CN102569864B - 电堆装配活化验收一体式燃料电池测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电堆装配活化验收一体式测试平台，由燃料电池活化验收装置和辅助系统组成，燃料电池活化验收装置包括电堆在线装配活化部分和封装验收部分，电堆在线装配活化部分和封装验收部分之间由一块移动平板隔开，辅助系统包括氢气供应系统、空气供应系统、冷却循环系统和操作控制系统；电堆在线装配活化和封装电堆验收分别通过接口与辅助系统相连。本发明使用同一套辅助系统对最后的封装电堆进行验收测试，能更好的控制电堆的运行参数，保障电堆性能，减少电堆生产设备，降低电堆生产成本，为批量化大规模快速装配与测试提供了保证。

Description

电堆装配活化验收一体式燃料电池测试平台

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池技术领域的测试平台，尤其涉及一种兼具电堆装配、活化、验收一体式的燃料电池测试平台。

背景技术

燃料电池是通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能的装置，是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电技术。其中的质子交换膜燃料电池因其具有效率高、能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点而在地面发电站、电动车和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。燃料电池内部主要由质子交换膜、电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成。当燃料电池工作时，其内部发生下述反应过程：反应气体在扩散层内扩散，当反应气体到达催化层时，在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应；阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传递到阴极侧，电子经外电路到达阴极，同氧分子反应结合成水，同时放出热量。电极反应为：

阳极（负极）：H₂→2H⁺+2e

阴极（正极）：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

电池反应：H₂+1/2O₂→H₂O

一个典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极放在两块导电的导流极板中间，两块导流板分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这样形成的一个燃料电池称为单电池，为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，需要将多个单电池通过直叠的方式串联成电池组，又叫燃料电池电堆。在燃料电池电堆中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。电堆通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起。

燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。当燃料电池发电系统用作车、船等运载工具的动力系统时，燃料电池发电系统又叫做燃料电池发动机。

氢气的流量、温度、压力和湿度，空气的流量、温度、压力和湿度，冷却水的流量、温度和压力，燃料电池堆流体出入口温差、压差，负载的加载频率变化，系统各零部件的响应速度等工作参数对于燃料电池的正常运行和效率有着重要的影响。

一个完整的燃料电池生产流程应该包括电堆的组装、活化以及外壳封装和验收。

目前的燃料电池在生产过程中，以上的几道工序都是分开执行的，因为每到工序是紧密相关，上一道工序的问题可能需要在下一道工序中才会表现出来，所以往往需要大量的重复劳动，不但浪费人力物力，而且电堆的性能还得不到保障。

专利号为201020160727.3的实用新型专利提到一种兼具燃料电池堆和燃料电池系统性能测试的质子交换膜燃料电池测试平台，不过没有涉及燃料电池堆的在线组装更换和活化。

专利号为ZL200720201327.0的实用新型专利提到一种质子交换膜燃料电池电堆的装堆压机，具有操作简单、电堆内部受力均匀、装堆平整规则、压力容易控制等优点，但其无法直接连辅助系统对组装完成电堆进行测试，必须取下后使用另外独立的活化平台进行测试，一旦电堆中存在单片电池问题，需要重新放入压装机拆卸更换，装配效率低，电堆也容易在频繁的拆卸更换中受损。

专利号为200810036146.6的发明专利和专利号为ZL200820114566.7的实用新型专利都提到了一种能测试燃料电池电堆性能的测试平台，该测试台能够监测各运行参数与燃料电池堆性能之间的关系。专利号为200410093104.8的发明专利提到一种具有自我支持和电力输出功能的燃料电池测试系统，可以自己发电启动，自己运行，发出多余的电力还可以输出供负载或其它电器实用，但是这些测试平台无法实现电堆的在线装配活化，使得电堆的生产流程较为繁琐。

专利号为200510026003.3的发明专利、专利号为200410066321.8的发明专利和专利号为200520041696.9的实用新型专利都提到了一种适合质子交换膜燃料电池堆快速装配和测试的装配台，具有电堆拆卸方便，单电池受力均匀等特点，其能够在测试过程中及时发现电堆问题并进行在线更换，大大简化了装配工序，但依然无法实现封装电堆最后的验收步骤，需要有单独的测试台架，使得生产成本较高，不利于电堆的价格控制。

对于上述燃料电池生产检验设备均只能完成部分工序，导致燃料电池的开发需要大量的设备投入而大大增加研发和生产成本，并且电堆的性能也得不到正确的评估。

发明内容

本发明是要解决现有燃料电池生产工序繁琐，无法完成装配活化验收一体化工艺流程，提出一种兼具电堆组装，在线活化装配，封装验收一体式测试平台。

本发明不仅可以直接当燃料电池压装台使用，同时可以连外接辅助系统直接对压装电堆进行活化测试，并实现活化过程中的在线更换，大大缩短了生产时间，降低生产成本。在电堆活化测试合格后进行封装，封装电堆同样可以使用本平台进行验收测试，减少了设备投入，并且使用相同的辅助设备进行活化和验收，能够更好的验证燃料电池电堆各项运行参数，优化电堆性能。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种电堆装配活化验收一体式测试平台，由燃料电池活化验收装置和辅助系统组成，其中燃料电池活化验收装置包括电堆在线装配活化部分和封装电堆验收部分，电堆在线装配活化部分和封装电堆验收部分之间由一块移动平板隔开，辅助系统包括氢气供应系统、空气供应系统、冷却循环系统和操作控制系统；电堆在线装配活化部分和封装电堆验收部分分别通过接口与辅助系统相连。

燃料电池活化验收装置包括装置框架、移动盖板、活化验收系统连接面板，移动盖板上面放置电堆在线装配活化部分，下面放置封装电堆验收部分；活化验收系统连接面板内嵌有电堆端板，连接面板上面设有燃料入口、冷却液出口、空气入口、燃料出口、冷却液入口、空气出口；且燃料入口、冷却液出口、空气入口、燃料出口、冷却液入口、空气出口分别与辅助系统面板上的燃料输入端口、冷却液导出端口、空气输入端口、燃料输出端口、冷却液导入端口和空气输出端口连接。

装置框架与活化验收系统连接面板之间装有若干根定位杆，其中左侧二根、右侧二根、上方一根、下方一根。装置框架后面连接可调压力顶针。

本发明有益效果是：与现有技术相比，本发明的特点是兼具电堆压装、活化和验收一体式燃料电池测试平台，燃料电池堆在装置上时，按压紧力压紧后，可以暂时不穿上固定螺杆螺帽，方便单片电池更换，实现在线装配活化。使用同一套辅助系统对最后的封装电堆进行验收测试，能更好的控制电堆的运行参数，保障电堆性能，减少电堆生产设备，降低电堆生产成本，为批量化大规模快速装配与测试提供了保证。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是燃料电池活化验收装置结构立体示意图。

具体实施方式

通过结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，2所示，一种电堆装配活化验收一体式测试平台，由燃料电池活化验收装置和辅助系统C组成，其中燃料电池活化验收装置包括电堆在线装配活化部分A和封装电堆验收部分B，电堆在线装配活化部分A和封装电堆验收部分B之间由一块移动平板隔开，辅助系统C包括氢气供应系统、空气供应系统、冷却循环系统和操作控制系统；电堆在线装配活化部分A和封装电堆验收部分B分别通过接口与辅助系统C相连。

燃料电池活化验收装置通过可调节压力顶针2设置压紧力将电堆压紧，连接辅助系统C对电堆进行活化测试。合上移动盖板4，在封装电堆验收处封装电堆验收部分B将封装电堆与辅助系统C连接进行验收测试。

如图2所示，燃料电池活化验收装置包括装置框架1、可调压力顶针2、定位杆3（包括左侧2根、右侧2根、上方1根、下方1根）、移动盖板4、活化验收系统连接面板5、燃料入口6、冷却液出口7、空气入口8、燃料出口9、冷却液入口10、空气出口11；其中活化验收系统连接面板5内嵌有电堆端板，移动盖板4将装置分为两个部分——电堆在线装配活化部分A和封装电堆验收部分B。辅助系统面板18上的燃料输入端口12、冷却液导出端口13、空气输入端口14、燃料输出端口15、冷却液导入端口16、空气输出端口17由软管引出分别与电堆活化验收装置的燃料入口6、冷却液出口7、空气入口8、燃料出口9、冷却液入口10、空气出口11端口连接，可以很方便的在装配活化和封装验收之间进行管路切换。

当进行组装活化工序时，打开移动盖板4，插入定位杆3，将双极板和MEA按顺序摆放进定位杆3框定范围的电堆在线装配活化部分A内，用可调节压力顶针2使用设定压力顶紧，抽出定位杆3，将辅助系统面板18与活化验收系统连接面板5连接，进行电堆活化测试。当测试过程中发现单片电池故障，可以直接关闭辅助系统后在线进行更换，更换完后压紧压力顶针可以方便的继续进行测试，大大缩短了装配活化时间。

当电堆活化测试完成后，在压紧状态下旋上固定螺杆，松开可调节压力顶针2，将电堆从活化区电堆在线装配活化部分A取出，合上移动盖板4，电堆可以直接在移动盖板4上封装电堆验收部分B区进行封装工作，封装完成后将成品电堆放置在移动盖板4前端，使用活化用的同一套辅助系统与封装电堆连接，进行电堆验收测试。使用相同的辅助设备进行活化和验收，更好的验证燃料电池电堆各项运行参数，优化电堆性能。

下面进一步描述本发明质子交换膜燃料电池测试平台具体实施例：

实施例一：

本实施例为一台110片燃料电池电堆的组装活化测试。

具体过程为：打开移动盖板4，将左、右和下方定位杆3插入装置框架1，将110片单电池按顺序依次摆放入定位杆3框定范围的电堆在线装配活化部分A内，插入上方定位杆3，设定压紧力为6kg，用可调节压力顶针2将电堆压紧，抽出定位杆3，将辅助系统面板18与活化验收系统连接面板5上接口管路连接，打开循环冷却水，通入氢气、空气，打开电子负载，通过操作控制系统进行电堆活化测试。

在活化测试过程中，发现某片单电池存在问题需要更换，关闭氢气、空气输入，关闭循环冷却水，电堆放电后断开电子负载，插入四周定位杆3，松开可调节压力顶针2，直接在框架槽体A内抽出问题单片电池进行更换，更换完后再用6kg压紧力压紧电堆，抽出定位杆3，打开循环冷却水，通入氢气、空气，打开电子负载，继续电堆活化测试。

重复上述步骤直至电堆单片电压均一性、电堆总体性能合格，安装定位螺杆，松开可调节压力顶针2取出电堆，完成组装活化工序。

实施例二：

本实施例为一台完成封装的最终产品进行验收测试。

具体过程为：合上移动盖板4，将封装电堆放在移动盖板4上，封装电堆前端板与装置框架1前端板齐平，将辅助系统面板18上的接口管路与封装电堆连接，打开循环冷却水，通入氢气、空气，打开电子负载，通过操作控制系统进行验收测试。

因为使用了活化测试相同的辅助系统，因此能够更好的控制电堆的运行参数，保障封装电堆的验收合格率。

Claims (3)

1.一种电堆装配活化验收一体式燃料电池测试平台，由燃料电池活化验收装置和辅助系统（C）组成，燃料电池活化验收装置包括电堆在线装配活化部分（A）和封装电堆验收部分（B），电堆在线装配活化部分（A）和封装电堆验收部分（B）之间由一块移动平板隔开，辅助系统（C）包括氢气供应系统、空气供应系统、冷却循环系统和操作控制系统；电堆在线装配活化部分（A）和封装电堆验收部分（B）分别通过接口与辅助系统（C）相连接，其特征在于：所述燃料电池活化验收装置包括装置框架（1）、移动盖板（4）、活化验收系统连接面板（5），移动盖板（4）下面放置电堆在线装配活化部分（A），上面放置封装电堆验收部分（B）；活化验收系统连接面板（5）内嵌有电堆端板，连接面板（5）上面设有燃料入口（6）、冷却液出口（7）、空气入口（8）、燃料出口（9）、冷却液入口（10）、空气出口（11）；且燃料入口（6）、冷却液出口（7）、空气入口（8）、燃料出口（9）、冷却液入口（10）、空气出口（11）分别与辅助系统面板（18）上的燃料输入端口（12）、冷却液导出端口（13）、空气输入端口（14）、燃料输出端口（15）、冷却液导入端口（16）和空气输出端口（17）连接。

2.根据权利要求1所述的电堆装配活化验收一体式燃料电池测试平台，其特征在于：所述装置框架（1）与活化验收系统连接面板（5）之间装有若干根定位杆（3），其中左侧二根、右侧二根、上方一根、下方一根。

3.根据权利要求2所述的电堆装配活化验收一体式燃料电池测试平台，其特征在于：所述装置框架（1）后面连接可调压力顶针（2）。

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