检测燃料电池的密封状态的方法技术

检测燃料电池组密封状态的方法，其中，在燃料电池组被认为熄灭时，记录阳极线路与阴极线路中压力的总和等于P1。在另外180秒时间之后，记录阳极线路与阴极线路中压力的总和等于P2。若P2小于P1，则触发警报。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池组，特别是，但不只是，具有聚合物膜(即PEFC(聚合物电解质燃料电池)型)形式的电解质类型的燃料电池组。
技术介绍
已知燃料电池组在不经过机械能转换步骤的情况下利用氢(燃料)和氧(氧化剂)直接通过电化学氧化还原反应产生电能。此技术似乎很有前景，特别是对机动交通工具应用。燃料电池组通常包含串联的单元组件，其各自基本上由被聚合物膜分隔的阳极和阴极组成，该聚合物膜允许离子经过从阳极到达阴极。精确评价燃料电池的密封状态即阳极的气体线路(燃料气体线路)的密封性和氧化剂气体线路(在阴极的气体线路)的密封性非常重要。因为漏气势必干扰燃料电池组的运转并且污染其环境，特别如果是燃料气体泄漏的话。因此，燃料电池组可遭受能量损失， 效率下降或者过早老化，甚至可损及安全操作的运转条件。专利申请WO 2003/061046公开利用空气作为氧化剂气体工作的聚合物电解质膜燃料电池的熄灭方法。公开的方法是使阳极与阴极之间的压差保持低于可接受的水平。为此，在熄灭时保持空气供给并且控制空气压力，以跟随在氢侧的压降。但是，保持空气供给存在使氢匮乏的风险，对于电池组的寿命相当棘手。此外，上述文件没有教导检测燃料电池组的密封状态的方法。本专利技术的目的是能够观察燃料电池组对大气的密封状态，特别是在每次熄灭后， 为了在无需增加仅用于提供监测功能的设备(即燃料电池组的正常运转绝不需要的设备) 的情况下监测和诊断燃料电池组。专利技术简述本专利技术提供检测燃料电池组状态的方法，该燃料电池组是通过组装电化学电池制得，该电化学电池各自具有在聚合物离子交换膜两侧的阳极和阴极，燃料电池组具有在电化学电池阳极侧的燃料气体供给系统和在电化学电池阴极侧的氧化剂气体供给系统，所述方法包括在燃料电池组每次停止运转(shut down)时，测定阳极线路中压力和阴极线路中压力演变的动态行为，当所述动态行为表现出预先确认的特征指示时，激活表明燃料电池组需要检测的警报信号。本申请人实际上已观察到，当所述动态行为表现出预先确认的特征信号时，其准确实例如下燃料电池组表现出密封性的丧失，这会削弱安全性，降低效率和耐久性。为了更仔细地检测燃料电池组的恶化，从而其后能够采取适当的措施(修复或丢弃)，需要检测。根据本专利技术的一方面，为了获得燃料电池组的状态的评价，作出阴极线路中压力与阳极线路中压力的数学函数。此函数随着时间的变化作为所述动态行为的量度，由此观察阳极线路中压力和阴极线路中压力的演变。优选地，为了实施本专利技术，燃料电池组包括来自储氧罐的加压供氧源、和用于填充加压大气的装置、以及与燃料电池组的阴极线路的出口相连的再循环线路。在说明书的其余部分中，通过考虑供有作为氧化剂气体的纯氧的燃料电池组来说明本专利技术。但是，此方面并非限制性的，本专利技术还可适用于供有环境空气的燃料电池组。所述的实施方案(供有纯氧)有助于特定的燃料电池组的紧凑性，这对于运输交通工具，特别是机动交通工具中的应用是有利的实施方案。此应用示例表明，在实际设计燃料电池组时，在电化学电池的阳极侧的燃料气体供给线路与在电化学电池的阴极侧的氧化剂气体供给线路具有基本上相同的内部体积。在此情况中，一个适当简单的数学函数是阴极线路中压力和阳极线路中压力之和，另一个函数是阴极线路中压力和阳极线路中压力的平均。当然，应认识到，为了完成上述数学函数 (求和或平均)中的任一个，在阳极侧和阴极侧的气体线路应包含相同的摩尔数。若非如此，本领域技术人员知道如何应用相关的校正系数，或者，更普遍地，知道如何选择相关的数学函数以全部地监测燃料电池组的两气体线路对大气的密封性。根据本专利技术的另一方面，所述动态行为的测定或观察或评价在电池组完全停止工作并且阳极线路和阴极线路中的残余压力不同于大气压时立即开始。在此情况中，检测燃料电池组状态的方法是测定所述线路中压力在预定时间t。中的变化。根据本专利技术的一方面，为了评价所述动态行为，不是测定在特定时间后的压差，而是测定达到特定压差的时间。当然，本专利技术包括评价所述动态行为的其它方法。优选地，上述检测燃料电池组的密封状态的方法在使所述燃料电池组停止运转步骤之后进行，所述燃料电池组将电压输送至电源线(10)，所述停止运转步骤包括以下操作(i)切断燃料气体和氧化剂气体的供给；(ii)电流继续被汲取，只要适当的指示表明氧化剂气体供给系统中的氧化剂气体尚未被充分消耗；和(iii)将富含氮的气体注入氧化剂气体供给系统。操作(i)、(ii)和(iii)可一起伴随进行。为了更好地理解以下描述，操作(ii) 和操作(iii)是相继的步骤，⑴和(ii)两操作是相伴进行。在操作(iii)后，还有利地实施燃料气体抽吸步骤，也在本专利技术所述的停止运转步骤中描述。通过上述停止运转步骤，在熄灭后，S卩，在所有的氧已被消耗并且阴极线路已被填充氮后，氢仅非常缓慢地通过聚合物离子交换膜扩散入阴极中。因此，氧和氢不以显著的量共存。就在开始所述步骤时中断氢供给，同时或几乎同时中断氧化剂气体供给。虽然相对于中断氧化剂气体供给的操作，中断燃料气体供给的操作可稍微延迟，但不可显著地延迟。 以下说明仅限于其中氧化剂气体供给和燃料气体供给被同时中断的情况，这是控制并给出完全令人满意的结果的最简单的方法。在阳极所有残余的氢节约地用来确保期望的h2/n2 混合物。应注意，上述停止运转步骤延用于燃料电池组，其中附加的燃料气体蓄集室可被安置在燃料气体供给线路中的任一处，即在截止阀与燃料电池组之间的任一点，甚至在再循环线路中，或者在水分离器与喷射器之间的线路中。但是，有利地，将其安置在线路中压力最高之处，从而减小其体积，正如以上燃料电池组的描述中所述。在任何情况中，就电解质而言，本专利技术适用于具有聚合物膜(即PEFC型之一)形式的电解质类型的燃料电池组。下述发电和停止运转步骤证明特别适合在机动交通工具中安装和实施。附图说明本说明书的其余部分借助于附图清楚地说明本专利技术的所有方面，其中图I是利用供有纯氧的燃料电池组发电的示意图；图2显示在熄灭燃料电池组时各种参数的行为；图3显示在熄灭后压力的行为并说明测定电池组的密封状态的原理。描述本专利技术的优选实施方案出于安全原因，燃料电池组通常配有H2截止阀，它在停止运转时保持关闭。在此情况中，在熄灭步骤中不可能将H2导入罐中。因此，燃料电池组必须仅利用在其通道、管道、 内部除湿贮藏器及从安全阀至实际燃料电池组的供给线的其它部件中残余的氢来工作，这些部件以下统称为燃料电池组的供给线路。图I表示具有聚合物膜(即PEFC或PEM (质子交换膜)型)形式的电解质的类型的燃料电池组I。燃料电池组I供有两种气体，即燃料(在交通工具上储藏或产生的氢)和氧化剂(纯氧)，气体供给电化学电池的电极。负载14通过输电线10连接至燃料电池组I。为了简化，图I仅显示有助于理解本专利技术的气体线路部件。描沭阳极线路该装置包含在阳极侧的燃料气体供给线路11。可见到纯氢(H2)罐11T，这通过供给线连接至燃料电池组I的阳极线路的入口，该供给线经过截止阀110，接着经过喷射器 113，而后经过燃料气体供给通道11A，终止在阴极。压力探头111被安装在供给通道IlA 中，正好在进入燃料电池组I的入口之前。用于将未被燃料电池组消耗的氢再循环的线路 IlR是氢(燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·帕加内利，
申请(专利权)人：米其林企业总公司，米其林研究和技术股份公司，
类型：发明
国别省市：