CN114551941A - 一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置 - Google Patents

一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114551941A
CN114551941A CN202210180670.0A CN202210180670A CN114551941A CN 114551941 A CN114551941 A CN 114551941A CN 202210180670 A CN202210180670 A CN 202210180670A CN 114551941 A CN114551941 A CN 114551941A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
distance measuring
measuring instrument
plate
packaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210180670.0A
Other languages
English (en)
Inventor
刘彦萍
罗仁超
程友星
王亮
张庭华
张昊
李晓松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongfang Electric Chengdu Hydrogen Fuel Cell Technology Co ltd
Original Assignee
Dongfang Electric Chengdu Hydrogen Fuel Cell Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfang Electric Chengdu Hydrogen Fuel Cell Technology Co ltd filed Critical Dongfang Electric Chengdu Hydrogen Fuel Cell Technology Co ltd
Priority to CN202210180670.0A priority Critical patent/CN114551941A/zh
Publication of CN114551941A publication Critical patent/CN114551941A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04671—Failure or abnormal function of the individual fuel cell
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • G01L5/0076—Force sensors associated with manufacturing machines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置，其中方法包括以下步骤：将燃料电池两侧端板分别固定安装在燃料电池系统底板上，与外围装置组成燃料电池系统，其中燃料电池包括依次连接的端板a、弹性元件、绝缘板a、集流板a、多节单电池、集流板b、绝缘板b和端板b；将测距仪器的底座固定安装在燃料电池系统底板上或端板a上，将测距定位块的一端固定安装在绝缘板a上靠近弹性元件的位置，另一端从端板a中间引出并与测距仪器的探头对准或接触；测距定位块随着弹性元件的变形而移动，测距仪器跟随采集变形的数据，从而得到燃料电池运行状态的封装力。本发明可以精准测试燃料电池运行状态下的实时封装力。

Description

一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置。
背景技术
燃料电池是一种绿色能源发电装置，直接将物质的化学能转化为电能，发电效率不受卡诺循环限制，比传统热机相比更高，因此被认为是最有潜力的新型能源之一。燃料电池有诸多优点，反应产物只有水，基本实现零污染排放；发电功率等级范围较宽，工作过程噪音低，可以拓宽应用到诸多领域。
燃料电池系统以燃料电池为核心，与燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水热管理系统、控制系统等组成一套发电系统。目前已在汽车、交通运输、航空、固定式发电设备、舰载设备等领域得到应用。
一个完整的燃料电池由端板、绝缘板、集流板、密封圈、碳纸、膜电极、双极板等组成，通过长螺杆或钢带将两侧端板紧固，施加一定的封装力使内部各节单电池叠加在一起，燃料电池内部发生载荷传递、物质传输、温度交换等过程，完成整个电化学反应。
封装力的大小对于燃料电池结构封装尤为重要。若封装力值过小，易导致燃料电池密封性不好，产生气体泄漏，密封失效而存在安全隐患，同时内部组件间的接触压力不足会导致接触电阻增大，产生较大的欧姆损耗，降低发电效率；若封装力值过大，导致多孔介质-碳纸严重压缩，使其孔隙率降低而阻碍反应气体在膜电极中的扩散，从而影响发电效率，严重的话，造成燃料电池内部薄弱部件(石墨板、膜电极、碳纸等)应力较大，发生塑性形变从而结构失效。
燃料电池运行过程中，各组件随气体压力、反应温度的变化而发生一定的变形量，导致封装力发生变化，因此精准监测燃料电池运行状态下的封装力尤为重要。
现有专利CN113340511提出一种针对质子交换膜燃料电池预紧力的测试方法，该方法将电子引伸计两端固定在封装件的中间位置，预紧力作用下封装件发生变形而产生应变，电子引伸计将电压信号输入到控制器，最后转化为相应的预紧力。上述测试方法仅适用燃料电池装配过程中封装件预紧力状态的监测。
但在实际运行(尤其车载)工况下，燃料电池须固定安装在燃料电池系统底板上，防止燃料电池发生移动，影响燃料电池系统的运行安全。运行状态下燃料电池各组件受气体压力、温度变化时封装件发生相应的变形，上述专利方法的原理是根据封装件的变形反推出所受的封装力，但此时固定燃料电池端板限制了封装件的变形，使用该方法将难以准确测出运行状态下燃料电池封装力。
因此有必要提出一种在线测试燃料电池封装力的方法，解决燃料电池在实际运行工况下的封装力检测难题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置，可以精准测试燃料电池运行状态下的实时封装力，保证燃料电池在合理封装力区间运行；可以精准定位燃料电池运行最佳性能时的封装力，提高燃料电池的输出功率和工作效率。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法，包括以下步骤：
S1.将燃料电池两侧端板分别固定安装在燃料电池系统底板上，与外围装置组成燃料电池系统，所述燃料电池包括依次连接的端板a、弹性元件、绝缘板a、集流板a、多节单电池、集流板b、绝缘板b和端板b；
S2.将测距仪器的底座固定安装在所述燃料电池系统底板上或所述端板a上，将测距定位块的一端固定安装在所述绝缘板a上靠近所述弹性元件的位置，另一端从所述端板a中间引出并与所述测距仪器的探头对准或接触；
S3.测量燃料电池装配完成后所述弹性元件长度Xb，根据力学计算公式，每组所述弹性元件的封装力F0＝k*Δx，其中Δx＝Xa-Xb，Xa表示所述弹性元件的初始自由长度，此时燃料电池初始状态的封装力等于多组所述弹性元件封装力之和，即F初＝ΣF0；
S4.记录所述测距仪器初始数值X1，燃料电池系统开始运行，所述测距定位块随着所述弹性元件的变形而移动，所述测距仪器跟随采集变形的数据，记录燃料电池每个工作点下的所述测距仪器数值X2、X3……Xn，则燃料电池运行过程中的每个工作点的位移变化量Δxi＝Xi-X1，其中i＝2,3……n；根据力学计算公式，每组弹性元件的封装力F＝k*Δxi，此时燃料电池某一工作点相对初始状态的封装力变化值为多组所述弹性元件封装力之和，即F变＝ΣF，则当前工作点下燃料电池封装力F总＝F初+F变。
进一步地，所述外围装置包括燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水热管理系统和控制系统。
进一步地，所述测距仪器包括接触式测距仪器和非接触式测距仪器，所述非接触式测距仪器包括激光测距仪。
进一步地，所述将测距定位块的一端固定安装在所述绝缘板a上的方法包括螺纹、销钉和粘接固定方式。
一种用于测试燃料电池运行状态封装力的装置，包括测距仪器、测距定位块、燃料电池以及燃料电池系统底板，所述燃料电池包括依次连接的端板a、弹性元件、绝缘板a、集流板a、多节单电池、集流板b、绝缘板b和端板b；所述燃料电池两侧的端板a和端板b分别固定安装在所述燃料电池系统底板上，与外围装置组成燃料电池系统；所述测距仪器的底座固定安装在所述燃料电池系统底板上或所述端板a上，所述测距定位块的一端固定在所述绝缘板a上靠近所述弹性元件的位置，另一端从所述端板a中间引出并与所述测距仪器的探头对准或接触，所述测距定位块随着所述弹性元件的变形而移动，所述测距仪器跟随采集变形的数据，从而得到燃料电池运行状态的封装力。
进一步地，所述外围装置包括燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水热管理系统和控制系统。
进一步地，所述测距仪器包括接触式测距仪器和非接触式测距仪器，所述非接触式测距仪器包括激光测距仪。
进一步地，所述测距定位块的一端固定安装在所述绝缘板a上的方法包括螺纹、销钉和粘接固定方式。
本发明的有益效果在于：
(1)燃料电池运行时电压高、温度高，直接测试弹性元件的变形量存在极大的安全隐患，所以增设测距块和高精度测距仪器，间接测量其变形量，可操作性强。
(2)本发明的测试方法及装置可以测试燃料电池系统运行过程中的燃料电池封装力实时变化，以便于研发人员进行燃料电池最佳封装力设计。
附图说明
图1是本发明实施例1的一种用于测试燃料电池运行状态封装力的装置结构示意图之一；
图2是本发明实施例1的一种用于测试燃料电池运行状态封装力的装置结构示意图之二；
附图标记：1-测距仪器，2-测距定位块，3-弹性元件，4-端板a，5-绝缘板a，6-封装件，7-多节单电池，8-绝缘板b，9-端板b，10-燃料电池系统底板。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供了一种用于测试燃料电池运行状态封装力的装置，包括测距仪器1、测距定位块2、燃料电池以及燃料电池系统底板10，燃料电池包括依次连接的端板a4、弹性元件3、绝缘板a5、多节单电池7、绝缘板b8和端板b9，并通过封装件6进行封装。
燃料电池两侧的端板a4和端板b9分别固定安装在燃料电池系统底板10上，与外围装置组成燃料电池系统。具体地，外围装置包括燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水热管理系统和控制系统。
弹性元件3设置有多组，用来补偿伸长和收缩变形，弹性元件3的刚度曲线k＝F(x)。燃料电池运行过程中，由于温度、压力等因素的影响，弹性元件3会发生一定的变形。
测距仪器1的底座固定安装在燃料电池系统底板10上或端板a4上，优选地，测距仪器1可采用接触式测距仪器或非接触式测距仪器，非接触式测距仪器可以是激光测距仪。
测距定位块2的一端固定在绝缘板a5上靠近弹性元件3的位置，另一端从端板a4中间引出并与测距仪器1的探头对准或接触，测距定位块2随着弹性元件3的变形而移动，测距仪器1跟随采集变形的数据，从而得到燃料电池运行状态的封装力。优选地，测距定位块2的一端固定安装在绝缘板a5上的方法为螺纹、销钉或粘接固定方式。
具体地，燃料电池可采用螺杆或钢带作为封装件6进行封装。
实施例2
本实施例提供了一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法，包括以下步骤：
S1.将燃料电池两侧端板分别固定安装在燃料电池系统底板10上，与外围装置组成燃料电池系统，其中燃料电池包括依次连接的端板a4、弹性元件3、绝缘板a5、多节单电池7、绝缘板b8和端板b9，并通过封装件6进行封装，其中弹性元件3设置有多组，用来补偿伸长和收缩变形，弹性元件3的刚度曲线k＝F(x)；外围装置包括燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水热管理系统和控制系统；
S2.将测距仪器1的底座固定安装在燃料电池系统底板10上或端板a4上，将测距定位块2的一端固定安装在绝缘板a5上靠近弹性元件3的位置，另一端从端板a4中间引出并与测距仪器1的探头对准或接触；
S3.测量燃料电池装配完成后弹性元件3长度Xb，根据力学计算公式，每组弹性元件3的封装力F0＝k*Δx，其中Δx＝Xa-Xb，Xa表示弹性元件3的初始自由长度，此时燃料电池初始状态的封装力等于多组弹性元件3封装力之和，即F初＝ΣF0；
S4.记录测距仪器1初始数值X1，燃料电池系统开始运行，由于温度、压力等因素的影响，弹性元件3会发生一定的变形，导致绝缘板a5发生移动，测距定位块2随着弹性元件3的变形而移动，测距仪器1跟随采集变形的数据，记录燃料电池每个工作点下的测距仪器1数值X2、X3……Xn，则燃料电池运行过程中的每个工作点的位移变化量Δxi＝Xi-X1，其中i＝2,3……n；根据力学计算公式，每组弹性元件3的封装力F＝k*Δxi，此时燃料电池某一工作点相对初始状态的封装力变化值为多组弹性元件3封装力之和，即F变＝ΣF，则当前工作点下燃料电池封装力F总＝F初+F变。
优选地，测距仪器1可采用接触式测距仪器或非接触式测距仪器，非接触式测距仪器可以是激光测距仪。
优选地，将测距定位块2的一端固定安装在绝缘板a5上的方法为螺纹、销钉或粘接固定方式。
具体地，燃料电池可采用螺杆或钢带作为封装件6进行封装。
需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简便描述，故将其表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

Claims (8)

1.一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将燃料电池两侧端板分别固定安装在燃料电池系统底板上，与外围装置组成燃料电池系统，所述燃料电池包括依次连接的端板a、弹性元件、绝缘板a、集流板a、多节单电池、集流板b、绝缘板b和端板b；
S2.将测距仪器的底座固定安装在所述燃料电池系统底板上或所述端板a上，将测距定位块的一端固定安装在所述绝缘板a上靠近所述弹性元件的位置，另一端从所述端板a中间引出并与所述测距仪器的探头对准或接触；
S3.测量燃料电池装配完成后所述弹性元件长度Xb，根据力学计算公式，每组所述弹性元件的封装力F0＝k*Δx，其中Δx＝Xa-Xb，Xa表示所述弹性元件的初始自由长度，此时燃料电池初始状态的封装力等于多组所述弹性元件封装力之和，即F初＝ΣF0；
S4.记录所述测距仪器初始数值X1，燃料电池系统开始运行，所述测距定位块随着所述弹性元件的变形而移动，所述测距仪器跟随采集变形的数据，记录燃料电池每个工作点下的所述测距仪器数值X2、X3……Xn，则燃料电池运行过程中的每个工作点的位移变化量Δxi＝Xi-X1，其中i＝2,3……n；根据力学计算公式，每组弹性元件的封装力F＝k*Δxi，此时燃料电池某一工作点相对初始状态的封装力变化值为多组所述弹性元件封装力之和，即F变＝ΣF，则当前工作点下燃料电池封装力F总＝F初+F变。
2.根据权利要求1所述的用于测试燃料电池运行状态封装力的方法，其特征在于，所述外围装置包括燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水热管理系统和控制系统。
3.根据权利要求1所述的用于测试燃料电池运行状态封装力的方法，其特征在于，所述测距仪器包括接触式测距仪器和非接触式测距仪器，所述非接触式测距仪器包括激光测距仪。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于测试燃料电池运行状态封装力的方法，其特征在于，所述将测距定位块的一端固定安装在所述绝缘板a上的方法包括螺纹、销钉和粘接固定方式。
5.一种用于测试燃料电池运行状态封装力的装置，其特征在于，包括测距仪器、测距定位块、燃料电池以及燃料电池系统底板，所述燃料电池包括依次连接的端板a、弹性元件、绝缘板a、集流板a、多节单电池、集流板b、绝缘板b和端板b；所述燃料电池两侧的端板a和端板b分别固定安装在所述燃料电池系统底板上，与外围装置组成燃料电池系统；所述测距仪器的底座固定安装在所述燃料电池系统底板上或所述端板a上，所述测距定位块的一端固定在所述绝缘板a上靠近所述弹性元件的位置，另一端从所述端板a中间引出并与所述测距仪器的探头对准或接触，所述测距定位块随着所述弹性元件的变形而移动，所述测距仪器跟随采集变形的数据，从而得到燃料电池运行状态的封装力。
6.根据权利要求5所述的用于测试燃料电池运行状态封装力的装置，其特征在于，所述外围装置包括燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水热管理系统和控制系统。
7.根据权利要求5所述的用于测试燃料电池运行状态封装力的装置，其特征在于，所述测距仪器包括接触式测距仪器和非接触式测距仪器，所述非接触式测距仪器包括激光测距仪。
8.根据权利要求5-7任一项所述的用于测试燃料电池运行状态封装力的装置，其特征在于，所述测距定位块的一端固定安装在所述绝缘板a上的方法包括螺纹、销钉和粘接固定方式。
CN202210180670.0A 2022-02-25 2022-02-25 一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置 Pending CN114551941A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210180670.0A CN114551941A (zh) 2022-02-25 2022-02-25 一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210180670.0A CN114551941A (zh) 2022-02-25 2022-02-25 一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114551941A true CN114551941A (zh) 2022-05-27

Family

ID=81679749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210180670.0A Pending CN114551941A (zh) 2022-02-25 2022-02-25 一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114551941A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114914468A (zh) * 2022-05-30 2022-08-16 东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司 一种通过弹性元件刚度匹配电堆刚度调整封装力的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114914468A (zh) * 2022-05-30 2022-08-16 东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司 一种通过弹性元件刚度匹配电堆刚度调整封装力的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8906568B2 (en) Monitoring the operational state of a fuel cell stack
US6432569B1 (en) Method and apparatus for monitoring a selected group of fuel cells of a high-temperature fuel cell stack
CN108878698A (zh) 电池包、电池储能系统和电动汽车
US20050287402A1 (en) AC impedance monitoring of fuel cell stack
KR101592760B1 (ko) 연료전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법
CN106595914B (zh) 一种利用应变片确定电芯膨胀程度的方法和装置
CN104155611A (zh) 电化学储能装置的交流阻抗分析方法以及其工作状态的分析方法
CN103018678B (zh) 一种固体氧化物燃料电池的测试系统
CN114551941A (zh) 一种用于测试燃料电池运行状态封装力的方法及装置
CN104158397A (zh) 集成dc/dc变换器以及电化学储能系统
CN111999664A (zh) 一种电池模组测试方法及装置
US9945911B2 (en) Apparatus and method for measuring impedance for fuel cell diagnosis
Yang et al. Fault detection and isolation of pem fuel cell system by analytical redundancy
Estevez et al. Aging estimation of lithium ion cells under real-world conditions through mechanical stress measurements
CN102519634B (zh) 一种压电薄膜力传感器
CN210741711U (zh) 一种电芯膨胀力测试装置
CN202485840U (zh) 一种压电薄膜力传感器
CN111580001A (zh) 一种电池体积变化原位测试装置
EP4068462A1 (en) Fuel cell jig comprising film-type pressure sensor and method of measuring swelling of fuel cell by using same
CN212341403U (zh) 一种电池体积变化原位测试装置
CN215220781U (zh) 一种燃料电池封装压力测试装置
CN110608692A (zh) 一种燃料电池极板厚度检测系统
US9575136B2 (en) Apparatus and method for measuring impedance of fuel cell stack
US20240055675A1 (en) Battery module pressing test device and method
JP2008130474A (ja) 燃料電池セル

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination