[发明专利]一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔窜气流量检测装置及方法，将测试气体主管路引出的两条支管路分别与燃料进气管路和氧化剂进气管路连接，并在测试气体主管路上设置电动减压阀和高精度流量计；具体方法是通过测量燃料腔和氧化剂腔向外部环境和测试气体主管路渗透的流量Q1，燃料腔向外部环境、氧化剂腔和测试气体主管渗透的流量Q2，氧化剂腔向外部环境、燃料腔和测试气体主管渗透的流量Q3，（Q2+Q3‑Q1）/2即为燃料腔和氧化剂腔窜气流量。本发明的优点在于：可实现远程无人检测、快速高效、节省人工、检测结果直观、准确度高、安全性高。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池，特别涉及一种质子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔窜气流量检测装置和检测方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池的核心部件是膜电极和双极板，两者通过密封结构形成氧化剂腔和燃料腔，氧化剂侧极板和燃料侧极板通过密封结构形成冷却剂腔。对采用内共用管道的电堆，上述密封结构的功能有三：一是防止氧化剂、燃料与冷却剂外漏；二是防止燃料与氧化剂通过共用管道互窜；三是防止氧化剂、燃料与冷却剂通过共用管道互窜。

其中电堆燃料腔和氧化剂腔窜气的危害最大。如燃料腔和氧化剂腔窜气流量超过上限制，轻则引起电堆局部短路，电压下降，甚至可能触发电压下限导致电堆停机；重则电堆某片单电池局部燃料和氧化剂混合直接燃烧反应，导致局部过热甚至烧堆。

一般质子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔窜气流量检测都采用排水法，即通过在燃料腔或氧化剂腔充满一定压力测试气体，另一侧排放口通过软管接入充水容器，通过排水法检测燃料腔和氧化剂腔之间的窜气量。这种方法受人为影响较大，需要多次测量取平均值；而且排水法收集气体时有可能损坏测量容器或伤害测试人员，安全性不高。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种质子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔窜气流量检测方法，该方法可实现远程无人检测、快速高效、节省人工、检测结果直观、准确度高、安全性高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池电堆窜气流量检测装置，包括用于连接燃料腔和质子交换膜燃料电池电堆的燃料进气管路、用于连接氧化剂腔和质子交换膜燃料电池电堆的氧化剂进气管路、以及设置在燃料进气管路上的燃料进气管电磁阀和设置在氧化剂进气管路上的氧化剂进气管电磁阀，还包括用于连接质子交换膜燃料电池电堆的燃料出气管路和氧化剂出气管路以及分别设置在燃料出气管路和氧化剂出气管路上的燃料出口电磁阀和氧化剂出口电磁阀，还包括测试气体主管路和依次设置在测试气体主管路上的电动减压阀和高精度流量计，所述的测试气体主管路引出两条支管路，一条支管路通过燃料腔侧电磁阀与燃料进气管路连接，其连接处位于燃料进气管电磁阀后方，一条支管路通过氧化剂腔侧电磁阀与氧化剂进气管路连接，其连接处位于氧化剂进气管电磁阀后方。

本发明的目的之二在于提供一种基于上述检测装置的子交换膜燃料电池电堆燃料腔和氧化剂腔的窜气流量检测方法，步骤为：

a，开启燃料腔侧电磁阀和氧化剂腔侧电磁阀，关闭燃料进气管电磁阀、燃料出口电磁阀、氧化剂进气管电磁阀和氧化剂出口电磁阀，通过测试气体主管路向燃料进气管路和氧化剂进气管路通入氮气，通过电动减压阀调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过高精度流量计获得由燃料进气管路、氧化剂进气管路向外部环境和测试气体主管路渗透的流量Q1；

b，开启燃料腔侧电磁阀，关闭燃料进气管电磁阀、燃料出口电磁阀、氧化剂进气管电磁阀、氧化剂出口电磁阀和氧化剂腔侧电磁阀，通过测试气体主管路向燃料进气管路通入氮气，通过电动减压阀调整压力至允许最大工作压力，稳定后通过流量计获得由燃料进气管路向外部环境、测试气体主管路、氧化剂进气管路渗透的流量Q2；