一种燃料电池电堆下线的质量监测方法及装置与流程

专利2025-10-19  1


本发明涉及燃料电池领域,涉及燃料电池电堆下线的质量监测装置及方法。


背景技术:

1、近些年来,质子交换膜燃料电池发展迅猛,电堆的上下游都实现了快速地发展。膜电极,双极板,电堆和系统等年产量逐年增加。例如公开号为cn210866380u,公开日为2020-06-26,专利名称为《一种质子交换膜燃料电池单体和质子交换膜燃料电池电堆》的公开文献,公开了一种质子交换膜燃料电池单体及由至少两个质子交换膜燃料电池单体叠加串联而成的质子交换膜燃料电池电堆。其中质子交换膜燃料电池单体包括阴极板、阳极板和位于所述阴极板和所述阳极板之间的mea组件,三者叠加,固定密封;所述阳极板具有多个凸起的脊,所述mea组件与所述脊对应的部分为变形部,所述脊与所述变形部之间的缝隙形成多个氢气流道。

2、类似的质子交换膜燃料电池电堆的下线测试,一般包含气密性测试、绝缘测试、电堆活化和极化等测试项。上述的测试项,可以从最基本的安全应用角度出发,对电堆的初始状态进行确认,确保燃料电池电堆在燃料电池发动机系统上实现最基本的功能。电堆的活化和极化过程中,可以检测出一些最基本的质量问题,例如整体性能的偏低,一致性较差或者存在单片电池低等情况。但是,由于一般的燃料电池电堆下线过程中只在一侧插电压巡检模块cvm(ce l lvo l tage mon itor),这就会导致如果某一片电池的平面内存在电势(或平面电流),常规的下线检测无法识别这类质量问题,如果电堆应用到燃料电池发动机系统上,该片电池会发热严重,逐渐产生单低效应,成为电堆的短板,影响电堆的使用寿命。

3、因此,针对燃料电池电堆的下线测试,需要额外增加质量检测的方法,实现更加全面的质量监测,保证后续电堆的顺利和安全应用。


技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是实现一种更加合理可靠的燃料电池电堆的下线测试,判断电堆生产下线过程中是否有质量问题,对有问题的单片电池的位置进行诊断,为电堆返修提供依据。

2、为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种燃料电池电堆下线的质量监测方法,包括以下步骤:

3、1)燃料电池电堆测试台连接待测电堆;

4、2)燃料电池电堆测试台上按照正常流量持续运行设定时间;

5、3)对电堆阳极氢气的流量采用先降低再恢复的方式供给,对电堆阳极空气的流量采用先降低再恢复的方式供给;

6、4)获取电堆的单电池双极板间电压。

7、所述步骤1)中,燃料电池测试台实时获取电堆每一片电池左右两侧的电压信号。

8、所述步骤2)中,在燃料电池电堆测试台上拉载至0.5a/cm2电流密度点,按照正常流量持续运行5分钟。

9、所述步骤3)中,先把阳极氢气的流量由原来计量比1.5对应的流量降低至1.2对应的流量,运行3min,然后恢复阳极氢气流量,将空气流量由原来计量比1.8对应的流量降低至1.4对应的流量,运行3min。

10、步骤4)中,判断获取的电堆每一片电池左右两侧电压的差值绝对值是否大于设定阈值a,若否则电池无异常。

11、所述步骤4)中,氢气入口侧的cvm采集到的单片电压信号命名为u1,平均电压命名为umean1,氢气出口侧的cvm采集到的单片电压信号命名为u2,平均电压命名为umean2;电堆每一片电池左右两侧电压的差值是u1与u2的差值,所述设定阈值a为10mv。

12、所述步骤4)中,若电堆每一片电池左右两侧电压的差值绝对值大于设定阈值b,则判断u1与umean1的差值绝对值是否大于设定阈值b,若大于则该片电池阴极欠气,所述设定阈值b为30mv。

13、所述步骤4)中,若电堆每一片电池左右两侧电压的差值绝对值大于设定阈值c,则判断u2与umean2的差值绝对值是否大于设定阈值c,,若大于则该片电池阳极欠气,所述设定阈值c为30mv。

14、一种执行所述质量监测方法的质量监测装置,其特征在于:装置设有连接至料电池电堆单电池双极板两侧的电压采集接头,所述电压采集接头通过通讯线连接并输出电压信号至电压监测单元,所述电压监测单元连接并输出电压信号至燃料电池测试台,所述燃料电池测试台显示所采集的电压信号。

15、所述燃料电池电堆的每一片单电池双极板的两侧都插有电压采集接头,每个所述电压采集接头均通过cvp和cvm通讯线连接至电压监测单元,所述燃料电池测试台实时显示监测到每一片电池的左右两侧测到的电压信号。

16、本发明在燃料电池电堆左右侧,插入两套电压采集接头cvp(ce l l vo ltagepick-up),实现采集到电堆每片电池两端的两个电压信号。在低电流密度点0.5a/cm2,分别降低氢气和空气流量,人为制造略微的欠气状态,通过判断每一片电池两侧的两个电压信号的差异,识别有问题的单片电池,并判断该片电池是阴极欠气(水淹)还是阳极欠气(水淹)。根据质量测试结果,锁定有质量问题的单片电池及阴阳极位置,并对电堆的返修提供指导,该装置和方法操作方法简单,安全性高,成本低,检测效果明显。



技术特征:

1.一种燃料电池电堆下线的质量监测方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆下线的质量监测方法,其特征在于:所述步骤1)中,燃料电池测试台实时获取电堆每一片电池左右两侧的电压信号。

3.根据权利要求1所述的燃料电池电堆下线的质量监测方法,其特征在于:所述步骤2)中,在燃料电池电堆测试台上拉载至0.5a/cm2电流密度点,按照正常流量持续运行5分钟。

4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆下线的质量监测方法,其特征在于:所述步骤3)中,先把阳极氢气的流量由原来计量比1.5对应的流量降低至1.2对应的流量,运行3min,然后恢复阳极氢气流量,将空气流量由原来计量比1.8对应的流量降低至1.4对应的流量,运行3min。

5.根据权利要求1所述的燃料电池电堆下线的质量监测方法,其特征在于:步骤4)中,判断获取的电堆每一片电池左右两侧电压的差值绝对值是否大于设定阈值a,若否则电池无异常。

6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆下线的质量监测方法,其特征在于:所述步骤4)中,氢气入口侧的cvm采集到的单片电压信号命名为u1,平均电压命名为umean1,氢气出口侧的cvm采集到的单片电压信号命名为u2,平均电压命名为umean2;电堆每一片电池左右两侧电压的差值是u1与u2的差值,所述设定阈值a为10mv。

7.根据权利要求6所述的燃料电池电堆下线的质量监测方法,其特征在于:所述步骤4)中,若电堆每一片电池左右两侧电压的差值绝对值大于设定阈值b,则判断u1与umean1的差值绝对值是否大于设定阈值b,若大于则该片电池阴极欠气,所述设定阈值b为30mv。

8.根据权利要求7所述的燃料电池电堆下线的质量监测方法,其特征在于:所述步骤4)中,若电堆每一片电池左右两侧电压的差值绝对值大于设定阈值c,则判断u2与umean2的差值绝对值是否大于设定阈值c,,若大于则该片电池阳极欠气,所述设定阈值c为30mv。

9.一种执行权利要求1-8中任一所述质量监测方法的质量监测装置,其特征在于:装置设有连接至料电池电堆单电池双极板两侧的电压采集接头,所述电压采集接头通过通讯线连接并输出电压信号至电压监测单元,所述电压监测单元连接并输出电压信号至燃料电池测试台,所述燃料电池测试台显示所采集的电压信号。

10.根据权利要求9所述的燃料电池电堆下线的质量监测装置,其特征在于:所述燃料电池电堆的每一片单电池双极板的两侧都插有电压采集接头,每个所述电压采集接头均通过cvp和cvm通讯线连接至电压监测单元,所述燃料电池测试台实时显示监测到每一片电池的左右两侧测到的电压信号。


技术总结
本发明揭示了一种燃料电池电堆下线的质量监测方法及装置,在燃料电池电堆左右侧,插入两套电压采集接头CVP(cell voltage pick‑up),实现采集到电堆每片电池两端的两个电压信号。在低电流密度点0.5A/cm<supgt;2</supgt;,分别降低氢气和空气流量,人为制造略微的欠气状态,通过判断每一片电池两侧的两个电压信号的差异,识别有问题的单片电池,并判断该片电池是阴极欠气(水淹)还是阳极欠气(水淹)。根据质量测试结果,锁定有质量问题的单片电池及阴阳极位置,并对电堆的返修提供指导,该装置和方法操作方法简单,安全性高,成本低,检测效果明显。

技术研发人员:程鹏,潘陈兵,沈新龙,陈海平,陈大华,王艳
受保护的技术使用者:安徽瑞氢动力科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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