]PEMFC电堆通常也会在运行发电之前进行泄漏检查，例如在组装后或日常维护期间。一般采用压差法，如燃料腔向氧化剂腔泄漏检查，用通断阀封闭冷却剂入口和出口歧管，燃料出口歧管和氧化剂入口歧管，氧化剂出口歧管与流量计入口端连通，流量计出口端与大气相通，向燃料入口歧管通入压缩空气或惰性气体，并保持一定压力（10
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100kPa），记录达到稳定时流量计的读数，即为燃料腔向氧化剂腔泄漏的流量。
[0006]上述几种常规的方法存在一个共同的问题，检测的泄漏量为整个PEMFC电堆的结果，不能明确具体是哪一节或哪几节电池泄漏，通常需要拆解电堆并分组重新检测泄漏，直到找到每节泄漏单元，上述迭代过程是繁杂的不可取的，耗时，且容易对电堆造成不可逆的破坏。
[0007]因此，需要开发一种简单可靠的方法来检测PEMFC电堆的泄漏，并能准确识别出具体的泄漏单元。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测装置及方法，解决了现有技术中至少一种存在的技术问题。
[0009]本专利技术的一个技术方案如下：一种质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测方法，包括：S10：确定检测类型，所述检测类型包括：反应物转移泄漏检测、氧化剂
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冷却剂转移泄漏检测和燃料
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冷却剂转移泄漏检测；S20：根据检测类型，分别向电堆的燃料入口、冷却剂入口和氧化剂入口供应对应的气源，所述气源为惰性气体或燃料；S30：在电堆的燃料电池上施加电位差，测量燃料电池的阳极与阴极之间的转移电流；S40：根据基准电流与测量的转移电流，判断燃料电池是否存在检测类型对应的泄露。
[0010]进一步地，所述步骤S20包括：当检测类型为反应物转移泄漏检测时，以第一压力向燃料入口供应燃料，以第二压力向氧化剂入口供应惰性气体；当检测类型为氧化剂
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冷却剂转移泄漏检测时，以第三压力向燃料入口供应燃料，以第四压力向冷却剂入口供应燃料，以第五压力向氧化剂入口供应惰性气体；当检测类型为燃料
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冷却剂转移泄漏检测时，以第六压力向燃料入口供应惰性气体，以第七压力向冷却剂入口供应燃料，以第八压力向氧化剂入口供应燃料。
[0011]进一步地，所述第一压力大于第二压力，所述第四压力大于第三压力和第五压力，所述第五压力大于或等于第三压力，所述第七压力大于第六压力和第八压力，所述第八压力大于或等于第六压力。
[0012]进一步地，所述步骤S30包括：当检测类型为反应物转移泄漏检测时，燃料电池的阴极电压大于阳极电压；当检测类型为氧化剂
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冷却剂转移泄漏检测时，燃料电池的阴极电压大于阳极电压；当检测类型为燃料
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冷却剂转移泄漏检测时，燃料电池的阳极电压大于阴极电压。
[0013]进一步地，所述步骤S30包括：当电堆存在多节燃料电池时，在电堆的至少一节燃料电池上施加电位差，测量一节或多节燃料电池阳极与阴极之间的转移电流；依次对电堆所有的燃料电池施加电位差，测取各一节或多节燃料电池的转移电流；所述步骤S40：根据测取的燃料电池的转移电流与基准电流，判断各一节或多节燃料电池是否存在对应类型的泄漏。
[0014]进一步地，在多节燃料电池上施加电位差时，测量第一节燃料电池的阳极与最后一节燃料电池阴极之间的转移电流。
[0015]进一步地，所述步骤S40包括：当所述测量的转移电流大于所述基准电流时，该燃料电池存在对应检测类型的泄漏。
[0016]本专利技术的另一个技术方案提供了：一种用于实现上述任一所述质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测方法的质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测装置，包括：燃料气源：用于根据检测类型，向对应的入口输送燃料；惰性气源：用于根据检测类型，向对应的入口输送惰性气体；恒压电源：连接电堆的燃料电池的阳极与阴极，用于电堆的燃料电池上施加电位差；电流仪：与所述恒压电源串联，用于测量燃料电池的阳极与阴极之间的转移电流。
[0017]进一步地，还包括：通路选择器；分别与恒压电源和电堆的各节燃料电池连接，用于选择电堆中一节或多节燃料电池与恒压电源连接；记录仪：与所述电流仪连接，用于获取所述电流仪的数据；控制器：分别与所述恒压电源和通路选择器连接，用于控制通路选择器依次选择单节电池或多节电池的阳极和阴极与恒压电源接通并能够控制恒压电源输出电压。
[0018]进一步地，所述燃料气源与所述燃料气源均通过压力阀与电堆的入口连接，所述压力阀用于输送的压力。
[0019]本专利技术的有益效果：本专利技术装置可以集成到燃料电池系统中，当PEMFC电堆在电站或车载运行现场时，可以在满足相应气体供应条件时，直接进行泄漏检测，作为现场检修方法使用。本专利技术检测装置和方法采用电化学方法测试，其检测精度取决于可实现高精度测量的电流仪，测试准确度远高于现有技术。本专利技术检测装置和方法对电堆中的单节电池逐节检测，可以有效检测电堆中每一节泄漏情况，受外界干扰小，同时不受电堆节数、活性面积的影响，该方法通用性强。专利技术检测装置和方法对电堆中的单节电池逐节检测，可以有效检测到具体哪节电池泄漏，更具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测方法，其特征在于，包括：S10：确定检测类型，所述检测类型包括：反应物转移泄漏检测、氧化剂
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冷却剂转移泄漏检测和燃料
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冷却剂转移泄漏检测；S20：根据检测类型，分别向电堆的燃料入口、冷却剂入口和氧化剂入口供应对应的气源，所述气源为惰性气体或燃料；S30：在电堆的燃料电池上施加电位差，测量燃料电池的阳极与阴极之间的转移电流；S40：根据基准电流与测量的转移电流，判断燃料电池是否存在检测类型对应的泄露。2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测方法，其特征在于，所述步骤S20包括：当检测类型为反应物转移泄漏检测时，以第一压力向燃料入口供应燃料，以第二压力向氧化剂入口供应惰性气体；当检测类型为氧化剂
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冷却剂转移泄漏检测时，以第三压力向燃料入口供应燃料，以第四压力向冷却剂入口供应燃料，以第五压力向氧化剂入口供应惰性气体；当检测类型为燃料
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冷却剂转移泄漏检测时，以第六压力向燃料入口供应惰性气体，以第七压力向冷却剂入口供应燃料，以第八压力向氧化剂入口供应燃料。3.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测方法，其特征在于，所述第一压力大于第二压力，所述第四压力大于第三压力和第五压力，所述第五压力大于或等于第三压力，所述第七压力大于第六压力和第八压力，所述第八压力大于或等于第六压力。4.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测方法，其特征在于，所述步骤S30包括：当检测类型为反应物转移泄漏检测时，燃料电池的阴极电压大于阳极电压；当检测类型为氧化剂
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冷却剂转移泄漏检测时，燃料电池的阴极电压大于阳极电压；当检测类型为燃料
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冷却剂转移泄漏检测时，燃料电池的阳极电压大于阴极电压。5.如权利要求1所述的质子交换膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，张义煌，娄正，李刚，
申请(专利权)人：无锡威孚高科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：