CN112345176A - 电堆检漏结构、电堆检漏方法与燃料电池测试台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电堆检漏结构，包括：通断阀、电子流量计和单向阀，其中，通断阀设置在进电堆管路和出电堆管路上；电子流量计设置在空气流量检测支路和氢气流量检测支路上；单向阀设置在空气流量检测支路和氢气流量检测支路上；当电堆检漏结构进行检漏工作时，阴阳极气体切换为氮气，将阴阳极气体压力提高到设定值，使通断阀处于关闭状态，按设定时间进行保压，检查电堆外漏情况。本发明通过将检漏功能集成在燃料电池测试台上，使得电堆组装后可直接连接到测试台上进行密封检验与性能测试，无需连接其他设备。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池测试技术领域，具体地，涉及电堆检漏结构和燃料电池测试台。
背景技术
燃料电池是一种能够将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的发电装置。目前燃料电池大部分的故障都是由于密封失效引起的，密封问题直接影响到电堆的寿命。因为在整个燃料电池电堆当中，是由数十上百个单电池串联叠加而成，每一个组件当中都会有密封件来进行密封。如此多的元件叠加在一起很容易形成连锁效应，一个元件的误差会传递到其它元件当中。密封失效会导致整个电堆的故障甚至报废。密封不仅会影响到燃料电池的使用性能，同时又关系到电堆安全。燃料电池使用的燃料常见的包括氢气、甲醇、甲烷等，都属于易燃危险物，一旦发生泄漏，可能会导致燃烧或爆炸的危险。因此在燃料电池运行前一定要确保电池密封正常。
当一个电堆组装完成后，首先要对电堆密封进行检验，然后再对电堆进行性能测试。密封检验分为两个部分：第一部分为外漏检查，将燃料电池电堆阳极腔、冷却水腔、阴极腔连通，通入一定压力的氮气或者氦气进行保压实验；第二部分为内窜检查，将冷却水腔与阴极腔相互连通并接入气体流量计，向阳极腔通入一定压力的氮气或氦气进行保压实验，同时用气体流量计检测阳极腔向其它两腔的泄漏量，同理可以对冷却水腔和阴极腔进行保压，用气体流量计检测每个腔向其它两腔的泄漏量。外漏和内窜检查达到要求后进行电堆测试。电堆每测试一段时间后，要对电堆的密封以及内部膜电极的泄漏量进行测试，就需要对电堆进行外漏和内窜的检查。将电堆从测试台上拆下再连接到检漏测试台进行密封性检测，检测后再将电堆连接到测试台上进行性能测试，过程较为复杂。综上所述对于燃料电池密封性检测，原有传统方式进行密封检测操作繁琐，影响测试效率。
经过检索，专利文献CN111540932A公开了一种燃料电池检漏装置及检漏方法，该现有技术采用检漏装置将内窥镜用于燃料电池的电堆检漏中，通过内窥镜快速准确的定位电堆泄漏部位。虽然也避免了将电池多次拆解才能进行电堆分层测试的技术方案，但是并不能解决在电堆组装后直接连接到测试台上进行密封检验与性能测试的技术问题，并且采用了内窥镜额外的拆装结构，测试效率不高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电堆检漏结构和燃料电池测试台。针对现有燃料电池测试中电堆检漏操作复杂，提供一种利用现有燃料电池测试台结构进行改进，实现了在燃料电池测试台上直接进行电堆检漏的功能，有效解决了目前燃料电池电堆生产测试中检漏过程复杂的问题。
根据本发明提供的一种电堆检漏结构，包括：通断阀、电子流量计和单向阀，其中，通断阀设置在进电堆管路和出电堆管路上；电子流量计设置在空气流量检测支路和氢气流量检测支路上；单向阀设置在空气流量检测支路和氢气流量检测支路上；
当电堆检漏结构进行检漏工作时，阴阳极气体切换为氮气，将阴阳极气体压力提高到设定值，使通断阀处于关闭状态，按设定时间进行保压。
优选地，通电阀包括空气进气电磁阀和氢气进气电磁阀，空气进气电磁阀设置在空气进电堆前的管路上，氢气进气电磁阀设置在氢气进电堆前的管路上。
优选地，通电阀还包括空气出气电磁阀和氢气出气电磁阀，空气出气电磁阀设置在空气出电堆前的管路上，氢气出气电磁阀设置在氢气出电堆前的管路上。
优选地，还包括空气背压阀，空气背压阀设置在空气出气电磁阀的后端，空气流量检测支路设置在空气出气电磁阀和空气背压阀之间。
优选地，还包括氢气背压阀，氢气背压阀设置在氢气出气电磁阀的后端，氢气流量检测支路设置在氢气出气电磁阀和氢气背压阀之间。
优选地，单向阀包括第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀设置在空气流量检测支路上，第二单向阀设置在氢气流量检测支路上。
优选地，还包括流量电磁阀，流量电磁阀设置在电子流量计后端。
优选地，当电堆检漏结构进行阴极内窜检查时，电池内阴极气体压力提高到设定值，使通断阀中的空气进气电磁阀和空气出气电磁阀处于关闭状态，读取阴极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验，使通断阀中的氢气进气电磁阀处于关闭状态，使通断阀中的氢气出气电磁阀和流量电磁阀处于开启状态。
优选地，当电堆检漏结构进行阳极内窜检查时，电池内阳极气体压力提高到设定值，使通断阀中的空气进气电磁阀和空气出气电磁阀处于关闭状态，读取阳极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验，使通断阀中的氢气进气电磁阀处于关闭状态，使通断阀中的氢气出气电磁阀和流量电磁阀处于开启状态。
根据本发明提供的一种电堆检漏方法，包括如下步骤：
外漏检查步骤：首先将阴极气体和阳极气体切换为氮气，先利用阴阳极背压阀将电池内阴阳极气体压力提高到设定值，同时关闭空气进气电磁阀、氢气进气电磁阀、空气出气电磁阀和氢气出气电磁阀，读取电堆内气体压力值，按照设定时间进行保压，检查电堆外漏情况；
阴极内窜检查步骤：首先利用阴极背压阀将电池内阴极气体压力提高到设定值，同时关闭空气进气电磁阀和空气出气电磁阀，读取阴极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验，同时关闭氢气进气电磁阀，打开氢气出气电磁阀和流量电磁阀,读取电子流量计检测到的值，即为电堆阴极到阳极的内窜值；
阳极内窜检查步骤：首先利用阳极背压阀将电池内阳极气体压力提高到设定值，同时关闭空气进气电磁阀和空气出气电磁阀，读取阳极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验，同时关闭氢气进气电磁阀，打开氢气出气电磁阀和流量电磁阀,读取电子流量计检测到的值，即为电堆阳极到阴极的内窜值。
根据本发明提供的一种燃料电池测试台，包含上述的电堆检漏结构。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过将检漏功能集成在燃料电池测试台上，使得电堆组装后可直接连接到测试台上进行密封检验与性能测试，无需连接其他设备。
2、本发明将检漏功能集成在燃料电池测试台上，无需进行额外的拆装结构即可进行电堆检漏测试，大大提高测试效率，解决了现有燃料电池在测试过程中，完成检漏需要将电堆在多个设备之间更换拆装，操作繁琐。
3、本发明将检漏功能集成在燃料电池测试台上，利用燃料电池测试台中管路，无需增加过多结构，方案简单。
4、本发明将检漏功能集成在燃料电池测试台上，与测试软件配合，可将电堆密封性能记录到电堆测试数据中，方便数据整理。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中的电堆检漏原理图；
图2为本发明中的燃料电池测试台原理图；
图3为本发明中的实施例1的整体流程示意图。
图中：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1、图2、图3所示，根据本发明提供的一种电堆检漏结构，包括空气进气电磁阀1、氢气进气电磁阀2、空气出气电磁阀3、氢气出气电磁阀4、第一单向阀5、第二单向阀6、气体流量计7和流量电磁阀8，本发明在现有燃料电池测试台的基础上增加电堆检漏结构。
实施例1：
在空气进电堆前的管路上增加空气进气电磁阀1,在氢气进电堆前的管路上增加氢气进气电磁阀2，在空气出电堆的管路上且在压力传感器后增加空气出气电磁阀3，在氢气出电堆的管路上且在压力传感器后增加氢气出气电磁阀4，在空气出气电磁阀3和空气背压阀之间增加空气流量检测支路，空气流量检测支路上设置第一单向阀5,在氢气出气电磁阀4和氢气背压阀之间增加氢气流量检测支路，氢气流量检测支路上设置第二单向阀6，空气流量检测支路和氢气流量检测支路设置有一个气体流量计7，在气体流量计7后接一个流量电磁阀8。
再进一步来说，现有燃料电池测试台由阴阳极气体供应子系统、冷却子系统、加湿子系统、背压控制子系统、电子负载、电化学工作站组成。阴阳极气体供应子系统用来供给设定气量的阴阳极气体；冷却子系统用来控制膜电极工作温度；加湿子系统用来保证阴阳极气体达到设定湿度；背压控制子系统用来保证阴阳极气体达到设定压力；电子负载用于消耗电池反应产生的电量；电化学工作站辅助完成膜电极相关参数监测。
工作原理：
进行检漏工作时，首先需要将阴阳极气体切换为氮气，进行外漏检查时，先利用阴阳极背压阀将电池内阴阳极气体压力提高到设定值，同时关闭空气进气电磁阀1、氢气进气电磁阀2、空气出气电磁阀3和氢气出气电磁阀4，读取电堆内气体压力值，按照设定时间进行保压，检查电堆外漏情况。
进行阴极内窜检查时，先利用阴极背压阀将电池内阴极气体压力提高到设定值，同时关闭空气进气电磁阀1和空气出气电磁阀3，读取阴极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验。与此同时关闭氢气进气电磁阀2，打开氢气出气电磁阀4和流量电磁阀8,读取气体流量计7检测到的值，就是电堆阴极到阳极的内窜值。
进行阳极内窜检查时，先利用阳极背压阀将电池内阳极气体压力提高到设定值，同时关闭空气进气电磁阀1和空气出气电磁阀3，读取阳极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验。与此同时关闭氢气进气电磁阀2，打开氢气出气电磁阀4和流量电磁阀8,读取气体流量计7检测到的值，就是电堆阳极到阴极的内窜值。
实施例2：
基于上述基础实施例，空气进气电磁阀1、氢气进气电磁阀2、空气出气电磁阀3、氢气出气电磁阀4、流量电磁阀8都可以使用手动通断阀来替代。
在实际操作中，进行检漏工作时，首先需要将阴阳极气体切换为氮气，进行外漏检查时，先利用阴阳极背压阀将电池内阴阳极气体压力提高到设定值，同时手动关闭空气进气手阀1和空气出气手阀3，再同时关闭氢气进气手阀2和氢气进气手阀4，读取电堆内气体压力值，按照设定时间进行保压，检查电堆外漏情况。
进行阴极内窜检查时，先利用阴极背压阀将电池内阴极气体压力提高到设定值，同时手动关闭空气进气电磁阀1和空气出气电磁阀3，读取阴极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验。与此同时手动关闭氢气进气电磁阀2，手动打开氢气出气电磁阀4和流量电磁阀8,读取气体流量计7检测到的值，就是电堆阴极到阳极的内窜值。
进行阳极内窜检查时，先利用阳极背压阀将电池内阳极气体压力提高到设定值，同时手动关闭空气进气电磁阀1和空气出气电磁阀3，读取阳极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验。与此同时手动关闭氢气进气电磁阀2，手动打开氢气出气电磁阀4和流量电磁阀8,读取气体流量计7检测到的值，就是电堆阳极到阴极的内窜值。
根据本发明提供的一种燃料电池测试台，包含上述的电堆检漏结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种电堆检漏结构，其特征在于，包括：通断阀、电子流量计和单向阀，
所述通断阀设置在进电堆管路和出电堆管路上；
所述电子流量计设置在空气流量检测支路和氢气流量检测支路上；
所述单向阀设置在空气流量检测支路和氢气流量检测支路上；
当电堆检漏结构进行检漏工作时，阴阳极气体切换为氮气，将阴阳极气体压力提高到设定值，使通断阀处于关闭状态，按设定时间进行保压。
2.根据权利要求1所述的一种电堆检漏结构，其特征在于，所述通电阀包括空气进气电磁阀(1)和氢气进气电磁阀(2)，所述空气进气电磁阀(1)设置在空气进电堆前的管路上，所述氢气进气电磁阀(2)设置在氢气进电堆前的管路上。
3.根据权利要求1所述的一种电堆检漏结构，其特征在于，所述通电阀还包括空气出气电磁阀(3)和氢气出气电磁阀(4)，所述空气出气电磁阀(3)设置在空气出电堆前的管路上，所述氢气出气电磁阀(4)设置在氢气出电堆前的管路上。
4.根据权利要求3所述的一种电堆检漏结构，其特征在于，还包括空气背压阀和氢气背压阀，所述空气背压阀设置在所述空气出气电磁阀(3)的后端，所述空气流量检测支路设置在所述空气出气电磁阀(3)和所述空气背压阀之间；所述氢气背压阀设置在所述氢气出气电磁阀(4)的后端，所述氢气流量检测支路设置在所述氢气出气电磁阀(4)和所述氢气背压阀之间。
5.根据权利要求1所述的一种电堆检漏结构，其特征在于，所述单向阀包括第一单向阀(5)和第二单向阀(6)，所述第一单向阀(5)设置在空气流量检测支路上，所述第二单向阀(6)设置在氢气流量检测支路上。
6.根据权利要求1所述的一种电堆检漏结构，其特征在于，还包括流量电磁阀(8)，所述流量电磁阀(8)设置在所述电子流量计后端。
7.根据权利要求7所述的一种电堆检漏结构，其特征在于，当电堆检漏结构进行阴极内窜检查时，电池内阴极气体压力提高到设定值，使通断阀中的空气进气电磁阀(1)和空气出气电磁阀(3)处于关闭状态，读取阴极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验，使通断阀中的氢气进气电磁阀(2)处于关闭状态，使通断阀中的氢气出气电磁阀(4)和流量电磁阀(8)处于开启状态。
8.根据权利要求7所述的一种电堆检漏结构，其特征在于，当电堆检漏结构进行阳极内窜检查时，电池内阳极气体压力提高到设定值，使通断阀中的空气进气电磁阀(1)和空气出气电磁阀(3)处于关闭状态，读取阳极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验，使通断阀中的氢气进气电磁阀(2)处于关闭状态，使通断阀中的氢气出气电磁阀(4)和流量电磁阀(8)处于开启状态。
9.一种电堆检漏方法，其特征在于，包括如下步骤：
外漏检查步骤：首先将阴极气体和阳极气体切换为氮气，先利用阴阳极背压阀将电池内阴阳极气体压力提高到设定值，同时关闭空气进气电磁阀(1)、氢气进气电磁阀(2)、空气出气电磁阀(3)和氢气出气电磁阀(4)，读取电堆内气体压力值，按照设定时间进行保压，检查电堆外漏情况；
阴极内窜检查步骤：首先利用阴极背压阀将电池内阴极气体压力提高到设定值，同时关闭空气进气电磁阀(1)和空气出气电磁阀(3)，读取阴极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验，同时关闭氢气进气电磁阀(2)，打开氢气出气电磁阀(4)和流量电磁阀(8),读取电子流量计检测到的值，即为电堆阴极到阳极的内窜值；
阳极内窜检查步骤：首先利用阳极背压阀将电池内阳极气体压力提高到设定值，同时关闭空气进气电磁阀(1)和空气出气电磁阀(3)，读取阳极腔气体压力值，按照设定时间进行保压实验，同时关闭氢气进气电磁阀(2)，打开氢气出气电磁阀(4)和流量电磁阀(8),读取电子流量计检测到的值，即为电堆阳极到阴极的内窜值。
10.一种燃料电池测试台，其特征在于，包含权利要求1-8中任一项所述的电堆检漏结构。
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| CN202011250508.9A CN112345176A (zh) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | 电堆检漏结构、电堆检漏方法与燃料电池测试台 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113916464A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 广东利元亨智能装备股份有限公司 | 电堆串气检测方法和外泄漏检测方法，及其气密检测方法 |
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- 2020-11-10 CN CN202011250508.9A patent/CN112345176A/zh active Pending
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