CN113029462A - 双极板用气密性检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了双极板用气密性检测系统及检测方法，其中，该方法包括：总进气管路、两个支进气管路、一个总出气管路、压力检测器和气体流量器；其中，两个支进气管路的进气端均连接于总进气管路的出气端，而且，两个支进气管路的出气端分别连接于氢气腔的进气端及空气腔的进气端，而且，总出气管路的进气端连接于水腔的出气端；总进气管路、两个支进气管路及总出气管路上均设置有控制阀，控制阀用于控制控制阀所在管路的启闭；压力检测器设置于总进气管路上的控制阀与支进气管路之间的管路段上；气体流量器设置于总出气管路上的控制阀与水腔之间的管路段上。就此，实现了双极板气密性全自动检测，降低了人工成本。

Description

双极板用气密性检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种双极板用气密性检测系统及检测方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电系统。在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极一般放在两块导电的极板之间，两块单极板上均开设有导流槽。导流槽开设在与膜电极接触的表面上，通过压铸、冲压或机械铣刻形成，其数量在一条以上。单极板可以由金属材料制成，也可以由石墨材料制成。本发明中所提到的双极板就是由石墨材料制成。双极板上导流槽的作用是将燃料及氧化剂分别导入膜电极两边的阳极区、阴极区。在一个质子交换膜燃料电池的单电池构造中，只存在一个膜电极和两块单片极板，两块单极板分设在膜电极两边，一个用于燃料的阳极单极板，另一个用于氧化剂的阴极单极板。将二者的水腔即防冻液导流面粘接到一起构成一块完整的双极板。这块双极板既作为电流集流板，也是膜电极两边的机械支撑。

但是，在电堆生产过程中，必须对电堆双极板的气密性进行检测。然而，行业对于气密性检测还没有一定的标准，更没有专门检漏的系统。目前，大部分企业都是采用自搭简易测试平台，连接气源与电堆进行检测，规范性不高，操作性繁琐。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种双极板用气密性检测系统及检测方法，其克服了以上技术问题。

为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种双极板用气密性检测系统，所述系统包括：总进气管路、两个支进气管路、一个总出气管路、压力检测器和气体流量器；其中，两个所述支进气管路的进气端均连接于所述总进气管路的出气端，而且，两个所述支进气管路的出气端分别连接于氢气腔的进气端及空气腔的进气端，而且，所述总出气管路的进气端连接于水腔的出气端；所述总进气管路、两个所述支进气管路及所述总出气管路上均设置有控制阀，所述控制阀用于控制所述控制阀所在管路的启闭；所述压力检测器设置于所述总进气管路上的控制阀与所述支进气管路之间的管路段上；所述气体流量器设置于所述总出气管路上的控制阀与所述水腔之间的管路段上。

可选的，还包括：调压阀，设置于所述总进气管路的进气口，而且，所述调压阀位于设置在所述总进气管路上的控制阀的上游。

可选的，还包括：第一分流阀块，进气端连接于所述总进气管路的出气端，且出气端分别连接于两个所述支进气管路的进气端，用于控制从所述总进气管路流出的各个流向上的流体介质压强相同。

可选的，还包括：排气管路，进气端连接于所述第一分流阀块的出气端；而且，所述排气管路上设置有所述控制阀。

可选的，还包括：第一进气管路，进气端连接于所述第一分流阀块的出气端，出气端连接于所述总出气管路，而且，所述第一进气管路与所述总出气管路的连接点位于所述流量计与所述水腔之间的管路段上。

可选的，还包括：分流阀，进气端连接于所述总出气端的出气端，而且，所述分流阀的一个出气端连接于所述气体流量器，所述分流阀的另一个出气端连接于设置在所述总出气管路上的控制阀。

可选的，还包括：第一三通阀，设置于所述第一进气管路与所述总出气管路的连接点，其中，所述第一三通阀的第一端连接于所述第一进气管路的出气端，第二端连接于所述总出气管路中用于连接所述水腔的管路段的出气端；所述第一三通阀的第三端连接于所述总出气管路中用于连接所述分流阀的管路段的进气端；而且，所述总出气管路中位于所述第一三通阀与所述分流阀之间的管路段上设置有所述控制阀。

可选的，所述控制阀为电磁阀。

可选的，还包括：控制器，电连接于所述调压阀、所述压力检测器、所述气体流量器及所有的所述控制阀。

本申请第二方面提供了一种双极板用气密性检测方法，应用于上述的双极板用气密性检测系统，所述方法包括：

S1：打开位于总进气管路上的控制阀以通入惰性气体，并调节调压阀并观察调压阀上的压力检测器的数值变化，调节至所需压力；

S2：测试双极板保压气密性时，关闭位于排气管路上的控制阀、以及位于总出气管道中第一三通阀及分流阀之间的管路段上的控制阀，并打开其余的控制阀；通过压力检测器确定压力稳定在预设值后，关闭位于所述总进气管路上的控制阀；稳定预设时间后，读取压力数值，并计算在所述预设时间内的压力损耗值；若所述压力损耗值超过预设损耗值，则打开位于所述总进气管路上的控制阀，并分别打开连接氢气腔的支进气管路上的控制阀、连接空气腔的支进气管路上的控制阀及所述第一进气管路上的控制阀，以给氢气腔、空气腔和水腔单独进气，并分别读取对应的压力检测器数值；达到规定数值后，继续关闭位于所述总进气管路上的控制阀，通过压力检测器读取数值变化情况，来确定外漏的位置。

S3：测试双极板气密性串漏时，关闭位于排气管路上的控制阀以及所述第一进气管路上的控制阀，并打开其余的控制阀；让氢气腔和空气腔持续进气，通过流量计收集水腔的泄漏量，此时关闭连接于所述分流阀的另一个出气端上的控制阀，读取变化数值，来确定双极板是否出现串漏；在数值变化超过预设阈值时，可分别打开连接氢气腔的支进气管路上的控制阀及连接空气腔的支进气管路上的控制阀，以给氢气腔和空气腔单独进气，通过流量计收集水腔的泄漏量，读取变化数值，来确定双极板串漏位置。

发明的有益效果为：通过将该极板用气密性检测系统与待测双极板连接，设定好检测压力和时间，在固定步骤下实现双极板气密性的检测，检出精度高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例双极板用气密性检测系统的结构示意图。

其中，10、调压阀；11、压力检测器；12、第一分流阀块；13、氢气腔；14、水腔；15、空气腔；16、第一三通阀；17、分流阀；18、气体流量器；191、第一控制阀；192、第二控制阀；193、第三控制阀；194、第四控制阀；195、第五控制阀；196、第六控制阀；197、第七控制阀；20、总进气管路；21、支进气管路；22、第一进气管路；23、排气管路；24、总出气管路；241、往复管路；242、流出管路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解本发明实施例，下面通过几个具体实施例对本发明的结构进行详细的阐述。

根据图1所示，本发明实施例提供了一种双极板用气密性检测系统，所述系统包括：总进气管路20、两个支进气管路21、一个总出气管路24、压力检测器11和气体流量器18；其中，两个所述支进气管路21的进气端均连接于所述总进气管路20的出气端，而且，两个所述支进气管路21的出气端分别连接于氢气腔13的进气端及空气腔15的进气端，而且，所述总出气管路24的进气端连接于水腔14的出气端；所述总进气管路20、两个所述支进气管路21及所述总出气管路24上均设置有控制阀，所述控制阀用于控制所述控制阀所在管路的启闭；所述压力检测器11设置于所述总进气管路20上的控制阀与所述支进气管路21之间的管路段上；所述气体流量器18设置于所述总出气管路24上的控制阀与所述水腔14之间的管路段上。

当然，在另一实施例中，该系统还包括：调压阀10，其中，该系统设置于所述总进气管路20的进气口，而且，所述调压阀10位于设置在所述总进气管路20上的控制阀的上游。

当然，该系统还包括：第一分流阀块12，该第一分流阀块12的进气端连接于所述总进气管路20的出气端，而且，该第一分流阀块12的出气端分别连接于两个所述支进气管路21的进气端，该第一分流阀块12用于控制从所述总进气管路20流出的各个流向上的流体介质压强相同。

当然，在另一实施例中，该系统还包括：排气管路23，该排气管路23的进气端连接于所述第一分流阀块12的出气端；而且，所述排气管路23上设置有所述控制阀192。

当然，在另一实施例中，该系统还包括：第一进气管路22，该第一进气管路22的进气端连接于所述第一分流阀块12的出气端，该第一进气管路22的出气端连接于所述总出气管路24，而且，所述第一进气管路22与所述总出气管路24的连接点位于所述流量计与所述水腔14之间的管路段上。

当然，在另一实施例中，该系统还包括：第一三通阀16，该第一三通阀16设置于所述第一进气管路22与所述总出气管路24的连接点，其中，所述第一三通阀16的第一端连接于所述第一进气管路22的出气端，所述第一三通阀16的第二端连接于所述总出气管路24中用于连接所述水腔14的管路段的出气端；所述第一三通阀16的第三端连接于所述总出气管路24中用于连接所述分流阀17的管路段的进气端；而且，所述总出气管路24中位于所述第一三通阀16与所述分流阀17之间的管路段上设置有所述控制阀。

当然，在另一实施例中，该系统还包括：第一三通阀16，该第一三通阀16设置于所述第一进气管路22与所述总出气管路24的连接点，其中，所述第一三通阀16的一个进气端连接于所述第一进气管路22的出气端，所述第一三通阀16的另一个进气端连接于所述总出气管路24中用于连接所述水腔14的管路段的出气端；所述第一三通阀16的出气端连接于所述总出气管路24中用于连接所述分流阀17的管路段的进气端；而且，所述总出气管路24中位于所述第一三通阀16与所述分流阀17之间的管路段上设置有所述控制阀。

当然，在另一实施例中，所述控制阀为电磁阀。

当然，在另一实施例中，该系统还包括：控制器，该控制器电连接于所述调压阀10、所述压力检测器11、所述气体流量器18及所有的所述控制阀。

具体的，沿进气方向，该总进气管道上依次设置有调压阀10、第一控制阀191及压力检测器11，而且，总进气管道的出气端连接第一分流阀块12的进气端，该第一分流阀块12上设置有四个出气端，其中，该第一分流阀块12的第一个出气端连接排气管路23，而且，该排气管路23上设置有第二控制阀192；该第一分流阀块12的第二个出气端连接第一支进气管路21的进气端；该第一分流阀块12的第三个出气端连接第二支进气管路21的进气端；该第一分流阀块12的第四个出气端连接第三支进气管路21(上述的第一进气管路22)的进气端。

其中，第一支进气管路21的出气端连接氢气腔13的进气端，而且，第一支进气管路21上设置有第三控制阀193；第二支进气管路21的出气端连接空气腔15的进气端，而且，第二支进气管路21上设置有第四控制阀194；而且，第三支进气管路21上设置有第五控制阀195。

而且，水腔14的出气端连接总出气管路24，其中，该总出气管路24包括：往复管路241及流出管路242。具体的，总出气管路24上设置有第一三通阀16，所述第一三通阀16的第一端连接于第三支进气管路21的出气端，所述第一三通阀16的第二端连接于所述总出气管路24中用于连接所述水腔14的管路段的出气端，其中，总出气管路24中位于第一三通阀16的第二端与水腔14之间的管路段设为往复管路241，所以，在本实施例中，该往复管路241不仅作为总出气管路24的一部分以用于流出流体媒介，还可与第一进气管路22结合以给水腔14供气；所述第一三通阀16的第三端连接于流出管路242，而且，沿气体流向，该流出管路242上依次设置有第六控制阀196及分流阀17，而且，该分流阀17的进气端连接于第六控制阀196，所述分流阀17的一个出气端连接于所述气体流量器18，所述分流阀17的另一个出气端连接第七控制阀197。

所以，通过该双极板用气密性检测系统进行双极板的气密性检测时，需要执行以下操作：

S11：打开位于第一控制阀191以通入惰性气体，并调节调压阀10并观察调压阀10上的压力检测器11的数值变化，调节所需压力；

S12：测试双极板保压气密性时，关闭位于第二控制阀192以及第六控制阀196，并打开其余的控制阀；通过压力检测器11确定压力稳定在预设值后，关闭第一控制阀191；稳定预设时间后，读取压力数值，并计算在所述预设时间内的压力损耗值；若所述压力损耗值超过预设损耗值，则打开位于第一控制阀191，并分别打开连接第三控制阀193、第四控制阀194及第五控制阀195，从而实现通过两条支进气管路21分别给氢气腔13及空气腔15单独进气，以及通过第一进气管路22及往复管路241给水腔14单独进气，并分别读取对应的压力检测器11数值；达到规定数值后，继续关闭位于第一控制阀191，通过压力检测器11读取数值变化情况，来确定外漏的位置。

S13：测试双极板气密性串漏时，关闭第二控制阀192以及第五控制阀195，并打开其余的控制阀；让氢气腔13和空气腔15持续进气，通过流量计收集水腔14的泄漏量，此时关闭连接于第七控制阀197，读取变化数值，来确定双极板是否出现串漏；在数值变化超过预设阈值时，可分别打开连接第三控制阀193及第四控制阀194，以给氢气腔13和空气腔15单独进气，通过流量计收集水腔14的泄漏量，读取变化数值，来确定双极板串漏位置。

本发明第二实施例提供了一种双极板用气密性检测方法，应用于上述的双极板用气密性检测系统，该方法包括：

S1：打开位于总进气管路20上的控制阀以通入惰性气体，并调节调压阀10并观察调压阀10上的压力检测器11的数值变化，调节至所需压力；

S2：测试双极板保压气密性时，关闭位于排气管路23上的控制阀、以及位于总出气管道中第一三通阀16及分流阀17之间的管路段上的控制阀，并打开其余的控制阀；通过压力检测器11确定压力稳定在预设值后，关闭位于所述总进气管路20上的控制阀；稳定预设时间后，读取压力数值，并计算在所述预设时间内的压力损耗值；若所述压力损耗值超过预设损耗值，则打开位于所述总进气管路20上的控制阀，并分别打开连接氢气腔13的支进气管路21上的控制阀、连接空气腔15的支进气管路21上的控制阀及所述第一进气管路22上的控制阀，以给氢气腔13、空气腔15和水腔14单独进气，并分别读取对应的压力检测器11数值；达到规定数值后，继续关闭位于所述总进气管路20上的控制阀，通过压力检测器11读取数值变化情况，来确定外漏的位置。

S3：测试双极板气密性串漏时，关闭位于排气管路23上的控制阀以及所述第一进气管路22上的控制阀，并打开其余的控制阀；让氢气腔13和空气腔15持续进气，通过流量计收集水腔14的泄漏量，此时关闭连接于所述分流阀17的另一个出气端上的控制阀，读取变化数值，来确定双极板是否出现串漏；在数值变化超过预设阈值时，可分别打开连接氢气腔13的支进气管路21上的控制阀及连接空气腔15的支进气管路21上的控制阀，以给氢气腔13和空气腔15单独进气，通过流量计收集水腔14的泄漏量，读取变化数值，来确定双极板串漏位置。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、低”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双极板用气密性检测系统，其特征在于，所述系统包括：总进气管路(20)、两个支进气管路(21)、一个总出气管路(24)、压力检测器(11)和气体流量器(18)；

其中，两个所述支进气管路(21)的进气端均连接于所述总进气管路(20)的出气端，而且，两个所述支进气管路(21)的出气端分别连接于氢气腔(13)的进气端及空气腔(15)的进气端，所述总出气管路(24)的进气端连接于水腔(14)的出气端；

所述总进气管路(20)、两个所述支进气管路(21)及所述总出气管路(24)上均设置有控制阀，所述控制阀用于控制所述控制阀所在管路的启闭；

所述压力检测器(11)设置于所述总进气管路(20)上的控制阀与所述支进气管路(21)之间的管路段上；

所述气体流量器(18)设置于所述总出气管路(24)上的控制阀与所述水腔(14)之间的管路段上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

调压阀(10)，设置于所述总进气管路(20)的进气口，而且，所述调压阀(10)位于设置在所述总进气管路(20)上的控制阀的上游。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

第一分流阀块(12)，进气端连接于所述总进气管路(20)的出气端，且出气端分别连接于两个所述支进气管路(21)的进气端，用于控制从所述总进气管路(20)流出的各个流向上的流体介质压强相同。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：

排气管路(23)，进气端连接于所述第一分流阀块(12)的出气端；

而且，所述排气管路(23)上设置有所述控制阀。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

第一进气管路(22)，进气端连接于所述第一分流阀块(12)的出气端，出气端连接于所述总出气管路(24)，而且，所述第一进气管路(22)与所述总出气管路(24)的连接点位于所述流量计与所述水腔(14)之间的管路段上。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：

分流阀(17)，进气端连接于所述总出气端的出气端，而且，所述分流阀(17)的一个出气端连接于所述气体流量器(18)，所述分流阀(17)的另一个出气端连接于设置在所述总出气管路(24)上的控制阀。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：

第一三通阀(16)，设置于所述第一进气管路(22)与所述总出气管路(24)的连接点，其中，所述第一三通阀(16)的第一端连接于所述第一进气管路(22)的出气端，第二端连接于所述总出气管路(24)中用于连接所述水腔(14)的管路段的出气端；所述第一三通阀(16)的第三端连接于所述总出气管路(24)中用于连接所述分流阀(17)的管路段的进气端；

而且，所述总出气管路(24)中位于所述第一三通阀(16)与所述分流阀(17)之间的管路段上设置有所述控制阀。

8.根据权利要求1任一项所述的系统，其特征在于，所述控制阀为电磁阀。

9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

控制器，电连接于所述调压阀(10)、所述压力检测器(11)、所述气体流量器(18)及所有的所述控制阀。

10.一种双极板用气密性检测方法，应用于权利要求1-9任一项所述的双极板用气密性检测系统，其特征在于，所述方法包括：

S1：打开位于总进气管路(20)上的控制阀以通入惰性气体，并调节调压阀(10)并观察调压阀(10)上的压力检测器(11)的数值变化，调节至所需压力；

S2：测试双极板保压气密性时，关闭位于排气管路(23)上的控制阀、以及位于总出气管道中第一三通阀(16)及分流阀(17)之间的管路段上的控制阀，并打开其余的控制阀；通过压力检测器(11)确定压力稳定在预设值后，关闭位于所述总进气管路(20)上的控制阀；稳定预设时间后，读取压力数值，并计算在所述预设时间内的压力损耗值；若所述压力损耗值超过预设损耗值，则打开位于所述总进气管路(20)上的控制阀，并分别打开连接氢气腔(13)的支进气管路(21)上的控制阀、连接空气腔(15)的支进气管路(21)上的控制阀及所述第一进气管路(22)上的控制阀，以给氢气腔(13)、空气腔(15)和水腔(14)单独进气，并分别读取对应的压力检测器(11)数值；达到规定数值后，继续关闭位于所述总进气管路(20)上的控制阀，通过压力检测器(11)读取数值变化情况，来确定外漏的位置。

S3：测试双极板气密性串漏时，关闭位于排气管路(23)上的控制阀以及所述第一进气管路(22)上的控制阀，并打开其余的控制阀；让氢气腔(13)和空气腔(15)持续进气，通过流量计收集水腔(14)的泄漏量，此时关闭连接于所述分流阀(17)的另一个出气端上的控制阀，读取变化数值，来确定双极板是否出现串漏；在数值变化超过预设阈值时，可分别打开连接氢气腔(13)的支进气管路(21)上的控制阀及连接空气腔(15)的支进气管路(21)上的控制阀，以给氢气腔(13)和空气腔(15)单独进气，通过流量计收集水腔(14)的泄漏量，读取变化数值，来确定双极板串漏位置。

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