本发明专利技术提供了一种质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术无法在燃料电池使用过程中实时在线监测质子交换膜健康状态的问题。该工装包括集液箱体，设于集液箱体内用于采集液体液位高度的液位传感器、用于采集液体电导率的电导率传感器，设于集液箱体外用于根据实时液位高度控制集液箱体自动排水和根据实时液体电导率输出质子交换膜健康状态的控制器。其中，集液箱体的上表面设有用于与电堆阴极或阳极混合尾排连接的进水口、用于连通外部大气的排气口，集液箱体的下表面设有用于与车辆尾排管道连接的排水口。控制器的输入端分别与电导率传感器、液位传感器的输出端连接，输出端与集液箱体的排水口控制端连接。箱体的排水口控制端连接。箱体的排水口控制端连接。
【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置
[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置。
技术介绍
[0002]燃料电池是一种通过电化学方式将化学能转变为电能的发电装置，氢气在阳极失去电子被氧化为氢质子，质子通过质子交换膜传递到阴极，在阴极与氧气反应生成水，电子通过外电路传导形成电流。质子交换膜是一种高分子聚合物，在燃料电池运行过程中会容易发生机械衰减和化学衰减，机械衰减主要是干湿循环导致，化学衰减是自由基攻击质子交换膜主链末端和支链造成的化学结构被破坏。
[0003]现有技术对质子交换膜的衰退分析主要集中在膜电极层面，一般通过扫描电镜和离子色谱仪（TVOC）测试判断质子交换膜的衰减程度。扫描电镜可直接观察膜材料的表面状态和截面厚度，如果发现穿孔、裂纹、减薄等现象，表明质子交换膜已发生衰减。TVOC可进行尾排水成分分析，检测是否含有质子交换膜成分，但所用设备较为昂贵，成本较高。上述现有技术均无法实现在燃料电池使用过程中对质子交换膜的衰减进行直接识别，在线监测。
技术实现思路
[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置，用以解决现有技术无法在燃料电池使用过程中实时在线监测质子交换膜的健康状态的问题。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置，包括集液箱体（6），设于集液箱体（6）内的液位传感器（5）、电导率传感器（4），以及设于集液箱体（6）外的控制器；其中，集液箱体（6）的上表面分别设有用于与电堆阴极或阳极混合尾排连接的进水口（1）、用于连通外部大气的排气口（2），其下表面设有用于与车辆尾排管道连接的排水口（7）；控制器，用于实时监测电导率传感器（4）、液位传感器（5）获得的电堆阴极或阳极尾排水的电导率、液位高度；以及，根据所述电导率结合液位高度判断质子交换膜燃料电池的健康状态；以及，在质子交换膜燃料电池的健康状态为差时，发出质子交换膜衰减的预警信号。
[0006]上述技术方案的有益效果如下：提供的质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置通过监测电堆阴极或阳极混合尾排输出的液体（尾排水）的电导率得出质子交换膜的健康状态（是否衰减），可以实现电堆健康状态在线监测，无需拆堆，无需复杂设备，能够实时监测，有利于延长燃料电池的使用寿命。该装置避免了因生成水量太小而无法淹没电导率仪传感器位置的问题，集成了电导率传感器、液位传感器以及尾排水进出口。
[0007]基于上述装置的进一步改进，该健康状态监测装置还包括还包括电磁阀（8）；其
中，所述电磁阀（8）的输入端与集液箱体（6）的排水口（7）连接，其输出端与车辆尾排管道连接，其控制端与控制器的输出端连接；所述控制器，还用于在液位传感器（5）获得的液位高度大于基准值的预设倍数后，控制电磁阀（8）导通，否则，控制电磁阀（8）截止。
[0008]进一步，该健康状态监测装置设有两个独立的集液箱体（6），每一集液箱体（6）内设有各自独立的电导率传感器（4）、液位传感器（5）；其中，一个集液箱体（6）的进水口（1）与燃料电池电堆的阴极混合尾排连接，以对燃料电池电堆的阴极尾排水的电导率进行监测，另一个集液箱体（6）的进水口（1）与燃料电池电堆的阳极混合尾排连接，以对燃料电池电堆的阳极尾排水的电导率进行监测；所述两个集液箱体（6）的排水口（7）分别经各自独立的电磁阀（8）与车辆尾排管道连接；控制器，还用于发出预警信号后，将阳极尾排水和阴极尾排水的电导率进行比较；根据比较结果识别电堆内发生质子交换膜衰减的位置靠近阴极还是靠近阳极。
[0009]进一步，所述电导率传感器（4）沿竖直方向置于集液箱体（6）内部靠近底部的一侧；并且，所述电导率传感器（4）的底部与集液箱体（6）的内侧底面之间的距离不超过1 cm。
[0010]进一步，所述液位传感器（5）包括超声液位传感器（5）；并且，所述超声液位传感器（5）置于集液箱体（6）的内侧壁上，并位于电导率传感器（4）的斜上方。
[0011]进一步，所述超声液位传感器（5）的中心、电导率传感器（4）的中心二者在竖直方向上的距离在0.5~1 cm。
[0012]进一步，所述集液箱体（6）的进水口（1）设于其排气口（2）的下方或同一水平高度处，并位于液位传感器（5）的中心的上方；并且，所述集液箱体（6）的进水口（1）与液位传感器（5）的中心在垂直方向上的距离大于1cm。
[0013]进一步，所述控制器执行如下程序：监测液位传感器（5）获得的集液箱体（6）内的实时液位高度；判断集液箱体（6）内的实时液位高度是否超过基准值，如果是，启动超声液位传感器（5），并执行下一步，否则，控制电磁阀（8）关闭，超声液位传感器（5）关闭，执行下一时刻的集液箱体（6）内的实时液位高度的判断；判断集液箱体（6）内的液体的实时电导率是否超过质子交换膜发生衰减的电导率基值，且实时液位高度超过基准值但不超过该基准值的设定倍数；如果是，判定当前时刻质子交换膜燃料电池的健康状态为差，将实时电导率与电导率基值的差值输入事先训练好的健康模型，得出当前时刻质子交换膜衰减的恶化程度，并执行下一步；否则，判定当前时刻质子交换膜燃料电池的健康状态为良，执行下一时刻实时电导率和实时液位高度的判断；在质子交换膜燃料电池的健康状态为差时，发出质子交换膜衰减的恶化程度对应的预警信号；判断集液箱体（6）内的实时液位高度是否超过基准值的预设倍数，如果是，控制电磁阀（8）开启，超声液位传感器（5）关闭，对电堆内部进行排水操作，否则，继续下一时刻实
时液位高度是否超过基准值的预设倍数的判断。
[0014]进一步，该健康状态监测装置还包括散热器；所述集液箱体（6）的进水口（1）经所述散热器与燃料电池电堆的阴极或阳极尾排管道连接。
[0015]进一步，所述集液箱体（6）的上表面还设有均有螺纹接口的通孔；电导率传感器（4）内置于一可拆卸防水柱体的下部或底部；所述可拆卸防水柱体的侧壁设有与上述螺纹接口配合安装的螺纹，通过所述螺纹与集液箱体（6）进行连接。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：1、在出现预警后，对阴极和阳极的电导率值进行比较，能够快速定位问题所在（靠近阴极的质子交换膜降解还是靠近阴极的质子交换膜降解）。
[0017]2、电导率传感器所在位置靠近箱体底部，可增加电导率读取频率，提高精确度。
[0018]3、避免了因生成水量太小而无法淹没电导率传感器位置的问题，集成了在线电导率传感器、液位传感器、电磁阀以及尾排水进出口，能够自动将所测电导率与基准值进行比较，如果发现质子交换膜衰减，则发出预警通知。
[0019]提供
技术实现思路
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。
技术实现思路
部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
[0020]通过结合附图对本公开示例性实施例进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置，其特征在于，包括集液箱体（6），设于集液箱体（6）内的液位传感器（5）、电导率传感器（4），以及设于集液箱体（6）外的控制器；其中，集液箱体（6）的上表面分别设有用于与电堆阴极或阳极混合尾排连接的进水口（1）、用于连通外部大气的排气口（2），其下表面设有用于与车辆尾排管道连接的排水口（7）；控制器，用于实时监测电导率传感器（4）、液位传感器（5）获得的电堆阴极或阳极尾排水的电导率、液位高度；以及，根据所述电导率结合液位高度判断质子交换膜燃料电池的健康状态；以及，在质子交换膜燃料电池的健康状态为差时，发出质子交换膜衰减的预警信号。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置，其特征在于，还包括电磁阀（8）；其中，所述电磁阀（8）的输入端与集液箱体（6）的排水口（7）连接，其输出端与车辆尾排管道连接，其控制端与控制器的输出端连接；所述控制器，还用于在液位传感器（5）获得的液位高度大于基准值的预设倍数后，控制电磁阀（8）导通，否则，控制电磁阀（8）截止。3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置，其特征在于，设有两个独立的集液箱体（6），每一集液箱体（6）内设有各自独立的电导率传感器（4）、液位传感器（5）；其中，一个集液箱体（6）的进水口（1）与燃料电池电堆的阴极混合尾排连接，以对燃料电池电堆的阴极尾排水的电导率进行监测，另一个集液箱体（6）的进水口（1）与燃料电池电堆的阳极混合尾排连接，以对燃料电池电堆的阳极尾排水的电导率进行监测；所述两个集液箱体（6）的排水口（7）分别经各自独立的电磁阀（8）与车辆尾排管道连接；控制器，还用于发出预警信号后，将阳极尾排水和阴极尾排水的电导率进行比较；根据比较结果识别电堆内发生质子交换膜衰减的位置靠近阴极还是靠近阳极。4.根据权利要求1
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3任意一项所述的质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置，其特征在于，所述电导率传感器（4）沿竖直方向置于集液箱体（6）内部靠近底部的一侧；并且，所述电导率传感器（4）的底部与集液箱体（6）的内侧底面之间的距离不超过1 cm。5.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池的健康状态监测装置，其特征在于，所述液位传感器（5）包括超声液位传感器（5）；并且，所述超声液位传感器（5）置于集液箱体（6）的内侧壁上，并位于电导率传感器（4）的斜上方。6...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹季冬，方川，赵川，李飞强，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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