CN214149718U - 一种氢燃料电池气密性低压高效检漏装置 - Google Patents

一种氢燃料电池气密性低压高效检漏装置 Download PDF

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吕志勇
裴文进
陈文�
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本实用新型涉及一种氢燃料电池气密性低压高效检漏装置，该装置包括：燃料电池、电源、气泵、储气罐、继电器、系统控制器、压力传感器、电磁开关阀；所述燃料电池管路进口通过储气调压组件与低压供气源相连，所述燃料电池管路进口与储气调压组件之间设有用于燃料电池管路进口气密性测量控制的第一电磁阀和用于燃料电池管路进口压力监测的第一压力传感器；所述气泵和储气罐之间设置有用于压力隔离控制的第三电磁阀；所述压力传感器和电磁阀分别与系统控制器连接；所述气泵通过继电器与电源连接。本实用新型装置采用气泵和储气罐组合用于代替高压检测气源，操作过程中没有高压及高压转换的安全隐患，具有随时用随时停的优点。

Description

一种氢燃料电池气密性低压高效检漏装置
技术领域
本实用新型属于燃料电池技术领域，特别是一种氢燃料电池气密性低压高效检漏装置。
背景技术
随着燃料电池技术的发展及应用，燃料电池的安全运行也变得越来越重要。气密性良好是燃料电池安全运行的重要保障之一。气密性不好的燃料电池运行中，不仅会降低燃料的利用率从而影响电池的性能，更严重的是存在重大的电池安全隐患。因此，燃料电池组装完成运行前和运行一段时间后，都需要进行气密性检测。现有技术中，气密性检测都是采用高压气体作为检测气源，存在安全隐患，这对规范操作有一定要求。同时普遍存在检测的设备过于复杂，效率偏低等问题。因此，需要操作方便、安全、检测准确、低成本的燃料电池气密性检测系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种氢燃料电池气密性低压高效检漏装置。
本实用新型解决上述问题的技术方案为：一种氢燃料电池气密性低压高效检漏装置，包括：
燃料电池、电源、气泵、储气罐、继电器、系统控制器、压力传感器、电磁开关阀；
所述燃料电池的两端均设有阴极腔开关阀、冷却液腔开关阀和阳极腔开关阀；
所述燃料电池管路进口通过储气调压组件与低压供气源相连，所述燃料电池管路进口与储气调压组件之间设有用于燃料电池管路进口气密性测量控制的第一电磁阀和用于燃料电池管路进口压力监测的第一压力传感器；
所述低压供气源包括气泵，所述储气调压组件包括用于储气罐压力监测的第二压力传感器、储气罐和用于储气罐泄压的第二电磁阀；所述气泵和储气罐之间设置有用于压力隔离控制的第三电磁阀；
所述压力传感器和电磁阀分别与系统控制器连接；
所述气泵通过继电器与电源连接。
按上述方案，所述气泵为隔膜泵。
按上述方案，所述阴极腔开关阀、冷却液腔开关阀和阳极腔开关阀均为手动开关球阀。
按上述方案，所述压力传感器为高精度数字电子气压表。
按上述方案，所述系统控制器为用于对各个电磁开关阀进行开闭控制的系统控制器。
该装置工作的原理是：依据气态方程，在固定体积内，一定时间前后压力值，得出漏气量的体积，计算结果，从而评估出燃料电池的漏气速率。
本实用新型装置带来的有益效果是：
1、采用气泵和储气罐组合用于代替高压检测气源，操作过程中没有高压及高压转换的安全隐患，具有随时用随时停的优点。
2、该氢燃料电池气密性快速检漏系统组成简单，可集中完成氢燃料电池气密性的检测与评估，检测效率高。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例的装置的结构示意图；
图2是本实用新型一个实施例的装置的结构示意图；
图中：1-电源；2-气泵；3-气道开关阀；4-压力传感器；5-储气罐；6-压力调节开关阀；7-气道开关阀；8-压力传感器；9-进口端阴极腔开关阀；10-进口端冷却腔开关阀；11-进口端阳极腔开关阀；12-出口端阳极腔开关阀；13-出口端冷却腔开关阀；14-出口端阴极腔开关阀；15-秒表；16-继电器；17-电磁阀；18-电磁阀；19-电磁阀；20-系统控制器。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，一种氢燃料电池气密性低压高效检漏装置，包括：
燃料电池、电源、气泵、储气罐、继电器、系统控制器、压力传感器、电磁开关阀；
所述燃料电池的两端均设有阴极腔开关阀、冷却液腔开关阀和阳极腔开关阀；
所述燃料电池管路进口通过储气调压组件与低压供气源相连，所述燃料电池管路进口与储气调压组件之间设有用于气密性测量控制的第一电池阀和用于气密性保压测量工作压力监测的第一压力传感器；
所述低压供气源包括气泵，所述储气调压组件包括用于储气罐压力监测的第二压力传感器、储气罐和用于储气罐泄压的第二电磁阀；所述气泵和储气罐之间设置有用于压力隔离控制的第三电磁阀；
所述压力传感器和电磁开关阀分别与系统控制器连接；
所述气泵通过继电器与电源连接。
本实施例中，气泵为隔膜泵，流量为3L/min，最大工作压力范围4bar，其出口与气道开关阀一端相连。气泵通过继电器在系统控制器控制下判定工作状态的启停。电源在整个检测过程中处于泵的额定工作电压下，并一直处于开启状态。
本实施例中，储气罐的容量为6L，最大工作压力5bar，储气罐设置有泄压电磁阀。泄压电磁阀的开闭受系统控制器控制，可根据检测需求压力，设置不同的泄压电磁阀开启值，可避免由单侧压力过高引起的膜电极破损的情况发生。
压力传感器可采用高精度数字电子气压表，以保障压力值的在线监测，量程为0-6bar。其中，电磁阀18为常闭型，电磁阀19和电磁阀17为常开型。
本实施例中开关阀均为手动开关球阀。相关器件及气管连接处气密性良好。
系统控制器对继电器和各个电磁阀进行开闭动作的控制。
实施例2为氢燃料电池气密性简易检测系统，将燃料电池(堆)检漏系统按图2中的连接完成，缺少系统控制器，测试方法与实施案例1相同，需要手动记录相关值并计算，可以实现同样的检漏目的。这样可以有效降低系统的装置连线连接复杂性，不足之处是检测效率也有所降低。可根据实际需要选择合适的检漏系统使用。
本装置的使用说明如下：
在实际操作过程中，将燃料电池自动测试检漏系统按图1中的连接完成，进行氢燃料电池气密性检测。
在实际操作过程中，将燃料电池自动测试检漏系统按图1中的连接完成，关闭冷却液腔开关阀10、阳极腔开关阀12、冷却液腔开关阀13、阴极腔开关阀14，打开阴极腔开关阀9和阳极腔开关阀11，电源1供电，气泵2启动工作，电磁阀17开启，电磁阀18和19关闭，储气罐压力上升至合适值，在3bar左右时，继电器16断开，气泵2停止工作，关闭电磁阀17，记录压力表4压力值P1，开启电磁阀19，约3-5s到达压力平衡后，关闭电磁阀19，记录压力表4压力值P2和压力表8压力值P3，并启动系统内部计时器开始计时，当时间t≥10min后，再次记录此时的压力值P4，输入储气罐体积等常数，通过计算燃料电池串气的速率来判定燃料电池(堆)是否存在外漏及漏气状态。
计算过程及逻辑如下：
储气罐调节在开始检测时，电磁阀17、18、19处于关闭状态，储气罐体积V1、压力P1，根据气态方程：
P1*V1＝n1RT
打开燃料电池进气开关阀，操作触摸显示器点击下一步后，系统自动打开电磁阀19，达到平衡后(约3-5s),自动关闭电磁阀19，储气罐压力下降为P2，根据气态方程：
P2*V1＝n2RT
则进入燃料电池的气体摩尔质量：
n入＝n1－n2＝(P1－P2)V1/RT
燃料电池内进气腔体积为V0，气体为标准大气压P0时，根据气态方程，得到未进气前进气腔的气体摩尔质量：
n0＝P0V0/RT
电磁阀19先开启平衡后关闭时，进气腔根据气态方程：
P3 V0＝n3RT＝(n0+n入)RT＝[P0V0/RT+(P1－P2)V1/RT]*RT
整理后得到：V0＝(P1－P2)V1/(P3－P0)
平衡后开始检漏并自动计时，到达检漏时间t后，燃料电池内进气腔下降到P4，根据气态方程：
P4*V0＝n4RT
则在t时间内的漏气量的气体摩尔质量：
n漏＝n3－n4＝(P3－P4)V0/RT
代入V0，整理得到：n漏＝(P3－P4)*(P1－P2)*V1/[(P3－P0)*RT]
根据气体摩尔体积公式，所漏气体的体积：V漏＝n漏*Vm
(标准大气压下，25℃，气体摩尔体积Vm约24.5L/mol；其它温度可以根据气态方程换算，加以修正)
已知热力学温度T、气体常数R、储气罐体积V1，通过自动监测并记录各处压力值，可计算时间t内漏气速率。

Claims (5)

1.一种氢燃料电池气密性低压高效检漏装置，其特征在于，包括：
燃料电池、电源、气泵、储气罐、继电器、系统控制器、压力传感器、电磁开关阀；
所述燃料电池的两端均设有阴极腔开关阀、冷却液腔开关阀和阳极腔开关阀；
所述燃料电池管路进口通过储气调压组件与低压供气源相连，所述燃料电池管路进口与储气调压组件之间设有用于燃料电池管路进口气密性测量控制的第一电磁开关阀和用于燃料电池管路进口压力监测的第一压力传感器；
所述低压供气源包括气泵，所述储气调压组件包括用于储气罐压力监测的第二压力传感器、储气罐和用于储气罐泄压的第二电磁开关阀；所述气泵和储气罐之间设置有用于压力隔离控制的第三电磁开关阀；
所述压力传感器和电磁开关阀分别与系统控制器连接；
所述气泵通过继电器与电源连接。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池气密性低压高效检漏装置，其特征在于，所述气泵为隔膜泵。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池气密性低压高效检漏装置，所述阴极腔开关阀、冷却液腔开关阀和阳极腔开关阀均为手动开关球阀。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池气密性低压高效检漏装置，所述压力传感器为高精度数字电子气压表。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池气密性低压高效检漏装置，所述系统控制器为用于对各个电磁开关阀进行开闭控制的系统控制器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114136559A (zh) * 2021-10-14 2022-03-04 东风汽车集团股份有限公司 一种燃料电池车的气体全自动保压检漏方法及装置

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