CN113964346B - 用于燃料电池电堆的布气板、压降测试平台和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池电堆的布气板、压降测试平台和测试方法，布气板(100)包括基座(1)，基座内设有相互分隔的阴极进口腔室(A)、阴极出口腔室(B)、阳极进口腔室(C)和阳极出口腔室(D)，基座的外壁上设有与相应腔室连通的阴极进气取压口(A1)、阴极出气取压口(B1)、阳极进气取压口(C1)和/或阳极出气取压口(D1)。压降测试平台包括布气板(100)和叠置于所述布气板上的待测的电堆模块(200)，各取压口分别连接测压管。通过测试平台，可进行压降测试和气密性测试。布气板的产品结构紧凑、集成度高，组装方便，布气功能完善，方便更精确可靠、快捷地检测电堆压降和气密性等。

Description

用于燃料电池电堆的布气板、压降测试平台和测试方法

技术领域

本发明属于燃料电池领域。

背景技术

燃料电池电堆(例如平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆)，受制于电堆内部电池片密封工艺水平，对电堆进出口气体的压力(压降)有比较严格的要求，进出口气体压差过大有可能导致电池片内部密封胶被破坏，造成电堆“漏气”；另外，电堆中阴阳极功能层之间的压力平衡也非常重要，如果某一侧压力过高，很有可能使得阴阳极间电解质层破裂，造成电堆阳极氧化等一系列破坏后果。

尤其是，对于高温燃料电池系统，例如平板式SOFC燃料电池电堆而言，耐受的进口气体压力一般都比较低，例如有电堆供应商要求电堆进口压力不能超过3Kpa，否则会对电堆内部密封造成破坏。

可见，无论是从电堆系统集成还是安全操作角度，精确地掌握并监测电堆阴阳极压降的数据都非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供了一种专用于燃料电池电堆的布气板，以及在此基础上形成的压降测试平台和测试方法，产品结构紧凑、操作方法简单，可更精确可靠、实时方便且快捷地检测电堆压降和气密性等，实现在高温区域取压。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于燃料电池电堆的布气板，所述布气板包括基座，所述基座内设有相互分隔的阴极进口腔室、阴极出口腔室、阳极进口腔室和阳极出口腔室，所述基座的外壁上设有与所述阴极进口腔室连通的阴极进气取压口、与所述阴极出口腔室连通的阴极出气取压口、与所述阳极进口腔室连通的阳极进气取压口和/或与所述阳极出口腔室连通的阳极出气取压口。

在一些实施方式中，所述阴极进口腔室的体积大于所述阴极出口腔室的体积。

在一些实施方式中，所述基座的顶壁上设置有与所述阴极进口腔室连通的阴极进口腔室电堆接口、与所述阴极出口腔室连通的阴极出口腔室电堆接口、与所述阳极进口腔室连通的阳极进口腔室电堆接口以及与所述阳极出口腔室连通的阳极出口腔室电堆接口，所述阴极进气取压口、所述阴极出气取压口、所述阳极进气取压口和/或所述阳极出气取压口设置在所述基座的侧壁上。

进一步地，所述基座的侧壁上还设有连通所述阴极进口腔室的阴极气体进气口、与所述阴极出口腔室连通的阴极气体出气口、与所述阳极进口腔室连通的阳极气体进气口以及与所述阳极出口腔室连通的阳极气体出气口；其中，所述阴极进气取压口相对于所述阴极气体进气口更靠近所述阴极进口腔室电堆接口，所述阴极出气取压口相对于所述阴极气体出气口更靠近所述阴极出口腔室电堆接口，所述阳极进气取压口相对于所述阳极气体进气口更靠近所述阳极进口腔室电堆接口，所述阳极出气取压口相对于所述阳极气体出气口更靠近所述阳极出口腔室电堆接口。

在一些实施方式中，所述基座为扁平的方形盒体，沿所述基座的宽度方向或长度方向，所述阳极进口腔室和所述阳极出口腔室居中设置，所述阴极进口腔室和所述阴极出口腔室分列于居中的所述阳极进口腔室和所述阳极出口腔室的两侧。

在一些实施方式中，所述阴极进口腔室和所述阴极出口腔室均形成为顶面开口的狭窄长槽腔室，所述阳极进口腔室和所述阳极出口腔室均形成为顶面开口的圆形沉孔腔室。

在一些实施方式中，所述基座的顶壁上设有位于各个边角部的电堆定位环。

在一些实施方式中，所述基座由耐高温钢板制成。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于燃料电池电堆的压降测试平台，所述压降测试平台包括：

根据本发明的用于燃料电池电堆的布气板；和

待测的电堆模块，叠置于所述布气板上；

其中，所述阴极进气取压口、所述阴极出气取压口、所述阳极进气取压口和/或所述阳极出气取压口分别对应连接有向外伸出的阴极进口测压管、阴极出口测压管、阳极进口测压管和/或阳极出口测压管。

在一些实施方式中，所述压降测试平台包括：

加热保温箱，所述布气板和所述电堆模块内置于所述加热保温箱中，所述阴极进口测压管、阴极出口测压管、阳极进口测压管和/或阳极出口测压管伸出于所述加热保温箱外。

可选地，所述阴极进口测压管、阴极出口测压管、阳极进口测压管和/或阳极出口测压管上分别设置有压力传感器；或者，所述阴极进口测压管与所述阴极出口测压管之间设置有阴极进出口压差式压力传感器，所述阳极进口测压管与所述阳极出口测压管之间设置有阳极进出口压差式压力传感器。

在一些实施方式中，所述电堆模块的底面设置有与所述阴极进口腔室、阴极出口腔室、阳极进口腔室和阳极出口腔室分别对应连接的电堆进出口；并且，所述阴极进口腔室、所述阴极出口腔室、所述阳极进口腔室和所述阳极出口腔室分别对应连接有阴极进气管道、阴极出气管道、阳极进气管道和阳极出气管道，所述阴极进气管道、阴极出气管道、阳极进气管道和阳极出气管道上分别设有气阀和/或气体流量计。

在一些实施方式中，所述电堆模块的底面与所述布气板的顶面之间设置有密封垫片；和/或，所述电堆模块为固体氧化物燃料电池或质子交换膜燃料电池。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种燃料电池电堆的测试方法，所述方法包括：

压降测试步骤：利用根据本发明的用于燃料电池电堆的压降测试平台，在所述电堆模块的设定温度下向所述阴极进口腔室和所述阳极进口腔室分别通入设定测试流量的相应气流，并获得所述阴极进口测压管与所述阴极出口测压管之间的阴极进出口压差值和/或所述阳极进口测压管与所述阳极出口测压管之间的阳极进出口压差值；和/或

气密性测试步骤：利用根据本发明的用于燃料电池电堆的压降测试平台，在所述电堆模块的设定温度下向所述阴极进口腔室和所述阳极进口腔室分别通入设定量的相应气流后，关闭进气阀门并对系统保压，通过读取所述阴极进出口压差值和/或所述阳极进出口压差值，实现气密性测试。

在一些实施方式中，所述设定温度达到燃料电池电堆的的催化剂氧化温度时，通入所述阳极进口腔室的气流应为还原性气体或惰性气体。

本发明的布气板的集成度高，布气功能完善，而且设计新颖、结构简单，方便管道连接以及与电堆的组装插接，尤其是通过特别增设的取压口，使之靠近电堆进出口，可采集更为真实、精确的气压数据；测试平台组装简单，通过取压管道引出后，方便压力传感器远离高温区域布置，检测方法方便可靠，可于高温和常温环境下普适性检测，可实现高温区域取压以及实现大型燃料电池系统的单堆压力的实时检测，还兼具对电堆的压降、气密性进行评测的功能。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的具体实施方式的布气板的立体图；

图2为图1的布气板的俯视图；

图3为图1的布气板的仰视图；

图4为图1的布气板沿长度方向一侧的侧视图，即图1的被遮挡一侧；

图5为图1的布气板沿宽度方向一侧的侧视图，即图1的被遮挡一侧；

图6、图7分别为沿布气板的宽度方向的不同位置上的横截面剖视图，其中剖切面分别经过阴极进口腔室和阳极进口腔室；

图8、图9分别为沿布气板的厚度方向的不同位置上的横截面剖视图，其中剖切面分别经过气体进出气口和取压口；

图10为根据本发明具体实施方式的布气板在管道连接状态下的立体图；

图11为根据本发明的具体实施方式的电堆模块的立体图，图示了电堆模块的底面的各个电堆进出口；

图12、图13为不同视角下根据本发明的具体实施方式的压降测试平台的安装爆炸图；

图14为根据本发明的具体实施方式的测试方法的原理图；以及

图15为根据本发明的测试方法以及对比测试方法进行的阴极进出口压力测试的测试结果对比图。

附图标记说明：

100 布气板 200 电堆模块

300 加热保温箱 400 密封垫片

201 电堆进出口

1 基座 2 电堆定位环

3 阴极进口测压管 4 阴极出口测压管

5 阳极进口测压管 6 阳极出口测压管

7 阴极进出口压差式压力传感器

8 阳极进出口压差式压力传感器

9 阴极进气管道 10 阴极出气管道

11 阳极进气管道 12 阳极出气管道

13 气阀 14 气体流量计

A 阴极进口腔室 B 阴极出口腔室

C 阳极进口腔室 D 阳极出口腔室

A1 阴极进气取压口 B1 阴极出气取压口

C1 阳极进气取压口 D1 阳极出气取压口

A2 阴极进口腔室电堆接口 B2 阴极出口腔室电堆接口

C2 阳极进口腔室电堆接口 D2 阳极出口腔室电堆接口

A3 阴极气体进气口 B3 阴极气体出气口

C3 阳极气体进气口 D3 阳极气体出气口

W 宽度方向 L 长度方向

H 厚度方向

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。方位词“内、外”是针对箱体内腔和箱体外部而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

对于高温燃料电池系统而言，电堆的工作温度通常达到700-800℃，因此电堆、底座(布气结构)和高温区进出气管道等会被放置在温度较高的热箱内，以降低热损耗。而压力传感器耐受温度低，因而传统的压力测量手段一般是在电堆进出口的管道上设置压力传感器或压力表，且只能设置在热箱区域外的低温段进出气管道上进行取压测量。

例如，在中国专利申请201910447899.4中，设计了一种燃料电池用气密性试验台，将气源通过电堆阴阳极出口管路，通过控制燃料电池阳极管路、阴极管路、冷却管路的开闭，进行保压测试各管路的泄漏情况，包括是否泄漏以及泄漏量。在规定管路内气体压力达到要求值后，关闭相应通道的入口和出口，通过压力传感器记录管路压力在规定时间内的变化，以判定管路泄漏情况。在规定管路内气体压力达到要求值后，通过控制程序保持压力稳定，通过流量传感器记录具体的泄漏值。该专利申请的方案侧重于对电堆的气密性进行检测，压力表(或压力传感器)设置在电堆进出气管路上，进出口压力表主要用于检测电堆是否漏气。

但是，低温管道测压点离电堆进出口距离较远，测量出来的压力数值与实际电堆进出口的值会有偏差，特别是对于低压系统，偏差可能会达到数倍，压降检测的可靠性大大降低。

有鉴于此，本发明通过特别设计一个专用的布气结构，集成度高、便于组装，更能方便快捷地进行精确的气压检测。参见图1至图5，在根据本发明的用于燃料电池电堆的布气板的具体实施方式中，布气板100包括基座1，基座内设有相互分隔的阴极进口腔室A、阴极出口腔室B、阳极进口腔室C和阳极出口腔室D，基座1的外壁上设有与阴极进口腔室A连通的阴极进气取压口A1、与阴极出口腔室B连通的阴极出气取压口B1、与阳极进口腔室C连通的阳极进气取压口C1和/或与阳极出口腔室D连通的阳极出气取压口D1。

不同于现有燃料电池中形式多样的气体管道布置方式，本发明旨在将气体管道连接于一个集成的布气板100中，使得走线布线更规则，便于管道连接以及电堆组装，而且集成度高，设计新颖、结构简单，布气功能完善。特别地，通过增设靠近电堆进出口201(参见图11、图12)的多个取压口，相较于现有的远离电堆的取压设计，能更真实可靠地检测电堆的气体压力值，进一步地，可通过连接取压口的取压管道将气流引出，再方便远离高温区域布置压力传感器。

可见，与常规燃料电池系统的压力测试不同，本发明在布气功能完善的布气板100上还设置压力测点，可以实现在高温区域取压并且取压点更接近于电堆进出口，测得的压力数据更接近于电堆内部实际压降，可以大大减小测量误差。布气板结构还可以方便地在燃料电池系统的堆塔结构中集成，实现大型燃料电池系统的单堆压力的实时测量，保护电堆运行安全。

具体地，在设计布气板100时，布气板100的阴阳极进出口腔室的形状、接口尺寸应与被测电堆的阴阳极进出口的形状尺寸保持一致，根据所使用的电堆进出口尺寸和设计的不同，布气板100的进出口腔室设计应同步进行调整。其中，通过在顶壁的四个边角设置电堆定位环2以适配地定位安装位于上方的电堆模块200，参见图12。

本领域技术人员能够理解的是，根据被测电堆的类型、形状不同，各个电堆进出口201的形状尺寸也可不同，相应地，可调整布气板100上的各个腔室电堆接口(A2～D2)，使得各个腔室电堆接口与相应的电堆进出口201对齐。而本实施方式在附图中所示的各个腔室电堆接口和电堆进出口201仅为示例，本发明并不限于此。

如图1所示，在本实施方式中，布气板100设计为扁平盒体形状。参见图3，布气板100的底壁为未穿孔的完整平板底壁，布气板100内形成有多个各自分隔的独立腔室，即阴极进口腔室A、阴极出口腔室B、阳极进口腔室C和阳极出口腔室D，参见图2，各个腔室在布气板100的顶壁上形成有开口，即一一对应的阴极进口腔室电堆接口A2、阴极出口腔室电堆接口B2、阳极进口腔室电堆接口C2以及阳极出口腔室电堆接口D2，而阴极进气取压口A1、阴极出气取压口B1、阳极进气取压口C1和/或阳极出气取压口D1则设置在基座1的相应侧壁上，参见图1、图4和图5。

如图1、图5所示，为实现气体进出腔室，基座1的侧壁上还设有连通阴极进口腔室A的阴极气体进气口A3、与阴极出口腔室B连通的阴极气体出气口B3、与阳极进口腔室C连通的阳极气体进气口C3以及与阳极出口腔室D连通的阳极气体出气口D3。如图10所示，阴极气体进气口A3上插接阴极进气管道9、阴极气体出气口B3插接阴极出气管道10、阳极气体进气口C3插接阳极进气管道11、阳极气体出气口D3插接阳极出气管道12，从而可实现从外部输入气体以及向外部输出气体。

在本实施方式中，阴极进气取压口A1设置为相对于阴极气体进气口A3更靠近阴极进口腔室电堆接口A2，阴极出气取压口B1相对于阴极气体出气口B3更靠近阴极出口腔室电堆接口B2，阳极进气取压口C1相对于阳极气体进气口C3更靠近阳极进口腔室电堆接口C2，阳极出气取压口D1相对于阳极气体出气口D3更靠近阳极出口腔室电堆接口D2。参见图1，即在基座1的厚度方向H(即图中的高度方向)上，阴极进气取压口A1位于阴极进口腔室A的上侧，即位置高于位于阴极进口腔室A的下侧的阴极气体进气口A3，相对更接近位于顶部的阴极进口腔室电堆接口A2，从而能更精确反应阴极进口腔室电堆接口A2的气体压力状况，其他取压口同理设置。

除了各个腔室电堆接口位于基座1的顶壁，其他气口位于基座1的周侧壁上。具体地，在本实施方式中，阴极进气取压口A1、阴极气体进气口A3位于沿基座1的宽度方向W的第一侧壁上，如图1所示；阴极出气取压口B1、阴极气体出气口B3位于沿基座1的宽度方向W的第二侧壁上，如图5所示。阳极进口腔室C、阳极出口腔室D对应连通的阳极气体进气口C3、阳极气体出气口D3位于沿基座1的长度方向L的第三侧壁上，如图1所示；阳极进气取压口C1、阳极出气取压口D1则位于沿基座1的长度方向L的第四侧壁上，如图4所示。

需要说明的是，布气板100不限于图示实施方式中的矩形扁平盒体状，也可以是其他例如圆形形状，可与相应的电堆形状适配。同样，各个气口的位置分布也不限于图示实施方式中的分布形式，例如，阳极进气取压口C1、阳极气体进气口C3可位于同一侧壁上，阳极出气取压口D1、阳极气体出气口D3则位于相对的另一侧壁上。

在图示的实施方式中，阴极进口腔室A和阴极出口腔室B均形成为顶面开口的狭窄长槽腔室，阴极进口腔室电堆接口A2、阴极出口腔室电堆接口B2的开口形状与尺寸与各自腔室的横截面形状尺寸一致；同样的，阳极进口腔室C和阳极出口腔室D均形成为顶面开口的圆形沉孔腔室，阳极进口腔室电堆接口C2和阳极出口腔室电堆接口D2也同为圆形口，且尺寸与腔室横截面一致。但本发明也不限于此，例如在需要时，也可将基座1内的腔室体积设计更大或更小，而各自的电堆接口的开口尺寸则更小或更大等等。

需要特别指出的是，在本实施方式中，阴极进口腔室A的体积大于阴极出口腔室B的体积。例如，阴极进口腔室A的体积不小于阴极出口腔室B的体积的2倍或者更大。从图1也可反映出，阴极进口腔室电堆接口A2、阴极出口腔室电堆接口B2沿宽度方向的开口宽度相当，但阴极进口腔室电堆接口A2沿长度方向L的开口长度大于阴极出口腔室B的开口长度，即前者腔室体积更大。

如图6、图7所示，分别为沿图1的布气板100的宽度方向W的不同位置上的横截面剖视图，其中剖切面分别经过阴极进口腔室A和阳极进口腔室B；显然地，阴极进口腔室A的体积大于阳极进口腔室B。

这是因为，从布气考虑，一般而言，阴极的进气量更大，通常为阳极进气的10倍左右，扩大进气腔室体积可以使阴极气体在阴极进口腔室A的分布更均匀，而后进入电堆。另外从压力测量考虑，一般压力传感器只能测量气体的静压而不能测量动压，在高压系统中动压项占比较小，对压力测量影响不大，但在低压系统中，动压项对压力测量的影响会比较显著，因此设置一个体积较大的腔室，进入阴极进口腔室A的阴极进气的动压能够更为充分地转化为静压，阴极进气更均匀分布后方通过阴极进口腔室电堆接口A2进入电堆，也使得压力测量数据更加接近于气体实际压力。

在图1中，基座1设计为扁平的方形盒体，沿基座1的宽度方向W或长度方向L，阳极进口腔室C和阳极出口腔室D居中设置，阴极进口腔室A和阴极出口腔室B分列于居中的阳极进口腔室C和阳极出口腔室D的两侧。腔室的位置布置同样根据上方堆叠的电堆的电堆进出口201匹配对应设计，图1的布置方式仅为示例，但不限于此。

图8、图9分别为沿布气板100的厚度方向的不同位置上的横截面剖视图，其中各自剖切面分别经过气体进出气口和取压口。参见图1、图8，在测试和运行过程中，阳极气体由布气板100的阳极气体进气口C3进入阳极进口腔室C，再由阳极进口腔室C进入上下对齐接口的电堆进出口201，在电堆中参与化学反应后从相应的电堆进出口201出电堆，进入布气板100的阳极出口腔室D，再由阳极气体出气口D3排出。同理，阴极气体由布气板100的阴极气体进气口A3进入阴极进口腔室A，再由阴极进口腔室A进入上下对齐接口的电堆进出口201，在电堆中参与化学反应后从相应的电堆进出口201出电堆，进入布气板100的阴极出口腔室B，再由阴极气体出气口B3排出。

参见图1、图9，在布气板100的通气状态下，各个腔室都充满具有一定压力的气体，压力气体可分别流动并充盈阴极进气取压口A1、阴极出气取压口B1、阳极进气取压口C1和阳极出气取压口D1，从而方便取压测试。如图10所示，各个取压口分别通过阴极进口测压管3、阴极出口测压管4、阳极进口测压管5、阳极出口测压管6将各自腔室的气流导出高温区，方便安装压力传感器进行压力检测。其中，取压口与测压管的连接方式包括但不限于焊接、卡套等形式。

另外，基座1的顶壁上设有位于各个边角部的电堆定位环2。布气板100通过表面设置的四个电堆定位环2，可方便在装配过程中快递准确地对电堆定位装配。此外，由于燃料电池的高温环境，基座1一般由耐高温钢板制成，例如布气板材料可以是耐高温的625，310S等钢材，布气板可采用在一整块材料上切割、钻孔、焊接或采用3D打印等加工形式。

以上阐述了发明的一种适用于燃料电池电堆的多功能布气板结构，除了拥有传统布气功能外，还可以实现对燃料电池电堆进出口压力的精确测量。在此基础上，本发明还设计了一种加载本布气板结构的电堆压降测试平台，可以方便快捷的对电堆压降进行测量，同时也可兼具对电堆的气密性进行评测的功能。

参见图11至图13，在一种具体实施方式中，用于燃料电池电堆的压降测试平台包括：

根据本发明的用于燃料电池电堆的布气板100；和

待测的电堆模块200，叠置于布气板100上；

其中，阴极进气取压口A1、阴极出气取压口B1、阳极进气取压口C1和/或阳极出气取压口D1分别对应连接有向外伸出的阴极进口测压管3、阴极出口测压管4、阳极进口测压管5和/或阳极出口测压管6，如图10所示。

其中，电堆模块200的底面设置有多个电堆进出口201，分别与布气板顶面的各个腔室电堆接口实现上下对接，为防止气体泄漏，在布气板100的顶面与电堆模块200的底面之间设置有密封垫片400，以实现对外密封的面面贴合。密封垫片400的材质可以是866(LS)，海绵密封条等。其中，电堆模块200可以是固体氧化物燃料电池或质子交换膜燃料电池，但并不限于此。

可选地，压降测试平台还可包括可具备加热功能的加热保温箱300，布气板100和电堆模块200内置于加热保温箱300中，阴极进口测压管3、阴极出口测压管4、阳极进口测压管5和/或阳极出口测压管6伸出于加热保温箱300外。这样，加载加热保温箱300的压降测试平台可以实现在不同温度条件下进行电堆压降测试。

在通过焊接、卡套等方式将测压管分别连接到布气板的相应取压口后，阴极进口测压管3、阴极出口测压管4、阳极进口测压管5和/或阳极出口测压管6上可分别设置有压力传感器，从而分别读数，计算所需的各自压差。或者，阴极进口测压管3与阴极出口测压管4之间也可设置有阴极进出口压差式压力传感器7，阳极进口测压管5与阳极出口测压管6之间设置有阳极进出口压差式压力传感器8，参见图14。

在图11中，电堆模块200的底面设置有与阴极进口腔室A、阴极出口腔室B、阳极进口腔室C和阳极出口腔室D分别对应连接的电堆进出口201。阴极进口腔室A、阴极出口腔室B、阳极进口腔室C和阳极出口腔室D分别对应连接有阴极进气管道9、阴极出气管道10、阳极进气管道11和阳极出气管道12，阴极进气管道9、阴极出气管道10、阳极进气管道11和阳极出气管道12上分别设有气阀13和/或气体流量计14，以便于管道气体的通断控制以及流量控制。

在上述测试平台的基础上，以下将详细介绍加载有布气板的燃料电池电堆的压降测试平台的测试方法、测试流程，可对燃料电池电堆进行阴阳极进出口压降测量，可以得到更精确的测试数据；压降测试平台可以选择性的在常温下和高温下进行测量，借助压降测试平台，可以快捷地对电堆供应商提供的电堆的气密性、阴阳极最大进气量等技术参数进行评估。

参见图14，本发明提供的种燃料电池电堆的测试方法，包括：

压降测试步骤：利用本发明的用于燃料电池电堆的压降测试平台，在电堆模块200的设定温度下向阴极进口腔室A和阳极进口腔室C分别通入设定测试流量的相应气流，并获得阴极进口测压管3与阴极出口测压管4之间的阴极进出口压差值和/或阳极进口测压管5与阳极出口测压管6之间的阳极进出口压差值；和/或

气密性测试步骤：利用本发明的用于燃料电池电堆的压降测试平台，在电堆模块200的设定温度下向阴极进口腔室A和阳极进口腔室C分别通入设定量的相应气流后，关闭进气阀门并对系统保压，通过读取阴极进出口压差值和/或阳极进出口压差值，实现气密性测试。

使用者可根据需要进行压降测试步骤或气密性测试步骤，或者同时进行两个步骤的检测。但需要说明的是，当对高温燃料电池(如固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池)进行高温下压降测试或气密性测试时，上述的设定温度不小于燃料电池电堆内的催化剂的氧化温度(具体温度根据所使用电池类型的不同会有变化)时，通入阳极进口腔室C的气流应为还原性气体或惰性气体，如氢气，氦气，氮气等，而不能是氧化性气体，如空气等。这是由于高温下电堆内部阳极侧的催化剂容易被氧化，需要用还原性气体或惰性气体进行保护，防止影响电堆性能。

作为对比，本发明还选用了两种压力测试方法对同一个平板式SOFC电堆进行阴极进出口压力测试。其中：

传统测试方法A：在加热保温箱300外的电堆进出气管道上设置压力传感器；

本发明测试方法B：采用根据本发明的布气板，利用布气板进出口测压管和差压式压力传感器测量。

具体参数为：测试温度都为750℃，测试介质都为空气。

具体过程为：

1)、参见图14，打开相应的各个气阀13，即阴阳极进气管阀门、出气管阀门，调节阴极阳极的进气流量计14到指定流量，测试气体如氮气、空气、氦气等通过阴阳极进气管进入布气板100；

2)、记录阴极进出口压差式压力传感器7、阳极进出口压差式压力传感器8的各自示数，所读示数即为测试流量及温度下的电堆阴阳极进出口压差；

3)、当测试平台管路中通入一定气量的气体后，关闭进出气管的各个气阀13，对系统保压，记录阴极进出口压差式压力传感器7、阳极进出口压差式压力传感器8的示数变化，可实现电堆气密性测量。

其中，在高温下进行测试时，还需要打开加热保温箱300的开关，设置热箱升温程序，并设定升温终点温度。当加热保温箱300升温至设定温度后，重复上述过程步骤1)、2)、3)，即完成高温下电堆压降及气密性检测。

测试结果如下表1和图15：

表1：两种压降测量方法的测试结果对比

由以上表1及图15可知，常规的压力测量方法(测试方法A)测得的压降数据比利用本发明的压降检测平台的压降数据(测试方法B)要高出很多。这主要是由于，对于低压测试系统，压力测点位置的选择至关重要，要尽可能的靠近于被测设备的进出口，否则管道沿程阻力，气体流速(动压项)等因素都有可能对测试结果造成很大的偏差。利用本发明的测试方法B直接在布气板100上取压，取压点非常靠近电堆的实际气体进出口，消除了管道沿程阻力损失造成的测试误差，并且阴极气体通过布气板的合理腔室体积设计，将动压项很好的转化为了静压，消除了压力传感器的测量误差，两者综合，得到了更精确的压力测试数据。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，例如布气板的形状变化和各个气口的位置调整，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种用于燃料电池电堆的布气板，其特征在于，所述布气板(100)包括基座(1)，所述基座内设有相互分隔的阴极进口腔室(A)、阴极出口腔室(B)、阳极进口腔室(C)和阳极出口腔室(D)，所述基座(1)的外壁上设有与所述阴极进口腔室(A)连通的阴极进气取压口(A1)、与所述阴极出口腔室(B)连通的阴极出气取压口(B1)、与所述阳极进口腔室(C)连通的阳极进气取压口(C1)和与所述阳极出口腔室(D)连通的阳极出气取压口(D1)；

所述基座(1)的顶壁上设置有与所述阴极进口腔室(A)连通的阴极进口腔室电堆接口(A2)、与所述阴极出口腔室(B)连通的阴极出口腔室电堆接口(B2)、与所述阳极进口腔室(C)连通的阳极进口腔室电堆接口(C2)以及与所述阳极出口腔室(D)连通的阳极出口腔室电堆接口(D2)；

所述基座(1)的侧壁上还设有连通所述阴极进口腔室(A)的阴极气体进气口(A3)、与所述阴极出口腔室(B)连通的阴极气体出气口(B3)、与所述阳极进口腔室(C)连通的阳极气体进气口(C3)以及与所述阳极出口腔室(D)连通的阳极气体出气口(D3)；

所述阴极进气取压口(A1)相对于所述阴极气体进气口(A3)更靠近所述阴极进口腔室电堆接口(A2)，所述阴极出气取压口(B1)相对于所述阴极气体出气口(B3)更靠近所述阴极出口腔室电堆接口(B2)，所述阳极进气取压口(C1)相对于所述阳极气体进气口(C3)更靠近所述阳极进口腔室电堆接口(C2)，所述阳极出气取压口(D1)相对于所述阳极气体出气口(D3)更靠近所述阳极出口腔室电堆接口(D2)。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池电堆的布气板，其特征在于，所述阴极进口腔室(A)的体积大于所述阴极出口腔室(B)的体积。

3.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池电堆的布气板，其特征在于，所述阴极进气取压口(A1)、所述阴极出气取压口(B1)、所述阳极进气取压口(C1)和/或所述阳极出气取压口(D1)设置在所述基座(1)的侧壁上。

4.根据权利要求3所述的用于燃料电池电堆的布气板，其特征在于，所述基座(1)为扁平的方形盒体，沿所述基座(1)的宽度方向(W)或长度方向(L)，所述阳极进口腔室(C)和所述阳极出口腔室(D)居中设置，所述阴极进口腔室(A)和所述阴极出口腔室(B)分列于居中的所述阳极进口腔室(C)和所述阳极出口腔室(D)的两侧。

5.根据权利要求4所述的用于燃料电池电堆的布气板，其特征在于，所述阴极进口腔室(A)和所述阴极出口腔室(B)均形成为顶面开口的狭窄长槽腔室，所述阳极进口腔室(C)和所述阳极出口腔室(D)均形成为顶面开口的圆形沉孔腔室。

6.根据权利要求4所述的用于燃料电池电堆的布气板，其特征在于，所述基座(1)的顶壁上设有位于各个边角部的电堆定位环(2)。

7.根据权利要求1所述的用于燃料电池电堆的布气板，其特征在于，所述基座(1)由耐高温钢板制成。

8.一种用于燃料电池电堆的压降测试平台，其特征在于，所述压降测试平台包括：

根据权利要求1～7中任意一项所述的用于燃料电池电堆的布气板(100)；和

待测的电堆模块(200)，叠置于所述布气板(100)上；

其中，所述阴极进气取压口(A1)、所述阴极出气取压口(B1)、所述阳极进气取压口(C1)和/或所述阳极出气取压口(D1)分别对应连接有向外伸出的阴极进口测压管(3)、阴极出口测压管(4)、阳极进口测压管(5)和/或阳极出口测压管(6)。

9.根据权利要求8所述的用于燃料电池电堆的压降测试平台，其特征在于，所述压降测试平台包括：

加热保温箱(300)，所述布气板(100)和所述电堆模块(200)内置于所述加热保温箱(300)中，所述阴极进口测压管(3)、阴极出口测压管(4)、阳极进口测压管(5)和/或阳极出口测压管(6)伸出于所述加热保温箱(300)外。

10.根据权利要求8所述的用于燃料电池电堆的压降测试平台，其特征在于，所述阴极进口测压管(3)、阴极出口测压管(4)、阳极进口测压管(5)和/或阳极出口测压管(6)上分别设置有压力传感器；

或者，所述阴极进口测压管(3)与所述阴极出口测压管(4)之间设置有阴极进出口压差式压力传感器(7)，所述阳极进口测压管(5)与所述阳极出口测压管(6)之间设置有阳极进出口压差式压力传感器(8)。

11.根据权利要求8所述的用于燃料电池电堆的压降测试平台，其特征在于，所述电堆模块(200)的底面设置有与所述阴极进口腔室(A)、阴极出口腔室(B)、阳极进口腔室(C)和阳极出口腔室(D)分别对应连接的电堆进出口(201)；

并且，所述阴极进口腔室(A)、所述阴极出口腔室(B)、所述阳极进口腔室(C)和所述阳极出口腔室(D)分别对应连接有阴极进气管道(9)、阴极出气管道(10)、阳极进气管道(11)和阳极出气管道(12)，所述阴极进气管道(9)、阴极出气管道(10)、阳极进气管道(11)和阳极出气管道(12)上分别设有气阀(13)和/或气体流量计(14)。

12.根据权利要求8所述的用于燃料电池电堆的压降测试平台，其特征在于，所述电堆模块(200)的底面与所述布气板(100)的顶面之间设置有密封垫片(400)；和/或，所述电堆模块(200)为固体氧化物燃料电池或质子交换膜燃料电池。

13.一种燃料电池电堆的测试方法，其特征在于，所述方法包括：

压降测试步骤：利用根据权利要求8～12中任意一项所述的用于燃料电池电堆的压降测试平台，在所述电堆模块(200)的设定温度下向所述阴极进口腔室(A)和所述阳极进口腔室(C)分别通入设定测试流量的相应气流，并获得所述阴极进口测压管(3)与所述阴极出口测压管(4)之间的阴极进出口压差值和/或所述阳极进口测压管(5)与所述阳极出口测压管(6)之间的阳极进出口压差值；和/或

气密性测试步骤：利用根据权利要求9～12中任意一项所述的用于燃料电池电堆的压降测试平台，在所述电堆模块(200)的设定温度下向所述阴极进口腔室(A)和所述阳极进口腔室(C)分别通入设定量的相应气流后，关闭进气阀门并对系统保压，通过读取所述阴极进出口压差值和/或所述阳极进出口压差值，实现气密性测试。

14.根据权利要求13所述的燃料电池电堆的测试方法，其特征在于，当所述设定温度不小于所述燃料电池电堆的催化剂氧化温度时，通入所述阳极进口腔室(C)的气流为还原性气体或惰性气体。

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