一种燃料电池发动机气密性检测系统及其方法与流程

本发明涉及燃料电池的，尤其涉及一种燃料电池发动机气密性检测系统及其方法。

背景技术：

1、燃料电池发动机涉及到氢气和氧气等高压气体，因此气密性对于发动机的正常运行至关重要。而在对燃料电池发动机气密性进行评估的过程中，燃料电堆的气密性尤为重要，因为燃料电堆的气密性对于燃料电池发动机的性能和安全有着较大影响，不仅会导致燃料电池发动机无法正常运行，更存在爆炸的安全风险，而影响燃料电堆的气密性主要情况包括：氢空互窜、氢水互窜、空水互窜、三腔外漏等。而现有的由于对于燃料电池发动机的阳极密封性较高，氢气发生外漏的情况较少，而主要的泄露在于内漏，主要在于膜电极的氢空窜漏，而现有并没有对于氢腔和空腔进行气密性获取以及评估的标准化系统以及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池发动机气密性检测系统及其方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种燃料电池发动机气密性检测系统，包括：

3、电堆，所述电堆内包含有氢腔、空腔以及冷却液腔；

4、气体子系统，包括氢气子系统与空气子系统，所述氢气子系统与所述氢腔进行氢气交换，所述空气子系统与所述空腔进行空气交换；

5、在进行气密性监测时，保持所述空腔常压密闭，并向所述氢腔供气，提高所述氢腔压力至指定数值并维持指定时间后根据计算模型计算对应腔体泄露量，比对氢腔泄露量与空腔泄漏量，根据比对结果判断泄露状态。

6、作为上述技术方案的进一步描述，所述氢腔泄露量≈所述空腔泄漏量时，则判定为氢空窜漏；

7、所述氢腔泄露量＞所述空腔泄漏量时，则判定为氢空窜漏和空腔外漏；

8、所述氢腔泄露量＜所述空腔泄漏量时，则判定为测试失败，需重新测试。

9、作为上述技术方案的进一步描述，所述氢气子系统包括进气装置，所述进气装置用于提供氢气；

10、循环装置，所述循环装置与进气装置相连通，所述循环装置用于将氢气通入所述电堆；

11、分水件，所述分水件与所述电堆的氢气出口相连通，进入所述分水件的氢气，部分通过排气阀排出，另一部分通入所述循环装置再次进入所述电堆；

12、氢气压力传感器，所述氢气压力传感器设置于进气装置靠近所述电堆的一侧，所述氢气压力传感器用于监测所述氢腔压力。

13、作为上述技术方案的进一步描述，所述空气子系统包括空压机，所述空压机用于提供空气，所述空压机产生的空气通过三通阀、增湿器/中冷器以及截断阀进入所述电堆；

14、节气门，所述电堆中排出的空气通过节气门以及尾排消音器排出；

15、空气压力传感器，所述空气压力传感设置于所述截断阀靠近所述电堆的一侧，所述空气压力传感器用于监测所述空腔压力。

16、作为上述技术方案的进一步描述，氢腔窜漏总泄露量的计算模型为：

17、

18、其中，q氢为氢腔窜漏总泄露量，单位为ml/min；

19、ve1为氢腔等效内容积，单位为ml；

20、p氢为实际氢腔压力变化量，单位为pa；

21、t为测试时间，单位为s。

22、作为上述技术方案的进一步描述，单片电池窜漏量的计算模型为：

23、

24、其中，qa为单电池窜漏量；

25、a为燃料电池发动机单电池个数。

26、作为上述技术方案的进一步描述，空腔压力差值的计算模型为：

27、

28、其中，q氢为氢腔窜漏总泄露量，单位为ml/min；

29、ve2为空腔等效内容积，单位为ml；

30、p空计为计算得到的空腔压力变化量，单位为pa；

31、t为测试时间，单位为s；

32、所述空腔泄露量的计算模型为：

33、

34、其中，q空为空腔总泄露量，单位为ml/min；

35、p空为实际空腔压力变化量，单位为pa；

36、t为测试时间，单位为s。

37、作为上述技术方案的进一步描述，将计算得到的空腔压力变化量p空计与所述空气压力传感器检测到的所述空腔压力变化值p空进行比对，若p空小于p空计，则表示所述空腔存在外漏。

38、一种燃料电池发动机气密性检测方法，具体步骤包括：

39、s1，燃料电池发动机关机状态；

40、s2，关闭空气子系统中的截断阀和节气门，保持空腔常压密闭；

41、s3，向氢腔内供气，并将氢腔内的压力提高至指定值后，停止供气；

42、s4，压力稳定在指定值，并维持预设时间后，记录对应压力传感器检测的所述氢腔压力值以及所述空腔压力值；

43、s5，确定氢腔压力变化量，根据计算模型计算所述氢腔泄露量与空腔泄露量，比对所述氢腔泄露量与所述空腔泄露量，根据比对结果判断泄露状态。

44、作为上述技术方案的进一步描述，在s5中还包括：

45、s51,所述氢腔泄露量≈所述空腔泄漏量时，则判定为氢空窜漏；

46、s52,所述氢腔泄露量＞所述空腔泄漏量时，则判定为氢空窜漏和空腔外漏；

47、s53,所述氢腔泄露量＜所述空腔泄漏量时，则判定为测试失败，需重新测试。

48、本发明具有如下有益效果：

49、1、本发明可结合燃料电池发动机内氢腔与空腔的容积模型，结合燃料电池发动机腔体内的压力变化，估算氢空窜漏的泄露量以及是否发生空腔外漏，可更好的监控燃料电池发动机的健康状态以及寿命，可及时的检测潜在问题与故障，增强燃料电池的安全性。

技术特征：

1.一种燃料电池发动机气密性检测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机气密性检测系统，其特征在于，所述氢腔泄露量≈所述空腔泄漏量时，则判定为氢空窜漏；

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机气密性检测系统，其特征在于，所述氢气子系统包括进气装置，所述进气装置用于提供氢气；

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机气密性检测系统，其特征在于，所述空气子系统包括空压机，所述空压机用于提供空气，所述空压机产生的空气通过三通阀、增湿器/中冷器以及截断阀进入所述电堆；

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机气密性检测系统，其特征在于，氢腔窜漏总泄露量的计算模型为：

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机气密性检测系统，其特征在于，单片电池窜漏量的计算模型为：

7.根据权利要求5所述的一种燃料电池发动机气密性检测系统，其特征在于，空腔压力差值的计算模型为：

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池发动机气密性检测系统，其特征在于，将计算得到的空腔压力变化量p空计与所述空气压力传感器检测到的所述空腔压力变化值p空进行比对，若p空小于p空计，则表示所述空腔存在外漏。

9.一种燃料电池发动机气密性检测方法，其特征在于，具体步骤包括：

10.根据权利要求9所述的一种燃料电池发动机气密性检测方法，其特征在于，在s5中还包括：

技术总结
本发明公开了一种燃料电池发动机气密性检测系统及其方法，包括电堆，电堆内包括氢腔、空腔以及冷却液腔；还包括氢气子系统与空气子系统，氢气子系统与氢腔进行氢气交换，空气子系统与空腔进行空气交换；在进行气密性监测时，保持空腔常压密闭，并向氢腔供气，提高氢腔压力至指定数值并维持指定时间后根据计算模型计算对应腔体泄露量，比对氢腔泄露量与空腔泄漏量，根据比对结果判断泄露状态。本发明可结合燃料电池发动机内氢腔与空腔的容积模型以及燃料电池发动机腔体内的压力变化，估算氢空窜漏的泄露量以及是否发生空腔外漏，可更好的监控燃料电池发动机的健康状态以及寿命，可及时的检测潜在问题与故障，增强燃料电池的安全性。

技术研发人员：孙铁生,王肖奎,张潇丹,方川
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15