CN113432801B - 一种燃料电池堆气密性检测系统 - Google Patents

一种燃料电池堆气密性检测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113432801B
CN113432801B CN202110723042.8A CN202110723042A CN113432801B CN 113432801 B CN113432801 B CN 113432801B CN 202110723042 A CN202110723042 A CN 202110723042A CN 113432801 B CN113432801 B CN 113432801B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
valve
cell stack
hydrogen
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110723042.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113432801A (zh
Inventor
张锐明
张傲杰
吴佳为
唐浩林
龚聪文
孟子寒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Institute Of Hydrogen Energy Industry Technology
Original Assignee
Guangdong Institute Of Hydrogen Energy Industry Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Institute Of Hydrogen Energy Industry Technology filed Critical Guangdong Institute Of Hydrogen Energy Industry Technology
Priority to CN202110723042.8A priority Critical patent/CN113432801B/zh
Publication of CN113432801A publication Critical patent/CN113432801A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113432801B publication Critical patent/CN113432801B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开一种燃料电池堆气密性检测系统，包括：燃料电池堆，与所述燃料电池堆三腔连接的氢气源，连接在所述氢气源与所述燃料电池堆之间、用来控制氢气进气压力的调压阀，以及控制氢气进出各腔的通断阀；其中，所述燃料电池堆置于一密闭的燃料电池测试舱内，在所述燃料电池测试舱上连接有电化学设备，所述燃料电池测试舱用来收集所述燃料电池堆泄露的氢气并传递至所述电化学设备，所述电化学设备在泄露的氢气下发生电化学反应并产生电流，通过电流值计算出泄露氢气速率。本发明能将电堆的气体泄露量转变为更加精准和快速的电化学电流读数，解决了现有技术条件下，燃料电池堆在较低泄露速率时，由于流量计的检测精度不足而造成检测不准的问题。

Description

一种燃料电池堆气密性检测系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种通过电化学装置对燃料电池堆进行气密性检测的系统。
背景技术
燃料电池是将氢气的化学能直接转化为电能的装置，具有效率高、低噪音、零污染的优点。燃料电池通常需要将多个单体电池通过串联的方式组装成电堆，主要构成部件有双极板、膜电极(MEA)、端板和紧固件等，其中双极板的密封和膜电极的漏气性是决定燃料电池性能和寿命的关键参数之一。
当燃料电池堆组装完成后，首先要对电堆进行气密性检测，然后才是电堆性能测试。在燃料电池堆使用过程中，电堆每测试一段时间，要对燃料电池堆进行气密性检测，主要包括电堆外漏和内窜的检查。如公开号为CN108120568A的中国发明专利公开了一种燃料电池电堆气密性实时检测设备，该系统连接的是电堆三腔的6个出口(三个进气+三个出气)，还原剂、氧化剂的检测进气管道、出气管道上均需设置阀门、流量计、压力计等，外泄露测试时需要通过检测进气管道、检测出气管道上的多个参数对比处理才能得出结果。
又如公开号为CN111579173A的中国发明专利申请公开一种燃料电池系统三腔保压气密性自动检测设备及其检测方法，设备包括：包括经储气管道与氮气瓶连通的储气装置，所述储气管道上沿进气方向设有减压阀和进气阀，所述储气装置上设有三路并联的出气管道分别与燃料电池系统的三腔对应，各出气管道上均沿出气方向设置三通阀、流量计和对外接口，所述储气装置上还设有压力传感器和排气管道，所述排气管道上设有第一排气阀，各出气管道的三通阀上还设有相互连通、用于检测燃料电池系统腔室间泄露的检测管道。
然而，现有的这些燃料电池堆的气密性检测方法都是通过流量计或记录电堆在一段时间内的压降值来表征；在较高泄露速率时，比较准确，但是在燃料电池堆低泄露速率时，检测效率低，且误差大。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种在低泄漏速率下检测准确的燃料电池堆气密性检测系统。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
一种燃料电池堆气密性检测系统，包括：燃料电池堆，与所述燃料电池堆三腔连接的氢气源，连接在所述氢气源与所述燃料电池堆之间、用来控制氢气进气压力的调压阀，以及控制氢气进出各腔的通断阀；其特征在于，所述燃料电池堆置于一密闭的燃料电池测试舱内，在所述燃料电池测试舱上连接有电化学设备，所述燃料电池测试舱用来收集所述燃料电池堆泄露的氢气并传递至所述电化学设备，所述电化学设备在泄露的氢气下发生电化学反应并产生电流，通过电流值计算出泄露氢气速率。
更为优选的是，所述燃料电池测试舱由相互可拆卸的上部分和下部分组成，上、下两部分的连接处设有密封结构。
更为优选的是，所述上部分为下宽上窄的锥形顶盖或弧形顶盖，所述下部分为柱形空腔；在所述上部分的最高处设有与所述电化学设备连接的通气接头和管路。
更为优选的是，所述通断阀包括：与所述燃料电池测试舱连通的入口阀和出口阀，所述入口阀位于所述燃料电池测试舱的下部分上，所述出口阀位于所述燃料电池测试舱的上部分上；所述入口阀和所述出口阀分别用来输入、输出惰性气体，进而实现所述燃料电池测试舱的清扫。
更为优选的是，所述电化学设备包括：两个腔室、膜电极、外部电源和惰性气体加湿系统，两个腔室由所述膜电极隔离开，一个所述腔室用于接受/接触从所述燃料电池测试舱中传递过来的氢气，另一个所述腔室与所述惰性气体加湿系统连接、用于通入润湿的惰性气体，所述外部电源连接在与两个所述腔室连接构成回路。
更为优选的是，所述膜电极为水平放置的一片膜电极、两片膜电极或多片膜电极。
更为优选的是，所述惰性气体加湿系统包括：加湿模块、质量流量控制器和惰性气体源，所述质量流量控制器连接在所述惰性气体源的气体出口和所述加湿模块的气体入口之间、用来控制惰性气体的通入流量，所述加湿模块的气体出口与所述腔室连接；所述加湿模块为膜加湿器或鼓泡加湿器，所述惰性气体源中含有氮气、氩气、氦气中的一种或几种。
更为优选的是，所述外部电压和所述质量流量控制器连接至一控制系统，所述控制系统根据氢气泄露速率的不同自动调节所述外部电压的扫描范围、扫描频率、以及所述惰性气体的通入流量；所述惰性气体的通入流量调节范围在5~50 SLPM。
更为优选的是，所述控制系统与所述调压阀连接、用来自动控制进入所述燃料电池堆的氢气压力，所述氢气压力的范围在0~4 Bar。
更为优选的是，所述通断阀包括：阴极入口通断阀、阳极入口通断阀和冷却剂回路入口通断阀，所述阴极入口通断阀、所述阳极入口通断阀和所述冷却剂回路入口通断阀位于所述调压阀的后端和所述燃料电池堆的前端；所述阴极入口通断阀、所述阳极入口通断阀和所述冷却剂回路入口通断阀设置在所述燃料电池测试舱的内部或外部。
更为优选的是，所述通断阀还包括：阴极出口泄放阀、阳极出口泄放阀和冷却剂回路出口泄放阀，所述阴极出口泄放阀、所述阳极出口泄放阀和所述冷却剂回路出口泄放阀位于所述燃料电池堆的后端；所述阴极出口泄放阀、所述阳极出口泄放阀和所述冷却剂回路出口泄放阀位于所述燃料电池测试舱的内部和/或外部。
实际检测时，通过搭配不同的通断阀并进行组合控制可以实现燃料电池堆不同腔室的外漏和窜气测试。
本发明的有益效果是：通过将待检测的燃料电池堆置于一密闭的燃料电池测试舱内，并在燃料电池测试舱上连接电化学设备，实际工作时，向燃料电池堆通氢气，如果燃料电池堆存在漏气的情况，密闭的燃料电池测试舱会迅速收集燃料电池堆泄露的氢气并传递至电化学装置；电化学设备在泄露氢气的作用下产生电流，根据测得的电流值和法拉第定理即可计算出对应的氢气泄露速率，测试精度高，可准确检测出更低的氢气泄漏速率；解决了现有技术下，燃料电池堆在低泄露速率时，检测不准的问题。
附图说明
图1所示为本发明一个实施例的结构示意图。
图2所示为本发明另一个实施例的结构示意图。
附图标记说明。
1-调压阀，2-压力表，3-压力传感器，4-阳极入口通断阀，5-冷却剂回路入口通断阀，6-阴极入口通断阀，7-第一阳极出口泄放阀，8-第一冷却剂回路出口泄放阀，9-第一阴极出口泄放阀，10-第二阳极出口泄放阀，11-第二冷却剂回路出口泄放阀，12-第二阴极出口泄放阀，13-上部分，14-下部分，15-密封结构，16-通气接头，17-腔室，18-膜电极，19-腔室，20-外部电源，21-加湿模块，22-质量流量控制器，23-控制系统，24-燃料电池堆，25-氢气源，26-惰性气体源，27-入口阀，28-出口阀，29-腔室入口通断阀。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
如图1所示，一种燃料电池堆气密性检测系统，包括：燃料电池堆24，与所述燃料电池堆24三腔连接的氢气源25，连接在所述氢气源25与所述燃料电池堆24之间、用来控制氢气进气压力的调压阀1，以及控制氢气进出各腔的通断阀；其特征在于，所述燃料电池堆24置于一密闭的燃料电池测试舱内，在所述燃料电池测试舱上连接有电化学设备，所述燃料电池测试舱用来收集所述燃料电池堆24泄露的氢气并传递至所述电化学设备，所述电化学设备在泄露的氢气下发生电化学反应并产生电流，通过电流值计算出泄露氢气速率。
与现有技术相比，本实施例提供的一种燃料电池堆气密性检测系统，通过将待检测的燃料电池堆24置于一密闭的燃料电池测试舱内，并在燃料电池测试舱上连接电化学设备；实际工作时，向燃料电池堆24通氢气，如果燃料电池堆24存在漏气的情况，密闭的燃料电池测试舱会迅速收集燃料电池堆24泄露的氢气并传递至电化学装置；化学设备在泄露氢气的作用下产生电流，根据反应产生的电流值和法拉第定理即可计算出对应的氢气泄露速率，测试精度高，可准确检测出更低的氢气泄漏速率；解决了现有技术下，燃料电池堆在低泄露速率时，检测不准的问题。
其中，所述氢气源25中的气压比燃料电池堆24内腔的气压大4Bar，通过调压阀1可以调节进入燃料电池堆24气体的压力，压力范围在0~4 Bar。为便于用户实时了解进入燃料电池堆24气体压力的变化，优选在所述调压阀1的输出端连接有压力表2和压力传感器3。显然，氢气源25中的气压值是本领域技术人员可以根据实际需要进行选择的，不限于本实施例。
本实施例中，所述通断阀包括：阴极入口通断阀6、阳极入口通断阀4和冷却剂回路入口通断阀5，所述阴极入口通断阀6、所述阳极入口通断阀4和所述冷却剂回路入口通断阀5位于所述调压阀1的后端和所述燃料电池堆24的前端，分别用来进行氢气源25与燃料电池堆24的阴极腔室、阳极腔室和冷却液腔室的通断控制，进而实现不同腔室的外漏测试。本实施例中，优选所述阴极入口通断阀6、所述阳极入口4通断阀和所述冷却剂回路入口通断阀5设置在所述燃料电池测试舱的外部。显然，本领域技术人员根据是实际需要的不同，也可以将所述阴极入口通断阀6、所述阳极入口4通断阀和所述冷却剂回路入口通断阀5设置在所述燃料电池测试舱的内部；不限于本实施例。
需要说明的是，在本实施例中，所述通断阀还包括：位于所述燃料电池堆24的后端的第一阴极出口泄放阀9、第一阳极出口泄放阀7、第一冷却剂回路出口泄放阀8、第二阴极出口泄放阀12、第二阳极出口泄放阀10和第二冷却剂回路出口泄放阀11；所述第一阴极出口泄放阀9、所述第一阳极出口泄放阀7和所述第一冷却剂回路出口泄放阀8位于所述燃料电池测试舱的内部、且均为三通阀，主要用于不同腔室的窜气测试；所述第二阴极出口泄放阀12、第二阳极出口泄放阀10和第二冷却剂回路出口泄放阀11位于所述燃料电池测试舱的外部，且所述第二阴极出口泄放阀12、第二阳极出口泄放阀10和第二冷却剂回路出口泄放阀11分别位于所述第一阴极出口泄放阀9、所述第一阳极出口泄放阀7和所述第一冷却剂回路出口泄放阀8的后端，主要用于燃料电池堆腔室的吹扫和残余气体的排放。
显然，本领域技术人员可以根据实际需要省略所述第一阴极出口泄放阀9、所述第一阳极出口泄放阀7和所述第一冷却剂回路出口泄放阀8，或省略所述第二阴极出口泄放阀12、第二阳极出口泄放阀10和第二冷却剂回路出口泄放阀11；不限于本实施例。
本实施例中，优选所述燃料电池测试舱由相互可拆卸的上部分13和下部分14组成，上、下两部分的连接处设有密封结构15，在气管与密闭的燃料电池测试舱的连接处也设置密封圈；以确保密封效果。在这里，将燃料电池测试舱设置成上下两部分的好处是，便于根据需要开启舱体以更换不同的燃料电池堆进行测试。
进一步优选地，所述上部分13为下宽上窄的弧形顶盖，所述下部分14为柱形空腔，用于放置燃料电池堆24。燃料电池堆24距离下部分14底部的距离为5~20cm。在所述上部分13的最高处设有与所述电化学设备连接的通气接头16和管路，在所述管路上连接有腔室入口通断阀29。
进一步优选地，所述燃料电池测试舱的下部分14上设置有用来输入惰性气体的入口阀27，所述燃料电池测试舱的上部分13上设置有用来排出惰性气体的出口阀28，主要用于燃料电池测试舱的吹扫。
本实施例中，所述电化学设备包括：两个腔室17/19、膜电极18、外部电源20和惰性气体加湿系统，两个腔室17/19由所述膜电极18隔离开，一个所述腔室17用于接受/接触从所述燃料电池测试舱中传递过来的氢气，另一个所述腔室19与所述惰性气体加湿系统连接、用于通入润湿的惰性气体，保证膜电极18的质子电导率，所述外部电源20连接在与两个所述腔室17/19连接构成回路。
工作时，在外部电源20的作用下，泄露至电化学装置的氢气发生电化学反应，产生电流，通过电流值可计算出泄露氢气速率。进一步优选地，所述膜电极18为水平放置的一片膜电极。水平放置的好处是，可以更加充分的接触从燃料电池堆24泄露的氢气。显然，所述膜电极为的数量也可以为两片或多片；不局限于以上举例。
本实施例中，所述惰性气体加湿系统包括：加湿模块21、质量流量控制器22和惰性气体源26，所述质量流量控制器22连接在所述惰性气体源26的气体出口和所述加湿模块21的气体入口之间、用来控制惰性气体的通入流量，所述加湿模块21的气体出口与所述腔室19连接。
优选地，所述加湿模块为鼓泡加湿器，所述惰性气体源26通入腔室19的惰性气体为氮气，流量为20 SLPM，湿度为50%RH。需要说明的是，所述加湿模块也可以为膜加湿器，只要能起到对惰性气体进行加湿的功能即可；通入腔室19的气体湿度可以根据实际需要进行调整，如在10%~90%RH之间调整；惰性气体源26中的惰性气体可以为氩气、氦气，或氮气、氩气、氦气中的几种混合。
本实施例中，所述惰性气体源26同时还为所述入口阀27提供清扫用惰性气体。显然，本领域技术人员根据实际需要的不同的，还可以采用多个惰性气体源分别为加湿模块21和入口阀27提供惰性气体，不限于本实施例。
如图2所示，在另一个实施例中，所述外部电压20和所述质量流量控制器22连接至一控制系统23上，优选控制系统23为PLC；所述控制系统根据氢气泄露速率的不同自动调节所述外部电压20的扫描范围、扫描频率、以及所述惰性气体的通入流量；所述惰性气体的通入流量调节范围在5~50 SLPM。在这里，通过设置控制系统23来根据氢气泄露速率自动控制气密性测试时外部电源20的扫描范围、扫描频率、以及惰性气体的流量，可以保证膜电极18的质子传导率，进而更精准的测试出燃料电池堆24在低泄露速率时的泄露量。
在该实施例中，密闭的燃料电池测试舱的上部分13为圆锥结构，圆锥角度A可以在10~80°之间。需要说明的是，无论是将上部分设置成锥形顶盖，还是弧形顶盖，都是为了更好地收集泄漏氢气，顶盖的形状显然不局限于这两种举例。
在该实施例中，所述控制系统还与所述调压阀1连接、用来自动控制进入所述燃料电池堆24的氢气压力。
本发明提供的一种燃料电池堆气密性检测系统，其测试原理如下。
一、燃料电池堆24阴极和阳极的外漏测试，其测试过程包括如下步骤。
1）把燃料电池堆24放入密闭燃料电池测试舱的下部份14内，连接好管路。合上燃料电池测试舱的上部份13，并通过密封结构15密封。通过调压阀1调节进气压力值为燃料电池堆24阴阳极外漏检测压力P1。
2）关闭腔室入口通断阀29，打开燃料电池测试舱的入口阀27、出口阀28，并保持一段时间T1。吹扫燃料电池测试舱内可能存在的氧气和氢气。吹扫完成后，先关闭燃料电池测试舱的入口阀27和出口阀28，然后打开腔室入口通断阀29。
3）打开燃料电池堆24的阴极入口通断阀6、阳极入口通断阀4和第二阴极出口泄放阀12、第二阳极出口泄放阀10，并保持一段时间t1。让氢气对燃料电池堆24的阴极和阳极腔室进行吹扫。
4）关闭燃料电池堆24的第二阴极出口泄放阀12、第二阳极出口泄放阀10，使燃料电池堆24阴极腔室和阳极腔室的压力值上升至设定值P1。
5）由于氢气的密度小，此时从燃料电池堆24阴极腔室和阳极腔室泄露的氢气向上流动，并经过燃料电池测试舱的收集，迅速通过通气接头16和管路流向电化学设备的腔室17。
6）在外部电源20的作用下，电化学设备的腔室17中的氢气在膜电极18上被氧化成质子和电子，电子经过外电路和外部电源20到达腔室19，质子穿过膜电极18并在腔室19内的膜电极18上被氧化成H2并被排出。
7）通过电流值的大小，调节外部电源20的电压的范围和频率，使测试电流值在最优区间。并且，根据电流值的大小，通过质量流量控制器22调节通入腔室19的流量，保持膜电极18的质子电导率。
8）记录此刻的电流值I1。通过电流值I1和法拉第定理，即可计算出此时氢气的泄露速率V1。
9）外漏测试完成后，关闭燃料电池堆24的阴极入口通断阀6、阳极入口通断阀4，打开第二阴极出口泄放阀12、第二阳极出口泄放阀10，使燃料电池堆24阴、阳极腔室内的残余氢气排出。
二、燃料电池堆24阳极向阴极窜气测试，其测试过程包括如下步骤。
1）把燃料电池堆24放入密闭燃料电池测试舱的下部份14内，连接好管路。合上燃料电池测试舱的上部份13，并通过密封结构15密封。通过调压阀1调节进气压力值为燃料电池堆阳极向阴极窜气检测压力P2。
2）关闭腔室入口通断阀29，打开燃料电池测试舱的入口阀27、出口阀28，并保持一段时间T1。吹扫燃料电池测试舱内可能存在的氧气和氢气。吹扫完成后，先关闭燃料电池测试舱入口阀27和出口阀28，然后打开腔室入口通断阀29。
3）打开燃料电池堆24的阳极的阳极入口通断阀4和第二阳极出口泄放阀10，并保持一段时间t2，让氢气对燃料电池阳极腔室进行吹扫。
4）关闭燃料电池堆24的第二阳极出口泄放阀10，使燃料电池堆24阳极腔室的压力值上升至设定值P2。关闭燃料电池堆24的第二阴极出口泄放阀12，打开第一阴极出口泄放阀9。此时，燃料电池堆24阳极腔体内的氢气会向阴极腔体窜气，并经过第一阴极出口泄放阀9（三通阀）进入密闭燃料电池测试舱。
5）记录外部电源20的电流值I2，通过电流值I2和法拉第定理，即可计算出此时氢气的泄露速率V2。
6）窜气测试完成后，关闭燃料电池堆24的阳极入口通断阀4，打开第二阳极出口泄放阀10，使燃料电池堆24阳极腔室内的残余氢气排出。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (8)

1.一种燃料电池堆气密性检测系统，包括：燃料电池堆，与所述燃料电池堆三腔连接的氢气源，连接在所述氢气源与所述燃料电池堆之间、用来控制氢气进气压力的调压阀，以及控制氢气进出各腔的通断阀；其特征在于，所述燃料电池堆置于一密闭的燃料电池测试舱内，在所述燃料电池测试舱上连接有电化学设备，所述燃料电池测试舱用来收集所述燃料电池堆泄露的氢气并传递至所述电化学设备，所述电化学设备在泄露的氢气下发生电化学反应并产生电流，通过电流值计算出泄露氢气速率；
所述电化学设备包括：两个腔室、膜电极、外部电源和惰性气体加湿系统，两个腔室由所述膜电极隔离开，一个所述腔室用于接受/接触从所述燃料电池测试舱中传递过来的氢气，另一个所述腔室与所述惰性气体加湿系统连接、用于通入润湿的惰性气体，所述外部电源连接在与两个所述腔室连接构成回路；
所述通断阀包括：阴极入口通断阀、阳极入口通断阀和冷却剂回路入口通断阀，所述阴极入口通断阀、所述阳极入口通断阀和所述冷却剂回路入口通断阀位于所述调压阀的后端和所述燃料电池堆的前端；所述阴极入口通断阀、所述阳极入口通断阀和所述冷却剂回路入口通断阀设置在所述燃料电池测试舱的内部或外部；
所述通断阀还包括：位于所述燃料电池堆的后端的第一阴极出口泄放阀、第一阳极出口泄放阀和第一冷却剂回路出口泄放阀；所述第一阴极出口泄放阀、所述第一阳极出口泄放阀和所述第一冷却剂回路出口泄放阀位于所述燃料电池测试舱的内部、且均为三通阀，用于不同腔室的窜气测试。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆气密性检测系统，其特征在于，所述燃料电池测试舱由相互可拆卸的上部分和下部分组成，上、下两部分的连接处设有密封结构。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池堆气密性检测系统，其特征在于，所述上部分为下宽上窄的锥形顶盖或弧形顶盖，所述下部分为柱形空腔；在所述上部分的最高处设有与所述电化学设备连接的通气接头和管路。
4.根据权利要求2所述的一种燃料电池堆气密性检测系统，其特征在于，所述燃料电池测试舱上设有入口阀和出口阀，所述入口阀位于所述燃料电池测试舱的下部分上，所述出口阀位于所述燃料电池测试舱的上部分上；所述入口阀和所述出口阀分别用来输入、输出惰性气体，进而实现所述燃料电池测试舱的清扫。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆气密性检测系统，其特征在于，所述膜电极为水平放置的一片膜电极、两片膜电极或多片膜电极。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆气密性检测系统，其特征在于，所述惰性气体加湿系统包括：加湿模块、质量流量控制器和惰性气体源，所述质量流量控制器连接在所述惰性气体源的气体出口和所述加湿模块的气体入口之间、用来控制惰性气体的通入流量，所述加湿模块的气体出口与所述腔室连接；所述加湿模块为膜加湿器或鼓泡加湿器，所述惰性气体源中含有氮气、氩气、氦气中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的一种燃料电池堆气密性检测系统，其特征在于，所述外部电源和所述质量流量控制器连接至一控制系统，所述控制系统根据氢气泄露速率的不同自动调节所述外部电压的扫描范围、扫描频率、以及所述惰性气体的通入流量；所述惰性气体的通入流量调节范围在5~50 SLPM。
8.根据权利要求7所述的一种燃料电池堆气密性检测系统，其特征在于，所述控制系统与所述调压阀连接、用来自动控制进入所述燃料电池堆的氢气压力，所述氢气压力的范围在0~4 Bar。
CN202110723042.8A 2021-06-28 2021-06-28 一种燃料电池堆气密性检测系统 Active CN113432801B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110723042.8A CN113432801B (zh) 2021-06-28 2021-06-28 一种燃料电池堆气密性检测系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110723042.8A CN113432801B (zh) 2021-06-28 2021-06-28 一种燃料电池堆气密性检测系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113432801A CN113432801A (zh) 2021-09-24
CN113432801B true CN113432801B (zh) 2024-04-26

Family

ID=77757408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110723042.8A Active CN113432801B (zh) 2021-06-28 2021-06-28 一种燃料电池堆气密性检测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113432801B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114204078A (zh) * 2021-11-12 2022-03-18 上海凌逐新能源科技有限公司 一种用于风洞式燃料电池环境舱的安全系统
CN114441105A (zh) * 2022-01-18 2022-05-06 潍柴动力股份有限公司 燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备及方法
CN114865017A (zh) * 2022-02-17 2022-08-05 上海神力科技有限公司 一种用于燃料电池电堆的检漏工装

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006096956A1 (en) * 2005-03-17 2006-09-21 Hydrogenics Corporation Method, system and apparatus for diagnostic testing of an electrochemical cell stack
JP2009199834A (ja) * 2008-02-20 2009-09-03 Toyota Motor Corp 燃料電池のエージング方法
KR101393581B1 (ko) * 2012-12-14 2014-05-09 현대자동차 주식회사 연료 전지 시스템의 수소 리크 판정 장치 및 그 방법
CN106797039A (zh) * 2014-02-19 2017-05-31 百拉得动力系统公司 使用神经网络和eis信号分析在操作pem电池时原位量化h2渗透
CN107532965A (zh) * 2015-03-23 2018-01-02 普发真空公司 泄漏检测器和检测泄漏的方法
CN109990952A (zh) * 2019-01-25 2019-07-09 上海神力科技有限公司 一种燃料电池电堆膜电极串漏检测系统及方法
CN209894413U (zh) * 2019-05-09 2020-01-03 深圳国氢新能源科技有限公司 氢燃料电池的氢气泄露监测装置
CN110987322A (zh) * 2019-12-12 2020-04-10 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池电堆气密性检测装置以及检测方法
CN111584904A (zh) * 2020-05-26 2020-08-25 张智好 燃料电池系统中的气体燃料泄漏自动检测和安全报警系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4162874B2 (ja) * 2001-07-26 2008-10-08 本田技研工業株式会社 燃料電池におけるガス漏れ検知方法
US8765318B2 (en) * 2006-10-23 2014-07-01 Hydrogenics Corporation System and method for electrochemical cell system and leak detection and indication
US8524405B2 (en) * 2010-05-20 2013-09-03 GM Global Technology Operations LLC Detection of small anode leaks in fuel cell systems
US11043682B2 (en) * 2017-01-09 2021-06-22 GM Global Technology Operations LLC Method to detect fuel cell gas leak
DE102017221741A1 (de) * 2017-12-03 2019-06-06 Audi Ag Brennstoffzellensystem mit integrierten Gasanschlüssen zum Anschluss an eine externe Prüfgasversorgung

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006096956A1 (en) * 2005-03-17 2006-09-21 Hydrogenics Corporation Method, system and apparatus for diagnostic testing of an electrochemical cell stack
JP2009199834A (ja) * 2008-02-20 2009-09-03 Toyota Motor Corp 燃料電池のエージング方法
KR101393581B1 (ko) * 2012-12-14 2014-05-09 현대자동차 주식회사 연료 전지 시스템의 수소 리크 판정 장치 및 그 방법
CN106797039A (zh) * 2014-02-19 2017-05-31 百拉得动力系统公司 使用神经网络和eis信号分析在操作pem电池时原位量化h2渗透
CN107532965A (zh) * 2015-03-23 2018-01-02 普发真空公司 泄漏检测器和检测泄漏的方法
CN109990952A (zh) * 2019-01-25 2019-07-09 上海神力科技有限公司 一种燃料电池电堆膜电极串漏检测系统及方法
CN209894413U (zh) * 2019-05-09 2020-01-03 深圳国氢新能源科技有限公司 氢燃料电池的氢气泄露监测装置
CN110987322A (zh) * 2019-12-12 2020-04-10 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池电堆气密性检测装置以及检测方法
CN111584904A (zh) * 2020-05-26 2020-08-25 张智好 燃料电池系统中的气体燃料泄漏自动检测和安全报警系统

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于不增湿、氢气循环体系的燃料电池电堆水平衡影响研究;唐浩林等;武汉理工大学学报;第42卷(第04期);1-6 *
基于支持向量机的燃料电池发动机氢气泄漏检测方法;邹强等;北京交通大学学报(01);84-90 *
气体扩散层性能参数测量方法研究进展;汪圣龙等;电池工业(01);38-42 *
质子交换膜燃料电池堆电气性能试验研究;黄敏等;电源技术(05);361-363 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113432801A (zh) 2021-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113432801B (zh) 一种燃料电池堆气密性检测系统
CN105789660B (zh) 质子交换膜燃料电池电堆一致性的检测方法及检测装置
CN108120568A (zh) 一种燃料电池电堆气密性实时检测设备
AU2018361220B2 (en) Fuel cell module arrangement with leak recovery and methods of use
US8053131B2 (en) Apparatus and method for determining deterioration of a fuel cell and method for preventing deterioration of the same
US6475651B1 (en) Method and apparatus for detecting transfer leaks in fuel cells
CN102288370A (zh) 燃料电池系统中的轻微阳极泄露检测
KR102068009B1 (ko) 연료전지 공기 공급 장치의 고장 진단 방법
CN114628740B (zh) 一种燃料电池电堆流体分配一致性的检测方法及装置
CN102538880B (zh) 基于燃料电池系统中的阳极压力响应的流量估计
CN112345176A (zh) 电堆检漏结构、电堆检漏方法与燃料电池测试台
US6662633B2 (en) Method and apparatus for locating internal transfer leaks within fuel cell stacks
CN113937322B (zh) 一种多功能固体氧化物燃料电池电堆测试系统及其运行方法
CN109818015B (zh) 燃料电池电流密度分布估计方法、装置及计算机存储介质
CN218444350U (zh) 燃料电池电堆气密性检测系统
CN215726618U (zh) 一种燃料电池堆气密性检测系统
CN116565263A (zh) 一种燃料电池电堆气密性快速检测系统及方法
CN217542298U (zh) 一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备
CN116072936A (zh) 一种质子交换膜燃料电池电堆泄漏在线检测装置及方法
CN115326669A (zh) 一种燃料电池质子交换膜氢气渗透率检测系统及方法
CN116093385A (zh) 一种基于多点电压的燃料电池阳极氮气浓度估计方法
CN114267852A (zh) 一种电池的实时氮与水管理的装置
CN207923384U (zh) 一种燃料电池电堆气密性实时检测设备
CN216980631U (zh) 一种可控制电堆温湿度的燃料电池电堆气密性检测设备
CN218939735U (zh) 一种燃料电池双极板流阻测试装备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant