CN113394432A - 燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，包括：确保燃料电池堆的每个电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中均无液体残留；选择一种燃料气体，燃料气体的压力高于反应物流场的压力；通过检测站的阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过检测站的阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场；测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，若电池单元的电压为正值，则表明冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象；若电池单元的电压为负值，则表明冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象。本发明能够判断燃料电池堆的哪几个电池单元的阳极侧或阴极侧出现冷却液流场内漏现象。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法。
背景技术
燃料电池堆主要由双极板(BPP)、电池单元(MEFA)、母线板、绝缘体、端板以及密封垫组成，并且在一个燃料电池堆中可以有数百个双极板和电池单元。燃料电池堆在运行过程中容易发生双极板或密封垫因失效而泄漏的现象。
双极板的裂纹和/或胶水的缺失会导致在冷却液流场与阳极流场之间或冷却液流场与阴极流场之间发生泄漏现象。当发现燃料电池堆有冷却液流场内漏现象时，工作人员很难确定哪个或哪些电池单元正在泄漏。
在现有技术中，将燃料电池堆进行拆开，对较小的电池组和电池单元进行泄漏测试以确定泄漏的位置。这样费时费力，甚至可能有损坏电池单元的风险。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，无须拆解燃料电池堆的各个电池单元进行常规泄漏测试，只需测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，就能够判断燃料电池堆的哪个或哪些电池单元的阳极侧或阴极侧出现冷却液流场内漏现象。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，包括：
确保燃料电池堆的每个电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中均无液体残留；
选择一种燃料气体，燃料气体的压力高于反应物流场的压力；
将阳极管路连通至冷却液流场，将阴极管路连通至阳极流场、阴极流场其中的一个流场；
通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场；
测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，若电池单元的电压为正值，则表明冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象；若电池单元的电压为负值，则表明冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象。
优选地，在所述确保燃料电池堆的每个电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中均无液体残留的步骤之前还包括：
若燃料电池堆运行过，则分别吹扫阳极流场、阴极流场以及冷却液流场，以使阳极流场、阴极流场以及冷却液流场均处于干燥状态。
优选地，所述分别吹扫阳极流场、阴极流场以及冷却液流场的步骤包括：
采用不活泼气体吹扫阳极流场，采用不活泼气体或空气吹扫阴极流场，采用不活泼气体或空气吹扫冷却液流场。
优选地，所述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场的步骤还包括：
若燃料电池堆的依次相邻的多个电池单元显示电压，则将不活泼气体正向或反向充入阳极流场、阴极流场其中的另一个流场。
优选地，在所述将阳极管路连通至冷却液流场，将阴极管路连通至阳极流场、阴极流场其中的一个流场的步骤还包括：
使燃料电池堆的阳极流场、阴极流场其中的另一个流场处于对外开放状态。
优选地，所述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场的步骤还包括：
逐渐提高所述氧化剂气体的流量。
优选地，所述测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，若电池单元的电压为正值，则表明冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象；若电池单元的电压为负值，则表明冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象的步骤之后还包括：
停止供给燃料气体和氧化剂，并且使燃料电池堆的每个电池单元的电压恢复至零。
优选地，所述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场的步骤还包括：使燃料气体的压力逐渐增大并且使燃料气体的流量始终保持不变，所述燃料气体的压力从第一压力值逐渐升高至第二压力值，第一压力值的取值范围为0～50kPa，第二压力值的取值范围为50～150kPa。
优选地，所述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场的步骤包括：
氧化剂气体从流场入口处流向流场出口处；
氧化剂气体从流场出口处流向流场入口处。
优选地，所述将阳极管路连通至冷却液流场，将阴极管路连通至阳极流场、阴极流场其中的一个流场的步骤还包括：
封堵每个所述电池单元的冷却液流场沿燃料气体流动方向的流场出口处和流场进口处。
如上所述，本发明的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，具有以下有益效果：在本发明中，若电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中有液体，则会影响被测电池单元的电压值，基于此，须要确保燃料电池堆的每个电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中均无液体残留。选择一种燃料气体，燃料气体的压力高于反应物流场的压力，如此选择，若冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象或者冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象，燃料气体可经密封失效处或者裂缝处流至反应物流场。通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，这里所表达的是：当通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场并且通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场，此时需要对燃料电池堆的每个电池单元的电压进行检测，若被测电池单元的电压为正值，则表明被测电池单元的冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象；当通过阴极管路将氧化剂气体充入阴极流场并且通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场，此时需要对燃料电池堆的每个电池单元的电压进行检测，若被测电池单元的电压为负值，则表明被测电池单元的冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
按燃料类型，燃料电池堆可分为氢燃料电池堆、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池以及乙醇燃料电池。
燃料电池堆包括依次密封叠置的多个电池单元，电池单元的阳极流场用于流通燃料气体(例如氢气)，电池单元的阴极流场用于流通氧化剂气体(例如空气)，电池单元的冷却液流场用于流通冷却液。通常情况下，电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场形成于燃料电池堆的双极板的侧壁处。燃料电池堆上设有连通于每个电池单元的阳极流场的燃料气体输入通道和燃料气体输出通道，具有连通于每个电池单元的阴极流场的氧化剂气体输入通道和氧化剂气体输出通道，还具有连通于每个电池单元的冷却剂流场的冷却剂输入通道和冷却剂输出通道。
一般而言，检测站具有用于输送燃料气体的阳极管路和用于输送氧化剂气体的阴极管路。
本发明提供一种燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，包括：
确保燃料电池堆的每个电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中均无液体残留；
选择一种燃料气体(例如氢气)，燃料气体的压力高于反应物流场的压力；
将阳极管路(阳极管路用于输送燃料气体)连通至冷却液流场，将阴极管路(阴极管路用于输送氧化剂气体)连通至阳极流场、阴极流场其中的一个流场，即将阴极管路连通至阳极流场，或者将阴极管路连通至阴极流场；
通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场，在燃料气体的充入过程中，可以使燃料气体的压力逐渐增大并且使燃料气体的流量始终保持不变；
测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，若电池单元的电压为正值，则表明冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象；若电池单元的电压为负值，则表明冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象。
在本发明中，若电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中有液体，则会影响被测电池单元的电压值，基于此，须要确保燃料电池堆的每个电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中均无液体残留。选择一种燃料气体(例如氢气)，燃料气体的压力高于反应物流场的压力，如此选择，若冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象或者冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象，燃料气体可经密封失效处或者裂缝处流至反应物流场。通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，这里所表达的是：当通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场并且通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场，此时需要对燃料电池堆的每个电池单元的电压进行检测，若被测电池单元的电压为正值，则表明被测电池单元的冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象；当通过阴极管路将氧化剂气体充入阴极流场并且通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场，此时需要对燃料电池堆的每个电池单元的电压进行检测，若被测电池单元的电压为负值，则表明被测电池单元的冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象。
因此，本发明的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法无须拆解燃料电池堆的各个电池单元进行常规泄漏测试，只需测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，就能够判断燃料电池堆的哪个或哪些电池单元的阳极侧或阴极侧出现冷却液流场内漏现象。
在上述确保燃料电池堆的每个电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中均无液体残留的步骤之前还包括：若燃料电池堆运行过，阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中有液体，则分别吹扫阳极流场、阴极流场以及冷却液流场，以使阳极流场、阴极流场以及冷却液流场均处于干燥状态。
上述分别吹扫阳极流场、阴极流场以及冷却液流场的步骤包括：采用不活泼气体(例如氮气)吹扫阳极流场，采用不活泼气体(例如氮气)或空气吹扫阴极流场，采用不活泼气体(例如氮气)或空气吹扫冷却液流场。
上述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将上述燃料气体充入冷却液流场的步骤还包括：若燃料电池堆的依次相邻的多个电池单元(例如十个电池单元)显示电压，则将不活泼气体正向或反向充入阳极流场、阴极流场其中的另一个流场，这样能够提高信噪比。进一步的，通过正向或反向通不活泼气体来确认泄露位置在电池单元的哪个端部。
在上述将阳极管路连通至冷却液流场，将阴极管路连通至阳极流场、阴极流场其中的一个流场的步骤还包括：使燃料电池堆的阳极流场、阴极流场其中的另一个流场处于对外开放状态。
上述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将上述燃料气体充入冷却液流场的步骤还包括：逐渐提高上述氧化剂气体的流量。使更多的氧化剂气体流入至阳极流场或阴极流场，能够提高所测电压的精确性和稳定性。
上述测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，若电池单元的电压为正值，则表明冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象；若电池单元的电压为负值，则表明冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象的步骤之后还包括：停止供给燃料气体和氧化剂，并且使燃料电池堆的每个电池单元的电压恢复至零，从而使燃料电池堆达到安全状态。
上述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场的步骤还包括：使燃料气体的压力逐渐增大并且使燃料气体的流量始终保持不变，上述燃料气体的压力从第一压力值逐渐升高至第二压力值，第一压力值的取值范围为0～50kPa，第二压力值的取值范围为50～150kPa，从而在保证检测精度的情况下，能够进一步确定上述冷却液流场内漏位置处于哪一个或哪一些电池单元。
上述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场的步骤包括：氧化剂气体可以从流场入口处流向流场出口处，也可以从流场出口处流向流场入口处和流场进口处。这样有助于确定冷却液泄漏处是在流场入口处的附近，还是在流场出口处的附近。
上述将阳极管路连通至冷却液流场，将阴极管路连通至阳极流场、阴极流场其中的一个流场的步骤还包括：封堵每个上述电池单元的冷却液流场沿燃料气体流动方向的流场出口处。避免当前电池单元影响其他电池单元的电压检测。
综上所述，本发明的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法无须拆解燃料电池堆的各个电池单元进行常规泄漏测试，只需测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，就能够判断燃料电池堆的哪个或哪些电池单元的阳极侧或阴极侧出现冷却液流场内漏现象。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于，包括：
确保燃料电池堆的每个电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中均无液体残留；
选择一种燃料气体，燃料气体的压力高于反应物流场的压力；
将阳极管路连通至冷却液流场，将阴极管路连通至阳极流场、阴极流场其中的一个流场；
通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场；
测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，若电池单元的电压为正值，则表明冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象；若电池单元的电压为负值，则表明冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于：在所述确保燃料电池堆的每个电池单元的阳极流场、阴极流场以及冷却液流场中均无液体残留的步骤之前还包括：
若燃料电池堆运行过，则分别吹扫阳极流场、阴极流场以及冷却液流场，以使阳极流场、阴极流场以及冷却液流场均处于干燥状态。
3.根据权利要求2所述的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于：所述分别吹扫阳极流场、阴极流场以及冷却液流场的步骤包括：
采用不活泼气体吹扫阳极流场，采用不活泼气体或空气吹扫阴极流场，采用不活泼气体或空气吹扫冷却液流场。
4.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于：所述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场的步骤还包括：
若燃料电池堆的依次相邻的多个电池单元显示电压，则将不活泼气体正向或反向充入阳极流场、阴极流场其中的另一个流场。
5.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于：在所述将阳极管路连通至冷却液流场，将阴极管路连通至阳极流场、阴极流场其中的一个流场的步骤还包括：
使燃料电池堆的阳极流场、阴极流场其中的另一个流场处于对外开放状态。
6.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于：所述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场的步骤还包括：
逐渐提高所述氧化剂气体的流量。
7.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于：所述测量燃料电池堆的每个电池单元的电压，若电池单元的电压为正值，则表明冷却液流场和阳极流场之间出现泄漏现象；若电池单元的电压为负值，则表明冷却液流场和阴极流场之间出现泄漏现象的步骤之后还包括：
停止供给燃料气体和氧化剂，并且使燃料电池堆的每个电池单元的电压恢复至零。
8.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于：所述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场，通过阳极管路将所述燃料气体充入冷却液流场的步骤还包括：
使燃料气体的压力逐渐增大并且使燃料气体的流量始终保持不变，所述燃料气体的压力从第一压力值逐渐升高至第二压力值，第一压力值的取值范围为0～50kPa，第二压力值的取值范围为50～150kPa。
9.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于：所述通过阴极管路将氧化剂气体充入阳极流场、阴极流场其中的一个流场的步骤包括：
氧化剂气体从流场入口处流向流场出口处；
氧化剂气体从流场出口处流向流场入口处。
10.根据权利要求1所述的燃料电池堆冷却液流场内漏位置的检测方法，其特征在于：所述将阳极管路连通至冷却液流场，将阴极管路连通至阳极流场、阴极流场其中的一个流场的步骤还包括：
封堵每个所述电池单元的冷却液流场沿燃料气体流动方向的流场出口处和流场进口处。
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