专利名称：用于检测燃料电池堆的气密性的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测燃料电池堆的气密性的方法。
背景技术：
为运行燃料电池需要供应工作气体，即特别是供应作为氧化剂的含有氧气的空气以及富含氢的重组物。此外，不同的气体供应必须是气密的，用以避免气体从燃料电池堆中意外泄漏或气体在燃料电池的阳极室和阴极室之间意外过渡。为了能够确保燃料电池堆的气密性，需要进行气密性检测。特别是在生产和释放阶段以及在系统的使用中实施气密性检测。同样地，气密性检测结合燃料电池堆的寿命测试是有利的。在燃料电池堆的气密性不足的情况下会出现燃烧，这会导致更快的腐蚀和最终导致燃料电池堆的损毁。此外，还存在超过所参与的气体的极值的风险，例如在重组物中含有的一氧化碳，其以极小的浓度就已经显示出很高的有害健康的风险。公知的是，燃料电池堆的气密性通过测量压力和体积流量来检测。此外，还公知电化学的检测方法，其基于用反应的气体持续对燃料电池堆加压来获取空载电压或能斯特电压。
在公知的用于气密性检测的方法中人们被迫面对各种问题。这特别是涉及到方法的灵敏度，这是因为很小的非气密性就已经应该被发现。因此即使是在公知的电化学的方法中灵敏度也不令人满意。这特别是针对并非每个燃料电池都被监控的较大的电池堆。反之，如果对每个单独的电池进行监控，就会出现用于运行的巨大耗费的难题，这是因为每个单独的电池必须通过铂触点接触。此外，在电化学的气密性测试中优选用纯氢气进行工作。其缺点在于，通过纯氢气的氧化出现高温燃烧，该燃烧会损坏燃料电池堆。就此而言，通过气密性测试甚至会出现或加大非气密性。因此会失去针对已知的非气密性进行后续密封的时机。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用极少的费用对燃料电池:iiia行灵敏的气密性测试的方法。
该目的通过独立权利要求的特征实现。
本发明的有利的实施方式从,AM权利要求中产生。
本发明在于一种用于检测燃料电池堆的气密性的方法，具有以下步骤
-用限定的气体供应比率运行燃料电池堆，
-限定地改变至少一^体供应比率，
-获取至少一个电池或电池组电压，
-评价至少一个电池或电池组电压随时间的曲线变化。
在该方法的范围中，燃料电池堆tt^在运斤M^下针对一定的时间段ffiA工作气体。对此，特别可以考虑用于阴极室的空气以及合成气体，即95%的氮气和5%的氢气。其中至少改变一^体供应比率，电池或电池组的电压也发生改变。如果燃料电池堆是气密的，则以可复制或可预言的方式发生电压改变。就此而言，观察电池或电池组的电压可以说明，电池堆是否真的气密或者说哪个电池或电池组具有非气密性。
特别可以设置成，对随时间的电压曲线变化的评价考虑到随时间的电压曲线变化本身。
同样地可以设置成，对随时间的电压曲线变化的iTO考虑到电池电OT时间的一阶导数。
根据按照本发明的方法的另一种实施方式设置成，对随时间的电压曲线变化的评价考虑电池电M"时间的二阶导数。原贝'」上也可以在刑介随时间的电压曲线变化时考虑更高的阶数，其中，当然通常评价随时间的电压曲线变化本身，电压曲线变化的一阶导数和或许也还有电压曲线变化的二阶导数lfc^够了。
可以有利地设置成，对随时间的电压曲线变化的评价包括不同的电池或电池组的随时间的电压曲线变化的比较。如果某个电池或电池组的电压曲线变化与另一个电池或电池组的电压曲线变化特别大地偏离，那么这就是非气密性的迹象。就此而言，电池或电池组电压随时间的偏离是关于气密性测试的有利的标准。
此外也可以设置成，对随时间的电压曲线变化的iTO包括随时间的电压曲线变化与舰够的气密性的情况下戶舒页期的随时间的电压曲线变化的比较。针对燃料电池堆的公知的类型，根据限定的气体供应比率的改变可以预期一定的随时间的电压曲线变化。Hlit而言，用这种经验值对电池电压或电池组电压的比较Jif共了用于査明异常以湖于澳赋电池的气密性的有利的可能性。
本发明以有利的方式如此改进，即在限定地改变气体供应比率之前就已经获取至少一个电池或电池组电压并且在至少一个电池或电池组电压基本稳定之后
实施至少一^体供应比率的限定的改变。这可以例如是在运行温度下在x寸燃料
电池概行十併中的气体加压之后的情况，其中，要考虑电池电压在刑介时通常的波动是否被记作是基本稳定的。
优选通过完全切断至少一个气体供应实现至少一个气体供应比率的限定的改变。通i!S种方式对所观察的气体供应执行最大可能地改变，从而也可以预计到对于随时间的电压曲线变化的较大的影响。因此该方法通过这种方式特别灵敏。
也可以考虑，在维持气体供应下Mil改变至少一^体供应的压力来实施至少一^体供应比率的限定的改变。
根据本发明的方法的另一个特别iM的实施方式在于，限定地改变向阳极室
以及向阴极室供应的气体的供应比率。在将两^体供应完全切断的情况下，电
池电压遊卖地降落至赃纟顿镍阳极的情况下的大约680mV的电压值，其中，该电
压为fl/氧化镍-氧化电势。M31将两^体供应完全切断，在任何情况下都预期
对于随时间的电压曲线变化的最大的影响。
现在借助于参照附图的特别优选的实施方式举例说明本发明。
其巾-
图1是电池电压随时间的典型的曲线变化；
图2是在完全寸刀断气体供应下的电池电压随时间的不同的曲线变化；图3是在完^i刀断气体供应下，电池电压对时间的一阶导数随电压的不同的曲线变化；
图4是在完^t刀断气体供应下，电池电M"时间的一阶导数随时间的不同的曲线变化；
图5是在完^i刀断气体供应下，电池组电压对时间的一阶导数随时间的不同
5的曲线变化以及
图6是在完全切断气体供应下，电池电压或电池组电压随时间的不同的曲线变化。
具体实施例方式
图1示出了电池电压随时间的典型的曲线变化。电池电压曲线变化开始是稳定的，其中，在该阶段中用恒定的供应比率供应工作气体。在时间点tl调节两种
工作气体的供应，因此电池电压下降。该下降到达在大约680mV的时间点t2，即在具有镍阳极的燃料电池堆的情况下在ll/氧化ll"氧化电势时中止。电压的下降会典型地比如需要占用大约一个小时。最后发生镍阳极的氧化。
图2示出了在完全切断气体供应下的电池电压随时间的不同的曲线变化。在该电池电压曲线变化中，特别是用虚线示出的曲线变化很突出。电压明显比其它曲线变化更早达到最终稳定的大约680mV的值，因此该电压曲线变化所隶属的电池具有一些非气密性的可能性。
图3示出了在完全切断气体供应下，电池电ra时间的一阶导数随电压的不同的曲线变化。电池电压对时间的一阶导数表示电压下M度。该下降用特征曲线变化实现，其中，具有突出的最大值的两个区域是具有特征的。该最大值在到达最终稳定的电压值前不久特别显著。
图4示出了在完^i刀断气体供应下，电池电ra时间的一阶导数随时间的不同的曲线变化。可以看出，几个电池比其它电池更早地达到最终的最大值，这暗示了在这些电池中的非气密性。
图5示出了在完全切断气体供应下，电池组电m时间的一阶导数随时间的不同的曲线变化。这两条曲线中的每一条都隶属于由三个电池形成的组。实线示出了没有特别的异常的曲线变化。特别是最终的最大值位于达到稳定的电池电压值之前。与之相反，虚线示出了两个最大值(Ml、 M2)，即所隶属的三个电池形成的组中至少一个电池提前达到镍/氧化ll"氧化电势。因此在该电池组的范围中可能存在非气密性。
图6示出了在完全切断气体供应下，电池电压或电池组电压随时间的不同的曲线变化。这里用实线代表单个电池电压，而虚线示出了三个电池的平均值。这些电池中的一个是非气密的。可以看出，电池电压随时间的单纯的评价几乎无法实现将该组作为异常看待，而结合图5说明的、M微分法一定可实现。
关于根据本发明的方法要注意的是，结果显示出与系统向检测台的结合的强
烈依赖性。例如要注意，是否至少阳极室的至少一侧^^寸闭的。此外还要考虑，
阳极室的敞开的端部、即燃烧气体出口的管道有多长。此外，要重视在燃料电池
堆和检测台之间的气密的交接区。
在上述的说明书、图例以及在权利要求中公幵的本发明的特征可以独
立地或者任意组合，为实现本发明是不可缺少的。
权利要求
1.一种用于检测燃料电池堆的气密性的方法，具有以下步骤-用限定的气体供应比率运行燃料电池堆，-限定地改变至少一个气体供应比率，-获取至少一个电池或电池组电压以及-评价至少一个电池或电池组电压随时间的曲线变化。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，对随时间的电压曲线变 化的评价考虑随时间的电压曲线变化本身。
3. 按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对随时间的电压曲线变化的评价考虑电池电压对时间的一阶导数。
4. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对随时间的 电压曲线变化的评价考虑电池电m时间的二阶导数。
5. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对随时间的 电压曲线变化的评价包括不同的电池或电池组随时间的电压曲线变化的 比较。
6. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对随时间的 电压曲线变化的评价包括随时间的电压曲线变化与在足够的气密性的情 况下所预期的随时间的电压曲线变化的比较。
7. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在限定地改 变气体供应比率之前就已经获取至少一个电池或电池组电压并且在至少 一个电池或电池组电压基本稳定之后才实施至少一个气体供应比率的限 定的改变。
8. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个气 体供应比率的限定的改变通过完全切断至少一个气体供应来实施。
9. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个气 体供应比率的限定的改变在维持气体供应下通过改变至少一个气体供应 的压力实现。
10. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，限定地改 变供应给阳极室以及阴极室的气体的供应比率。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测燃料电池堆的气密性的方法，具有以下步骤用限定的气体供应比率运行燃料电池堆，限定地改变至少一个气体供应比率，获取至少一个电池或电池组电压以及评价至少一个电池或电池堆电压随时间的曲线变化。
文档编号H01M8/04GK101657924SQ200880009366
公开日2010年2月24日 申请日期2008年3月31日 优先权日2007年4月4日
发明者史蒂芬·梅格尔, 安德鲁·赖纳特, 杰瑞米·劳伦斯, 比约恩·埃里克·迈 申请人:斯塔克塞拉有限公司