CN111721497B - 一种检测燃料电池流场内流阻分布的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测燃料电池流场内流阻分布的测量装置及方法，涉及检测流场流阻分布技术设备领域。该测量装置包括备测组件，备测组件包括第一流场、第二流场和分隔组件，第一流场和第二流场与双极板上的流场结构相同，分隔组件的两侧面分别与第一流场和第二流场贴合设置形成封闭的第一流场和第二流场；第一流场的第一进气口设有第一进气压力表，第一流场的第一出气口设有第一出气压力表，第一流场上间隔设有多个第一检测孔，每个第一检测孔处设有一个第一压力检测表；第二流场的第二进气口上设有第二进气压力表，第二流场的第二出气口设有第二出气压力表。该测量装置能够准确地测量出燃料电池内部各处的流阻分布情况，且该测量装置简单可行。

Description

一种检测燃料电池流场内流阻分布的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及检测流场流阻分布技术设备领域，具体涉及一种检测燃料电池流场内流阻分布的测量装置及方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是一种通过电化学反应将燃料的化学能直接转化为电能的装置，其主要由双极板，膜电极等组件构成，双极板包括阳极单板和阴极单板，在阳极单板和阴极单板一面上均刻有流场及进出气孔，将膜电极夹紧于阳极单板和阴极单板带有流场的面之间，并将阳极单板和阴极单板固定连接形成一节单电池，通过多个单电池的叠加则形成燃料电池堆。其中，双极板做为PEMFC燃料电池关键部件之一，其流场结构设计直接影响膜电极性能发挥。

现有技术中，常见对双极板流场分布的测量方法有将端板做成透明材料，在入口通入相关流体介质，通过高速摄像机直接通过透明端板拍摄流体在流场内流动及分布状态，此种方式无法精确量化流体分布结果；还有通过测量燃料电池整体进出口压力大小，从而得到燃料电池电堆的流阻值，即在燃料电池流场入口和出口均设置压力表，通过计算进出口压力差得到流场内流阻分布总值，此种方式无法得到燃料电池内部各处流体流阻的具体分布状况，从而无法精确对双极板的流场结构进行优化设计。

基于此，亟需一种检测燃料电池流场内流阻分布的测量装置及方法，用以解决如上提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测燃料电池流场内流阻分布的测量装置及方法，能够准确地测量出燃料电池内部各处的流场流阻分布情况，且该测量装置简单可行。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种检测燃料电池流场内流体流阻分布的测量装置，包括备测组件，所述备测组件包括第一流场、第二流场和分隔组件，所述第一流场和所述第二流场与双极板上的流场结构相同，所述分隔组件的两侧面分别与所述第一流场和所述第二流场贴合设置形成封闭的所述第一流场和所述第二流场，所述分隔组件被配置为在所述第一流场和所述第二流场间存在压差时，挤压压力较小一侧的流场；

所述第一流场的第一进气口设有第一进气压力表，所述第一流场的第一出气口设有第一出气压力表，所述第一流场上间隔设有多个第一检测孔，每个所述第一检测孔处设有一个第一压力检测表；

所述第二流场的第二进气口上设有第二进气压力表，所述第二流场的第二出气口设有第二出气压力表。

可选地，所述第一出气口还设有第一背压阀，所述第一背压阀设于所述第一出气压力表的下游。

可选地，所述测量装置还包括第一流量调节装置，所述第一流量调节装置包括沿所述第一进气口进气方向依次设置的第一流量调节阀与第一流量计，所述第一进气压力表设于所述第一流量调节阀与所述第一进气口之间。

可选地，所述第二流场上间隔设有多个第二检测孔，每个所述第二检测孔处安装一个第二压力检测表。

可选地，所述第二出气口还设有第二背压阀，所述第二背压阀设于所述第二出气压力表的下游。

可选地，所述测量装置还包括第二流量调节装置，所述第二流量调节装置包括沿所述第二进气口(21)进气方向依次设置的第二流量调节阀(82)和第二流量计(83)，所述第二进气压力表(81)设于所述第二流量调节阀(82)与所述第二进气口(21)之间。

可选地，所述备测组件还包括固定连接的第一平板和第二平板，所述分隔组件包括：

第一分隔组件，包括阴极碳纸、和/或阴极碳布以及阴极单板，所述阴极单板带有阴极流道的一面与所述第一平板贴合设置，且所述阴极碳纸和/或所述阴极碳布设于所述阴极单板与所述第一平板之间，所述阴极单板、所述阴极碳纸和/或所述阴极碳布和所述第一平板形成封闭的所述第一流场，所述第一平板远离所述阴极单板的一侧设有所述第一进气口、所述第一出气口和多个所述第一检测孔；

第二分隔组件，包括阳极碳纸、和/阳极碳布以及阳极单板，所述阳极单板未设有阳极流道的一面与所述阴极单板远离所述第一平板的一面贴合设置，所述阳极单板带有所述阳极流道的一面与所述第二平板贴合设置，且所述阳极碳纸和/或所述阳极碳布设于所述阳极单板与所述第二平板之间，所述阳极单板、所述阳极碳纸和/或所述阳极碳布和所述第二平板形成封闭的所述第二流场，所述第二平板远离所述阳极单板的一侧设有所述第二进气口、所述第二出气口和多个所述第二检测孔。

可选地，所述备测组件还包括固定连接的第三平板和第四平板，所述分隔组件还包括不含催化剂的膜电极，所述第三平板设有阴极流道且带有所述阴极流道的一面与所述膜电极贴合设置形成封闭的所述第一流场，所述第三平板远离所述膜电极的一侧设有所述第一进气口、所述第一出气口和多个所述第一检测孔；

所述第四平板设有阳极流道且带有所述阳极流道的一面与所述膜电极的另一侧贴合设置形成封闭的所述第二流场，所述第四平板远离所述膜电极的一侧设有所述第二进气口、所述第二出气口和多个所述第二检测孔。

可选地，所述测量装置还包括第一进气管道、第一出气管道、第二进气管道和第二出气管道，所述第一进气管道与所述第一进气口连通且所述第一进气管道上设有所述第一进气压力表，所述第一出气管道与所述第一出气口连通且所述第一出气管道上设有所述第一出气压力表，所述第二进气管道与所述第二进气口连通且所述第二进气管道上设有所述第二进气压力表，所述第二出气管道与所述第二出气口连通且所述第二出气管道上设有所述第二出气压力表。

一种检测燃料电池流场内流体流阻分布的方法，采用如上所述的测量装置，具体步骤如下：

S1：向所述第一进气口通入第一流体介质，使所述第一流场内的压力值达到第一预设压力值，同时，向所述第二进气口通入第二流体介质，使所述第二流场内的压力稳定在第二预设压力值；

S2：记录多个所述第一压力检测表的第一压力分值，用两个所述第一压力分值做差即得到两个所述第一压力检测表之间的第一流阻分值，以此计算得到所述第一流场内各处的流阻分布值。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种检测燃料电池流场内流阻分布的测量装置及方法，通过设置备测组件，备测组件包括第一流场、第二流场和分隔组件，第一流场和第二流场与双极板上的流场结构相同，分隔组件的两侧面分别与第一流场和第二流场贴合设置形成封闭的第一流场和第二流场，分隔组件被配置为在第一流场和第二流场间存在压差时，挤压压力较小一侧的流场，通过对流场及分隔组件的限定能够准确模拟出燃料电池中双极板结构的使用状态；进一步在第一流场的第一进气口设有第一进气压力表，第一流场的第一出气口设有第一出气压力表，以实时监测第一流场的总压力值，同时，第二流场的第二进气口上设有第二进气压力表，第二流场的第二出气口设有第二出气压力表，以维持第二流场的总压力值不变。第一流场上间隔设有多个第一检测孔，每个第一检测孔处设有一个第一压力检测表，以对第一流场内各处的压力进行检测；

使用时，向第一进气口通入第一流体介质，观察第一进气压力表和第一出气压力表的压力值，第一进气压力表和第一出气压力表的压力差值即为第一流场内的第一流阻总值，使第一流阻总值达到第一预设值，同时，向第二进气口通入第二流体介质，观察第二进气压力表和第二出气压力表的压力值，使第二流场内的流阻值稳定在第二预设值，记录下多个第一压力检测表的压力值，将任意两个第一压力检测表的压力值做差即得到两个第一压力检测表之间的流阻值，以此计算得到第一流场内各处的流阻分布值，此测量装置能够准确地测量出燃料电池内部各处的流场流阻分布情况，且该测量装置简单可行。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的测量装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的测量装置的第一平板的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的测量装置的阴极单板的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的测量装置的第二平板的结构示意图；

图5是本发明实施例一提供的测量装置的阳极单板的结构示意图；

图6是本发明实施例二提供的测量装置的整体结构示意图；

图7是本发明实施例二提供的测量装置的第三平板的正面结构示意图；

图8是本发明实施例二提供的测量装置的第三平板的背面结构示意图；

图9是本发明实施例二提供的测量装置的第四平板的正面结构示意图；

图10是本发明实施例二提供的测量装置的第四平板的反面结构示意图。

图中：

1、第一平板；11、第一进气口；12、第一出气口；13、第一检测孔；131、第一压力检测表；14、第一安装孔；2、第二平板；21、第二进气口；22、第二出气口；23、第二检测孔；231、第二压力检测表；24、第二安装孔；3、第一分隔组件；31、阴极单板；311、阴极流道；32、阴极碳纸；4、第二分隔组件；41、阳极单板；411、阳极流道；42、阳极碳纸；5、第一紧固件；6、第一进气管道；61、第一进气压力表；62、第一流量调节阀；63、第一流量计；7、第一出气管道；71、第一出气压力表；72、第一背压阀；8、第二进气管道；81、第二进气压力表；82、第二流量调节阀；83、第二流量计；9、第二出气管道；91、第二出气压力表；92、第二背压阀；

10、第三平板；20、第四平板；30、膜电极。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本实施例公开的一种检测燃料电池流场内流体流阻分布的测量装置包括备测组件，备测组件包括第一流场、第二流场和分隔组件，第一流场和第二流场均与分隔组件贴合设置。需要说明的是，第一流场和第二流场与双极板上的流场结构相同，分隔组件的两侧面分别与第一流场和第二流场贴合设置形成封闭的所述第一流场和所述第二流场，分隔组件被配置为在第一流场和第二流场间存在压差时，挤压压力较小一侧的流场，通过对流场及分隔组件的限定能够准确模拟出燃料电池中双极板结构的使用状态。如图1-图5所示，第一流场的第一进气口11设有第一进气压力表61，第一流场的第一出气口12设有第一出气压力表71，第一流场上间隔设有多个第一检测孔13，每个第一检测孔13处设有一个第一压力检测表131以对第一流场各处的压力值进行检测。第二流场的第二进气口21上设有第二进气压力表81，第二流场的第二出气口22设有第二出气压力表91。

可以理解的是，本实施例中的第一流体介质和第二流体介质可以是空气、氢气、氮气或氦气等。本实施例出于实际需求及安全性考虑，第一流体介质为空气，将空气向第一流场输入以模拟燃料电池的阴极流场。第二流体介质为氮气，将氮气向第二流场输入计算得出燃料电池内部各处的流阻分布值，再通过氮气与氢气的粘滞系数关系，最后换算出通入氢气时的流阻分布情况，从而模拟燃料电池的阳极流场。

具体地，流阻计算公式如下：

其中，μ是气体粘滞系数，L_c是流道长度，D是流道直径，V是气体流速。已知，D、V和L_c为不变值，故流阻仅与气体粘滞系数相关，氮气的粘滞系数为1.72*10^-5Pa·S，氢气的粘滞系数为8.92*10^-6Pa·S。因此，可以根据通入氮气测量得到的燃料电池内部流阻值换算成通入氢气时的流阻值，保证了试验的安全性和准确性。

使用时，如图1所示，向第一进气口11通入空气，观察第一进气压力表61和第一出气压力表71的压力值，第一进气压力表61和第一出气压力表71的压力差值即为第一流场内的第一流阻总值，使第一流阻总值达到第一预设值，同时，向第二进气口21通入氮气，观察第二进气压力表81和第二出气压力表91的压力值，使第二流场内的流阻值稳定在第二预设值，记录下多个第一压力检测表131的压力值，将任意两个第一压力检测表131的压力值做差即得到两个第一压力检测表131之间的流阻分值，以此计算得到第一流场内各处的流阻分布值，此测量装置能够准确地测量出燃料电池内部各处的流场流阻分布情况，且该测量装置简单可行。

可选地，第一流场作为阴极反应介质的场所，其具体可由多条通道排列形成，第一进气口11和第一出气口12均与多条通道连通以向第一流场内输入和输出空气。

第一检测孔13与第一流场连通，每个第一检测孔13处安装一个快插气嘴以防止第一流场漏压，在每个快插气嘴上安装一个第一压力检测表131，以实现对多个第一压力检测孔的压力检测。

可选地，备测组件还包括第一平板1，分隔组件包括第一分隔组件3，第一平板1与第一分隔组件3配合形成封闭的第一流场。

其中，如图2所示，第一平板1可以为不锈钢，铝板，酚醛树脂等，本实施例优选为不锈钢材质，其他实施例中也可根据需要选定不同材质，不以本实施例为限。第一进气口11、第一出气口12和多个第一检测孔13均设于第一平板1上。可选地，第一平板1上还设有多个第一安装孔14便于安装固定。

作为优选的技术方案，第一分隔组件3包括阴极碳纸32和/或阴极碳布以及阴极单板31，阴极单板31带有阴极流道311的一面与第一平板1贴合设置，且阴极碳纸32和/或阴极碳布设于阴极单板31与第一平板1之间，阴极单板31、阴极碳纸32和/或阴极碳布和第一平板1配合形成封闭的第一流场。实际选择中，可在阴极单板31与第一平板1之间贴设阴极碳纸32和阴极碳布中的一个或两个，本实施例贴设阴极碳纸32且阴极碳纸32要将阴极流道311完全覆盖以模拟出燃料电池中双极板的流场结构。相应地，第一快插气嘴位于第一平板1远离阴极单板31的一侧，即第一压力检测表131位于第一平板1的外侧。

进一步地，上述测量装置还包括第一进气管道6和第一出气管道7，第一进气管道6与第一进气口11连通，第一进气压力表61设于第一进气管道6上，第一出气管道7与第一出气口12连通且第一出气压力表71设于第一出气管道7上，以便于向第一流场内输送和输出空气。

为便于调节和稳定第一流场内的压力，第一出气管道7上还设有第一背压阀72，第一背压阀72设于第一出气压力表71的下游。使用时，保持第一进气口11的压力恒定，通过对第一背压阀72设定不同的背压值，实现对第一流场的第一出气口12的压力的调整，记录第一压力检测表131在第一背压阀72处于不同的背压值下的各压力值，通过压力值做差从而能够观测到第一流场在不同压力值下，其内部各处的流阻分布值，以此对双极板流场结构进行优化设计。

进一步地，如图1-图2所示，为观测在不同的进气流量下，第一流场内各处流阻分布的情况，该测量装置还包括第一流量调节装置，第一流量调节装置包括设于第一进气管道6上沿进气方向依次设置的第一流量调节阀62与第一流量计63，第一进气压力表61设于第一流量调节阀62与第一进气口11之间。使用时，通过调节第一流量调节阀62的开度即可实现将不同流量的空气注入第一流场内，通过第一流量计63读出在不同流量下，第一压力检测表131的压力分值，通过做差即可得到第一流场内各处流阻随流量变化的分布情况，以便于对现有的双极板流场结构进行优化设计。

为进一步观测第一流场内各处流阻随温度变化的分布情况，该测量装置还包括第一温度调节装置，第一温度调节装置包括第一进气管道6沿进气方向依次设置的第一加热装置和第一温度表，通过第一加热装置改变第一流场的进气温度并通过第一温度表计量，即可得到第一流场在不同温度下，其内部各处流阻的分布情况，以此进一步对双极板的流场结构进行优化。优选地，第一温度表靠近第一进气口11设置以准确反映第一流场的进气温度值。为提高测量准确性，在第一流场的外周可设置保温棉以减缓热量损失，减小第一温度表与第一流场内的温差。

可以理解的是，在进行第一流场内各处流阻分布随上述的压力、流量或温度其中一个的变化的测量时，另外两个参数均维持在预设值以保证实验准确性。例如，在进行第一流场内各处流阻分布随压力变化的测量时，则保持第一进气管道6上的进气流量和进气温度恒定，以减小流量和温度变化对流阻分布的影响。

通过设置第一背压阀72、第一流量调节装置和第一温度调节装置能够得出第一流场内各处流阻随压力、流量及温度变化的分布情况，以此合理地对双极板结构进行优化设计，使其在相对的压力、流量和温度下其内部气体分布更均匀。

相应地，第二流场作为阳极反应介质的场所，其具体也可由多条通道排列形成，第二进气口21和第二出气口22与多条通道连通以向第二流场内注入和输出氢气。

为便于检测第二流场内各处的流阻分布情况，在第二流场上间隔设有多个第二检测孔23，每个第二检测孔23处安装一个第二压力检测表231。示例性地，与第一检测孔13的设置相同，在每个第二检测孔23处安装一个第二快插气嘴以防止第二流场漏压，在每个第二快插气嘴上安装一个第二压力检测表231，以实现对多个第二检测孔23的压力检测。

可选地，备测组件还包括第二平板2，分隔组件包括第二分隔组件4，第二平板2与第二分隔组件4配合形成封闭的第二流场。

其中，如图4所示，第二平板2可以为不锈钢，铝板，酚醛树脂等，本实施例优选为不锈钢材质，其他实施例中也可根据需要选定不同材质，不以本实施例为限。第二进气口21、第二出气口22和多个第二检测孔23均设于第二平板2上。可选地，第二平板2上还设有与第一安装孔14位置对应的多个第二安装孔24，安装时，通过紧固件5插入第一安装孔14和第二安装孔24拧紧实现第一平板1和第二平板2的贴合固定。

如图1、图3和图4所示，作为优选的技术方案，第二分隔组件4包括阳极碳纸42和/或阳极碳布以及阳极单板41，阳极单板41未设有阳极流道411的一面与阴极单板31远离第一平板1的一面贴合设置，阳极单板41带有阳极流道411的一面与第二平板2贴合设置，且阳极碳纸42和/或阳极碳布设于阳极单板41与第二平板2之间，阳极单板41、阳极碳纸42和/或阳极碳布和第二平板2贴合设置形成封闭的第二流场。实际选择中，与阴极碳纸32的设置类似，本实施例贴设阳极碳纸42且阳极碳纸42要将阳极流道411完全覆盖。相应地，第二快插气嘴位于第二平板2远离阳极单板41的一侧，即第二压力检测表231位于第二平板2的外侧。

需要说明的是，上述的阴极单板31和阳极单板41为现有燃料电池中双极板中的极板结构，在本实施例中因将第一进气口11和第一出气口12开设于第一平板1上，第二进气口21和第二出气口22开设于第二平板2上，故需对原有阴极单板31和阳极单板41的进出气口进行密封以防止漏气。

进一步地，上述测量装置还包括第二进气管道8和第二出气管道9，第二进气管道8与第二进气口21连通，第二进气压力表81设于第二进气管道8上，第二出气管道9与第二出气口22连通且第二出气压力表91设于第二出气管道9上，以便于向第一流场内输送和输出氮气。

相应地，在第二出气管道9上设置第二背压阀92，第二背压阀92设于第二出气压力表91的下游以便于实现对第二流场预设压力的调节，得到第二流场在不同压力下，其内部各处的流阻分布值，以便于对现有双极板流场结构进行改进。

进一步地，如图1-图5所示，为观测在不同的流量下，第二流场内各处流阻分布的情况，该测量装置还包括第二流量调节装置，第二流量调节装置包括设于第二进气管道8上沿进气方向依次设置的第二流量调节阀82与第二流量计83，第二进气压力表81设于第二流量调节阀82与第二进气口21之间。使用时，通过调节第二流量调节阀82的开度即可实现将不同流量的氮气注入第二流场内，通过第二流量计83读出在不同流量下，第二压力检测表231的压力分值，通过做差即可得到第二流场内各处流阻随流量变化的分布情况，以便于对现有的双极板流场结构进行优化设计。

为进一步观测第二流场内各处流阻随温度变化的分布情况，该测量装置还包括第二温度调节装置，第二温度调节装置包括第二进气管道8沿进气方向依次设置的第二加热装置和第二温度表，通过第二加热装置改变第二流场的进气温度并通过第二温度表计量，即可得到第二流场在不同温度下，其内部各处流阻的分布情况，以此进一步对双极板的流场结构进行优化。优选地，第二温度表靠近第二进气口21设置以准确反映第二流场的进气温度值。为提高测量准确性，在第二流场的外周也设置保温棉以减缓热量损失，减小第二温度表与第二流场内的温差。

可以理解的是，与第一流场设置类似，在进行第二流场内各处流阻分布随压力、流量或温度其中一个的变化的测量时，另外两个参数均维持在预设值以保证实验准确性。

通过设置第二背压阀92、第二流量调节装置和第二温度调节装置能够得出第二流场内各处流阻随压力、流量及温度变化的分布情况，以此合理地对双极板结构进行优化设计，使其在相对的压力、流量和温度下其内部气体分布更均匀。

需要说明的是，在对第一流场内部各处进行流阻分布测量的时候，需保持第二流场的相关参数在预设范围，以避免第二流场的参数变化影响第一流场的流阻分布测量结果。相应地，在对第二流场内部各处进行流阻分布测量的时候，也需保持第一流场的相关参数在预设范围，以避免第一流场的参数变化影响第二流场的流阻分布测量结果。

可选地，为模拟出燃料电池电堆在实际运行过程中，由于阳极侧绝压比阴极侧大导致膜电极30向阴极侧挤压从而使阴极流阻变大的情况，可调节第二背压阀92的背压值使其大于第一背压阀72的背压值，进一步通过第一流量调节装置预设第一流场的不同进气流量值，即可得到在第一流场和第二流场存在不同的压力差条件下，第一流场内部各处的流阻随流量变化的分布情况。同理，也可调节第一背压阀72的背压值大于第二背压阀92的背压值，通过第二流量调节装置测量出在第一流场和第二流场存在不同的压力差条件下，第二流场内部各处的流阻随流量变化的分布情况，以此对双极板流场结构进行优化。

需要说明的是，输入氮气时，可以是其与氢气先进行实际换算，再将换算后的氮气以一定的量输入使其达到预设流量及预设压力；也可以先根据需求输入氮气使其达到预设流量和预设压力，最后再将其与氢气的粘滞系数进行换算，以模拟出实际燃料电池运行时，其内部流场的流阻分布情况。

本发明还提供了一种检测燃料电池流场内流体流阻分布的方法，采用如上所述的测量装置，具体步骤如下：

S1：向第一进气口11通入空气，使第一流场内的压力值达到第一预设压力值，同时，向第二进气口21通入氮气，使第二流场内的压力稳定在第二预设压力值；

S2：记录多个第一压力检测表131的第一压力分值，用两个第一压力分值做差即得到两个第一压力检测表131之间的第一流阻分值，以此计算得到第一流场内各处的流阻分布值；

可选地，在步骤S2之后还包括：通过调节第一背压阀72的背压值，使第一流场处于不同的预设压力值下，记录在不同的预设压力值下，多个第一压力检测表131的压力分值，通过做差即可得到第一流场内各处的流阻随压力变化的分布情况，以此对双极板的流场结构进行优化，使气体分布更均匀。

可选地，在步骤S2之后还包括：通过调节第一流量调节阀62的开度，使第一流场处于不同的预设流量值下，记录在不同的预设流量值下，多个第一压力检测表131的压力分值，通过做差即可得到第一流场内各处的流阻随流量变化的分布情况，以此对双极板的流场结构进行优化，使气体分布更均匀。

可选地，在步骤S2之后还包括：通过调节第一加热装置，使第一流场的进气温度处于不同的预设温度值下，记录在不同的预设温度值下，多个第一压力检测表131的压力分值，通过做差即可得到第一流场内各处的流阻随温度变化的分布情况，以此对双极板的流场结构进行优化，使气体分布更均匀。

可选地，在步骤S2之后还包括：调节第二背压阀92的背压值大于第一背压阀72的背压值，得到多组不同的第一流场与第二流场的预设压力差值，在每一预设压力差值下，改变第一流量调节阀62的开度，使第一流场的进气流量处于不同的预设流量值下，记录多个第一压力检测表131的压力分值，通过做差即可得到第一流场内各处的流阻在第一流场与第二流场存在不同的预设压力差值下随流量变化的分布情况，以此对双极板的流场结构进行优化，使气体分布更均匀。

同理，对于第二流场内的流阻分布情况也可按照上述方法进行测量，将测量出的第二流场内的流阻分布情况相关数值，根据氮气与氢气的粘滞系数换算成通入氢气时，第二流场内各处实际流阻分布值。由于测量的步骤原理相同，此处不再赘述。

可以理解的是，上述测量方法能够较为准确地检测出第一流场和第二流场内各处流阻分布分别随压力、流量、温度的变化；还能测试出在第一流场和第二流场在不同的压差下，第一流场或第二流场内部流阻随流量变化的分布情况，通过多组数据对比分析，能够设计出更合理的双极板流场结构，使其内部气体分布更均匀。当然，在实际运用中，不以本实施例为限，可根据具体需要，对第一流场或第二流场其中的一个或两个参数进行测量。

实施例二

在本实施例中，与实施例一相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

如图6-图10所示，相对于实施例一，本实施例提供的测量装置具有这样的区别：去掉实施例一中的第一平板1、第二平板2、第一分隔组件3和第二分隔组件4。设置固定连接的第三平板10和第四平板20，分隔组件设为不含催化剂的膜电极30，膜电极30的两侧分别与第三平板10和第四平板20贴合设置形成封闭的第一流场和第二流场。

示例性地，如图7和图8所示，第三平板10上设有阴极流道311且带有阴极流道311的一面与膜电极30贴合设置形成封闭的第一流场，第三平板10远离膜电极30的一侧设有第一进气口11、第一出气口12、多个第一检测孔13和多个第一安装孔14。

相应地，如图9和图10所示，第四平板20设有阳极流道411且带有阳极流道411的一面与膜电极30的另一侧贴合设置形成封闭的第二流场，第四平板20远离膜电极30的一侧设有第二进气口21、第二出气口22、多个第二检测孔23和多个与第一安装孔14位置对应的第二安装孔。

本实施例的其他结构与实施例一的结构相同，此处不再赘述。

本发明提供的一种检测燃料电池流场内流阻分布的测量装置及方法，通过设置备测组件，备测组件包括第一流场、第二流场和分隔组件，第一流场和第二流场与双极板上的流场结构相同，分隔组件的两侧面分别与第一流场和第二流场贴合设置形成封闭的第一流场和第二流场，分隔组件被配置为在第一流场和第二流场间存在压差时，挤压压力较小一侧的流场，通过对流场及分隔组件的限定能够准确模拟出燃料电池中双极板结构的使用状态；进一步在第一流场的第一进气口11设有第一进气压力表61，第一流场的第一出气口12设有第一出气压力表71，以实时监测第一流场的总压力值，同时，第二流场的第二进气口21上设有第二进气压力表81，第二流场的第二出气口22设有第二出气压力表91，以维持第二流场的总压力值不变。第一流场上间隔设有多个第一检测孔13，每个第一检测孔13处设有一个第一压力检测表131，以对第一流场内各处的压力进行检测，将任意两个第一压力检测表131的压力值做差即得到两个第一压力检测表131之间的流阻值，以此计算得到第一流场内各处的流阻分布值；

进一步设置第一背压阀72，通过调节第一背压阀72的背压值，使第一流场处于不同的预设压力值下，记录在不同的预设压力值下，多个第一压力检测表131的压力分值，即可得到第一流场内各处的流阻随压力变化的分布情况；

进一步设置第一流量调节装置，通过调节第一流量调节阀62的开度，使第一流场处于不同的预设流量值下，记录在不同的预设流量值下，多个第一压力检测表131的压力分值，得出第一流场内各处的流阻随流量变化的分布情况；

进一步设置第一温度调节装置，通过调节第一加热装置，使第一流场的进气温度处于不同的预设温度值下，记录在不同的预设温度值下，多个第一压力检测表131的压力分值，得出第一流场内各处的流阻随温度变化的分布情况，以此对双极板的流场结构进行优化，使气体分布更均匀，此测量装置能够准确地测量出燃料电池内部各处的流场流阻分布情况，且该测量装置简单可行。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种检测燃料电池流场内流阻分布的测量装置，其特征在于，包括备测组件，所述备测组件包括第一流场、第二流场和分隔组件，所述第一流场和所述第二流场与双极板上的流场结构相同，所述分隔组件的两侧面分别与所述第一流场和所述第二流场贴合设置形成封闭的所述第一流场和所述第二流场，所述分隔组件被配置为在所述第一流场和所述第二流场间存在压差时，挤压压力较小一侧的流场；

所述第一流场的第一进气口(11)设有第一进气压力表(61)，所述第一流场的第一出气口(12)设有第一出气压力表(71)，所述第一流场上间隔设有多个第一检测孔(13)，每个所述第一检测孔(13)处设有一个第一压力检测表(131)；

所述第二流场的第二进气口(21)设有第二进气压力表(81)，所述第二流场的第二出气口(22)设有第二出气压力表(91)；

所述第二流场上间隔设有多个第二检测孔(23)，每个所述第二检测孔(23)处安装一个第二压力检测表(231)；

所述备测组件还包括固定连接的第一平板(1)和第二平板(2)，所述分隔组件包括：

第一分隔组件(3)，包括阴极碳纸(32)、和/或阴极碳布以及阴极单板(31)，所述阴极单板(31)带有阴极流道(311)的一面与所述第一平板(1)贴合设置，且所述阴极碳纸(32)和/或所述阴极碳布设于所述阴极单板(31)与所述第一平板(1)之间，所述阴极单板(31)、所述阴极碳纸(32)和/或所述阴极碳布和所述第一平板(1)配合形成封闭的所述第一流场，所述第一平板(1)远离所述阴极单板(31)的一侧设有所述第一进气口(11)、所述第一出气口(12)和多个所述第一检测孔(13)；

第二分隔组件(4)，包括阳极碳纸(42)、和/阳极碳布以及阳极单板(41)，所述阳极单板(41)未设有阳极流道(411)的一面与所述阴极单板(31)远离所述第一平板(1)的一面贴合设置，所述阳极单板(41)带有所述阳极流道(411)的一面与所述第二平板(2)贴合设置，且所述阳极碳纸(42)和/或所述阳极碳布设于所述阳极单板(41)与所述第二平板(2)之间，所述阳极单板(41)、所述阳极碳纸(42)和/或所述阳极碳布和所述第二平板(2)形成封闭的所述第二流场，所述第二平板(2)远离所述阳极单板(41)的一侧设有所述第二进气口(21)、所述第二出气口(22)和多个所述第二检测孔(23)。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一出气口(12)还设有第一背压阀(72)，所述第一背压阀(72)设于所述第一出气压力表(71)的下游。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括第一流量调节装置，所述第一流量调节装置包括沿所述第一进气口(11)进气方向依次设置的第一流量调节阀(62)与第一流量计(63)，所述第一进气压力表(61)设于所述第一流量调节阀(62)与所述第一进气口(11)之间。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二出气口(22)还设有第二背压阀(92)，所述第二背压阀(92)设于所述第二出气压力表(91)的下游。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括第二流量调节装置，所述第二流量调节装置包括沿所述第二进气口(21)进气方向依次设置的第二流量调节阀(82)和第二流量计(83)，所述第二进气压力表(81)设于所述第二流量调节阀(82)与所述第二进气口(21)之间。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述备测组件还包括固定连接的第三平板(10)和第四平板(20)，所述分隔组件还包括不含催化剂的膜电极(30)，所述第三平板(10)设有阴极流道(311)且带有所述阴极流道(311)的一面与所述膜电极(30)贴合设置形成封闭的所述第一流场，所述第三平板(10)远离所述膜电极(30)的一侧设有所述第一进气口(11)、所述第一出气口(12)和多个所述第一检测孔(13)；

所述第四平板(20)设有阳极流道(411)且带有所述阳极流道(411)的一面与所述膜电极(30)的另一侧贴合设置形成封闭的所述第二流场，所述第四平板(20)远离所述膜电极(30)的一侧设有所述第二进气口(21)、所述第二出气口(22)和多个所述第二检测孔(23)。

7.根据权利要求1-5任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括第一进气管道(6)、第一出气管道(7)、第二进气管道(8)和第二出气管道(9)，所述第一进气管道(6)与所述第一进气口(11)连通且所述第一进气管道(6)上设有所述第一进气压力表(61)，所述第一出气管道(7)与所述第一出气口(12)连通且所述第一出气管道(7)上设有所述第一出气压力表(71)，所述第二进气管道(8)与所述第二进气口(21)连通且所述第二进气管道(8)上设有所述第二进气压力表(81)，所述第二出气管道(9)与所述第二出气口(22)连通且所述第二出气管道(9)上设有所述第二出气压力表(91)。

8.一种检测燃料电池流场内流阻分布的方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的测量装置，具体步骤如下：

S1：向所述第一进气口(11)通入第一流体介质，使所述第一流场内的压力值达到第一预设压力值，同时，向所述第二进气口(21)通入第二流体介质，使所述第二流场内的压力稳定在第二预设压力值；

S2：记录多个所述第一压力检测表(131)的第一压力分值，用两个所述第一压力分值做差即得到两个所述第一压力检测表(131)之间的第一流阻分值，以此计算得到所述第一流场内各处的流阻分布值。

Images