CN114441105A - 燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备及方法，包括加水泵、第一检测管、第二检测管、第三检测管、第一调压阀、第二调压阀、第三调压阀、第一观察管、第二观察管、第三观察管、第一溢流阀、第二溢流阀和第三溢流阀。本检测设备从通过通入去离子水初步进行筛除，然后通过保压进行判断是否合格，因此不仅降低了燃料电池电堆双极板水腔气密性能检测的漏检率，而且采用该设备还可精确的确定燃料电池电堆中存在漏水的双极板及双极板漏水点，并可根据相应的漏水点改进双极板生产工艺。

Description

燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备及方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备及方法。

背景技术

当前燃料电池电堆双极板水腔的气密性主要通过电堆水腔通气保压的设备来检测电堆水腔的气密性，但是由于电堆接口的气密性会对电堆水腔的气密性测试产生影响，其测试误差较大，不能精确的检测出每一片双极板水腔的气密性，会导致某些存在水腔泄漏的双极板通过气密性测试。

因此，如何降低燃料电池电堆双极板水腔气密性能检测的漏检率，是本领域技术人员函待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备及方法，以降低燃料电池电堆双极板水腔气密性能检测的漏检率。

为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，燃料电池电堆设置有水腔、氢气腔和空气腔，气密性检测设备包括加水泵、第一检测管、第二检测管、第三检测管、第一调压阀、第二调压阀、第三调压阀、第一观察管、第二观察管、第三观察管、第一溢流阀、第二溢流阀和第三溢流阀，其中，第一检测管用于与水腔的第一端对接，并与加水泵的出水口和高压氮气源连通，加水泵的进水口连通去离子水源；第二检测管用于与氢气腔的第一端对接，并与高压氮气源连通；第三检测管用于与空气腔的第一端连通，并与高压氮气源连通；第一调压阀设置于第一检测管上；第二调压阀设置于第二检测管上；第二调压阀设置于第二检测管上；第三调压阀设置于第三检测管上；第一观察管与水腔的第二端对接，第二观察管用于与氢气腔的第二端对接，第三观察管用于与空气腔的第二端对接；第一溢流阀设置在第一观察管上，第二溢流阀设置在第二观察管上，第三溢流阀设置在第三观察管上。

本发明一些实施例中，还包括控制器，控制器控制加水泵、第一调压阀、第二调压阀、第三调压阀、第一溢流阀、第二溢流阀和第三溢流阀的运行：

当需要气密性检测时，控制器控制加水泵、第一调压阀和第一泄压阀开启，第一观察管中无气泡后，关闭加水泵及第一泄压阀，以将去离子水保持在水腔中；

控制器控制第一泄压阀、第二泄压阀和第三泄压阀关闭，控制第一调压阀、第二调压阀和第三调压阀开启以向水腔、氢气腔、空气腔通入高压氮气，加压完成后，并维持水腔、氢气腔、空气腔压力不下降；

保压预设时间后，观察电堆表面是否有水渗出，如果有水渗出，则该电堆水腔气密性测试不合格，更换漏水双极板重新装堆测试；如果没有水渗出，则该电堆水腔气密性测试合格。

本发明一些实施例中，去离子水源包括用于盛放去离子水的耐压水箱，耐压水箱与加水泵的进水口连通。

本发明一些实施例中，第一检测管通过耐压水箱与高压氮气源连通。

本发明一些实施例中，去离子水源还包括补水箱和补水泵，补水泵的进水口与补水箱连通，补水泵的出水口与耐压水箱连通。

本发明一些实施例中，还包括设置于耐压水箱中的液位传感器，当液位传感器获得的水位信息低于预设水位时，控制器控制补水泵运行。

本发明一些实施例中，还包括设置于第一检测管的第一压力传感器，设置于第二检测管的第二压力传感器和设置于第三检测管的第三压力传感器；控制器根据第一压力传感器获得的第一压力值控制第一调压阀的开度；控制器根据第二压力传感器获得的第二压力值控制第二调压阀的开度；控制器根据第三压力传感器获得的第三压力值控制第三调压阀的开度。

本发明一些实施例中，还包括设置于第一检测管的第一压力表，设置于第二检测管的第二压力表和设置于第三检测管的第三压力表。

本发明一些实施例中，第一检测管、第二检测管和第三检测管共用一个高压氮气源。

本发明还公开了一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测方法，其特征在于，应用上述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，该检测方法包括：

对接第一检测管和水腔的第一端，第一观察管与水腔的第二端；对接第二检测管和氢气腔的第一端，第二观察管与氢气腔的第二端；对接第三检测管和空气腔的第一端，第三观察管与氢气腔的第二端；

开启加水泵、第一调压阀和第一泄压阀，第一观察管中无气泡后，关闭加水泵及第一泄压阀，以将去离子水保持在水腔中；

关闭第一泄压阀、第二泄压阀和第三泄压阀，打开第一调压阀、第二调压阀和第三调压阀，以向水腔、氢气腔、空气腔通入高压氮气，加压完成后，并维持水腔、氢气腔、空气腔压力不下降；

保压预设时间后，观察电堆表面是否有水渗出，如果有水渗出，则该电堆水腔气密性测试不合格，更换漏水双极板重新装堆测试；如果没有水渗出，则该电堆水腔气密性测试合格。

使用本发明的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备时，对接第一检测管和水腔的第一端，第一观察管与水腔的第二端；对接第二检测管和氢气腔的第一端，第二观察管与氢气腔的第二端；对接第三检测管和空气腔的第一端，第三观察管与氢气腔的第二端；开启加水泵、第一调压阀和第一泄压阀，第一观察管中无气泡后，关闭加水泵及第一泄压阀，以将去离子水保持在水腔中；关闭第一泄压阀、第二泄压阀和第三泄压阀，打开第一调压阀、第二调压阀和第三调压阀，以向水腔、氢气腔、空气腔通入高压氮气，加压完成后，并维持水腔、氢气腔、空气腔压力不下降；保压预设时间后，观察电堆表面是否有水渗出，如果有水渗出，则该电堆水腔气密性测试不合格，更换漏水双极板重新装堆测试；如果没有水渗出，则该电堆水腔气密性测试合格。可见，本检测设备从通过通入去离子水初步进行筛除，然后通过保压进行判断是否合格，因此不仅降低了燃料电池电堆双极板水腔气密性能检测的漏检率，而且采用该设备还可精确的确定燃料电池电堆中存在漏水的双极板及双极板漏水点，并可根据相应的漏水点改进双极板生产工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的第二种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的第三种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的第四种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的第五种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的第六种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备的结构示意图。

其中：100为燃料电池、101为水腔、102为氢气腔、103为空气腔、201为第一检测管、202为第二检测管、203为第三检测管、302为第一调压阀、302为第二调压阀、303为第三调压阀、400为加水泵、501为第一观察管、502为第二观察管、503为第三观察管、601为第一溢流阀、602为第二溢流阀、603为第三溢流阀、700的去离子水源、701为耐压水箱、702为补水泵、703为补水箱、800为高压氮气源、901为第一压力表、902为第二压力表、903为第三压力表、701-1为液位传感器。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备及方法，以降低燃料电池电堆双极板水腔气密性能检测的漏检率。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图6，本发明公开的为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，燃料电池电堆100设置有水腔101、氢气腔102和空气腔103，气密性检测设备包括加水泵400、第一检测管201、第二检测管202、第三检测管203、第一调压阀301、第二调压阀302、第三调压阀303、第一观察管501、第二观察管502、第三观察管503、第一溢流阀601、第二溢流阀602和第三溢流阀603，其中，第一检测管201用于与水腔101的第一端对接，并与加水泵400的出水口和高压氮气源800连通，加水泵400的进水口连通去离子水源700；第二检测管202用于与氢气腔102的第一端对接，并与高压氮气源800连通；第三检测管203用于与空气腔103的第一端连通，并与高压氮气源800连通；第一调压阀301设置于第一检测管201上；第二调压阀302设置于第二检测管202上；第二调压阀302设置于第二检测管202上；第三调压阀303设置于第三检测管203上；第一观察管501与水腔101的第二端对接，第二观察管502用于与氢气腔102的第二端对接，第三观察管503用于与空气腔103的第二端对接；第一溢流阀601设置在第一观察管501上，第二溢流阀602设置在第二观察管502上，第三溢流阀603设置在第三观察管503上。

使用本发明的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备时，对接第一检测管201和水腔101的第一端，第一观察管501与水腔101的第二端；对接第二检测管202和氢气腔102的第一端，第二观察管502与氢气腔102的第二端；对接第三检测管203和空气腔103的第一端，第三观察管503与氢气腔102的第二端；开启加水泵400、第一调压阀301和第一泄压阀，第一观察管501中无气泡后，关闭加水泵400及第一泄压阀，以将去离子水保持在水腔101中；关闭第一泄压阀、第二泄压阀和第三泄压阀，打开第一调压阀301、第二调压阀302和第三调压阀303，以向水腔101、氢气腔102、空气腔103通入高压氮气，加压完成后，并维持水腔101、氢气腔102、空气腔103压力不下降；保压预设时间后，观察电堆表面是否有水渗出，如果有水渗出，则该电堆水腔101气密性测试不合格，更换漏水双极板重新装堆测试；如果没有水渗出，则该电堆水腔101气密性测试合格。可见，本检测设备从通过通入去离子水初步进行筛除，然后通过保压进行判断是否合格，因此不仅降低了燃料电池电堆100双极板水腔101气密性能检测的漏检率，而且采用该设备还可精确的确定燃料电池电堆100中存在漏水的双极板及双极板漏水点，并可根据相应的漏水点改进双极板生产工艺。

需要说明的是上述检测设备在检测过程中可手动操作，还可进一步进行优化，以进行自动控制，具体的，本发明一些实施例中，还包括控制器，控制器控制加水泵400、第一调压阀301、第二调压阀302、第三调压阀303、第一溢流阀601、第二溢流阀602和第三溢流阀603的运行：

当需要气密性检测时，控制器控制加水泵400、第一调压阀301和第一泄压阀开启，第一观察管501中无气泡后，关闭加水泵400及第一泄压阀，以将去离子水保持在水腔101中；控制器控制第一泄压阀、第二泄压阀和第三泄压阀关闭，控制第一调压阀301、第二调压阀302和第三调压阀303开启以向水腔101、氢气腔102、空气腔103通入高压氮气，加压完成后，并维持水腔101、氢气腔102、空气腔103压力不下降；保压预设时间后，观察电堆表面是否有水渗出，如果有水渗出，则该电堆水腔101气密性测试不合格，更换漏水双极板重新装堆测试；如果没有水渗出，则该电堆水腔101气密性测试合格。

上述去离子水源700可以在加水泵400向水腔101中加入去离子水时同步加工而出，或者提前进行存储，具体的，本发明一些实施例中，去离子水源700包括用于盛放去离子水的耐压水箱701，耐压水箱701与加水泵400的进水口连通。

进一步的本发明一些实施例中，去离子水源700还包括补水箱703和补水泵702，补水泵702的进水口与补水箱703连通，补水泵702的出水口与耐压水箱701连通。

当耐压水箱701中的去离子水较少时，通过补水泵702将补水箱703中的去离子水添加至耐压水箱701中。

上述补充去离子水的操作可手动操作或者自动操作，当手动操作时，通过在耐压水箱701上设置液位计，以进行观察耐压水箱701中的水位，当水位低于预设水位时，可手动开启补水泵702运行。当自动操作时，本发明一些实施例中，还包括设置于耐压水箱701中的液位传感器701-1，当液位传感器701-1获得的水位信息低于预设水位时，控制器控制补水泵702运行。

第一检测管201直接与高压氮气源800连通，或者第一检测管201间接与高压氮气源800连通。本发明一些实施例中，第一检测管201通过耐压水箱701与高压氮气源800连通。

为了进一步优化上述方案，本发明一些实施例中，还包括设置于第一检测管201的第一压力传感器，设置于第二检测管202的第二压力传感器和设置于第三检测管203的第三压力传感器；控制器根据第一压力传感器获得的第一压力值控制第一调压阀301的开度；控制器根据第二压力传感器获得的第二压力值控制第二调压阀302的开度；控制器根据第三压力传感器获得的第三压力值控制第三调压阀303的开度。

为了能够直观观察第一检测管、第二检测管和第三检测管中的压力，本发明一些实施例中，还包括设置于第一检测管201的第一压力表901，设置于第二检测管202的第二压力表902和设置于第三检测管203的第三压力表903。

上述第一检测管、第二检测管和第三检测管分别单独使用一个高压氮气源800，或者第一检测管201、第二检测管202和第三检测管203共用一个高压氮气源800。本发明一些实施例中，第一检测管201、第二检测管202和第三检测管203共用一个高压氮气源800。

本发明还公开了一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测方法，其特征在于，应用上述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，该检测方法包括：

对接第一检测管201和水腔101的第一端，第一观察管501与水腔101的第二端；对接第二检测管202和氢气腔102的第一端，第二观察管502与氢气腔102的第二端；对接第三检测管203和空气腔103的第一端，第三观察管503与氢气腔102的第二端；

开启加水泵400、第一调压阀301和第一泄压阀，第一观察管501中无气泡后，关闭加水泵400及第一泄压阀，以将去离子水保持在水腔101中；

关闭第一泄压阀、第二泄压阀和第三泄压阀，打开第一调压阀301、第二调压阀302和第三调压阀303，以向水腔101、氢气腔102、空气腔103通入高压氮气，加压完成后，并维持水腔101、氢气腔102、空气腔103压力不下降；

保压预设时间后，观察电堆表面是否有水渗出，如果有水渗出，则该电堆水腔101气密性测试不合格，更换漏水双极板重新装堆测试；如果没有水渗出，则该电堆水腔101气密性测试合格。

需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请本发明相关的部分。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应当理解，本申请中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。+

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，所述燃料电池电堆设置有水腔、氢气腔和空气腔，其特征在于，所述气密性检测设备包括加水泵、第一检测管、第二检测管、第三检测管、第一调压阀、第二调压阀、第三调压阀、第一观察管、第二观察管、第三观察管、第一溢流阀、第二溢流阀和第三溢流阀，其中，所述第一检测管用于与所述水腔的第一端对接，并与所述加水泵的出水口和高压氮气源连通，所述加水泵的进水口连通去离子水源；所述第二检测管用于与所述氢气腔的第一端对接，并与高压氮气源连通；所述第三检测管用于与所述空气腔的第一端连通，并与高压氮气源连通；所述第一调压阀设置于所述第一检测管上；所述第二调压阀设置于所述第二检测管上；所述第二调压阀设置于所述第二检测管上；所述第三调压阀设置于所述第三检测管上；所述第一观察管与所述水腔的第二端对接，所述第二观察管用于与所述氢气腔的第二端对接，所述第三观察管用于与空气腔的第二端对接；所述第一溢流阀设置在所述第一观察管上，所述第二溢流阀设置在所述第二观察管上，所述第三溢流阀设置在所述第三观察管上。

2.如权利要求1所述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，其特征在于，还包括控制器，所述控制器控制所述加水泵、所述第一调压阀、所述第二调压阀、所述第三调压阀、所述第一溢流阀、所述第二溢流阀和所述第三溢流阀的运行：

当需要气密性检测时，所述控制器控制所述加水泵、所述第一调压阀和所述第一泄压阀开启，所述第一观察管中无气泡后，关闭所述加水泵及所述第一泄压阀，以将去离子水保持在水腔中；

所述控制器控制所述第一泄压阀、所述第二泄压阀和所述第三泄压阀关闭，控制第一调压阀、第二调压阀和第三调压阀开启以向水腔、氢气腔、空气腔通入高压氮气，加压完成后，并维持水腔、氢气腔、空气腔压力不下降；

保压预设时间后，观察电堆表面是否有水渗出，如果有水渗出，则该电堆水腔气密性测试不合格，更换漏水双极板重新装堆测试；如果没有水渗出，则该电堆水腔气密性测试合格。

3.如权利要求2所述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，其特征在于，所述去离子水源包括用于盛放去离子水的耐压水箱，所述耐压水箱与所述加水泵的进水口连通。

4.如权利要求3所述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，其特征在于，所述第一检测管通过所述耐压水箱与所述高压氮气源连通。

5.如权利要求3所述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，其特征在于，所述去离子水源还包括补水箱和补水泵，所述补水泵的进水口与所述补水箱连通，所述补水泵的出水口与所述耐压水箱连通。

6.如权利要求5所述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，其特征在于，还包括设置于所述耐压水箱中的液位传感器，当液位传感器获得的水位信息低于预设水位时，所述控制器控制所述补水泵运行。

7.如权利要求2所述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，其特征在于，还包括设置于所述第一检测管的第一压力传感器，设置于所述第二检测管的第二压力传感器和设置于所述第三检测管的第三压力传感器；所述控制器根据所述第一压力传感器获得的第一压力值控制所述第一调压阀的开度；所述控制器根据所述第二压力传感器获得的第二压力值控制所述第二调压阀的开度；所述控制器根据所述第三压力传感器获得的第三压力值控制所述第三调压阀的开度。

8.如权利要求1至7中任一项所述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，其特征在于，还包括设置于所述第一检测管的第一压力表，设置于所述第二检测管的第二压力表和设置于所述第三检测管的第三压力表。

9.如权利要求1至7中任一项所述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，其特征在于，所述第一检测管、所述第二检测管和所述第三检测管共用一个高压氮气源。

10.一种燃料电池电堆双极板水腔气密性检测方法，其特征在于，应用权利要求1至9中任一项所述的燃料电池电堆双极板水腔气密性检测设备，该检测方法包括：

对接第一检测管和水腔的第一端，第一观察管与水腔的第二端；对接第二检测管和氢气腔的第一端，第二观察管与氢气腔的第二端；对接第三检测管和空气腔的第一端，第三观察管与氢气腔的第二端；

开启加水泵、第一调压阀和第一泄压阀，第一观察管中无气泡后，关闭加水泵及第一泄压阀，以将去离子水保持在水腔中；

关闭第一泄压阀、第二泄压阀和第三泄压阀，打开第一调压阀、第二调压阀和第三调压阀，以向水腔、氢气腔、空气腔通入高压氮气，加压完成后，并维持水腔、氢气腔、空气腔压力不下降；

保压预设时间后，观察电堆表面是否有水渗出，如果有水渗出，则该电堆水腔气密性测试不合格，更换漏水双极板重新装堆测试；如果没有水渗出，则该电堆水腔气密性测试合格。

Images