[發明專利]一種燃料電池電堆膜電極串漏檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201910074015.5
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109990952A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 徐鑫;姚元英;甘全全;戴威
• 申請（專利權）人: 上海神力科技有限公司
• 主分類號: G01M3/16
• 分類號: G01M3/16
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種燃料電池電堆膜電極串漏檢測系統及方法，所述的燃料電池電堆(2)包括陰極板和陽極板組成的雙極板，相鄰雙極板之間夾設的膜電極，其中雙極板上設有氫腔通道和空腔通道，其特征在于，所述的檢測系統包括能夠提供惰性氣體的氣體供應系統(1)、恒流電源(3)、電壓巡檢系統(4)，所述的氣體供應系統(1)分別連接所述氫腔通道和空腔通道，所述的恒流電源(3)的正極連接燃料電池堆陰極，負極連接燃料電池陽極，所述的電壓巡檢系統(4)連接燃料電池電堆(2)。與現有技術相比，本發明具有簡單方便、測試安全準確快速等優點。

技術領域

本發明涉及燃料電池，尤其是涉及一種燃料電池電堆膜電極串漏檢測系統及方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)，也叫聚電解質燃料電池(PEFC)是一種將還原劑與氧化劑的化學能直接轉化為電能的裝置。其中最常用的還原劑是氫氣，而氧化劑通常為氧氣或者空氣。通常，質子交換膜燃料電池中，聚合物電解質為質子交換膜，鉑碳催化劑為電極，碳紙為氣體擴散層，碳紙表面涂覆有微孔層，用于支持催化劑層，共同構成質子交換膜燃料電池的核心部件——膜電極(MEA)。

在膜電極中，質子交換膜主要起傳導質子和阻隔陰陽極反應氣體的作用。在長期使用后，膜電極漏氣現象時有發生。當氫氣或空氣直接穿過質子交換膜在催化劑表面接觸發生化學反應，產生大量的熱，不僅造成能源損耗，而且加速膜電極的衰退。如果膜電極漏氣量大時，氫氣從氫腔泄漏到空腔空氣側，很容易達到爆炸極限，出現嚴重安全事故。

燃料電池堆是由多個單電池組成的，一個電堆通常由幾節、幾十節甚至上百節單電池串聯組成，通過電堆陽極和陰極將電流和電壓引出，結構上包括氫腔、空腔和冷卻液腔。長期使用后，很容易出現某個單片膜電極串漏，從而造成很大的安全隱患。因此，電堆中膜電極的串漏檢測是非常必要而且重要的。現有技術通常只能檢測出電堆氫腔到空腔之間總的串漏量，很難確定電堆中氫氧串氣的具體膜電極位置。

中國專利CN101697005B披露了一種燃料電池堆膜電極串氣檢測方法，其特征是通過向電堆的氫氣腔通入氫腔檢測氣體，向空氣腔通入空腔檢測氣體，電堆進入發電狀態，當電堆各節電池電壓都達到0.9V以上開路狀態后，停止空氣腔檢測氣體的通入，繼續向氫腔通入氫腔檢測氣體，并保持壓力，其中電壓快速下降的那節電池所處位置即為氫氧腔串氣的具體位置。該專利可以找出具體串氣的膜電極位置，但是存在一些問題，首先如果串氣量較大，氫氣向空腔串氣量很容易達到爆炸極限，不安全；且當某一片或某幾片的串漏較大時，會影響附近MEA串漏檢測的正確情況；此外，電壓快速下降受到的影響因素較多，如膜電極催化層含水量、雙極板流道中含水量等，影響結果的準確性。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種簡單方便、測試安全準確快速的燃料電池電堆膜電極串漏檢測系統及方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種燃料電池電堆膜電極串漏檢測系統，所述的燃料電池電堆(2)包括陰極板和陽極板組成的雙極板，相鄰雙極板之間夾設的膜電極，其中雙極板上設有氫腔通道和空腔通道，其特征在于，所述的檢測系統包括能夠提供惰性氣體的氣體供應系統(1)、恒流電源(3)、電壓巡檢系統(4)，所述的氣體供應系統(1)分別連接所述氫腔通道和空腔通道，所述的恒流電源(3)的正極連接燃料電池堆陰極，負極連接燃料電池陽極，所述的電壓巡檢系統(4)連接燃料電池電堆(2)。其中氣體供應系統向燃料電池電堆提供氣體，恒流電源給燃料電池電堆施加電流，電壓巡檢系統負責復雜測量燃料電池電堆中各單片電壓。

所述的氣體供應系統(1)包括氫氣氣源和空腔檢測氣體氣源，所述的空腔檢測氣體氣源包括氮氣、或者惰性氣體，或者氮氣與惰性氣體的混合氣體，或者多種惰性氣體的混合氣體。

所述的恒流電源(3)為燃料電池電堆(2)施加2～10mA/cm²的充電電流。