一种燃料电池电堆中膜电极串漏与双极板串漏的检测方法与流程

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种燃料电池电堆中膜电极串漏与双极板串漏的检测方法。

背景技术：

质子交换膜燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，主要由双极板、膜电极、集流板及端板等组件构成。其中双极板主要起集流、导电、分隔氧化剂与还原剂、引导氧化剂与还原剂在膜电极表面流动以及支撑电池结构的作用。双极板分为三腔，分别为水腔、氧化剂腔和燃料腔。如果氧化剂腔、燃料腔向水腔泄漏，就会降低氧化剂和燃料利用率，影响电堆效率和安全性。同时，反向泄漏则会导致水腔里防冻液进入燃料腔或者氧化剂腔，防冻液进入膜电极，污染催化层，导致性能下降。如果双极板氧化剂腔、水腔和燃料腔同时泄漏，或者双极板氧化剂腔和燃料腔泄漏，氧化剂与燃料就有可能发生混合，导致出现安全风险。

中国专利cn109167088a披露了一种双极板检漏方法，该方法只针对氧化剂腔向水腔泄漏，或者燃料腔向水腔泄漏的检测，没有涉及双极板氧化剂、水腔和燃料腔同时泄漏或者氧化剂腔和燃料腔的泄漏。中国专利cn101697005b披露了一种膜电极检漏方法，通过维持氢腔检测气体的压力以及停止氧腔检测气体的供应，定位串漏的膜电极位置，然而该方法存在缺陷，如果膜电极旁边的双极板发生了氧化剂、水腔和燃料腔同时泄漏或者氧化剂腔和燃料腔的泄漏问题，会产生同样的结果，该方法不能确定是膜电极串气还是双极板泄漏。综上，目前对于双极板氧化剂、水腔和燃料腔同时泄漏或者氧化剂腔和燃料腔泄漏的检测未有报道。

技术实现要素：

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中膜电极串漏与双极板串漏的检测方法，用于有效检测膜电极串漏情况，以及双极板三腔泄漏或者氧化剂腔与燃料腔之间的泄漏情况。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池电堆中膜电极串漏与双极板串漏的检测方法，其特征在于，该方法通过分别提高各个电池的氧化剂腔中氧化剂压力，以及各个电池的燃料腔中燃料压力，检测电压降低的电池节数，

若电压降低的电池节数相同，则该电池出现膜电极串漏；

若电压降低的电池节数相邻，则这2个电池中，前一电池的氧化剂腔与后一电池的燃料腔之间出现泄露，或氧化剂腔、燃料腔与双极板中的水腔之间出现三腔泄露。

进一步地，所用检测装置包括气体供应系统、燃料电池电堆、燃料电池电压巡检系统，其中气体供应系统包括氧化剂供应系统、燃料供应系统；

所述的方法具体包括以下步骤：

a1，将燃料供应系统与燃料电池电堆的燃料腔相连通，将氧化剂供应系统与氧化剂腔相连通，并将燃料电池电压巡检系统与燃料电池电堆电连接以检测各个电池节的电压变化；

a2，控制燃料供应系统向燃料腔通入燃料，控制氧化剂供应系统向氧化剂腔通入氧化剂，并保持燃料腔与氧化剂腔无背压；

a3，待燃料电池电压巡检系统检测各节电池开路电压稳定后，提高燃料腔中燃料压力，记录电压降低的电池节数；

a4，降低燃料腔中燃料压力，提高氧化剂腔中氧化剂压力，记录电压降低的电池节数。

进一步地，所用检测装置包括气体供应系统、燃料电池电堆、燃料电池电压巡检系统，其中气体供应系统包括氧化剂供应系统、燃料供应系统；

所述的方法具体包括以下步骤：

b1，将燃料供应系统与燃料电池电堆的燃料腔相连通，将氧化剂供应系统与氧化剂腔相连通，并将燃料电池电压巡检系统与燃料电池电堆电连接以检测各个电池节的电压变化；

b2，控制燃料供应系统向燃料腔通入燃料，控制氧化剂供应系统向氧化剂腔通入氧化剂，并保持燃料腔与氧化剂腔无背压；

b3，待燃料电池电压巡检系统检测各节电池开路电压稳定后，提高氧化剂腔中氧化剂压力，并保持燃料腔无背压，记录电压降低的电池节数；

b4，降低氧化剂腔中氧化剂压力，提高燃料腔中燃料压力，并保持氧化剂腔无背压，记录电压降低的电池节数。

进一步地，步骤a3或步骤b4中，燃料压力提高至比氧化剂压力高10kpa以上，以保证较为灵敏的检测效果。

进一步地，步骤a3或步骤b4中，燃料压力提高至30-80kpa；氧化剂压力为0-30kpa。

进一步地，步骤a4或步骤b3中，氧化剂压力提高至比燃料压力高10kpa以上，以保证较为灵敏的检测效果。

进一步地，步骤a4或步骤b3中，氧化剂压力提高至30-80kpa；燃料压力为0-30kpa。

进一步地，所述的氧化剂为氧气或空气，所述的燃料为氢气。

工作原理：燃料电池电堆中双极板的一个重要作用就是阻隔氧化剂与燃料，以避免两者接触造成安全风险；如果双极板三腔泄漏或者氧化剂腔向燃料腔泄漏，当燃料压力提高时，燃料通过该双极板泄漏至前一节电池的氧化剂腔，造成前一节电池开路电压降低；当氧化剂压力提高时，前一节电池的氧化剂腔中的氧化剂泄漏至后一节电池的燃料腔，造成后一节电池开路电压降低；

即通过该检测方法，当分别提高氧化剂腔压力及燃料腔压力后，发生开路电压降低的电池节数相邻，即可定位发生三腔泄漏或者氧化剂腔向燃料腔泄漏的双极板节数；

同时当分别提高氧化剂腔压力及燃料腔压力后，发生开路电压降低的电池节数相同，则说明该节电池的膜电极处出现泄露。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)操作简便，响应灵敏，因氢气泄漏能力强，微小泄漏即可产生较大的开路电压变化，使泄露位置易于检测；

2)首次提出定位电堆中出现三腔泄漏或者氧化剂腔向燃料腔泄漏的双极板节数的检测方法。

附图说明

图1为本发明中检测装置的结构示意图；

图2为实施例1中燃料腔压力提高至40kpa时，各节电池开路电压分布图；

图3为实施例1中氧化剂腔压力提高至40kpa时，各节电池开路电压分布图；

图中标记说明：

1-气体供应系统、2-燃料电池电堆、3-燃料电池电压巡检系统。

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。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

如图1所示的检测装置包括气体供应系统1、燃料电池电堆2、燃料电池电压巡检系统3，其中气体供应系统1包括氧化剂供应系统、燃料供应系统；

检测方法包括如下步骤：

s1，将燃料供应系统与燃料电池电堆2的燃料腔相连通，将氧化剂供应系统与氧化剂腔相连通，并将燃料电池电压巡检系统3与燃料电池电堆2电连接以检测各个电池节的电压变化；

s2，控制燃料供应系统向燃料腔通入氢气，控制氧化剂供应系统向氧化剂腔通入氧化剂，并保持燃料腔与氧化剂腔无背压；

s3，待燃料电池电压巡检系统3检测各节电池开路电压稳定后，提高燃料腔中燃料压力至40kpa，并保持氧化剂腔无背压，记录电压降低的电池节数，如图2所示，第42、68节电池开路电压降低至～0.2v；

s4，降低燃料腔中燃料压力，提高氧化剂腔中氧化剂压力至40kpa，并保持燃料腔无背压，记录电压降低的电池节数，如图3所示，第43、68节电池开路电压降低至～0.4v。

步骤a3及步骤a4的结果表明，第42片双极板三腔泄露或者氧化剂腔向燃料腔泄漏，第68节电池出现膜电极串漏。

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。