[发明专利]一种燃料电池电堆膜电极串漏检测系统及方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池电堆膜电极串漏检测系统及方法，所述的燃料电池电堆(2)包括阴极板和阳极板组成的双极板，相邻双极板之间夹设的膜电极，其中双极板上设有氢腔通道和空腔通道，其特征在于，所述的检测系统包括能够提供惰性气体的气体供应系统(1)、恒流电源(3)、电压巡检系统(4)，所述的气体供应系统(1)分别连接所述氢腔通道和空腔通道，所述的恒流电源(3)的正极连接燃料电池堆阴极，负极连接燃料电池阳极，所述的电压巡检系统(4)连接燃料电池电堆(2)。与现有技术相比，本发明具有简单方便、测试安全准确快速等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种燃料电池电堆膜电极串漏检测系统及方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)，也叫聚电解质燃料电池(PEFC)是一种将还原剂与氧化剂的化学能直接转化为电能的装置。其中最常用的还原剂是氢气，而氧化剂通常为氧气或者空气。通常，质子交换膜燃料电池中，聚合物电解质为质子交换膜，铂碳催化剂为电极，碳纸为气体扩散层，碳纸表面涂覆有微孔层，用于支持催化剂层，共同构成质子交换膜燃料电池的核心部件——膜电极(MEA)。

在膜电极中，质子交换膜主要起传导质子和阻隔阴阳极反应气体的作用。在长期使用后，膜电极漏气现象时有发生。当氢气或空气直接穿过质子交换膜在催化剂表面接触发生化学反应，产生大量的热，不仅造成能源损耗，而且加速膜电极的衰退。如果膜电极漏气量大时，氢气从氢腔泄漏到空腔空气侧，很容易达到爆炸极限，出现严重安全事故。

燃料电池堆是由多个单电池组成的，一个电堆通常由几节、几十节甚至上百节单电池串联组成，通过电堆阳极和阴极将电流和电压引出，结构上包括氢腔、空腔和冷却液腔。长期使用后，很容易出现某个单片膜电极串漏，从而造成很大的安全隐患。因此，电堆中膜电极的串漏检测是非常必要而且重要的。现有技术通常只能检测出电堆氢腔到空腔之间总的串漏量，很难确定电堆中氢氧串气的具体膜电极位置。

中国专利CN101697005B披露了一种燃料电池堆膜电极串气检测方法，其特征是通过向电堆的氢气腔通入氢腔检测气体，向空气腔通入空腔检测气体，电堆进入发电状态，当电堆各节电池电压都达到0.9V以上开路状态后，停止空气腔检测气体的通入，继续向氢腔通入氢腔检测气体，并保持压力，其中电压快速下降的那节电池所处位置即为氢氧腔串气的具体位置。该专利可以找出具体串气的膜电极位置，但是存在一些问题，首先如果串气量较大，氢气向空腔串气量很容易达到爆炸极限，不安全；且当某一片或某几片的串漏较大时，会影响附近MEA串漏检测的正确情况；此外，电压快速下降受到的影响因素较多，如膜电极催化层含水量、双极板流道中含水量等，影响结果的准确性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单方便、测试安全准确快速的燃料电池电堆膜电极串漏检测系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池电堆膜电极串漏检测系统，所述的燃料电池电堆(2)包括阴极板和阳极板组成的双极板，相邻双极板之间夹设的膜电极，其中双极板上设有氢腔通道和空腔通道，其特征在于，所述的检测系统包括能够提供惰性气体的气体供应系统(1)、恒流电源(3)、电压巡检系统(4)，所述的气体供应系统(1)分别连接所述氢腔通道和空腔通道，所述的恒流电源(3)的正极连接燃料电池堆阴极，负极连接燃料电池阳极，所述的电压巡检系统(4)连接燃料电池电堆(2)。其中气体供应系统向燃料电池电堆提供气体，恒流电源给燃料电池电堆施加电流，电压巡检系统负责复杂测量燃料电池电堆中各单片电压。

所述的气体供应系统(1)包括氢气气源和空腔检测气体气源，所述的空腔检测气体气源包括氮气、或者惰性气体，或者氮气与惰性气体的混合气体，或者多种惰性气体的混合气体。

所述的恒流电源(3)为燃料电池电堆(2)施加2～10mA/cm²的充电电流。