CN109883625A - 一种燃料电池测漏及磨合测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池测漏及磨合测试方法，燃料电池板经过质检后、叠加成整堆前，以如下方法进行测漏和磨合测试：将若干片膜电极和双极板堆叠在堆叠夹具上，形成测漏单元，膜电极和双极板为5‑10组；将测漏单元从堆叠夹具中取出，放入测漏夹具中，进行泄漏性测试；对满足要求的测漏单元安装C型夹，形成测试单元；将测试单元放入测试台进行磨合测试；对测试合格的测试单元，拆除C型夹，取出膜电极和双极板，用于燃料电池堆的组装。本发明的测漏及磨合测试方法，能快速、高效、可靠的完成检测单元组装，在燃料电池装堆之前，对膜电极和双极板进行泄漏全检和磨合测试，可有效提高电堆的组装效率和成功率，减少成堆后的磨合时间，保证电堆性能的一致性。

Description

一种燃料电池测漏及磨合测试方法

技术领域

本发明涉及燃料电池生产技术领域，特别是一种燃料电池测漏及磨合测试方法。

背景技术

燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应将燃料化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。另外，燃料电池使用燃料和氧气作为原料，没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。燃料电池非常适用于交通运输、固定式发电以及便携式领域。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。近年来，世界各国都在积极研究将燃料电池作为动力源，应用于汽车领域。

典型的水冷质子交换膜燃料电池由膜电极、阳极流场板、阴极流场板组成，膜电极一般放在两块导电的流场板中间，流场板既作为电流集流板，也作为膜电极的机械支撑。阳极流场板的一面为阳极流场，另一面为冷却流场，阴极流场板的一面为阴极流场，另一面为冷却流场，阳极流场和阴极流场的流道提供燃料、氧化剂进入阳极、阴极参与反应的通道，冷却流场的流道提供了冷却水经过的通道，以便带走燃料电池运行过程产生的热量。

水冷燃料电池堆由若干组这样的单电池串联组成，相邻的阳极流场板和阴极流场板的冷却面相接触，接触面必须保证密封性能，以防止冷却液泄露。每一个发电单元的性能直接影响整体电堆性能，如果其中一个发电单元出现问题，整个电堆都无法运行。燃料电池电堆各发电单元性能的一致性是很重要的指标。

燃料电池主要是通过生产过程的质量控制保证产品质量，生产完成后，再进行机械测漏，测漏合格即判定为产品合格。商用化电堆都是由几十个甚至上百个发电单元组成，电堆的四角上设有定位孔，内定位杆穿过定位孔，下端以盖形螺母锁紧，上端以锁紧螺母锁紧。测漏及磨合测试方式如图1所示，在极板质检后，将几十个至上百个发电单元的膜电极和双极板一次性组装成整堆，然后对整个燃料电池堆进行压力测漏和磨合测试。如果测试中发现整堆有泄漏和磨合测试不合格的情况，则需要将整堆拆除，松掉螺母，取出螺杆，从上百个发电单元中将有问题的发电单元找出，剔除性能较低或测漏不合格的发电单元，再将其余无问题的双极板和膜电极重新装配成整堆。多次拆装容易造成多片膜电极的损伤，导致性能下降。且整堆拆装的耗费时长，效率较低。

公告号为201069807Y的实用新型专利，提供了一种燃料电池膜电极检测系统样品夹具装置，公告号为206057234U的实用新型专利，提供了一种燃料电池用膜电极检测装置，两个专利均是针对单片膜电极的检测方法，因此均不适用于燃料电池批量化生产和检测。公布号为CN103900773A的发明专利，提供了一种燃料电池堆在线气密性检测装置及方法，其检测对象为被压机施压到组装压力但尚未旋紧螺母的电池堆。由于燃料电池堆尚未旋紧螺母紧固，在此种状态下进行气密性测试，可能发生堆叠的电池单元在施压中发生错位，无法保证各个电池单元的流道在测试过程中一直对齐，因此检测出的电堆气密性数值可能并不完全准确。公告号为CN207703414U的实用新型专利，提供了一种用于燃料电池堆的气密性检测装置，公告号为CN103063375A的发明专利，提供了一种燃料电池电堆组装力与密封性的在线测试方法，均是针对一次性成型电堆的检测装置，都存在前述说的多次拆装易造成多片膜电极的损伤，导致性能下降，以及电堆的拆装耗费时长，效率较低等问题。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种燃料电池测漏及磨合测试方法，针对质检后、叠加成整堆前的膜电极和双极板，只叠加5-10组燃料电池发电单元，组成检测单元，进行压力侧漏和磨合测试，由于检测单元的燃料电池片数仅仅是整堆片数的10％-20％，一旦检测过程中发现问题，能提前发现问题、及时解决，提高了电池片在组装成整堆前的产品合格率，且小的检测单元便于拆除和组装，提高了检测效率。

本发明的技术方案为：

一种燃料电池测漏及磨合测试方法，所述燃料电池板经过质检后、叠加成整堆前，以如下方法进行测漏和磨合测试：

S1：将若干片膜电极和双极板堆叠在堆叠夹具上，形成测漏单元，所述膜电极和双极板为5-10组；

S2：将测漏单元从堆叠夹具中取出，放入测漏夹具中，进行泄漏性测试；

S3：对满足要求的测漏单元安装C型夹，形成测试单元；

S4：将测试单元放入测试台进行磨合测试；

S5：对测试合格的测试单元，拆除C型夹，取出膜电极和双极板，用于燃料电池堆的组装。

所述堆叠夹具包括堆叠底板，所述堆叠底板上设有定位柱、搬运让位孔和测试接口让位孔，所述定位柱围绕在测漏单元的三条边外缘，所述测漏单元的最下面为阴极尾板总成，所述阴极尾板总成下表面设有向下凸出的测试接口，所述测试接口让位孔与阴极尾板总成下表面的测试接口相对应。

所述测漏夹具包括测漏底板和测漏顶板，所述测漏底板两相对侧边设有测漏接头，所述测漏单元的最下面为阴极尾板总成，所述阴极尾板总成下表面设有向下凸出的测试接口，所述测漏底板上表面开设有与阴极尾板总成下表面测试接口相对应的测试接口槽，所述测试接口与测试接口槽之间以O型圈密封。

所述测漏底板上表面和测漏顶板下表面设有与C型夹位置相对应的C型夹槽。

所述方法可通过自动化、半自动化或手工操作的方式实现。

本发明的检测方法在传统的燃料电池质检后、堆叠组装成整堆前，增加了测漏及磨合测试的工艺流程，检测对象为5-10组发电单元所叠加而成的检测单元。由于在成堆之前，对膜电极和极板已经进行了泄漏检查和磨合测试，能提前发现问题、解决问题，提高了电池片在组装成整堆前的产品合格率，提高电堆的组装效率和成功率。避免组装成整堆后，如果整堆检测中发现问题，需要对整堆进行拆装，费时费力，且容易对电池片造成不可修复的损伤。

本检测方法的检测单元，相对于整堆的燃料电池堆而言，发电单元片数仅为整堆片数的10％-20％，检测中发现问题容易拆装，拆装所需的时间短、效率高。且利用本发明的堆叠夹具和测漏夹具，可实现本发明检测单元的快速堆叠和快速测漏，方便快捷，省时省力，提高了检测效率。本发明的燃料电池测漏及磨合测试方法，可提高燃料电池电堆各发电单元性能的一致性，提高电堆生产的一次性合格率。

附图说明

图1为现有技术的燃料电池堆测漏和磨合测试工艺流程；

图2为增加了本发明的燃料电池测漏和磨合测试方法的整体工艺流程；

图3为本发明的堆叠夹具结构立体图；

图4为本发明的测漏单元组成立体图；

图5为本发明的测漏单元堆叠于堆叠夹具上的状态立体图；

图6为本发明的测漏单元位于测漏夹具中的状态立体图；

图7为本发明的测试单元立体结构图；

图8为本发明的测试单元拆卸后的状态图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

参考图2，本发明的燃料电池测漏及磨合测试方法，所述燃料电池板经过质检后、叠加成整堆前，以如下方法进行测漏和磨合测试：

S1：将若干片膜电极和双极板51堆叠在堆叠夹具10上，形成测漏单元50，如图4所示，测漏单元50最下面是阴极尾板总成52，总上面是阳极尾板总成53，中间是膜电极和双极板51，膜电极和双极板51的数量是5-10组，燃料电池片数仅仅是整堆片数的10％-20％。

如图3所示，堆叠夹具10包括堆叠底板11，堆叠底板11上设有定位柱111、搬运让位孔112和测试接口让位孔113，定位柱111围绕在测漏单元50的三条边外缘，保证堆叠整齐，边角对齐。测漏单元50的最下面为阴极尾板总成52，阴极尾板总成52下表面设有向下凸出的测试接口521，测试接口让位孔113与阴极尾板总成52下表面的测试接口521相对应。堆叠时，测试接口521插入测试接口让位孔113中。搬运让位孔112用于当使用机械手或人工搬运堆叠夹具10和测漏单元50时，给机械手或人手留出活动空间，便于搬运移动。堆叠好的测漏单元50如图5所示。

S2：将测漏单元50从堆叠夹具10中取出，放入测漏夹具20中，进行压力机泄漏性测试。如图6所示，测漏夹具20包括测漏底板21和测漏顶板22，分别位于测漏单元50的下方和上方。测漏底板21两相对侧边设有测漏接头211，测漏底板21上表面开设有与阴极尾板总成52下表面测试接口521相对应的测试接口槽212，将测试接口521插入测试接口槽212中，两者之间以O型圈213密封。

将压力机通过气动阀与测漏底板21上的各测漏接头211相连接，开关气动阀对各个腔体进行加压，压力到位后，进行外泄漏和内泄漏的测试。先测试外泄漏，使阳极腔体、阴极腔体和水冷腔体的压力逐渐增大到预设值，关闭进口、出口气动阀，经过规定的时间后，检查某个腔体的压力下降是否超过规定范围。在无外泄漏的情况下，进行内泄漏测试。将某个腔体内压力增大到预设值，保持另外两个腔体为常压，关闭进口、出口气动阀，经过规定的时间后，检查另外两个腔体的压力变化是否超过规定范围。

如果以上外泄漏和内泄漏测试的压力变化超范围，则证明测漏单元50中的某个电池单元存在外泄漏或内泄漏。由于测漏单元50中仅有5-10组电池单元，且无螺杆螺母的定位固定，可以很容易将测漏单元50分开，找到有缺陷或性能偏低的电池单元，进行修复。其余性能较好的膜电极和双极板51，则重新组合成侧漏单元50，进行下一步的操作。

S3：对满足要求的测漏单元50安装C型夹61，形成测试单元60，如图7所示。为了便于安装C型夹61，测漏底板21上表面和测漏顶板22下表面设有与C型夹61位置相对应的C型夹槽23。

S4：将测试单元60放入测试台进行磨合测试，将测试单元60安装在测试台上，分别接通氢气、空气、冷却液，然后加负载进行磨合测试。对于未通过磨合测试的测试单元60，使用压力机拆除C型夹61，更换其中的不合格片，重新组装单元60。

S5：对测试合格的测试单元60，使用压力机拆除C型夹61，取出膜电极和双极板51，如图8所示，用于燃料电池堆的组装。

本发明的燃料电池测漏及磨合测试方法，在燃料电池装堆之前，对膜电极和双极板进行泄漏全检，可有效提高电堆的组装效率和成功率。在装堆之前，对膜电极进行磨合测试，可减少成堆后的磨合时间，同时保证电堆性能的一致性。本发明的工艺流程，包含堆叠夹具10、测漏夹具20和C型夹61，能快速、高效、可靠的完成测漏单元50和测试单元60的组装，机械测漏和磨合测试，可适用于自动化、半自动化和手工操作的方式。

以上公开的仅为本发明的实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种燃料电池测漏及磨合测试方法，其特征在于，所述燃料电池板经过质检后、叠加成整堆前，以如下方法进行测漏和磨合测试：

S1：将若干片膜电极和双极板(51)堆叠在堆叠夹具(10)上，形成测漏单元(50)，所述膜电极和双极板(51)为5-10组；

S2：将测漏单元(50)从堆叠夹具(10)中取出，放入测漏夹具(20)中，进行泄漏性测试；

S3：对满足要求的测漏单元(50)安装C型夹(61)，形成测试单元(60)；

S4：将测试单元(60)放入测试台进行磨合测试；

S5：对测试合格的测试单元(60)，拆除C型夹(61)，取出膜电极和双极板(51)，用于燃料电池堆的组装。

2.根据权利要求1所述的测漏及磨合测试方法，其特征在于，所述堆叠夹具(10)包括堆叠底板(11)，所述堆叠底板(11)上设有定位柱(111)、搬运让位孔(112)和测试接口让位孔(113)，所述定位柱(111)围绕在测漏单元(50)的三条边外缘，所述测漏单元(50)的最下面为阴极尾板总成(52)，所述阴极尾板总成(52)下表面设有向下凸出的测试接口(521)，所述测试接口让位孔(113)与阴极尾板总成(52)下表面的测试接口(521)相对应。

3.根据权利要求1所述的测漏及磨合测试方法，其特征在于，所述测漏夹具(20)包括测漏底板(21)和测漏顶板(22)，所述测漏底板(21)两相对侧边设有测漏接头(211)，所述测漏单元(50)的最下面为阴极尾板总成(52)，所述阴极尾板总成(52)下表面设有向下凸出的测试接口(521)，所述测漏底板(21)上表面开设有与阴极尾板总成(52)下表面测试接口(521)相对应的测试接口槽(212)，所述测试接口(521)与测试接口槽(212)之间以O型圈(213)密封。

4.根据权利要求3所述的测漏及磨合测试方法，其特征在于，所述测漏底板(21)上表面和测漏顶板(22)下表面设有与C型夹(61)位置相对应的C型夹槽(23)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的测漏及磨合测试方法，其特征在于，所述方法可通过自动化、半自动化或手工操作的方式实现。