CN115020762A - 一种燃料电池堆测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池堆测试方法，其包括燃料供应模块、空气供应模块和燃料电池巡检模块；其中，测试方法包括燃料腔/冷却液腔窜漏测试和空气腔/冷却液腔窜漏测试，本发明提供的燃料电池堆测试方法设备简单、无需搭建复杂的设备和管路，可以对燃料电池堆的窜漏进行检测，同时可检测单节电池电压，定位发生窜漏的单节电池，从而达到筛选燃料电池堆的窜漏电池的目的。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池堆测试方法。
背景技术
燃料电池是一种通过电化学反应将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的装置。单节燃料电池(两个双极板和单个膜电极组成)的工作电压在0.4v～1.0v范围内，无法满足实际工作的要求。实际应用的燃料电池堆是由上百片双极板和膜电极经过层叠式装配而成，膜电极在两片双极板之间构成一个单电池，若干单电池相连构成燃料电池堆。
燃料电池堆正常工作时，其内部的燃料、空气与冷却液必须通过在各自的腔体和流道中流动，不能互窜，否则会使燃料损失、电池性能衰减、发电效率下降，甚至产生安全隐患。因此，为了避免过多的电池性能和效率下降造成的损失，更为了防止燃烧、爆炸等安全隐患的发生，在燃料电池堆出厂前必须对其进行泄漏测试。
目前针对燃料电池堆泄漏测试方法大都基于压力和流量测量，存在检测设备过于复杂，检测过程过于繁琐，效率偏低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池堆测试方法，方法简单，检测准确，且能对单节电池进行单独测漏。
为了实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池堆测试方法，其中，包括以下步骤：
燃料腔/冷却液腔窜漏测试：向待测燃料电池堆的冷却液腔通入燃料、空气腔通入空气，获取待测燃料电池堆的电压；
空气腔/冷却液腔窜漏测试：向待测燃料电池堆的冷却液腔通入燃料、燃料腔通入空气，获取待测燃料电池堆的电压。
优选地，所述燃料电池堆测试方法采用燃料电池测试设备进行测试，所述燃料电池测试设备包括：
燃料供应模块，用于向待测燃料电池堆供应燃料；
空气供应模块，用于向待测燃料电池堆供应空气；
燃料电池巡检模块，用于获取待测燃料电池堆单节电池的电压；以及
控制系统；
其中，所述燃料供应模块、所述空气供应模块和所述燃料电池巡检模块均与所述控制系统电连接。
优选地，所述燃料供应模块包括第一管路，所述第一管路的一端设有第一进气口，另一端设有第一出气口，所述第一进气口连通燃料源，所述第一出气口连通所述待测燃料电池堆；
所述第一管路的上设有第一电磁阀，所述第一电磁阀与所述控制系统电连接。
优选地，所述空气供应模块包括第二管路，所述第二管路的一端设有第二进气口，另一端设有第二出气口，所述第二进气口连通空气源，所述第二出气口连通所述待测燃料电池堆；
所述第二管路的上设有第二电磁阀，所述第二电磁阀与所述控制系统电连接。
优选地，所述待测燃料电池堆包括若干单节电池。
优选地，所述燃料腔/冷却液腔窜漏测试具体步骤包括：
开启所述第一电磁阀和第二电磁阀，使得所述第一出气口与所述冷却液腔连通，所述第二出气口与所述空气腔连通；
所述燃料电池巡检模块与所述待测燃料电池堆电连接以获取各所述单节电池的电压；
若所述单节电池检测到正向电压，则判断产生正向电压的单节电池存在燃料腔/冷却液腔窜漏。
优选地，所述空气腔/冷却液腔窜漏测试具体步骤包括：
开启所述第一电磁阀和第二电磁阀，使得所述第一出气口与所述冷却液腔连通，所述第二出气口与所述燃料腔连通；
所述燃料电池巡检模块与所述待测燃料电池电连接以获取各所述单节电池的电压；
若所述单节电池检测到反向电压，则判断产生反向电压的单节电池存在空气腔/冷却液腔窜漏。
优选地，所述控制系统包括主控模块和电气模块，所述电气模块包括电流电压监测装置、启动按钮和急停按钮，所述电流电压监测装置、启动按钮和急停按钮均与所述主控模块连接。
本发明提供一种燃料电池堆测试方法，与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明提供的燃料电池堆测试方法包括燃料腔/冷却液腔窜漏测试和空气腔/冷却液腔窜漏测试；
对于燃料腔/冷却液腔窜漏测试，向待测燃料电池堆的冷却液腔通入燃料，空气腔通入空气；若燃料腔/冷却液腔之间存在窜漏，燃料进入冷却液腔之后窜漏至燃料腔，随后与空气腔的空气在催化剂层发生电化学反应生成水并产生电能，形成正向电压；
对于空气腔/冷却液腔窜漏测试，向待测燃料电池堆的冷却液腔通入燃料，燃料腔通入空气；若空气腔/冷却液腔之间存在窜漏，燃料进入冷却液腔之后窜漏至空气腔，随后与燃料腔的空气在催化剂层发生电化学反应生成水并产生电能，形成反向电压。
以上，本发明提供的燃料电池堆测试方法简单、无需搭建复杂的设备和管路，可以对燃料电池堆的窜漏进行检测，判断燃料电池堆是否产生正向电压或反向电压，达到筛选燃料电池堆的窜漏电池的目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的燃料电池测试设备的主视图；
图2为本发明实施例提供的燃料电池测试设备的左视图；
图3为本发明实施例提供的燃料电池测试设备的右视图；
图4为本发明实施例提供的燃料电池测试设备的俯视图；
图5为本发明实施例提供的第一柜体的主视图。
图中：100、燃料电池测试设备；
1、电堆及其外部连接装置；11、待测燃料电池堆；12、电堆歧管；13、电缆；14、汇流箱；15、防护外壳；
2、燃料供应模块；21、第一管路；3、空气供应模块；31、第二管路；
4、电气模块；42、电压监测装置；43、电流监测装置；44、启动按钮；45、急停按钮；46、电源信号灯；47、报警信号灯；48、计时器；
5、主控模块；51、电源开关箱；52、显示器；53、CVM线束接口；54、计算机；55、设备电源接口；
6、柜体；61、第一柜体；611、第一进气孔；612、第二进气孔；613、防护门；62、第二柜体；7、滚轮；8、电动气缸。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例提供了一种燃料电池堆测试方法，其包括燃料腔/冷却液腔窜漏测试和空气腔/冷却液腔窜漏测试，其中，燃料腔/冷却液腔窜漏测试是向待测燃料电池堆11的冷却液腔通入燃料、空气腔通入空气，获取待测燃料电池堆11的电压；空气腔/冷却液腔窜漏测试是向待测燃料电池堆11的冷却液腔通入燃料、燃料腔通入空气，获取待测燃料电池堆11的电压。
在本实施例中，采用燃料电池测试设备100进行上述燃料电池堆窜漏测试，具体地，如图1-5所示，燃料电池测试设备100包括柜体6、燃料供应模块2、空气供应模块3、燃料电池巡检模块以及控制系统，燃料供应模块2用于向待测燃料电池堆11供应燃料，空气供应模块3用于向待测燃料电池堆11供应空气；燃料电池巡检模块用于获取待测燃料电池堆11的电压；其中，燃料供应模块2、空气供应模块3和燃料电池巡检模块均与控制系统电连接。
如图1-5所示，柜体6包括第一柜体61和第二柜体62，第一柜体61内设有若干个间隔设置的第一容纳腔，若干个所述第一容纳腔之间设置有隔板，其中，燃料供应模块、空气供应模块和控制系统分别设置于不同的第一容纳腔内，并通过隔板间隔设置；优选地，第一柜体61和第二柜体62的底部均设有滚轮7；由此各模块集成于第一柜体61中，可以通过搬运第一柜体61将各个模块统一搬运，底部滚轮7使得搬运方便，且各模块设置在不同的第一容纳腔内，并通过隔板形成物理隔绝，安全性得到进一步提高，而且由于设置在不同的第一容纳腔内，便于前期搭建、后期维护与故障排查。
同时，第二柜体62设有用于容纳待测燃料电池堆11的第二容纳腔，第二容纳腔的外周设有防护外壳15，在测试过程中，将待测燃料电池堆11放置在第二柜体62的第二容纳腔内，且第二容纳腔的外周设有防护外壳15，有效加强了安全保障作用。
优选地，电堆及其外部连接装置1包括由若干单节电池组成的电堆，电堆与电堆歧管12连接，电堆歧管12上设有一燃料入口、一空气入口以及一冷却液入口。需要说明的是，电堆歧管12主要用作介质接口，待测燃料电池堆11所需的燃料、空气、冷却液流经电堆歧管12上的各个入口进入待测燃料电池堆11。为了加强安全保护措施，待测燃料电池堆11外周设有防护外壳15，如图1、4所示，电堆歧管12上的各入口、出口均集中在一面，由此防护外壳15三面环绕待测燃料电池堆11，且防护外壳15的底部还连接有升降装置，优选地，升降装置为电动气缸8，电动气缸8与控制系统电连接，当燃料电池测试设备100开始测试试验时，控制系统控制启动电动气缸8，使得防护外壳15升起以防护在待测燃料电池堆11外周，避免触电危险。
需要说明的是，待测燃料电池堆11是一种电化学发电装置，其可以高效、无污染地将燃料中的化学能，通过与空气反应而转化为电能。同时，待测燃料电池堆11通过电缆13连接到汇流箱14，进一步地，汇流箱14与负载连接，由此待测燃料电池堆11与负载实现间接连接，即待测燃料电池堆11产生的电能通过电缆13接入汇流箱14，进而流入外部负载，以向外部负载供电。它的基本原理如下：在阳极侧通入一定压力的燃料，在阴极侧通入一定压力的空气；在阳极侧，燃料经过阳极扩散层的分布后，到达催化剂层，在催化剂的作用下产生电子和质子；电子经过外电路到达阴极，质子经过质子交换膜到达阴极；在阴极侧，空气经过阴极扩散层后到达催化层，并在那里与电子和质子相遇，发生电化学反应生成水并产生电能。在此过程中，为了即时排除电化学反应过程中产生的热量，还需要将冷却液通入电池内部进行散热。
可选的，燃料腔中通入的燃料可以为氢气、天然气(甲烷)、甲醇等，可以理解的是，该燃料电池堆测试方法适用于氢气燃料电池、天然气燃料电池和甲醇燃料电池。
在本实施例中，第一柜体61内分隔设有燃料供应模块2、空气供应模块3、电气模块4以及主控模块5，待测燃料电池堆11设于第二柜体62上，电堆歧管12上的各入口、出口均设置在同一侧面上(该侧面指第二柜体62与第一柜体61相邻的一面)，由于待测燃料电池堆11设于第二柜体62上，且待测燃料电池堆11与其他模块连接的入口均对准第一柜体61，由此使得管路结构布置紧凑，集成化程度高，并且整体占用空间减小，空间利用率得以提高。
进一步地，燃料供应模块2包括第一管路21，第一管路21的一端设有第一进气口，另一端设有第一出气口，第一进气口连接燃料源，第一出气口连接所述待测燃料电池堆11；具体在本实施例中，如图1、2、3、4、5所示，燃料供应模块2集成在第一柜体61中，其中第一柜体61的一面设有第一进气孔611，第一管路21上第一进气口所在的一端穿过第一进气孔611连接外部燃料源，第一柜体61上与第二柜体62相邻的一面设有第一出气孔(图中未示出)，第一管路21上第一出气口所在的一端穿过第一出气孔与待测燃料电池堆11，从而将燃料输送至待测燃料电池堆11。
空气供应模块3包括第二管路31，第二管路31的一端设有第二进气口，另一端设有第二出气口，第二进气口连接空气源，第二出气口连接所述待测燃料电池堆11；具体在本实施例中，如图1、2、3、4、5所示，空气供应模块3集成在第一柜体61中，其中第一柜体61的一面设有第二进气孔612，第二管路31上第二进气口所在的一端穿出第二进气孔612连接外部空气源，第一柜体61上与第二柜体62相邻的一面设有第二出气孔(图中未示出)，第二管路31上第二出气口所在的一端穿过第二出气孔与待测燃料电池堆11连接，从而将空气输送至待测燃料电池堆11。
同时，第一管路21的上设有第一电磁阀，第二管路31的上设有第二电磁阀，第一电磁阀、第二电磁阀均与控制系统电连接。
待测燃料电池堆11包括燃料腔、空气腔以及冷却液腔，正常工作状态下，燃料、空气与冷却液这三种流体分别在各自的腔体和流道中流动，燃料供应模块2提供的燃料和空气供应模块3提供的空气分别从燃料入口、空气入口通入待测燃料电池堆11的阳极与阴极，燃料与空气在待测燃料电池堆11内部发生反应并产生电能。
然而，由于设计缺陷、加工误差、组装误差等因素，待测燃料电池堆11可能存在窜漏问题，其中包括燃料腔/冷却液腔窜漏、空气腔/冷却液腔窜漏，为了避免过多的电池性能和效率下降造成的损失，更为了防止燃烧、爆炸等安全隐患的发生，对燃料电池堆进行窜漏测试十分必要。
针对燃料腔/冷却液腔窜漏测试，具体地：
将第一管路21的第一出气口与冷却液腔相连，第二管路31的第二出气口与空气腔相连，同时将待测燃料电池堆11与燃料电池巡检模块电连接；通过控制系统开启第一电磁阀和第二电磁阀，待测燃料电池堆11的冷却液腔通入燃料，空气腔通入空气；若燃料腔/冷却液腔之间存在窜漏，燃料进入冷却液腔之后窜漏至燃料腔，随后与空气腔的空气在催化剂层发生电化学反应生成水并产生电能，形成正向电压；燃料电池巡检模块实时检测待测燃料电池堆11的电压，并可获取燃料电池堆中单节电池电压；若某节电池检测到电压值，即冷却液腔的燃料窜漏到燃料腔，该节电池存在窜漏问题。
针对空气腔/冷却液腔窜漏测试，具体地：
将第一管路21的第一出气口与冷却液腔相连，第二管路31的第二出气口与燃料腔相连，通过控制系统开启第一电磁阀和第二电磁阀，待测燃料电池堆11的冷却液腔通入燃料，燃料腔通入空气；若空气腔/冷却液腔之间存在窜漏，燃料进入冷却液腔之后窜漏至空气腔，随后与燃料腔的空气在催化剂层发生电化学反应生成水并产生电能，形成反向电压；燃料电池巡检模块实时检测待测燃料电池堆11的电压，并可获取燃料电池堆中单节电池电压；若某节电池检测到电压值，即冷却液腔的燃料窜漏到空气腔，该节电池存在窜漏问题。
优选地，控制系统包括电气模块4和主控模块5，电气模块4包括电压监测装置42、电流监测装置43、启动按钮44和急停按钮45，在本实施例中，电压监测装置42、电流监测装置43、启动按钮44和急停按钮45均安装在第一柜体61的防护门613上。
电压监测装置42、电流监测装置43、启动按钮44和急停按钮45均与待测燃料电池堆11连接，电压监测装置42、电流监测装置43能显示待测燃料电池堆11的电压、电流，启动按钮44和急停按钮45用于待测燃料电池堆11的启动和停止，启动按钮44和急停按钮45均与主控模块5电连接，具体地，当按下急停按钮45时，主控模块5立刻切断电堆与外部负载之间的连接，关闭第一电磁阀、第二电磁阀，停止向燃料电池堆通入燃料、空气，方便控制设备的启闭，为设备的使用提供安全保障。进一步优选的，防护门613上还设有电源信号灯46、报警信号灯47以及计时器48。
优选地，电气模块4还包括空气开关以及保险丝，安装在电气模块4内的空气开关和保险丝保护设备不在电流过大时损坏。
优选地，主控模块5分别与待测燃料电池堆11、燃料供应模块2、空气供应模块3以及电气模块4连接，以实现待测燃料电池堆11的实时控制和数据采集，分析处理和无线通讯；主控模块5可以实时监测待测燃料电池堆11的输出电压电流，并实时显示待测燃料电池堆11内的电流电压，便于操作人员实时掌握和了解待测燃料电池堆11的反应过程。
在本实施例中，主控模块5包括电源开关箱51、显示器52、CVM线束接口53、计算机54、设备电源接口55，其中，电源开关箱51与待测燃料电池堆11的各个用电设备连接，接入外部电源。待测燃料电池堆11的单电池节数为1～400节。CVM采集电堆各个单电池的电压数据，CVM线束将CVM采集到的单节电池电压数据接入计算机54，便于操作人员实时掌握和了解单节电池电压数据。
需要说明的是，燃料电池巡检模块(CVM)是一种用于实时监测单节电池电压的装置，其能实时精确地检测待测燃料电池堆11单节电池，并对监测到的单节电池电压数据群进行实时分析处理，对待测燃料电池堆11单节电池状态和性能进行监测、诊断、存储，确保待测燃料电池堆11单节电池稳定可靠工作，提高燃料电池的高效性和可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种燃料电池堆测试方法，其特征在于，所述燃料电池堆测试方法包括以下步骤：
燃料腔/冷却液腔窜漏测试：向待测燃料电池堆的冷却液腔通入燃料、空气腔通入空气，获取待测燃料电池堆的电压；
空气腔/冷却液腔窜漏测试：向待测燃料电池堆的冷却液腔通入燃料、燃料腔通入空气，获取待测燃料电池堆的电压。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆测试方法，其特征在于：所述燃料电池堆测试方法采用燃料电池测试设备进行测试，所述燃料电池测试设备包括：
燃料供应模块，用于向待测燃料电池堆供应燃料；
空气供应模块，用于向待测燃料电池堆供应空气；
燃料电池巡检模块，用于获取待测燃料电池堆单节电池的电压；以及
控制系统；
其中，所述燃料供应模块、所述空气供应模块和所述燃料电池巡检模块均与所述控制系统电连接。
3.根据权利要求2所述的燃料电池堆测试方法，其特征在于：所述燃料供应模块包括第一管路，所述第一管路的一端设有第一进气口，另一端设有第一出气口，所述第一进气口连通燃料源，所述第一出气口连通所述待测燃料电池堆；
所述第一管路的上设有第一电磁阀，所述第一电磁阀与所述控制系统电连接。
4.根据权利要求3所述的燃料电池堆测试方法，其特征在于：所述空气供应模块包括第二管路，所述第二管路的一端设有第二进气口，另一端设有第二出气口，所述第二进气口连通空气源，所述第二出气口连通所述待测燃料电池堆；
所述第二管路的上设有第二电磁阀，所述第二电磁阀与所述控制系统电连接。
5.根据权利要求4所述的燃料电池堆测试方法，其特征在于：所述待测燃料电池堆包括若干单节电池。
6.根据权利要求5所述的燃料电池堆测试方法，其特征在于：所述燃料腔/冷却液腔窜漏测试具体步骤包括：
开启所述第一电磁阀和第二电磁阀，使得所述第一出气口与所述冷却液腔连通，所述第二出气口与所述空气腔连通；
所述燃料电池巡检模块与所述待测燃料电池堆电连接以获取各所述单节电池的电压；
若所述单节电池检测到正向电压，则判断产生正向电压的单节电池存在燃料腔/冷却液腔窜漏。
7.根据权利要求5所述的燃料电池堆测试方法，其特征在于：所述空气腔/冷却液腔窜漏测试具体步骤包括：
开启所述第一电磁阀和第二电磁阀，使得所述第一出气口与所述冷却液腔连通，所述第二出气口与所述燃料腔连通；
所述燃料电池巡检模块与所述待测燃料电池电连接以获取各所述单节电池的电压；
若所述单节电池检测到反向电压，则判断产生反向电压的单节电池存在空气腔/冷却液腔窜漏。
8.根据权利要求2或7任一项所述的燃料电池堆测试方法，其特征在于：所述控制系统包括主控模块和电气模块，所述电气模块包括电流电压监测装置、启动按钮和急停按钮，所述电流电压监测装置、启动按钮和急停按钮均与所述主控模块连接。
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