[發明專利]一種氫燃料電池電堆內部破損泄漏的檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 201810607227.0
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108899565A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 周科;秦子威;汪宏斌;陳卓;李穎
• 申請（專利權）人: 金華市畔星科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0444
• 分類號: H01M8/0444;H01M8/04955
• 代理公司: 杭州知見專利代理有限公司 33295
• 代理人: 盧金元

本發明公開了一種氫燃料電池電堆內部破損泄露的檢測方法及裝置。首先，分別采集燃料電池電堆出口氫氣和空氣的壓力，調節空壓機的工作狀態，確保電堆內部氫氣壓力相對高于空氣壓力。當氫燃料電池發生電堆內部破損泄漏的之后，氫氣會在壓差作用下向空氣側泄漏，部分氫氣會隨著空氣一起從空氣流道排出到電堆外。然后在電堆空氣出口處加裝一個氣體分離器，利用氫氣密度比空氣小很多的特點，將氫氣從空氣中分離出來。當空氣內包含泄漏氫氣時，氫氣會在氣體分離器上部堆積。在氣體分離器上部加裝一個氫氣濃度傳感器，當氫氣濃度高于設定值時，傳感器發送報警信號，讓控制器及時關閉電堆，從而達到故障檢測并且安全關閉的目的。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其是涉及一種質子交換膜類的氫燃料電池電堆內部破損泄漏的檢測方法及裝置。

背景技術

根據氫/空質子交換膜燃料電池的工作機理，電堆工作時內部長時間處于高溫、高壓、潮濕、酸性等相對惡劣的環境。這會加速燃料電池內部各個部件的侵蝕老化。因而，燃料電池在經過長時間運行之后，有可能出現電堆內部破損，包括極板的腐蝕破裂，膜片破損以及密封圈老化失效等故障。一旦出現類似故障，氫氣與空氣會在單側流道內發生混合泄漏。當氫氣濃度達到一定臨界值時，在催化劑作用下，將會導致氫氣發生劇烈反應甚至爆炸的危險。

然而，氫燃料電池電堆完成成組安裝后，由于密封、壓緊等工藝要求一般無法再進行拆分檢測。這就給這一類的故障檢測提出了很高的要求。很多時候，電堆的內部破損是在電堆工作的過程中發生的。這就需要燃料電池控制系統對這一類故障進行實時檢測，以便對燃料電池進行及時關停。但是，在電堆內部發生破損泄漏初期，泄露點通常較小，一般的檢測方法很難檢測出來。因而及時、有效的電堆內部破損泄漏的檢測方法和裝置，對于燃料電池系統的安全運行是至關重要的。

發明內容

本發明主要是解決現有技術所存在的缺乏對氫氣微量泄漏進行有效檢測的方法的技術問題，提供一種簡單、快速、靈敏度和準確度高的氫燃料電池電堆內部破損泄漏的檢測方法及裝置。

本發明針對上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種氫燃料電池電堆內部破損泄漏的檢測方法，基于后述的檢測裝置，包括以下步驟：

S01、氫氣壓力傳感器采集燃料電池電堆氫氣出口壓力P₁；空氣壓力傳感器采集燃料電池電堆空氣出口壓力P₂；

S02、計算氫氣出口壓力P₁和空氣出口壓力P₂的壓力差△P，計算公式為：△P＝P₁-P₂；

S03、如果壓力差△P大于第一預定閾值P_max，燃料電池控制器控制空壓機增大空氣入口的輸入氣體壓力；如果壓力差△P小于第二預定閾值P_min，燃料電池控制器控制空壓機減小空氣入口的輸入氣體壓力；

S04、氫氣濃度傳感器檢測氣體分離裝置頂端的氫氣濃度C并發送給燃料電池控制器，如果氫氣濃度C大于第三預定閾值C₀，則進入步驟S05；

S05、燃料電池控制器關閉電堆并向外發送氫氣泄漏報警信號。

本方案分別采集燃料電池電堆氫氣出口和空氣出口的壓力，調節空壓機的工作狀態，確保電堆內部氫氣壓力相對高于空氣壓力。當氫燃料電池發生電堆內部破損泄漏的之后，氫氣會在壓差作用下向空氣側泄漏，部分氫氣會隨著空氣一起從空氣流道排出到電堆外。然后在電堆空氣出口處加裝一個氣體分離器，利用氫氣密度比空氣小很多的特點，將氫氣從空氣中分離出來。當空氣內包含泄漏氫氣時，氫氣會在氣體分離器上部堆積，而空氣則從氣體分離裝置下部開口處排出。在氣體分離器上部加裝一個氫氣濃度傳感器，當氫氣濃度高于設定值時，傳感器發送報警信號，讓控制器及時關閉電堆，從而達到故障檢測并且安全關閉的目的。