CN115389125A - 燃料电池双极板气密性检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种燃料电池双极板气密性检测装置，包括：充气结构和压力检测结构；充气结构用于对双极板腔室内充入气体；在充气结构对双极板腔室内充入气体后，压力检测结构能够检测经过不同时间后双极板腔室内的气体压力。根据本申请的燃料电池双极板气密性检测装置及其检测方法，能够快速、准确检测双极板气密性。

Description

燃料电池双极板气密性检测装置及其检测方法

技术领域

本申请属于燃料电池检测技术领域，具体涉及一种燃料电池双极板气密性检测装置及其检测方法。

背景技术

目前，随着全球经济飞速发展，传统不可再生的石化能源正消耗殆尽，对此类能源的极端使用已引起严重的全球环境污染问题。鉴于此，清洁能源、低碳循环经济、可持续化发展已成为世界发展方向。质子交换膜燃料电池作为一种直接将储存在燃料(如氢气)和氧化剂(如空气)中的化学能转化为电能的发电装置，与现有的传统能量转化技术相比，燃料电池具有许多优点，包括更高的能量转化效率、污染物零排放、无运动部件工作安静等。燃料电池有多种类型，比如质子交换膜燃料电池，在质子交换膜燃料电池中，双极板是核心部件，在整个燃料电池电堆重量和成本中占了相当大的比重(质子交换膜燃料电池结构示意及常见外观如图1、图2所示)，发挥的主要作用如下：①为电堆起结构支撑作用；②为参与反应的氢气、空气及冷却电堆的冷却液三种介质提供流通通道(或称为“流场”)，同时又将三种介质隔离开；③导电作用，将各个单电池串联成一个整堆。双极板一般由氢气侧极板和空气侧极板按设计位置贴合在一起后，焊接或粘接而成，两片或多片双极板上下粘接密封叠加后，形成燃料气腔体、氧化剂腔体、冷却剂腔体，三个腔体任意一个腔体有漏气都会直接影响电堆的发电效率、性能及安全性。

但是，现有技术中双极板一般由氢气侧极板和空气侧极板按设计位置贴合在一起后，焊接或粘接而成，两片或多片双极板上下粘接密封叠加后，形成燃料气腔体、氧化剂腔体、冷却剂腔体，三个腔体任意一个腔体有漏气都会直接影响电堆的发电效率、性能及安全性。

因此，如何能够快速、准确检测双极板气密性的燃料电池双极板气密性检测装置及其检测方法成为本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种燃料电池双极板气密性检测装置及其检测方法，能够快速、准确检测双极板气密性。

为了解决上述问题，本申请提供一种燃料电池双极板气密性检测装置，包括：

充气结构，充气结构用于对双极板腔室内充入气体；

和压力检测结构；在充气结构对双极板腔室内充入气体后，压力检测结构能够检测经过不同时间后双极板腔室内的气体压力。

进一步地，燃料电池双极板气密性检测装置还包括第一夹板和第二夹板，双极板能够夹设于第一夹板和第二夹板之间，并在双极板上形成双极板腔室。

进一步地，燃料电池双极板气密性检测装置还包括施力结构，施力结构能够对第一夹板和/或第二夹板施力，使得第一夹板和第二夹板夹紧双极板，进而能够在双极板上形成双极板腔室。

进一步地，施力结构包括测量台、活动件和施力件；测量台具有测量面，第一夹板和第二夹板能够设置于测量面与活动件之间，施力件用于对活动件施力，使得第一夹板和第二夹板夹紧双极板。

进一步地，燃料电池双极板气密性检测装置还包括第一密封结构，第一密封结构包括第一密封垫，第一密封垫设置于第一夹板与双极板之间，第一密封垫围绕双极板腔室的周向延伸；

和/或，燃料电池双极板气密性检测装置还包括第二密封结构，第二密封结构包括第二密封垫，第二密封垫设置于第二夹板与双极板之间，第二密封垫围绕双极板腔室的周向延伸。

进一步地，双极板腔室具有进口，充气结构能够通过进口对双极板腔室内充入气体；

和/或，双极板腔室包括氢气腔和/或空气腔和/或冷却液腔。

根据本申请的再一方面，提供了一种如上述的燃料电池双极板气密性检测装置的检测方法，包括如下步骤：

向双极板腔室内充入气体；

在第一时间检测双极板腔室内的气体压力，获得第一气体压力p1；

在第二时间检测双极板腔室内的气体压力，获得第二气体压力p2；

当p1-p2≤d时，双极板腔室的气密性合格；当p1-p2>d时，双极板腔室的气密性不合格；其中,d为预设气体压力差；第一时间和第二时间之间间隔预设时间h。

进一步地，向双极板腔室内充入气体包括如下步骤：向双极板腔室内充入气体直至腔室内的气体压力稳定。

进一步地，当燃料电池双极板气密性检测装置还包括第一夹板和第二夹板，燃料电池双极板气密性检测装置还包括施力结构，施力结构包括测量台、活动件和施力件时，在向双极板腔室内充入气体之前，燃料电池双极板气密性检测装置的检测方法还包括如下步骤：

控制施力件对活动件施力，进而压紧第一夹板和第二夹板，使得第一夹板和第二夹板夹紧双极板，并在双极板上形成双极板腔室。

进一步地，当双极板腔室包括氢气腔、空气腔和冷却液腔时，向双极板腔室内充入气体包括如下步骤：同时向氢气腔、空气腔和冷却液腔充入气体。

本申请提供的燃料电池双极板气密性检测装置及其检测方法，本申请能够快速、准确检测双极板气密性。本申请能够快速、准确检测双极板气密性。

附图说明

图1为本申请实施例的燃料电池双极板气密性检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例的燃料电池双极板气密性检测装置的结构示意图；

图3为本申请实施例的燃料电池双极板气密性检测装置的结构示意图。

附图标记表示为：

1、压力检测结构；11、施力件；111、液压缸；112、液压顶杆；113、显示屏；114、端板；12、活动件；13、测量面；14、导轨立柱；15、机柜；16、定位销；17、定位孔；2、双极板；3、第一夹板；4、第二夹板；5、进口；51、氢气腔进口；52、空气腔进口；53、冷却液腔进口；61、氢气腔出口；62、空气腔出口；63、冷却液腔出口；7、密封结构；8、密封槽。

具体实施方式

结合参见图1-3所示，一种燃料电池双极板气密性检测装置，包括充气结构和压力检测结构1；充气结构用于对双极板2腔室内充入气体；在充气结构对双极板2腔室内充入气体后，压力检测结构1能够检测经过不同时间后双极板2腔室内的气体压力，本申请通过压力检测结构1检测充入气体后，经过不同时间后双极板2腔室内的气体压力，可以判断双极板2腔室的气体泄漏情况，如果经过一定时间后，双极板2腔室内的气体压力减少明显，则双极板2的气密性不好，如果经过一定时间后双极板2腔室内气体压力变化不大，则双极板2的气密性良好。

本申请还公开了一些实施例，燃料电池双极板气密性检测装置还包括第一夹板3和第二夹板4，双极板2能够夹设于第一夹板3和第二夹板4之间，并在双极板2上形成双极板2腔室。第一夹板3和第二夹板4之间可以夹设多个双极板2，形成多个双极板2腔室，多个双极板2在第一夹板3和第二夹板4之间叠置。

本申请还公开了一些实施例，燃料电池双极板气密性检测装置还包括施力结构，施力结构能够对第一夹板3和/或第二夹板4施力，使得第一夹板3和第二夹板4夹紧双极板2，进而能够在双极板2上形成双极板2腔室。施力结构可以使得第一夹板3和第二夹板4夹紧双极板2，且当第一夹板3和第二夹板4之间夹设多个双极板2时，多个双极板2同时被夹紧。

本申请还公开了一些实施例，施力结构包括测量台、活动件12和施力件11；测量台具有测量面13，第一夹板3和第二夹板4能够设置于测量面13与活动件12之间，施力件11用于对活动件12施力，使得第一夹板3和第二夹板4夹紧双极板2，施力件11对活动件12施力，使得活动件12活动，并挤压第一夹板3和第二夹板4，使得第一夹板3和第二夹板4夹紧双极板2。

本申请施力结构为平面压机，该平面压机包括最下面的底座和机柜15，控制电脑及液压和气体压力控制系统安置在机柜15中，底座上有导轨立柱14；底座上面安装下台面，下台面上有起导向作用的定位销16，平面压机还包括液压缸111、液压顶杆112、显示屏113和端板114；有氢气腔进口51、空气腔进口52和冷却液腔进口53；双极板2和测漏夹板以及密封垫安装在下台面上，通过定位销16配合定位孔17对其进行定位；上台面为运动的压板，由上端板114上布置的液压缸111驱动的液压杆驱动，通过导向柱导向，平稳的将双极板2、测漏夹板和密封垫压紧。所用到的工装夹具主要是下台面、测漏夹板和密封垫。夹板和密封结构7，密封结构7为密封垫。密封垫通过粘接或是过盈配合安装在测漏夹板密封垫安装槽中，测漏夹板两面均有安装槽；双极板2通过定位销16安装在两个测漏夹板之间，两个测漏夹板上的密封垫分别压紧在阴极板和阳极板的密封区，形成氢气腔、空气腔和冷却液腔；根据需要，可以一次测试一片或是多片双极板2泄露情况。采用平面压机作为测试设备主体可以精确控制压紧力、精确控制双极板2各腔室充气压力。测试设备：基本结构、液压缸111驱动的上台面、导轨立柱14；工装夹具：下台面、测漏夹板、密封垫各自结构及配合使用；测一片或多片极板的组合使用；测试过程：先充气稳定，再测定一定时间内压力损失，判断是否泄露；如果测量三个腔室的气密性，则对三腔室同时通气，判断是否有外部泄露。

本申请还公开了一些实施例，燃料电池双极板气密性检测装置还包括第一密封结构7，第一密封结构7包括第一密封垫，第一密封垫设置于第一夹板3与双极板2之间，第一密封垫围绕双极板2腔室的周向延伸；双极板2上设置有密封槽8，第一密封垫设置于密封槽8内。

本申请还公开了一些实施例，燃料电池双极板气密性检测装置还包括第二密封结构7，第二密封结构7包括第二密封垫，第二密封垫设置于第二夹板4与双极板2之间，第二密封垫围绕双极板2腔室的周向延伸。双极板2上设置有密封槽8，第二密封垫设置于密封槽8内。

本申请还公开了一些实施例，双极板2腔室具有进口5，充气结构能够通过进口5对双极板2腔室内充入气体；无需单独再开设进气口，且能通过进口5充入气体后，检测双极板2的气密性。

本申请还公开了一些实施例，双极板2腔室包括氢气腔和/或空气腔和/或冷却液腔。氢气腔具有氢气腔进口51和氢气腔出口61；空气腔具有空气腔进口52和空气腔出口62；冷却液腔具有冷却液腔进口53和冷却液腔出口63。

本申请燃料电池双极板气密性检测装置的测试方法能高效、准确的测试双极板2的密封性；该测试设备拓展性好，需要测试不同结构的双极板2时，只需要更改测试夹具和测试参数即可实现。

根据本申请的实施例，提供了一种如上述的燃料电池双极板气密性检测装置的检测方法，包括如下步骤：

向双极板2腔室内充入气体；

在第一时间检测双极板2腔室内的气体压力，获得第一气体压力p1；

在第二时间检测双极板2腔室内的气体压力，获得第二气体压力p2；

当p1-p2≤d时，双极板2腔室的气密性合格；当p1-p2>d时，双极板2腔室的气密性不合格；其中,d为预设气体压力差；第一时间和第二时间之间间隔预设时间h。当充入气体后，经过一定时间，到达第一时间，检测双极板2腔室内的气体压力，获得第一气体压力p1；再经过h时间后，到达第二时间，检测双极板2腔室内的气体压力，获得第二气体压力p2。即经过一定时间后，气体压力的变化量如果较小则说明双极板2的气密性良好，如果气体压力变化量大，则说明双极板2的气密性不好。

本申请还公开了一些实施例，向双极板2腔室内充入气体包括如下步骤：向双极板2腔室内充入气体直至腔室内的气体压力稳定。气体压力稳定指的是随着继续充气，双极板2腔室内的气体压力基本不变。即双极板2和密封垫压紧后，设置好需要测试的某腔室的测试压力，如150kPa，该测试压力由测试设备上的闭环控制的精确压力调节系统控制，保证压力精准；需要测试某腔室密封性时，将该腔室的进气接头接通测试气体；设置该腔室气体压力稳定时间，如30秒；设置好测量时长，如30秒；设置好测量时长结束时允许的压力降，如测量开始时150kPa，结束时145kPa，设置允许的压力降为6kPa,则该强势压力降为150-145＝5kPa，该腔室密封性合格，如果结束时为142kpa，则压力降为8kPa，该腔室密封性不合格；测试数据电脑自动记录；

如果要测试双极板2三个腔室有无外漏，往三腔室同时通相同压力的气体，按照上述方式观察压降，超出允许范围则存在气体外漏。比如测试双极板2时，单板，空气、氢气腔外漏量≤2Sml/min(@50kpaG气体压力下)，水腔外漏量≤3Sml/min(@150kpaG气体压力下)合格。

本申请还公开了一些实施例，当燃料电池双极板气密性检测装置还包括第一夹板3和第二夹板4，燃料电池双极板气密性检测装置还包括施力结构，施力结构包括测量台、活动件12和施力件11时，在向双极板2腔室内充入气体之前，燃料电池双极板气密性检测装置的检测方法还包括如下步骤：

控制施力件11对活动件12施力，进而压紧第一夹板3和第二夹板4，使得第一夹板3和第二夹板4夹紧双极板2，并在双极板2上形成双极板2腔室。当测量多个双极板2时，两个测漏夹板间夹一片双极板2；在已摆好的双极板2上叠上一个测漏夹板(密封垫已安装在测漏夹板密封垫槽中)，再叠加一个双极板2，如此循环，双极板2和测漏夹板通过双极板2和测漏夹板定位销16来定位对齐。

本申请还公开了一些实施例，当双极板2腔室包括氢气腔、空气腔和冷却液腔时，向双极板2腔室内充入气体包括如下步骤：同时向氢气腔、空气腔和冷却液腔充入气体。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池双极板气密性检测装置，其特征在于，包括：

充气结构，所述充气结构用于对双极板(2)腔室内充入气体；

和压力检测结构(1)；在所述充气结构对所述双极板(2)腔室内充入气体后，所述压力检测结构(1)能够检测经过不同时间后所述双极板(2)腔室内的气体压力。

2.根据权利要求1中所述的燃料电池双极板气密性检测装置，其特征在于，所述燃料电池双极板气密性检测装置还包括第一夹板(3)和第二夹板(4)，双极板(2)能够夹设于所述第一夹板(3)和所述第二夹板(4)之间，并在双极板(2)上形成所述双极板(2)腔室。

3.根据权利要求2中所述的燃料电池双极板气密性检测装置，其特征在于，所述燃料电池双极板气密性检测装置还包括施力结构，所述施力结构能够对所述第一夹板(3)和/或所述第二夹板(4)施力，使得所述第一夹板(3)和所述第二夹板(4)夹紧所述双极板(2)，进而能够在双极板(2)上形成所述双极板(2)腔室。

4.根据权利要求3中所述的燃料电池双极板气密性检测装置，其特征在于，所述施力结构包括测量台、活动件(12)和施力件(11)；所述测量台具有测量面(13)，所述第一夹板(3)和所述第二夹板(4)能够设置于所述测量面(13)与所述活动件(12)之间，所述施力件(11)用于对所述活动件(12)施力，使得所述第一夹板(3)和所述第二夹板(4)夹紧双极板(2)。

5.根据权利要求2中所述的燃料电池双极板气密性检测装置，其特征在于，所述燃料电池双极板气密性检测装置还包括第一密封结构(7)，所述第一密封结构(7)包括第一密封垫，所述第一密封垫设置于所述第一夹板(3)与所述双极板(2)之间，所述第一密封垫围绕所述双极板(2)腔室的周向延伸；

和/或，所述燃料电池双极板气密性检测装置还包括第二密封结构(7)，所述第二密封结构(7)包括第二密封垫，所述第二密封垫设置于所述第二夹板(4)与所述双极板(2)之间，所述第二密封垫围绕所述双极板(2)腔室的周向延伸。

6.根据权利要求1中所述的燃料电池双极板气密性检测装置，其特征在于，所述双极板(2)腔室具有进口(5)，所述充气结构能够通过所述进口(5)对所述双极板(2)腔室内充入气体；

和/或，所述双极板(2)腔室包括氢气腔和/或空气腔和/或冷却液腔。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述燃料电池双极板气密性检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

向双极板(2)腔室内充入气体；

在第一时间检测双极板(2)腔室内的气体压力，获得第一气体压力p1；

在第二时间检测双极板(2)腔室内的气体压力，获得第二气体压力p2；

当p1-p2≤d时，所述双极板(2)腔室的气密性合格；当p1-p2>d时，所述双极板(2)腔室的气密性不合格；其中,d为预设气体压力差；所述第一时间和所述第二时间之间间隔预设时间h。

8.根据权利要求7中所述的燃料电池双极板气密性检测装置的检测方法，其特征在于，所述向双极板(2)腔室内充入气体包括如下步骤：向双极板(2)腔室内充入气体直至所述腔室内的气体压力稳定。

9.根据权利要求7中所述的燃料电池双极板气密性检测装置的检测方法，其特征在于，当所述燃料电池双极板气密性检测装置还包括第一夹板(3)和第二夹板(4)，所述燃料电池双极板气密性检测装置还包括施力结构，所述施力结构包括测量台、活动件(12)和施力件(11)时，在向双极板(2)腔室内充入气体之前，所述燃料电池双极板气密性检测装置的检测方法还包括如下步骤：

控制所述施力件(11)对所述活动件(12)施力，进而压紧所述所述第一夹板(3)和所述第二夹板(4)，使得所述第一夹板(3)和第二夹板(4)夹紧双极板(2)，并在双极板(2)上形成所述双极板(2)腔室。

10.根据权利要求7中所述的燃料电池双极板气密性检测装置的检测方法，其特征在于，当所述双极板(2)腔室包括氢气腔、空气腔和冷却液腔时，所述向双极板(2)腔室内充入气体包括如下步骤：同时向所述氢气腔、所述空气腔和所述冷却液腔充入气体。

Images