CN115863706A - 一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，用于检测燃料电池电堆气密性，包括氢气进排气系统、氢气流量控制系统、氮气进排气系统、氮气流量控制系统、氮气尾排排水系统、空气进排气系统和空气流量控制系统组成，所述氢气进排气系统与氢气流量控制系统相连，所述氮气进排气系统、氮气流量控制系统与氮气尾排排水系统依次相连，所述空气进排气系统与空气流量控制系统相连，所述氮气尾排排水系统包括氮气尾排高液位传感器、氮气尾排低液位传感器、氮气尾排排水电磁阀、氮气尾排排水球阀和水汽分离罐。与现有技术相比，本发明包含尾排液态水收集功能，同时具备气体、压力、流量控制功能。

Description

一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池发动机作为一种新型的绿色动力源，因其所具有的高效率和低排放等优良特性，正逐渐成为车载发动机的研发重点之一。燃料电池发动机是基于负载的输出，对于整车而言具有良好的控制性；同时，燃料电池发动机的能量输出为电能，简化了传统汽车的传动和调速结构。尽管燃料电池发动机与内燃机相比具有众多优点，但是燃料电池发动机要取代内燃机成为汽车发动机的主流，还有许多问题需要解决。燃料电池电堆出厂测试流程繁杂，目前尚未有一个电堆三腔串漏的快速诊断功能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统及其控制方法，所述系统通过氢气进排气系统、氢气流量控制系统、氮气进排气系统、氮气流量控制系统、氮气尾排排水系统、空气进排气系统、空气流量控制系统实现检测三腔之间串漏的压力和流量提供，同时通过单片电压检测实现电堆出厂的快速诊断。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，用于检测燃料电池电堆气密性，包括氢气进排气系统、氢气流量控制系统、氮气进排气系统、氮气流量控制系统、氮气尾排排水系统、空气进排气系统和空气流量控制系统组成，所述氢气进排气系统与氢气流量控制系统相连，所述氮气进排气系统、氮气流量控制系统与氮气尾排排水系统依次相连，所述空气进排气系统与空气流量控制系统相连，

所述氮气尾排排水系统包括氮气尾排高液位传感器、氮气尾排低液位传感器、氮气尾排排水电磁阀、氮气尾排排水球阀和水汽分离罐，

所述氮气尾排高液位传感器与水汽分离罐下端通过管道相连，所述氮气尾排低液位传感器与水汽分离罐下端通过管道相连，所述尾排高液位传感器高于氮气尾排低液位传感器，所述氮气尾排高液位传感器和氮气尾排低液位传感器用于检测尾排液位；

所述水汽分离罐一端与燃料电池电堆相连，所述水汽分离罐另一端与氮气尾排排水电磁阀通过管道相连，所述水汽分离罐上还引出一条支路并通过管道直接连接氮气尾排排水球阀，所述氮气尾排排水电磁阀和氮气尾排排水球阀与水路出口通过管道相连，所述氮气尾排排水电磁阀用于自动控制高液位排水，所述氮气尾排排水球阀用于测试结束或设备拆卸后手动排水。

进一步地，所述燃料电池电堆上设有单片电压巡检仪，所述单片电压巡检仪用于检测被测燃料电池电堆每一片单片压力。

进一步地，所述燃料电池电堆的入口端设有并联的燃料电池电堆氢气进口、燃料电池电堆水路进口和燃料电池电堆空气进口，燃料电池电堆出口端设有并联的燃料电池电堆氢气出口、燃料电池电堆水路出口和燃料电池电堆空气出口。

上述更进一步地，所述氢气进排气系统包括氢气电动调压阀、氢气压力表、氢气进气角座阀、氢气压力传感器和氢气排气角座阀，所述氢气电动调压阀、氢气压力表、氢气进气角座阀、氢气压力传感器通过管道依次相连，所述氢气排气角座阀与燃料电池电堆氢气出口通过管道相连，

所述氢气电动调压阀用于调节进气压力，

所述氢气压力表用于检测进气压力，

所述氢气进气角座阀用于控制进气开关，

所述氢气压力传感器用于检测保压压力，

所述氢气排气角座阀用于控制排气开关。

上述更进一步地，所述氢气电动调压阀与氢气进口通过管道相连，所述氢气排气角座阀与氢气路出口通过管道相连。

上述更进一步地，所述氢气流量控制系统包括通过管道依次相连的氢气浮子流量计和氢气质量流量计，所述氢气浮子流量计与氢气压力传感器通过管道相连，所述氢气质量流量计与燃料电池电堆氢气进口通过管道相连，

所述氢气浮子流量计用于控制进气流量(初次调节后可不修改)，

所述氢气质量流量计用于监测实际流量。

上述更进一步地，所述氮气进排气系统包括氮气电动调压阀、氮气压力表、氮气进气角座阀、氮气压力传感器和氮气排气角座阀，所述氮气电动调压阀、氮气压力表、氮气进气角座阀和氮气压力传感器通过管道依次相连，所述氮气排气角座阀与燃料电池电堆水路出口通过管道相连，

所述氮气电动调压阀用于调节进气压力，

所述氮气压力表用于检测进气压力，

所述氮气进气角座阀用于控制进气开关，

所述氮气压力传感器用于检测保压压力，

所述氮气排气角座阀用于控制排气开关。

上述更进一步地，所述氮气电动调压阀与氮气进口通过管道相连，所述氮气排气角座阀与水汽分离罐通过管道相连，所述水汽分离罐上端设有通过管道连接的氮气路出口。

上述更进一步地，所述氮气流量控制系统包括通过管道依次相连的氮气浮子流量计和氮气质量流量计，所述氮气浮子流量计与氮气压力传感器通过管道相连，所述氮气质量流量计与燃料电池电堆水路进口通过管道相连，

所述氮气浮子流量计用于控制进气流量(初次调节后可不修改)，

所述氮气质量流量计用于监测实际流量。

上述更进一步地，所述空气进排气系统包括空气电动调压阀、空气压力表、空气进气角座阀、空气压力传感器和空气排气角座阀，所述空气电动调压阀、空气压力表、空气进气角座阀和空气压力传感器通过管道依次相连，所述空气排气角座阀与燃料电池电堆空气出口通过管道相连，

所述空气电动调压阀用于调节进气压力，

所述空气压力表用于检测进气压力，

所述空气进气角座阀用于控制进气开关，

所述空气压力传感器用于检测保压压力，

所述空气排气角座阀用于控制排气开关。

上述更进一步地，所述空气电动调压阀和空气压力表之间设有角座阀，所述空气电动调压阀与空气进口通过管道相连，所述空气排气角座阀与空气路出口通过管道相连。

上述更进一步地，所述空气流量控制系统包括通过管道依次相连的空气浮子流量计和空气质量流量计，所述空气浮子流量计与空气压力传感器通过管道相连，所述空气质量流量计与燃料电池电堆空气进口通过管道相连，

所述空气浮子流量计用于控制进气流量(初次调节后可不修改)，

所述空气质量流量计用于监测实际流量。

此外，本发明还提供一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统的控制方法，具体步骤如下：

1)氢空串漏测试：分别通过氢气电动调压阀、氮气电动调压阀和空气电动调压阀调节进气压力，打开氢气进气角座阀、氮气进气角座阀和空气进气角座阀，氢气通过燃料电池电堆氢气进口进入燃料电池电堆的氢气腔，空气通过燃料电池电堆空气进口进入燃料电池电堆的空气腔，氮气通过燃料电池电堆水路进口进入燃料电池电堆水路腔体，此时氢气排气角座阀、氮气排气角座阀和空气排气角座阀开启；

燃料电池电堆单片由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间充满燃料电池电堆腔体；

吹扫完成后控制氢气电动调压阀进口压力拉升，设定50kPa，氢气入口压力传感器确认压力上升至到50kPa后关闭氢气出气角座阀和空气进气角座阀，开启氢气进气角座阀和空气出气角座阀，氢气进气角座阀保持开启的目的为如发生串漏后氢气反应会导致气体压力从50kPa下降，空气出气角座阀保持开启的目的为如发生串漏后氧气反应会导致大气压常压下降；

通过单片电压巡检仪检测被测燃料电池电堆每一片单片压力，持续一段时间后，记录保压前和保压后燃料电池电堆每一片单片电压差值，如果高于设定值，则为燃料电池电堆此片氢气腔和空气腔存在串漏现象；

2)氢水串漏测试：分别通过氢气电动调压阀、氮气电动调压阀和空气电动调压阀调节进气压力，打开氢气进气角座阀、氮气进气角座阀和空气进气角座阀，氢气通过燃料电池电堆氢气进口进入燃料电池电堆的氢气腔，空气通过燃料电池电堆空气进口进入燃料电池电堆的水路腔，氮气通过燃料电池电堆水路进口进入燃料电池电堆的空路腔，此时氢气排气角座阀、氮气排气角座阀和空气排气角座阀开启；

燃料电池电堆单片由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间以充满燃料电池电堆腔体；

吹扫完成后控制氢气电动调压阀进口压力拉升，设定180kPa，氢气入口压力传感器确认压力上升至到180kPa后关闭氢气出气角座阀和空气进气角座阀，开启氢气进气角座阀和空气出气角座阀，氢气进气角座阀保持开启的目的为如发生串漏后氢气反应会导致气体压力从180kPa下降，空气出气角座阀保持开启的目的为如发生串漏后氧气反应会导致大气压常压下降；

通过单片电压巡检仪检测被测燃料电池电堆每一片单片压力，持续一段时间后，记录保压前和保压后燃料电池电堆每一片单片电压差值，如果高于设定值，则为燃料电池电堆此片水路腔和氢气腔存在串漏现象；

3)空水串漏测试：分别通过氢气电动调压阀、氮气电动调压阀和空气电动调压阀调节进气压力，打开氢气进气角座阀、氮气进气角座阀和空气进气角座阀，氢气通过燃料电池电堆氢气进口进入燃料电池电堆的水路腔，空气通过燃料电池电堆空气进口进入燃料电池电堆的空气腔，氮气通过燃料电池电堆水路进口进入燃料电池电堆氢气腔体，此时氢气排气角座阀、氮气排气角座阀和空气排气角座阀开启；

燃料电池电堆单片由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间以充满燃料电池电堆腔体；

吹扫完成后控制氢气电动调压阀进口压力拉升，设定180kPa，氢气入口压力传感器确认压力上升至到180kPa后关闭氢气出气角座阀和空气进气角座阀，开启氢气进气角座阀和空气出气角座阀，氢气进气角座阀保持开启的目的为如发生串漏后氢气反应会导致气体压力从180kPa下降，空气出气角座阀保持开启的目的为如发生串漏后氧气反应会导致大气压常压下降；

通过单片电压巡检仪检测被测燃料电池电堆每一片单片压力，持续一段时间后，记录保压前和保压后燃料电池电堆每一片单片电压差值，如果高于设定值，则为燃料电池电堆此片水路腔和空气腔存在串漏现象。

进一步地，根据燃料电池电堆不同，所述吹扫时间范围约60-120s。

进一步地，所述单片电压巡检仪检测时间根据燃料电池电堆不同，时间要求不同，具体按照被测件电堆实际情况。

进一步地，所述设定值根据燃料电池电堆不同差值要求不同，具体按照被测件电堆实际情况。

本发明的工作原理如下：

所述氢气电动调压阀用于调节不同进气压力，通过氢气压力表确认减压后压力值，需要启动氢气供气时，开启氢气进气角座阀，需要进行整体保压时，氢气进气角座阀和氢气排气角座阀关闭，需要进行泄压时，氢气排气角座阀开启；

所述氮气电动调压阀用于调节不同进气压力，通过氮气压力表确认减压后压力值，需要启动氮气供气时，开启氮气进气角座阀，需要进行整体保压时，氮气进气角座阀和氮气排气角座阀关闭，需要进行泄压时，氮气排气角座阀开启；

所述空气电动调压阀用于调节不同进气压力，通过空气压力表确认减压后压力值，需要启动空气供气时，开启空气进气角座阀，需要进行整体保压时，空气进气角座阀和空气排气角座阀关闭，需要进行泄压时，空气排气角座阀开启；

氮气通常首先连接至燃料电池电堆水路，所以燃料电池电堆水腔包含液态水，监测到氮气尾排高液位传感器有水后，氮气尾排排水电磁阀开启排水，氮气尾排低液位传感器用于确认密封；

实际测试时，氢气走氢气腔，空气走空气腔，氮气走燃料电池电堆水路腔体，燃料电池电堆单片会由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间以充满燃料电池电堆腔体，然后氢气出口关闭，保压到50kPa，空气供应切断，持续一段时间，记录保压前和保压后每一片单片电压差值，如果高于一定值，则为此片氢空存在串漏现象。

此装置可通过各路管路连接不同腔体同时完成氢水、空水串漏测试。例如氢气走水路，空气走空气路，氢气路氮气吹扫后静置，氢气和空气吹扫以保证腔体内充满反应气体，水路保压至180kPa(氢气)，空气不停，持续一段时间，计算从吹扫开始至保压结束的所有单片自身的变化差值，大于一定设定值剔除，认为氢水有串漏。

具体指标和保压时间可根据不同性能电堆由使用者自行设置。

与现有技术相比，本发明提供一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，包含尾排液态水收集功能，同时具备气体、压力、流量控制功能。

附图说明

图1为燃料电池电堆用的检漏诊断系统的示意图。

附图标号说明：101、氢气电动调压阀，102、氢气压力表，103、氢气进气角座阀，104、氢气压力传感器，105、氢气浮子流量计，106、氢气质量流量计，107、氢气排气角座阀，108、氢气进口，109、氢气路出口，201、氮气电动调压阀，202、氮气压力表，203、氮气进气角座阀，204、氮气压力传感器，205、氮气浮子流量计，206、氮气质量流量计，207、氮气排气角座阀，208、氮气尾排高液位传感器，209、氮气尾排低液位传感器，210、氮气尾排排水电磁阀，211、氮气尾排排水球阀，212、氮气进口，213、氮气路出口，214、水汽分离罐，301、空气电动调压阀，302、空气压力表，303、空气进气角座阀，304、空气压力传感器，305、空气浮子流量计，306、空气质量流量计，307、空气排气角座阀，308、空气进口，309、空气路出口，310、角座阀，401、单片电压巡检仪，5、燃料电池电堆，501、燃料电池电堆氢气进口，502、燃料电池电堆氢气出口，503、燃料电池电堆水路进口，504、燃料电池电堆水路出口，505、燃料电池电堆空气进口，506、燃料电池电堆空气出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

参考图1，本实施例提供一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，用于检测燃料电池电堆5气密性，包括氢气进排气系统、氢气流量控制系统、氮气进排气系统、氮气流量控制系统、氮气尾排排水系统、空气进排气系统和空气流量控制系统组成，所述氢气进排气系统与氢气流量控制系统相连，所述氮气进排气系统、氮气流量控制系统与氮气尾排排水系统依次相连，所述空气进排气系统与空气流量控制系统相连，

所述氮气尾排排水系统包括氮气尾排高液位传感器208、氮气尾排低液位传感器209、氮气尾排排水电磁阀210、氮气尾排排水球阀211和水汽分离罐214，

所述氮气尾排高液位传感器208与水汽分离罐214下端通过管道相连，所述氮气尾排低液位传感器209与水汽分离罐214下端通过管道相连，所述尾排高液位传感器208高于氮气尾排低液位传感器209，所述氮气尾排高液位传感器208和氮气尾排低液位传感器209用于检测尾排液位；

所述水汽分离罐214一端与燃料电池电堆5相连，所述水汽分离罐214另一端与氮气尾排排水电磁阀210通过管道相连，所述水汽分离罐214上还引出一条支路并通过管道直接连接氮气尾排排水球阀211，所述氮气尾排排水电磁阀210和氮气尾排排水球阀211与水路出口通过管道相连，所述氮气尾排排水电磁阀210用于自动控制高液位排水，所述氮气尾排排水球阀211用于测试结束或设备拆卸后手动排水。

进一步地，所述燃料电池电堆5上设有单片电压巡检仪401，所述单片电压巡检仪401用于检测被测燃料电池电堆5每一片单片压力。

进一步地，所述燃料电池电堆5的入口端设有并联的燃料电池电堆氢气进口501、燃料电池电堆水路进口503和燃料电池电堆空气进口505，燃料电池电堆5出口端设有并联的燃料电池电堆氢气出口502、燃料电池电堆水路出口504和燃料电池电堆空气出口506。

上述更进一步地，所述氢气进排气系统包括氢气电动调压阀101、氢气压力表102、氢气进气角座阀103、氢气压力传感器104和氢气排气角座阀107，所述氢气电动调压阀101、氢气压力表102、氢气进气角座阀103、氢气压力传感器104通过管道依次相连，所述氢气排气角座阀107与燃料电池电堆氢气出口502通过管道相连，

所述氢气电动调压阀101用于调节进气压力，

所述氢气压力表102用于检测进气压力，

所述氢气进气角座阀103用于控制进气开关，

所述氢气压力传感器104用于检测保压压力，

所述氢气排气角座阀107用于控制排气开关。

上述更进一步地，所述氢气电动调压阀101与氢气进口108通过管道相连，所述氢气排气角座阀107与氢气路出口109通过管道相连。

上述更进一步地，所述氢气流量控制系统包括通过管道依次相连的氢气浮子流量计105和氢气质量流量计106，所述氢气浮子流量计105与氢气压力传感器104通过管道相连，所述氢气质量流量计106与燃料电池电堆氢气进口501通过管道相连，

所述氢气浮子流量计105用于控制进气流量(初次调节后可不修改)，

所述氢气质量流量计106用于监测实际流量。

上述更进一步地，所述氮气进排气系统包括氮气电动调压阀201、氮气压力表202、氮气进气角座阀203、氮气压力传感器204和氮气排气角座阀207，所述氮气电动调压阀201、氮气压力表202、氮气进气角座阀203和氮气压力传感器204通过管道依次相连，所述氮气排气角座阀207与燃料电池电堆水路出口504通过管道相连，

所述氮气电动调压阀201用于调节进气压力，

所述氮气压力表202用于检测进气压力，

所述氮气进气角座阀203用于控制进气开关，

所述氮气压力传感器204用于检测保压压力，

所述氮气排气角座阀207用于控制排气开关。

上述更进一步地，所述氮气电动调压阀201与氮气进口212通过管道相连，所述氮气排气角座阀207与水汽分离罐214通过管道相连，所述水汽分离罐214上端设有通过管道连接的氮气路出口213。

上述更进一步地，所述氮气流量控制系统包括通过管道依次相连的氮气浮子流量计205和氮气质量流量计206，所述氮气浮子流量计205与氮气压力传感器204通过管道相连，所述氮气质量流量计206与燃料电池电堆水路进口503通过管道相连，

所述氮气浮子流量计205用于控制进气流量(初次调节后可不修改)，

所述氮气质量流量计206用于监测实际流量。

上述更进一步地，所述空气进排气系统包括空气电动调压阀301、空气压力表302、空气进气角座阀303、空气压力传感器304和空气排气角座阀307，所述空气电动调压阀301、空气压力表302、空气进气角座阀303和空气压力传感器304通过管道依次相连，所述空气排气角座阀307与燃料电池电堆空气出口506通过管道相连，

所述空气电动调压阀301用于调节进气压力，

所述空气压力表302用于检测进气压力，

所述空气进气角座阀303用于控制进气开关，

所述空气压力传感器304用于检测保压压力，

所述空气排气角座阀307用于控制排气开关。

上述更进一步地，所述空气电动调压阀301和空气压力表302之间设有角座阀310，所述空气电动调压阀301与空气进口308通过管道相连，所述空气排气角座阀307与空气路出口309通过管道相连。

上述更进一步地，所述空气流量控制系统包括通过管道依次相连的空气浮子流量计305和空气质量流量计306，所述空气浮子流量计305与空气压力传感器304通过管道相连，所述空气质量流量计306与燃料电池电堆空气进口505通过管道相连，

所述空气浮子流量计305用于控制进气流量(初次调节后可不修改)，

所述空气质量流量计306用于监测实际流量。

此外，本发明还提供一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统的控制方法，具体步骤如下：

1)氢空串漏测试：分别通过氢气电动调压阀101、氮气电动调压阀201和空气电动调压阀301调节进气压力，打开氢气进气角座阀103、氮气进气角座阀203和空气进气角座阀303，氢气通过燃料电池电堆氢气进口501进入燃料电池电堆5的氢气腔，空气通过燃料电池电堆空气进口505进入燃料电池电堆5的空气腔，氮气通过燃料电池电堆水路进口503进入燃料电池电堆5水路腔体，此时氢气排气角座阀107、氮气排气角座阀207和空气排气角座阀307开启；

燃料电池电堆5单片由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间充满燃料电池电堆5腔体；

吹扫完成后控制氢气电动调压阀101进口压力拉升，设定50kPa，氢气入口压力传感器104确认压力上升至到50kPa后关闭氢气出气角座阀107和空气进气角座阀303，开启氢气进气角座阀103和空气出气角座阀307，氢气进气角座阀103保持开启的目的为如发生串漏后氢气反应会导致气体压力从50kPa下降，空气出气角座阀307保持开启的目的为如发生串漏后氧气反应会导致大气压常压下降；

通过单片电压巡检仪401检测被测燃料电池电堆5每一片单片压力，持续一段时间后，记录保压前和保压后燃料电池电堆5每一片单片电压差值，如果高于设定值，则为燃料电池电堆5此片氢气腔和空气腔存在串漏现象；

2)氢水串漏测试：分别通过氢气电动调压阀101、氮气电动调压阀201和空气电动调压阀301调节进气压力，打开氢气进气角座阀103、氮气进气角座阀203和空气进气角座阀303，氢气通过燃料电池电堆氢气进口501进入燃料电池电堆5的氢气腔，空气通过燃料电池电堆空气进口505进入燃料电池电堆5的水路腔，氮气通过燃料电池电堆水路进口503进入燃料电池电堆5的空路腔，此时氢气排气角座阀107、氮气排气角座阀207和空气排气角座阀307开启；

燃料电池电堆5单片由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间以充满燃料电池电堆5腔体；

吹扫完成后控制氢气电动调压阀101进口压力拉升，设定180kPa，氢气入口压力传感器104确认压力上升至到180kPa后关闭氢气出气角座阀107和空气进气角座阀303，开启氢气进气角座阀103和空气出气角座阀307，氢气进气角座阀103保持开启的目的为如发生串漏后氢气反应会导致气体压力从180kPa下降，空气出气角座阀307保持开启的目的为如发生串漏后氧气反应会导致大气压常压下降；

通过单片电压巡检仪401检测被测燃料电池电堆5每一片单片压力，持续一段时间后，记录保压前和保压后燃料电池电堆5每一片单片电压差值，如果高于设定值，则为燃料电池电堆5此片水路腔和氢气腔存在串漏现象；

3)空水串漏测试：分别通过氢气电动调压阀101、氮气电动调压阀201和空气电动调压阀301调节进气压力，打开氢气进气角座阀103、氮气进气角座阀203和空气进气角座阀303，氢气通过燃料电池电堆氢气进口501进入燃料电池电堆5的水路腔，空气通过燃料电池电堆空气进口505进入燃料电池电堆5的空气腔，氮气通过燃料电池电堆水路进口503进入燃料电池电堆5氢气腔体，此时氢气排气角座阀107、氮气排气角座阀207和空气排气角座阀307开启；

燃料电池电堆5单片由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间以充满燃料电池电堆5腔体；

吹扫完成后控制氢气电动调压阀101进口压力拉升，设定180kPa，氢气入口压力传感器104确认压力上升至到180kPa后关闭氢气出气角座阀107和空气进气角座阀303，开启氢气进气角座阀103和空气出气角座阀307，氢气进气角座阀103保持开启的目的为如发生串漏后氢气反应会导致气体压力从180kPa下降，空气出气角座阀307保持开启的目的为如发生串漏后氧气反应会导致大气压常压下降；

通过单片电压巡检仪401检测被测燃料电池电堆5每一片单片压力，持续一段时间后，记录保压前和保压后燃料电池电堆5每一片单片电压差值，如果高于设定值，则为燃料电池电堆5此片水路腔和空气腔存在串漏现象。

进一步地，根据燃料电池电堆不同，所述吹扫时间范围约60-120s。

进一步地，所述单片电压巡检仪401检测时间根据燃料电池电堆5不同，时间要求不同，具体按照被测件电堆5实际情况。

进一步地，所述设定值根据燃料电池电堆5不同差值要求不同，具体按照被测件电堆5实际情况。

本发明工作原理如下：

所述氢气电动调压阀101用于调节不同进气压力，通过氢气压力表102确认减压后压力值，需要启动氢气供气时，开启氢气进气角座阀103，需要进行整体保压时，氢气进气角座阀103和氢气排气角座阀107关闭，需要进行泄压时，氢气排气角座阀107开启；

所述氮气电动调压阀201用于调节不同进气压力，通过氮气压力表202确认减压后压力值，需要启动氮气供气时，开启氮气进气角座阀203，需要进行整体保压时，氮气进气角座阀203和氮气排气角座阀207关闭，需要进行泄压时，氮气排气角座阀207开启；

所述空气电动调压阀301用于调节不同进气压力，通过空气压力表302确认减压后压力值，需要启动空气供气时，开启空气进气角座阀303，需要进行整体保压时，空气进气角座阀303和空气排气角座阀307关闭，需要进行泄压时，空气排气角座阀307开启；

氮气通常首先连接至燃料电池电堆5水路，所以燃料电池电堆5水腔包含液态水，监测到氮气尾排高液位传感器208有水后，氮气尾排排水电磁阀210开启排水，氮气尾排低液位传感器209用于确认密封；

实际测试时，氢气走氢气腔，空气走空气腔，氮气走燃料电池电堆5水路腔体，燃料电池电堆5单片会由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间以充满燃料电池电堆5腔体，然后氢气出口502关闭，保压到50kPa，空气供应切断，持续一段时间，记录保压前和保压后每一片单片电压差值，如果高于一定值，则为此片氢空存在串漏现象。

此装置可通过各路管路连接不同腔体同时完成氢水、空水串漏测试。例如氢气走水路，空气走空气路，氢气路氮气吹扫后静置，氢气和空气吹扫以保证腔体内充满反应气体，水路保压至180kPa(氢气)，空气不停，持续一段时间，计算从吹扫开始至保压结束的所有单片自身的变化差值，大于一定设定值剔除，认为氢水有串漏。

具体指标和保压时间可根据不同性能电堆由使用者自行设置。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，用于检测燃料电池电堆(5)气密性，其特征在于，包括氢气进排气系统、氢气流量控制系统、氮气进排气系统、氮气流量控制系统、氮气尾排排水系统、空气进排气系统和空气流量控制系统组成，所述氢气进排气系统与氢气流量控制系统相连，所述氮气进排气系统、氮气流量控制系统与氮气尾排排水系统依次相连，所述空气进排气系统与空气流量控制系统相连，

所述氮气尾排排水系统包括氮气尾排高液位传感器(208)、氮气尾排低液位传感器(209)、氮气尾排排水电磁阀(210)、氮气尾排排水球阀(211)和水汽分离罐(214)，

所述氮气尾排高液位传感器(208)与水汽分离罐(214)下端通过管道相连，所述氮气尾排低液位传感器(209)与水汽分离罐(214)下端通过管道相连，所述尾排高液位传感器(208)高于氮气尾排低液位传感器(209)，所述氮气尾排高液位传感器(208)和氮气尾排低液位传感器(209)用于检测尾排液位；

所述水汽分离罐(214)一端与燃料电池电堆(5)相连，所述水汽分离罐(214)另一端与氮气尾排排水电磁阀(210)通过管道相连，所述水汽分离罐(214)上还引出一条支路并通过管道直接连接氮气尾排排水球阀(211)，所述氮气尾排排水电磁阀(210)和氮气尾排排水球阀(211)与水路出口通过管道相连，所述氮气尾排排水电磁阀(210)用于自动控制高液位排水，所述氮气尾排排水球阀(211)用于用于测试结束或设备拆卸后手动排水。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，其特征在于，所述燃料电池电堆(5)上设有单片电压巡检仪(401)，所述单片电压巡检仪(401)用于检测被测燃料电池电堆(5)每一片单片压力。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，其特征在于，所述燃料电池电堆(5)的入口端设有并联的燃料电池电堆氢气进口(501)、燃料电池电堆水路进口(503)和燃料电池电堆空气进口(505)，燃料电池电堆(5)出口端设有并联的燃料电池电堆氢气出口(502)、燃料电池电堆水路出口(504)和燃料电池电堆空气出口(506)。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，其特征在于，所述氢气进排气系统包括氢气电动调压阀(101)、氢气压力表(102)、氢气进气角座阀(103)、氢气压力传感器(104)和氢气排气角座阀(107)，所述氢气电动调压阀(101)、氢气压力表(102)、氢气进气角座阀(103)、氢气压力传感器(104)通过管道依次相连，所述氢气排气角座阀(107)与燃料电池电堆氢气出口(502)通过管道相连，

所述氢气电动调压阀(101)用于调节进气压力，

所述氢气压力表(102)用于检测进气压力，

所述氢气进气角座阀(103)用于控制进气开关，

所述氢气压力传感器(104)用于检测保压压力，

所述氢气排气角座阀(107)用于控制排气开关；

所述氢气电动调压阀(101)与氢气进口(108)通过管道相连，所述氢气排气角座阀(107)与氢气路出口(109)通过管道相连。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，其特征在于，所述氢气流量控制系统包括通过管道依次相连的氢气浮子流量计(105)和氢气质量流量计(106)，所述氢气浮子流量计(105)与氢气压力传感器(104)通过管道相连，所述氢气质量流量计(106)与燃料电池电堆氢气进口(501)通过管道相连，

所述氢气浮子流量计(105)用于控制进气流量，

所述氢气质量流量计(106)用于监测实际流量。

6.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，其特征在于，所述氮气进排气系统包括氮气电动调压阀(201)、氮气压力表(202)、氮气进气角座阀(203)、氮气压力传感器(204)和氮气排气角座阀(207)，所述氮气电动调压阀(201)、氮气压力表(202)、氮气进气角座阀(203)和氮气压力传感器(204)通过管道依次相连，所述氮气排气角座阀(207)与燃料电池电堆水路出口(504)通过管道相连，

所述氮气电动调压阀(201)用于调节进气压力，

所述氮气压力表(202)用于检测进气压力，

所述氮气进气角座阀(203)用于控制进气开关，

所述氮气压力传感器(204)用于检测保压压力，

所述氮气排气角座阀(207)用于控制排气开关；

所述氮气电动调压阀(201)与氮气进口(212)通过管道相连，所述氮气排气角座阀(207)与水汽分离罐(214)通过管道相连，所述水汽分离罐(214)上端设有通过管道连接的氮气路出口(213)。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，其特征在于，所述氮气流量控制系统包括通过管道依次相连的氮气浮子流量计(205)和氮气质量流量计(206)，所述氮气浮子流量计(205)与氮气压力传感器(204)通过管道相连，所述氮气质量流量计(206)与燃料电池电堆水路进口(503)通过管道相连，

所述氮气浮子流量计(205)用于控制进气流量，

所述氮气质量流量计(206)用于监测实际流量。

8.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，其特征在于，所述空气进排气系统包括空气电动调压阀(301)、空气压力表(302)、空气进气角座阀(303)、空气压力传感器(304)和空气排气角座阀(307)，所述空气电动调压阀(301)、空气压力表(302)、空气进气角座阀(303)和空气压力传感器(304)通过管道依次相连，所述空气排气角座阀(307)与燃料电池电堆空气出口(506)通过管道相连，

所述空气电动调压阀(301)用于调节进气压力，

所述空气压力表(302)用于检测进气压力，

所述空气进气角座阀(303)用于控制进气开关，

所述空气压力传感器(304)用于检测保压压力，

所述空气排气角座阀(307)用于控制排气开关；

所述空气电动调压阀(301)和空气压力表(302)之间设有角座阀(310)，所述空气电动调压阀(301)与空气进口(308)通过管道相连，所述空气排气角座阀(307)与空气路出口(309)通过管道相连。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池电堆用的检漏诊断系统，其特征在于，所述空气流量控制系统包括通过管道依次相连的空气浮子流量计(305)和空气质量流量计(306)，所述空气浮子流量计(305)与空气压力传感器(304)通过管道相连，所述空气质量流量计(306)与燃料电池电堆空气进口(505)通过管道相连，

所述空气浮子流量计(305)用于控制进气流量，

所述空气质量流量计(306)用于监测实际流量。

10.一种根据权利要求1-9中任一所述的燃料电池电堆用的检漏诊断系统的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)氢空串漏测试：分别通过氢气电动调压阀(101)、氮气电动调压阀(201)和空气电动调压阀(301)调节进气压力，打开氢气进气角座阀(103)、氮气进气角座阀(203)和空气进气角座阀(303)，氢气通过燃料电池电堆氢气进口(501)进入燃料电池电堆(5)的氢气腔，空气通过燃料电池电堆空气进口(505)进入燃料电池电堆(5)的空气腔，氮气通过燃料电池电堆水路进口(503)进入燃料电池电堆(5)水路腔体，此时氢气排气角座阀(107)、氮气排气角座阀(207)和空气排气角座阀(307)开启；

燃料电池电堆(5)单片由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间充满燃料电池电堆(5)腔体；

吹扫完成后控制氢气电动调压阀(101)进口压力拉升，设定50kPa，氢气入口压力传感器(104)确认压力上升至到50kPa后关闭氢气出气角座阀(107)和空气进气角座阀(303)，开启氢气进气角座阀(103)和空气出气角座阀(307)，氢气进气角座阀(103)保持开启的目的为如发生串漏后氢气反应会导致气体压力从50kPa下降，空气出气角座阀(307)保持开启的目的为如发生串漏后氧气反应会导致大气压常压下降；

通过单片电压巡检仪(401)检测被测燃料电池电堆(5)每一片单片压力，持续一段时间后，记录保压前和保压后燃料电池电堆(5)每一片单片电压差值，如果高于设定值，则为燃料电池电堆(5)此片氢气腔和空气腔存在串漏现象；

2)氢水串漏测试：分别通过氢气电动调压阀(101)、氮气电动调压阀(201)和空气电动调压阀(301)调节进气压力，打开氢气进气角座阀(103)、氮气进气角座阀(203)和空气进气角座阀(303)，氢气通过燃料电池电堆氢气进口(501)进入燃料电池电堆(5)的氢气腔，空气通过燃料电池电堆空气进口(505)进入燃料电池电堆(5)的水路腔，氮气通过燃料电池电堆水路进口(503)进入燃料电池电堆(5)的空路腔，此时氢气排气角座阀(107)、氮气排气角座阀(207)和空气排气角座阀(307)开启；

燃料电池电堆(5)单片由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间以充满燃料电池电堆(5)腔体；

吹扫完成后控制氢气电动调压阀(101)进口压力拉升，设定180kPa，氢气入口压力传感器(104)确认压力上升至到180kPa后关闭氢气出气角座阀(107)和空气进气角座阀(303)，开启氢气进气角座阀(103)和空气出气角座阀(307)，氢气进气角座阀(103)保持开启的目的为如发生串漏后氢气反应会导致气体压力从180kPa下降，空气出气角座阀(307)保持开启的目的为如发生串漏后氧气反应会导致大气压常压下降；

通过单片电压巡检仪(401)检测被测燃料电池电堆(5)每一片单片压力，持续一段时间后，记录保压前和保压后燃料电池电堆(5)每一片单片电压差值，如果高于设定值，则为燃料电池电堆(5)此片水路腔和氢气腔存在串漏现象；

3)空水串漏测试：分别通过氢气电动调压阀(101)、氮气电动调压阀(201)和空气电动调压阀(301)调节进气压力，打开氢气进气角座阀(103)、氮气进气角座阀(203)和空气进气角座阀(303)，氢气通过燃料电池电堆氢气进口(501)进入燃料电池电堆(5)的水路腔，空气通过燃料电池电堆空气进口(505)进入燃料电池电堆(5)的空气腔，氮气通过燃料电池电堆水路进口(503)进入燃料电池电堆(5)氢气腔体，此时氢气排气角座阀(107)、氮气排气角座阀(207)和空气排气角座阀(307)开启；

燃料电池电堆(5)单片由于通气建立电压值，反应气体吹扫足够的时间以充满燃料电池电堆(5)腔体；

吹扫完成后控制氢气电动调压阀(101)进口压力拉升，设定180kPa，氢气入口压力传感器(104)确认压力上升至到180kPa后关闭氢气出气角座阀(107)和空气进气角座阀(303)，开启氢气进气角座阀(103)和空气出气角座阀(307)，氢气进气角座阀(103)保持开启的目的为如发生串漏后氢气反应会导致气体压力从180kPa下降，空气出气角座阀(307)保持开启的目的为如发生串漏后氧气反应会导致大气压常压下降；

通过单片电压巡检仪(401)检测被测燃料电池电堆(5)每一片单片压力，持续一段时间后，记录保压前和保压后燃料电池电堆(5)每一片单片电压差值，如果高于设定值，则为燃料电池电堆(5)此片水路腔和空气腔存在串漏现象。

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