CN114597456B - 一种电堆***安全检测装置及方法 - Google Patents

一种电堆***安全检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电堆***安全检测装置及方法。本发明装置用于检测电堆***，包括电堆模块，电堆模块采用密封腔密封，且连接惰性气体入口和惰性气体出口，在惰性气体入口与电堆模块之间设置有第一电磁阀，在惰性气体出口与电堆模块之间设置有第二电磁阀；电堆模块的密封腔内设置有压力传感器和可燃气体检测器。本发明技术方案用于解决由于电堆极板和MEA之间密封垫的失效以及氢气供料接口处的密封失效造成的电堆氢气泄露及泄露后排放处理。

Description

一种电堆***安全检测装置及方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种电堆***安全检测装置及方法。
背景技术
当前燃料电池被广泛应用于各个领域，其安全性也备受人们关注，其核心部件电堆的安全性更是重中之重。燃料电池电堆是由很多单电池按照响应设计堆叠而成，电堆内部是氢气和氧气发生反应的场所，其中氢气泄露是电堆主要安全隐患。分析其泄露主要原因有两点，一是由于电堆极板和MEA之间密封垫的失效造成的，二是由于氢气供料接口处的密封失效造成的，两种失效模式均会向电堆工作外环境泄露氢气，从而造成安全隐患，诱发安全事故。现有技术对电堆***的检测大多采用在线监测氢气浓度，发现泄露后切断燃料供给。然而该方案存在已泄露至切断供给过程中氢气的安全处理；监测位置对实际泄露量的影响，存在误报或延迟现象。
发明内容
根据上述提出的燃料电池氢气泄露及泄露后排放处理技术问题，而提供一种电堆***安全检测装置及方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种电堆***安全检测装置，用于检测电堆***，包括电堆模块；
所述电堆模块采用密封腔密封，且电堆模块均连接惰性气体入口和惰性气体出口，在惰性气体入口与电堆模块之间设置有第一电磁阀，在惰性气体出口与电堆模块之间设置有第二电磁阀；所述电堆模块的密封腔内设置有压力传感器和可燃气体检测器。
进一步地，所述电堆模块为多个，且每个电堆模块均采用密封腔密封。
进一步地，每个所述电堆模块的密封腔室均连接惰性气体入口和惰性气体出口，在惰性气体入口与每个电堆模块之间设置有第一电磁阀，在惰性气体出口与每个电堆模块之间设置有第二电磁阀；每个所述电堆模块的密封腔内设置有压力传感器和可燃气体检测器。
一种基于上述电堆***安全检测装置中电堆模块的密封方法，包括：
S1、获取电堆模块密封腔室的压力参数；
S2、确定密封压力；
S3、打开惰性气体入口与电堆模块之间设置的第一电磁阀，通入惰性气体；
S4、检测电堆模块密封腔室的压力值是否等于确定的密封压力；若相等，则关闭第一电磁阀；若不相等，则返回执行步骤S3。
本发明还提供了一种电堆***安全检测种方法，基于上述电堆***安全检测装置实现，包括：
A1、设定电堆模块密封腔的初始密封压力0-p1，计算初始密封压力的优选值；
A2、计算压力传感器检测的压力阈值；
A3、实时获取电堆模块密封腔室的压力数值，并计算泄露过程增加的密封压力值；
A4、当实时获取到的压力数值在设定的压力阈值范围内时，检测泄露气体是否为可燃气体，若不是可燃气体，判断电堆***的性能是否正常；执行步骤A6；若是可燃气体，则判断此时压力数值是否大于压力阈值；执行步骤A5；
A5、若此时的压力数值不大于压力阈值，则打开惰性气体入口与电堆模块之间设置的第一电磁阀，通入惰性气体直到大于泄漏量；若此时的压力数值大于压力阈值，则切断燃料供给，打开第一电磁阀、第二电磁阀至所有燃气排放完毕，打开电堆模块的密封腔，对泄漏处进行维修；
A6、若电堆***的性能正常，则继续运行；若电堆***的性能不正常，则逐渐增大空气气量，判断空气气量是否达到最大值；
A7、若空气气量达到最大值，则打开电堆模块的密封腔，对泄漏处进行维修；若空气气量达不到最大值，则返回执行步骤A6。
进一步地，所述计算初始密封压力的优选值，具体为：
设定电堆模块的正常工作压力为P1，电堆模块允许泄露量为a％，计算优选值的公式为：
P初始密封压力＝P1×(1-2×a％)。
进一步地，所述计算压力传感器检测的压力阈值，具体公式为：
P阈值＝P密封×(1+a％)。
进一步地，所述计算泄露过程增加的密封压力值，具体公式为：
P泄露后密封压力＝P显示-P初始密封压力+P1。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的电堆***安全检测装置，区别于传统泄露检测，采用气压检测手段检测电堆泄露情况。将各电堆密封为多个独立腔室，内部充入惰性气体(氮气、氦气等)，使用压力传感器和氢气浓度报警器共同监控。
2、本发明提供的电堆***安全检测装置，能够实时控制燃料电池氢气泄露及泄露后排放处理。
基于上述理由本发明可在燃料电池等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置结构示意图。
图2为本发明密封过程流程图。
图3为本发明方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种电堆***安全检测装置，用于检测电堆***，包括电堆模块，其中：
电堆模块采用密封腔密封，且电堆模块均连接惰性气体入口和惰性气体出口，在惰性气体入口与电堆模块之间设置有第一电磁阀，在惰性气体出口与电堆模块之间设置有第二电磁阀；电堆模块的密封腔内设置有压力传感器和可燃气体检测器。
具体实施时，作为本发明的优选实施方式，电堆模块可以为多个，且每个电堆模块均采用密封腔密封。每个电堆模块的密封腔室均连接惰性气体入口和惰性气体出口，在惰性气体入口与每个电堆模块之间设置有第一电磁阀，在惰性气体出口与每个电堆模块之间设置有第二电磁阀；每个电堆模块的密封腔内设置有压力传感器和可燃气体检测器。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，本发明还提供了一种基于上述电堆***安全检测装置中电堆模块的密封方法，包括：
S1、获取电堆模块密封腔室的压力参数；
S2、确定密封压力；
S3、打开惰性气体入口与电堆模块之间设置的第一电磁阀，通入惰性气体；通入惰性气体后，维持该压力恒定。密封腔室工作压力略低于电堆模块内部工作压力以保证泄漏时，压力传感器可检测到密封腔室内压力变化。如电堆模块内部工作压力为60kPa，可保证密封压力在40kPa左右。
S4、检测电堆模块密封腔室的压力值是否等于确定的密封压力；若相等，则关闭第一电磁阀；若不相等，则返回执行步骤S3。
实施例3
如图3所示，在实施例1-2的基础上，本发明还提供了一种电堆***安全检测方法，该方法基于上述电堆***安全检测装置实现，包括：
A1、设定电堆模块密封腔的初始密封压力0-P1，计算初始密封压力的优选值；
A2、计算压力传感器检测的压力阈值；
A3、实时获取电堆模块密封腔室的压力数值，并计算泄露过程增加的密封压力值；
A4、当实时获取到的压力数值在设定的压力阈值(模块提供方设定，可继续放电的最大泄漏量，如50kPa)范围内时，检测泄露气体是否为可燃气体，若不是可燃气体，判断电堆***的性能是否正常；执行步骤A6；若是可燃气体，则判断此时压力数值是否大于压力阈值；执行步骤A5；
A5、若此时的压力数值不大于压力阈值，则打开惰性气体入口与电堆模块之间设置的第一电磁阀，通入惰性气体直到大于泄漏量；如泄漏量50kPa，而初始值40kPa，则将该腔室压力增加值＞60kPa，以保证泄漏气体不向外部扩散。若此时的压力数值大于压力阈值，则切断燃料供给，打开第一电磁阀、第二电磁阀至所有燃气排放完毕，打开电堆模块的密封腔，对泄漏处进行维修；
A6、若电堆***的性能正常，则继续运行；若电堆***的性能不正常，则逐渐增大空气气量，判断空气气量是否达到最大值；
A7、若空气气量达到最大值，则打开电堆模块的密封腔，对泄漏处进行维修；若空气气量达不到最大值，则返回执行步骤A6。
具体实施时，作为本发明的优选实施方式，计算初始密封压力的优选值，具体为：
设定电堆模块的正常工作压力为P1，电堆模块允许泄露量为a％，计算优选值的公式为：
P初始密封压力＝P1×(1-2×a％)。
具体实施时，作为本发明的优选实施方式，计算压力传感器检测的压力阈值，具体公式为：
P阈值＝P密封×(1+a％)。
具体实施时，作为本发明的优选实施方式，计算泄露过程增加的密封压力值，具体公式为：
P泄露后密封压力＝P显示-P初始密封压力+P1。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种电堆***安全检测方法，其特征在于，基于电堆***安全检测装置实现，包括：
A1、设定电堆模块密封腔的初始密封压力0-P1，计算初始密封压力的优选值；
A2、计算压力传感器检测的压力阈值；
A3、实时获取电堆模块密封腔室的压力数值，并计算泄露过程增加的密封压力值；
A4、当实时获取到的压力数值在设定的压力阈值范围内时，检测泄露气体是否为可燃气体，若不是可燃气体，判断电堆***的性能是否正常；执行步骤A6；若是可燃气体，则判断此时压力数值是否大于压力阈值；执行步骤A5；
A5、若此时的压力数值不大于压力阈值，则打开惰性气体入口与电堆模块之间设置的第一电磁阀，通入惰性气体直到大于泄漏量；若此时的压力数值大于压力阈值，则切断燃料供给，打开第一电磁阀、第二电磁阀至所有燃气排放完毕，打开电堆模块的密封腔，对泄漏处进行维修；
A6、若电堆***的性能正常，则继续运行；若电堆***的性能不正常，则逐渐增大空气气量，判断空气气量是否达到最大值；
A7、若空气气量达到最大值，则打开电堆模块的密封腔，对泄漏处进行维修；若空气气量达不到最大值，则返回执行步骤A6；
所述电堆***安全检测装置，用于检测电堆***，包括电堆模块，电堆模块采用密封腔密封，且电堆模块均连接惰性气体入口和惰性气体出口，在惰性气体入口与电堆模块之间设置有第一电磁阀，在惰性气体出口与电堆模块之间设置有第二电磁阀；电堆模块的密封腔内设置有压力传感器和可燃气体检测器。
2.根据权利要求1所述的电堆***安全检测方法，其特征在于，所述电堆模块为多个，且每个电堆模块均采用密封腔密封。
3.根据权利要求2所述的电堆***安全检测方法，其特征在于，每个所述电堆模块的密封腔室均连接惰性气体入口和惰性气体出口，在惰性气体入口与每个电堆模块之间设置有第一电磁阀，在惰性气体出口与每个电堆模块之间设置有第二电磁阀；每个所述电堆模块的密封腔内设置有压力传感器和可燃气体检测器。
4.根据权利要求1所述的电堆***安全检测方法，其特征在于，所述计算初始密封压力的优选值，具体为：
设定电堆模块的正常工作压力为P1，电堆模块允许泄露量为a％，计算优选值的公式为：
P初始密封压力＝P1×(1-2×a％)。
5.根据权利要求1所述的电堆***安全检测方法，其特征在于，所述计算压力传感器检测的压力阈值，具体公式为：
P阈值＝P密封×(1+a％)。
6.根据权利要求1所述的电堆***安全检测方法，其特征在于，所述计算泄露过程增加的密封压力值，具体公式为：
P泄露后密封压力＝P显示-P初始密封压力+P1。
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