CN108933269A - 一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔窜气流量检测装置及方法，将测试气体主管路引出的两条支管路分别与燃料进气管路和氧化剂进气管路连接，并在测试气体主管路上设置电动减压阀和高精度流量计；具体方法是通过测量燃料腔和氧化剂腔向外部环境和测试气体主管路渗透的流量Q1，燃料腔向外部环境、氧化剂腔和测试气体主管渗透的流量Q2，氧化剂腔向外部环境、燃料腔和测试气体主管渗透的流量Q3，（Q2+Q3‑Q1）/2即为燃料腔和氧化剂腔窜气流量。本发明的优点在于：可实现远程无人检测、快速高效、节省人工、检测结果直观、准确度高、安全性高。

Description

一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测装置及方法
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池，特别涉及一种质子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔窜气流量检测装置和检测方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池的核心部件是膜电极和双极板，两者通过密封结构形成氧化剂腔和燃料腔，氧化剂侧极板和燃料侧极板通过密封结构形成冷却剂腔。对采用内共用管道的电堆，上述密封结构的功能有三：一是防止氧化剂、燃料与冷却剂外漏；二是防止燃料与氧化剂通过共用管道互窜；三是防止氧化剂、燃料与冷却剂通过共用管道互窜。
其中电堆燃料腔和氧化剂腔窜气的危害最大。如燃料腔和氧化剂腔窜气流量超过上限制，轻则引起电堆局部短路，电压下降，甚至可能触发电压下限导致电堆停机；重则电堆某片单电池局部燃料和氧化剂混合直接燃烧反应，导致局部过热甚至烧堆。
一般质子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔窜气流量检测都采用排水法，即通过在燃料腔或氧化剂腔充满一定压力测试气体，另一侧排放口通过软管接入充水容器，通过排水法检测燃料腔和氧化剂腔之间的窜气量。这种方法受人为影响较大，需要多次测量取平均值；而且排水法收集气体时有可能损坏测量容器或伤害测试人员，安全性不高。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种质子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔窜气流量检测方法，该方法可实现远程无人检测、快速高效、节省人工、检测结果直观、准确度高、安全性高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测装置，包括用于连接燃料腔和质子交换膜燃料电池电堆的燃料进气管路、用于连接氧化剂腔和质子交换膜燃料电池电堆的氧化剂进气管路、以及设置在燃料进气管路上的燃料进气管电磁阀和设置在氧化剂进气管路上的氧化剂进气管电磁阀，还包括用于连接质子交换膜燃料电池电堆的燃料出气管路和氧化剂出气管路以及分别设置在燃料出气管路和氧化剂出气管路上的燃料出口电磁阀和氧化剂出口电磁阀，还包括测试气体主管路和依次设置在测试气体主管路上的电动减压阀和高精度流量计，所述的测试气体主管路引出两条支管路，一条支管路通过燃料腔侧电磁阀与燃料进气管路连接，其连接处位于燃料进气管电磁阀后方，一条支管路通过氧化剂腔侧电磁阀与氧化剂进气管路连接，其连接处位于氧化剂进气管电磁阀后方。
本发明的目的之二在于提供一种基于上述检测装置的子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔的窜气流量检测方法，步骤为：
a，开启燃料腔侧电磁阀和氧化剂腔侧电磁阀，关闭燃料进气管电磁阀、燃料出口电磁阀、氧化剂进气管电磁阀和氧化剂出口电磁阀，通过测试气体主管路向燃料进气管路和氧化剂进气管路通入氮气，通过电动减压阀调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过高精度流量计获得由燃料进气管路、氧化剂进气管路向外部环境和测试气体主管路渗透的流量Q1；
b，开启燃料腔侧电磁阀，关闭燃料进气管电磁阀、燃料出口电磁阀、氧化剂进气管电磁阀、氧化剂出口电磁阀和氧化剂腔侧电磁阀，通过测试气体主管路向燃料进气管路通入氮气，通过电动减压阀调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过流量计获得由燃料进气管路向外部环境、测试气体主管路、氧化剂进气管路渗透的流量Q2；
c，开启氧化剂腔侧电磁阀，关闭燃料进气管电磁阀、燃料出口电磁阀、氧化剂进气管电磁阀、氧化剂出口电磁阀和燃料腔侧电磁阀，通过测试气体主管路向氧化剂进气管路通入氮气，通过电动减压阀调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过流量计获得由氧化剂进气管路向外部环境、测试气体主管路、燃料进气管路渗透的流量Q3；
d，根据公式（Q2+Q3-Q1）/2即可得到燃料腔和氧化剂腔的窜气流量。
所述的一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测方法，其高精度流量计的精度不低于燃料进气管路和氧化剂进气管路窜气流量上限值的2%。
所述的一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测方法，其电动减压阀稳定性要求较高，其调节精度不低于0.05%。
本发明的积极有益效果：
1）检测设备均可电动控制，可通过编制检测程序实现远程无人在线检测；
2）向外排放测试气体量小，环境友好，而且无需人工现场操作，安全性高。
本发明可实现远程无人检测、快速高效、节省人工、检测结果直观、准确度高、安全性高。
附图说明
图1 是为本发明的系统结构示意图。
各附图标记为：1—质子交换膜燃料电池电堆，2—电动减压阀，3—高精度流量计，4—燃料进气管电磁阀，5—燃料出口电磁阀，6—氧化剂进气管电磁阀，7—氧化剂出口电磁阀，8—燃料腔侧电磁阀，9—氧化剂腔侧电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，实施例如下。
实施例1
如图1所示，是本发明的基本实施例。
一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测装置，包括用于连接燃料腔和质子交换膜燃料电池电堆1的燃料进气管路、用于连接氧化剂腔和质子交换膜燃料电池电堆1的氧化剂进气管路、以及设置在燃料进气管路上的燃料进气管电磁阀4和设置在氧化剂进气管路上的氧化剂进气管电磁阀6，还包括用于连接质子交换膜燃料电池电堆1的燃料出气管路和氧化剂出气管路以及分别设置在燃料出气管路和氧化剂出气管路上的燃料出口电磁阀5和氧化剂出口电磁阀7，还包括测试气体主管路和依次设置在测试气体主管路上的电动减压阀2和高精度流量计3，所述的测试气体主管路引出两条支管路，一条支管路通过燃料腔侧电磁阀8与燃料进气管路连接，其连接处位于燃料进气管电磁阀4后方，一条支管路通过氧化剂腔侧电磁阀9与氧化剂进气管路连接，其连接处位于氧化剂进气管电磁阀6后方。
一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测方法，首先，将测试气体主管路引出的两条支管路分别与燃料进气管路和氧化剂进气管路连接，并在测试气体主管路上设置电动减压阀2和高精度流量计3，其中测试气体主管路的进入口在燃料进气管电磁阀4和氧化剂进气管电磁阀6之后，上述步骤完成后需要进行气密性检测，具体方式为通过管路短接电堆，保证测试气体、燃料和氧化剂管路外漏率满足标准。
其次，开启燃料腔侧电磁阀8和氧化剂腔侧电磁阀9，关闭燃料进气管电磁阀4、燃料出口电磁阀5、氧化剂进气管电磁阀6和氧化剂出口电磁阀7，通过测试气体主管路向燃料进气管路和氧化剂进气管路通入氮气，通过电动减压阀2调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过高精度流量计3获得由燃料进气管路、氧化剂进气管路向外部环境和测试气体主管路渗透的流量Q1。
再次，开启燃料腔侧电磁阀8，关闭燃料进气管电磁阀4、燃料出口电磁阀5、氧化剂进气管电磁阀6、氧化剂出口电磁阀7和氧化剂腔侧电磁阀9，通过测试气体主管路向燃料进气管路通入氮气，通过电动减压阀2调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过流量计3获得由燃料进气管路向外部环境、测试气体主管路、氧化剂进气管路渗透的流量Q2。
然后，开启氧化剂腔侧电磁阀9，关闭燃料进气管电磁阀4、燃料出口电磁阀5、氧化剂进气管电磁阀6、氧化剂出口电磁阀7和燃料腔侧电磁阀8，通过测试气体主管路向氧化剂进气管路通入氮气，通过电动减压阀2调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过流量计3获得由氧化剂进气管路向外部环境、测试气体主管路、燃料进气管路渗透的流量Q3。
最后，计算燃料腔和氧化剂腔的窜气流量。假设燃料腔向氧化剂腔渗透的流量等于氧化剂腔向燃料腔渗透的流量，则（Q2+Q3-Q1）/2即为燃料腔和氧化剂腔窜气流量。
进一步，所述的高精度流量计3的精度不低于燃料进气管路和氧化剂进气管路窜气流量上限值的2%。
再进一步，所述的电动减压阀2稳定性要求较高，其调节精度不低于0.05%。
更进一步，所述的检测方法为基于检测步骤程序化，可实现一键自动检漏，远程无人检测。
本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (4)

1.一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测装置，其特征在于：包括用于连接燃料腔和质子交换膜燃料电池电堆（1）的燃料进气管路、用于连接氧化剂腔和质子交换膜燃料电池电堆（1）的氧化剂进气管路、以及设置在燃料进气管路上的燃料进气管电磁阀（4）和设置在氧化剂进气管路上的氧化剂进气管电磁阀（6），还包括用于连接质子交换膜燃料电池电堆（1）的燃料出气管路和氧化剂出气管路以及分别设置在燃料出气管路和氧化剂出气管路上的燃料出口电磁阀（5）和氧化剂出口电磁阀（7），还包括测试气体主管路和依次设置在测试气体主管路上的电动减压阀（2）和高精度流量计（3），所述的测试气体主管路引出两条支管路，一条支管路通过燃料腔侧电磁阀（8）与燃料进气管路连接，其连接处位于燃料进气管电磁阀（4）后方，一条支管路通过氧化剂腔侧电磁阀（9）与氧化剂进气管路连接，其连接处位于氧化剂进气管电磁阀（6）后方。
2.一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测方法，基于权利要求1所述的检测装置，其特征在于，步骤为：
a，开启燃料腔侧电磁阀（8）和氧化剂腔侧电磁阀（9），关闭燃料进气管电磁阀（4）、燃料出口电磁阀（5）、氧化剂进气管电磁阀（6）和氧化剂出口电磁阀（7），通过测试气体主管路向燃料进气管路和氧化剂进气管路通入氮气，通过电动减压阀（2）调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过高精度流量计（3）获得由燃料进气管路、氧化剂进气管路向外部环境和测试气体主管路渗透的流量Q1；
b，开启燃料腔侧电磁阀（8），关闭燃料进气管电磁阀（4）、燃料出口电磁阀（5）、氧化剂进气管电磁阀（6）、氧化剂出口电磁阀（7）和氧化剂腔侧电磁阀（9），通过测试气体主管路向燃料进气管路通入氮气，通过电动减压阀（2）调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过流量计（3）获得由燃料进气管路向外部环境、测试气体主管路、氧化剂进气管路渗透的流量Q2；
c，开启氧化剂腔侧电磁阀（9），关闭燃料进气管电磁阀（4）、燃料出口电磁阀（5）、氧化剂进气管电磁阀（6）、氧化剂出口电磁阀（7）和燃料腔侧电磁阀（8），通过测试气体主管路向氧化剂进气管路通入氮气，通过电动减压阀（2）调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过流量计（3）获得由氧化剂进气管路向外部环境、测试气体主管路、燃料进气管路渗透的流量Q3；
d，根据公式（Q2+Q3-Q1）/2即可得到燃料腔和氧化剂腔的窜气流量。
3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测方法，其特征在于，所述的高精度流量计（3）的精度不低于燃料进气管路和氧化剂进气管路窜气流量上限值的2%。
4.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测方法，其特征在于，所述的电动减压阀（2）调节精度不低于0.05%。
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