一种燃料电池系统阴极管路气密性检测方法与流程

1.本发明涉及一种燃料电池系统阴极管路气密性检测方法。


背景技术：

2.燃料电池的气密性检测通常需要一些外部设备辅助，而这些设备往往涉及到高压气瓶和额外的传感器配置，成本高昂。此外，这些设备和方法往往需要将燃料电池电堆外接到一个本不属于该系统内的设备上，操作复杂，且对测试场所有很高要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种燃料电池系统阴极管路气密性检测方法，能够便捷地对燃料电池电堆阴极进行气密性测试。
4.本发明提供一种燃料电池系统阴极管路气密性检测方法，包括以下步骤：
5.停机，停止对阴极供氧，并对阳极供氢；
6.等待电堆内阴极残留的氧气耗尽，封闭燃料电池系统；
7.监控燃料电池电堆总电压，监控总电压相对时间的变化情况，记录首次出现特征斜率x时经过的第一时间t1与出现特征峰值时经过的第二时间t2二者中至少一者；
8.判断第一时间t1是否满足第一气密性标准时间t1和/或第二时间t2是否满足第二气密性标准时间t2。
9.可选地，对阳极供氢的步骤包括：对电堆阳极持续供氢或者持续通入氢气与不参与电堆反应的惰性气体的混合气体。
10.可选地，对阳极供氢的步骤包括：对电堆阳极一次性供氢，且所供氢气在反应完阴极氧气后仍有剩余。
11.可选地，等待电堆内阴极残留的氧气耗尽的步骤包括：
12.监测燃料电池的电堆总电压，在燃料电池的电堆总电压≤10mv时判断电堆内阴极残留的氧气耗尽。
13.可选地，监控燃料电池电堆总电压的步骤使用cvm巡检器。
14.可选地，所述特征斜率x小于或等于燃料电池电堆总电压最大采样误差的十分之一。
15.可选地，所述cvm巡检器的总电压采样精度≤1v，所述特征斜率x为0.1。
16.可选地，所述燃料电池系统的功率为100kw，所述第一气密性标准时间t1为2小时。
17.可选地，所述燃料电池系统的功率为100kw，所述第二气密性标准时间t2为3小时。
18.可选地，所述燃料电池系统具有燃料电池系统控制器，记录首次出现特征斜率x时经过的第一时间t1与出现特征峰值时经过的第二时间t2的步骤中的计时动作由所述cvm巡检器和/或所述燃料电池系统控制器完成。
19.综上所述，本发明带来的有益效果是：
20.1、无需加设传统燃料电池系统气密性检测方法中繁琐的检测设备和压力传感器，
节省了昂贵的系统硬件花费，提高了燃料电池系统的可维护性与集成度。
21.2、降低了第三方维修机构甚至是用户自身检测燃料电池系统阴极管路气密性的操作门槛。
22.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
23.图1为本实施例提供的燃料电池系统结构示意图。
24.图2为本实施例提供的燃料电池系统阴极管路气密性检测方法流程图。
25.图3为本实施例涉及的总电压相对时间的变化情况示意图。
26.附图标记说明
27.i-燃料电池系统，1-蓄电池，2-cvm巡检器，3-can-h，4-can-l，5-燃料电池系统控制器，6-信号线，7-电堆，8-氢气管路，9-氧气管路。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
29.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
30.如图1所示，本发明实施例的燃料电池系统i包括蓄电池1、cvm巡检器2、燃料电池系统控制器5、信号线6、电堆7、氢气管路8和氧气管路9。其中，燃料电池系统i的功率为100kw，cvm巡检器2与燃料电池系统控制器5之间通过can-h3和can-l4连接并采用can通讯进行数据的交互。
31.蓄电池1用于为cvm巡检器2供电。当然，在整车应用中，也可采用车内的供电蓄电池为cvm巡检器2供电。
32.cvm巡检器2用于测量电堆7的总电压。
33.信号线6用于连接电堆7中的燃料电池单体。
34.电堆7包括阴极和阳极，阴极连通氧气管路9，阳极连通氢气管路8。
35.如图2所示，根据上述装置，本发明实施例提供一种燃料电池系统阴极管路气密性检测方法，包括以下步骤：
36.停机，停止对阴极供氧，并对阳极供氢；
37.等待电堆内阴极残留的氧气耗尽，封闭燃料电池系统。
38.具体地，在燃料电池系统i停止运行后，关闭氧气管路9的阀门，封闭阴极回路，同时通过氢气管路8对阳极持续供氢，当电堆7内阴极残留的氧气耗尽，停止供氢并封闭阳极回路，使整个燃料电池系统i回路封闭，为测试气密性作准备。此步骤设置的意义是，在燃料电池系统i停止运行后，阴极中会残留少量氧气，持续的供氢将使这部分氧气迅速被反应完，以免电堆7内发生化学反应产生的电压波动干扰后续步骤判断。在本实施例中，判断电堆7内阴极残留的氧气耗尽的标准是cvm巡检器2测得电堆7的总电压≤10mv。
39.可选地，也可以不通过对阳极持续供氢使阴极残留的氧气耗尽，而是选择一次性对阳极供氢，只要确保阳极中存在的氢气在反应完阴极残留的氧气后还能剩余即可。
40.可选地，也可以持续通入氢气和氮气的混合气体，这种技术方案能提升测试过程中的安全性。当然，其中的氮气也可替换为任意不参与电堆反应的惰性气体。
41.承上述，封闭燃料电池系统后的步骤包括：监控燃料电池电堆总电压，监控总电压相对时间的变化情况，记录特征斜率x首次出现时经过的第一时间t1与特征峰值出现时经过的第二时间t2。
42.具体地，当前述封闭燃料电池系统的步骤结束后，使cvm控制器2或燃料电池系统控制器5开始计时(为防止二者中一者故障，二者也可一同开始计时),此时记为初始时刻t0。随着燃料电池系统密闭时间的延长，如图3所示，电堆7总电压会开始上升，经过第一时间t1后，特征斜率x出现。特征斜率x的出现代表着有空气从外界进入电池中，且进入的空气与残留在阳极的氢气发生反应，使电池内部发生化学反应，进而总电压上升。出现特征斜率x后，总电压继续上升，直至顶点，出现特征峰值，随即下降，表明进入的气体被反应完全。在本实施例中，从初始时刻t0到特征峰值出现时总共经过的时间即为第二时间t2。
43.需要说明的是,为了准确记录第一时间t1，特征斜率x应小于或等于燃料电池电堆总电压最大采样误差值的十分之一。在本实施例中，cvm巡检器2的总电压采样精度≤1v，因此取特征斜率x为0.1。
44.可选地，若存在快速检测的需求，也可仅检测上述第一时间t1和第二时间t2二者其中之一。
45.承上述，记录下第一时间t1和第二时间t2后的步骤包括：判断时间t1是否满足第一气密性标准时间t1和时间t2是否满足第二气密性标准时间t2。
46.可选地，若存在快速检测的需求，仅检测了上述第一时间t1和第二时间t2二者其中之一，则此时只需根据已经检测的第一时间t1或第二时间t2，去与对应的第一气密性标准时间t1或第二气密性标准时间t2进行比较判断。
47.具体地，在本实施例中，t1为2小时，t2为3小时。需要说明的是，第一气密性标准时间t1和第二气密性标准时间t2是本领域技术人员可以通过试验确认得到的。具体的做法是：
48.首先根据设计目标(如燃料电池系统功率)和该电池系统的市场定位确定该电池所需的性能参数，并进行电池原型试作；在电池原型试作过程中，得到满足所需气密性要求的电池，并对该电池进行上述气密性测试，即可得出第一气密性标准时间t1与第二气密性标准时间t2。
49.综上所述，通过检测电池中因外界空气进入而发生化学反应并致使产生的电压波动，本发明能够快速便捷地检测燃料电池系统阴极管路的气密性，并具有以下有益效果：
50.1、无需加设传统燃料电池系统气密性检测方法中繁琐的检测设备和压力传感器，节省了昂贵的系统硬件花费，提高了燃料电池系统的可维护性与集成度。
51.2、降低了第三方维修机构甚至是用户自身检测燃料电池系统阴极管路气密性的操作门槛。
52.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵
盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。