CN112993339B - 可测压差和温度的燃料电池电堆及性能的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提出一种燃料电池电堆流体分配以及单电池压差一致性检测方法的装置，本检测方法及装置解决了目前电堆单电池流量分配以及单电池压差一致性无法测量的问题。燃料电池电堆由n节以上的依次堆叠且气路并联的单电池组成，燃料电池电堆包括阴极、阳极，于燃料电池电堆阳极入口或阴极入口通入气体，并在单电池出入口设置流体压力测点，通过测量得到各节单电池的出入口的压力降值以及各节单电池的出口的动压值，计算出各节单电池的入口流量值，根据建立的评价条件来判断燃料电池电堆流体分配以及单电池压差的一致性。本发明提供的方法及装置更直接简便的得到流体流量分配的一致性结果，方法简单、实用、有效。

Description

可测压差和温度的燃料电池电堆及性能的评价方法
技术领域
本发明是关于燃料电池电堆压差测试和温度测试的技术领域，涉及一种测试电堆压差和温度的装置，尤其适用于高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)中电堆测试过程中巡检工作等，用于给燃料电池电堆中压差不稳定和温度分布不均匀等问题的检测工作。
背景技术
高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)中电堆在组装完毕后，需要进行测试工作。测试过程中，要求每一块双极板中H2进出口和Air进出口的压差和温度保持一致。这样电堆的性能才能发挥到最大。
但是在实际测试过程中，每一块双极板中H2进出口和Air进出口的压差和温度并不能保证其一致性。因此，本装置就是用来检验电堆双极板中H2进出口和Air进出口的压差和温度的实际分布情况的测试工具。通常，燃料电池电堆是由几十节或几百节单电池组合而成，各节单电池间的流量分配以及压差直接影响到电堆的整体性能和效率，因此，对电堆内流体分配以及压差的研究意义重大。
发明内容
本发明的目的是提出一种可测压差和温度的燃料电池电堆，以及测试其流体分配和单电池压差一致性的检测方法，所述电堆及检测方法解决了目前电堆单电池流量分配以及单电池压差一致性无法测量的问题，为燃料电池电堆的完善和发展奠定了基础。
燃料电池电堆由n节以上的依次堆叠且气路并联的单电池组成，燃料电池电堆包括阴极、阳极，于燃料电池电堆阳极入口或阴极入口通入气体，并在单电池出入口设置流体压力测点，通过测量得到各节单电池的出入口的压力降值以及各节单电池的出口的动压值，计算出各节单电池的入口流量值，根据建立的评价条件来判断燃料电池电堆流体分配的一致性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种可测压差和温度的燃料电池电堆，包括一中空密闭的保温箱，燃料电池电堆置于保温箱内，燃料电池电堆由位于二个端板之间的2节以上由双极板间隔的单电池依次层叠而成，于一个端板的一侧表面设有阳极流场，另一端板的一侧表面设有阴极流场，于双极板的二侧表面分别设有阳极流场和阴极流场，
于燃料电池电堆的阳极入口和出口处分别设有毛细管，二根毛细管的一端分别与阳极入口和出口相连通，另一端分别与气体压差计的二个接口相连；
于燃料电池电堆的阴极入口和出口处分别设有毛细管，二根毛细管的一端分别与阴极入口和出口相连通，另一端分别与气体压差计的二个接口相连；
于带有阳极和/或阴极流场的端板的进口和出口处，以及每个双极板的阳极和/或阴极流场进口和出口处分别设有毛细管，端板进口和出口处的二根毛细管的一端分别与阳极和/或阴极流场的端板进口和出口相连通；另一端分别与气体压差计的二个接口相连；
每个双极板阳极和/或阴极流场进口和出口处的二根毛细管的一端分别与阳极和/或阴极流场的端板进口和出口相连通；另一端分别与气体压差计的二个接口相连。
于带有阳极和/或阴极流场的端板和每个双极板上均设有毛细管插入孔；于插入孔内设有环状密封圈，毛细管外壁面与插入孔内壁面间通过环状密封圈密封，或于插入孔内设有密封胶塞，毛细管穿过密封胶塞，毛细管外壁面与插入孔内壁面间通过密封胶塞密封。
于带有阴极流场的端板和每个双极板靠近阴极流场出口处分别设有盲孔，盲孔内设有热电偶。
所述燃料电池电堆性能的评价方法，读取端板和每个双极板对应单电池的阳极和/或阴极气体进口和出口气体压力差，作为对应单电池的阳极和/或阴极气体压力差，计算压力差非异常的所有单电池的阳极和/或阴极气体平均压力差；
所述压力非异常为在预估值范围内±800Pa，预估值与气泵进气量、流速以及流场结构相关。
若每节单电池的阳极和/或阴极气体压力差与平均阳极和/或阴极气体压力差之差的绝对值于0-400Pa之间，则认定此节单电池性能较佳，否则认为其已损坏；或，若每节单电池的阳极和/或阴极气体压力差在平均阳极气体压力差的±5％之间，即可认定此节单电池性能较佳，否则认为其已损坏。
所述燃料电池电堆性能的评价方法，读取燃料电池电堆的阳极和/或阴极入口和出口的压力差；若压力差于0.1-0.5MPa之间，则认定此电堆性能较佳，否则认为其已损坏。
所述燃料电池电堆性能的评价方法，读取端板和每个双极板对应单电池的热电偶显示的单电池温度，计算所有单电池的平均温度；
若每节单电池的温度与平均温度之差的绝对值于0-10摄氏度之间，则认定此节单电池性能较佳，否则认为其已损坏。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种燃料电池电堆流体分配以及单电池压差一致性检测方法的装置，本发明提供的方法及装置更直接简便的得到流体流量分配的一致性，方法简单、实用、有效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是所述可测压差和温度的燃料电池电堆示意图。
图2所述可测压差和温度的燃料电池电堆氢气接入进口和出口示意图。
图3所述可测压差和温度的燃料电池电堆Air进口处示意图。
图4利用微压计测量所述可测压差和温度的燃料电池电堆Air进出口压差情况的示意图。
图5利用微压计测量燃料电池电堆H2进出口压差情况的示意图。
图6利用热电偶测量燃料电池电堆H2进口处温度情况的示意图。
图中：A.微量气体压差计C.温度采集模块D.电堆E.气体毛细管F.温度采集热电偶线
1.H2进口采集用毛细管；2.H2出口采集用毛细管；3.H2出口温度采集用热电偶线；4.Air进口采集用毛细管；5.Air出口温度采集用热电偶线；6.Air出口采集用毛细管；7.Air进口采集用毛细管；8.H2出口采集用毛细管；9.H2进口采集用毛细管；10.温度采集模块控制旋钮；11.温度采集模块调整按钮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
可测压差和温度的燃料电池电堆，包括一中空密闭的保温箱，燃料电池电堆置于保温箱内，燃料电池电堆由位于二个端板之间的20节由双极板间隔的单电池依次层叠而成，于一个端板的一侧表面设有阳极流场，另一端板的一侧表面设有阴极流场，于双极板的二侧表面分别设有阳极流场和阴极流场，于燃料电池电堆的阳极入口和出口处分别设有毛细管，二根毛细管的一端分别与阳极入口和出口相连通，另一端分别与气体压差计的二个接口相连；
于燃料电池电堆的阴极入口和出口处分别设有毛细管，二根毛细管的一端分别与阴极入口和出口相连通，另一端分别与气体压差计的二个接口相连；
于带有阳极和/或阴极流场的端板的进口和出口处，以及每个双极板的阳极和/或阴极流场进口和出口处分别设有毛细管，端板进口和出口处的二根毛细管的一端分别与阳极和/或阴极流场的端板进口和出口相连通；另一端分别与气体压差计的二个接口相连；
每个双极板阳极和/或阴极流场进口和出口处的二根毛细管的一端分别与阳极和/或阴极流场的端板进口和出口相连通；另一端分别与气体压差计的二个接口相连。
于带有阳极和/或阴极流场的端板和每个双极板上均设有毛细管插入孔；于插入孔内设有环状密封圈，毛细管外壁面与插入孔内壁面间通过环状密封圈密封，或于插入孔内设有密封胶塞，毛细管穿过密封胶塞，毛细管外壁面与插入孔内壁面间通过密封胶塞密封。
于带有阴极流场的端板和每个双极板靠近阴极流场出口处分别设有盲孔，盲孔内设有热电偶。
采用以下方法对以上燃料电池电堆的性能进行评价，读取燃料电池电堆的阳极、阴极入口和出口的压力差；压力差为0.24MPa，于0.1-0.5MPa之间，认定此电堆性能较佳；
读取端板和每个双极板对应单电池的阳极、阴极气体进口和出口气体压力差，作为对应单电池的阳极、阴极气体压力差，阳极、阴极气体压力差的预估值均为3000Pa，去除异常压力差，计算所有单电池的阳极、阴极气体平均压力差；
读取端板和每个双极板对应单电池的热电偶显示的单电池温度，计算所有单电池的平均温度。详细读数、计算值以及判断结果见表1。
表1 20节电堆及其单电池表征结果
Figure GDA0003595807540000041
Figure GDA0003595807540000051
从表1中可以看出，单电池序号为9/14/18的三节单电池发生了损坏，其余单电池性能正常。

Claims (5)

1.一种可测压差和温度的燃料电池电堆，包括一中空密闭的保温箱，燃料电池电堆置于保温箱内，燃料电池电堆由位于二个端板之间的2节以上由双极板间隔的单电池依次层叠而成，于一个端板的一侧表面设有阳极流场，另一端板的一侧表面设有阴极流场，于双极板的二侧表面分别设有阳极流场和阴极流场，其特征在于：
于燃料电池电堆的阳极入口和出口处分别设有毛细管，二根毛细管的一端分别与阳极入口和出口相连通，另一端分别与气体压差计的二个接口相连；
于燃料电池电堆的阴极入口和出口处分别设有毛细管，二根毛细管的一端分别与阴极入口和出口相连通，另一端分别与气体压差计的二个接口相连；
于带有阳极流场的端板和带有阴极流场的端板的阳极流场和阴极流场的进口和出口处，以及每个双极板的阳极流场和阴极流场进口和出口处分别设有毛细管，端板的阳极流场和阴极流场的进口和出口处的二根毛细管的一端分别与端板的阳极流场和阴极流场的进口和出口相连通；另一端分别与气体压差计的二个接口相连；
每个双极板阳极流场和阴极流场进口和出口处的二根毛细管的一端分别与阳极流场和阴极流场的端板进口和出口相连通；另一端分别与气体压差计的二个接口相连。
2.按照权利要求1所述的电堆，其特征在于：于带有阳极流场的端板和带有阴极流场的端板和每个双极板上均设有毛细管插入孔；于插入孔内设有环状密封圈，毛细管外壁面与插入孔内壁面间通过环状密封圈密封，或于插入孔内设有密封胶塞，毛细管穿过密封胶塞，毛细管外壁面与插入孔内壁面间通过密封胶塞密封。
3.按照权利要求1所述的电堆，其特征在于：
于带有阴极流场的端板和每个双极板靠近阴极流场出口处分别设有盲孔，盲孔内设有热电偶。
4.一种按照权利要求3所述燃料电池电堆性能的评价方法，其特征在于：
读取端板和每个双极板对应单电池的阳极和阴极气体进口和出口气体压力差，作为对应单电池的阳极和阴极气体压力差，计算所有单电池的阳极和阴极气体平均压力差；
读取端板和每个双极板对应单电池的热电偶显示的单电池温度，计算所有单电池的平均温度；
所述燃料电池电堆内单电池性能的评价如下：
若单电池的阳极气体压力差和阴极气体压力差与平均阳极和阴极气体压力差之差的绝对值于0-400Pa之间，并且单电池的温度与平均温度之差的绝对值于0-10摄氏度之间，则认定此节单电池性能较佳，否则认为其已损坏；
或，若单电池的阳极气体压力差和阴极气体压力差在平均阳极气体压力差和平均阴极气体压力差的±5%之间，并且单电池的温度与平均温度之差的绝对值于0-10摄氏度之间，即可认定此节单电池性能较佳，否则认为其已损坏。
5.一种按照权利要求1-3任一所述燃料电池电堆性能的评价方法，其特征在于：
读取燃料电池电堆的阳极和阴极入口和出口的压力差；若压力差于0.1-0.5MPa之间，则认定此电堆性能较佳，否则认为其已损坏。
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