CN118130017A - 燃料电池电堆内漏气密性检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，并公开了一种燃料电池电堆内漏气密性检测系统及方法，燃料电池电堆内漏气密性检测系统包括加压设备、多个检测工装和测试装置，加压设备具有在竖向相对设置的第一端板和第二端板，第一端板和第二端板间隔设置；多个检测工装叠设在第一端板和第二端板之间，检测工装用于与分段电堆叠设在一起并对相应的分段电堆进行气密性检测，且检测工装与分段电堆一一对应布置；测试装置与检测工装连接；本发明将多个检测工装和多个分段电堆叠放在一起，通过第一压力检测部件获得每个分段电堆中不同位置的压力波动，将分段电堆内的第一压力检测部件提供的数据进行相互之间的对比，再结合每段电堆气密测试结果，判断出某段电堆具体内漏位置。

Description

燃料电池电堆内漏气密性检测系统及方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆内漏气密性检测系统及方法。

背景技术

燃料电池在正常运行时，对膜电极两侧燃料和氧化剂的窜气情况有严格的要求；当存在窜气情况时，会影响电堆整体性能；如果窜气较为严重，会发生燃料与氧化剂较大浓度混合，极易引发爆燃等危险事故。

出现窜气情况包括两个情况，在生产、运输、装配的过程中，难免会出现一定概率的损坏，导致窜气情况；随着燃料电池电堆的长时间运行，膜电极中质子交换膜的厚度、机械强度都会有所下降，膜电极窜气情况难免增加。因此，在电堆组装完成、下线测试完成后和电堆保养周期节点都需进行电堆内部窜气测试。

例如，中国专利申请号CN201911264872.8公开了一种快速检测燃料电池堆串漏的系统及方法，向某个腔体内注入指定压力的氮气，间隔设定时间后再次记录该腔室内氮气压力值，若该数值与初始数值不同，则注入氮气的腔体存在漏气现象，否则，该腔室不存在漏气现象，但是对于存在窜气情况的电堆，不能给出具体窜漏位置。

又例如，CN202111356861.X公开了一种燃料电池电堆窜气的检验方法及应用，使待测电堆内的各单电池电压达到测试电压及电压间的偏差符合要求，将阴极侧气体流量减为0，记录各电池的电压随时间波动，并将波动幅度大的单电池视为不良单电池。其不足之处在于待测电堆的各单电池的电压值需要达到测试电压，需要逐步拉载的过程，且对氢燃料具有极大的需求，成本提高；其次，需提前对存在的窜气电堆程度进行评价，存在较大的窜气情况，可能会发生爆炸情况，具有一定危险性；在现实情况下，不断重复拉载，数据重复性有待考量。

相关技术中，对于电堆出现内漏问题，普遍采用的排查方法是将整个电堆经过压机解压后，均匀的分成3到4组短堆，使用螺杆按照指定力矩固定，然后安装气密检测工装单独进行气密性测试，将气密结果不合格的短堆进行拆卸，拆卸后，对单个双极板和膜电极进行气密测试，以筛选出气密不良的双极板或膜电极，检查步骤工序多，筛查问题耗时长，占用过多人力资源。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种燃料电池电堆内漏气密性检测系统，将多个检测工装和多个分段电堆叠放在一起，通过第一压力检测部件获得每个分段电堆中不同位置的压力波动，再结合每个分段电堆气密测试结果，判断出某段电堆具体内漏位置。

本发明的实施例还提出一种燃料电池电堆内漏气密性检测方法。

本发明实施例的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，包括：

加压设备，所述加压设备具有在竖向相对设置的第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板间隔设置；

多个检测工装，多个所述检测工装叠设在所述第一端板和所述第二端板之间，所述检测工装用于与分段电堆叠设在一起并对相应的所述分段电堆进行气密性检测，且所述检测工装与所述分段电堆一一对应布置；

测试装置，所述测试装置与所述检测工装连接；

所述检测工装包括：

本体，所述本体具有相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面用于与对应的所述分段电堆抵接，所述本体内设有多个气室，所述气室具有测试口和对接口，所述对接口布置于所述第一端面上，所述测试口设在所述本体的周向侧面上，多个所述气室分为多个气室组，每个所述气室组包括两个气室，多个所述气室组用于与所述分段电堆中的多个介质腔室一一对应连通以形成互不连通的多条检测流道；

第一压力检测部件，至少部分所述气室内设有所述第一压力检测部件。

本发明实施例的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，将多个检测工装和多个分段电堆叠放在一起，通过第一压力检测部件获得每个分段电堆中不同位置的压力波动，将分段电堆内的第一压力检测部件提供的数据进行相互之间的对比，再结合每段电堆气密测试结果，判断出某段电堆具体内漏位置。

在一些实施例中，所述第一压力检测部件为薄膜式压力传感器。

在一些实施例中，所述气室内具有轴体，所述薄膜式压力传感器收卷于所述轴体上。

在一些实施例中，还包括驱动器，所述驱动器设在所述本体内，所述驱动器与所述轴体传动连接，以收卷所述薄膜式压力传感器或展开所述薄膜式压力传感器；和/或

还包括位移检测部件，所述位移检测部件设在所述薄膜式压力传感器端部。

在一些实施例中，所述薄膜式压力传感器的端部具有保护部件，以使所述薄膜式压力传感器的端部处于舒展状态。

在一些实施例中，所述保护部件包括杆体，所述杆体设在所述薄膜式压力传感器的端部。

在一些实施例中，所述分段电堆的介质腔室包括水腔，所述气室包括第一气室和第二气室，所述第一气室和所述第二气室用于与所述分段电堆的所述水腔连通，所述第一气室的所述测试口为水腔进口，所述第二气室的所述测试口为水腔出口；和/或

所述分段电堆的介质腔室包括氢腔，所述气室包括第三气室和第四气室，所述第三气室和所述第四气室用于与所述分段电堆的所述氢腔连通，所述第三气室的所述测试口为氢腔进口，所述第四气室的所述测试口为氢腔出口；和/或

所述分段电堆的介质腔室包括空腔，所述气室包括第五气室和第六气室，所述第五气室和所述第六气室用于与所述分段电堆的所述空腔连通，所述第五气室的所述测试口为空腔进口，所述第六气室的所述测试口为空腔出口；和/或

所述本体上设有限位杆和限位孔；和/或

还包括第二压力检测部件，所述第二压力检测部件设在所述本体上，所述第二压力检测部件用于检测所述加压设备对所述本体的压装压力；和/或

还包括垫片，所述垫片设在所述检测工装和所述分段电堆之间；和/或

所述测试装置具有第一接口和第二接口，位于所述检测流道两端的两个所述测试口的一者与所述第一接口连接、另一者与所述第二接口连接，且各所述测试口处均设有控制阀；和/或

所述测试装置具有第三接口，所述第三接口通过气管连接气源，所述气管上设有第一调压阀，所述测试装置内设有第二调压阀，所述第一调压阀和所述第二调压阀用于调节流入所述检测流道中的气源介质的压力。

本发明实施例中燃料电池电堆内漏气密性检测方法，利用如上述任一项所述的燃料电池电堆内漏气密性检测系统进行电堆的气密性检测，所述燃料电池电堆内漏气密性检测方法包括以下步骤：

S1、将电堆拆解为多个分段电堆，将多个所述分段电堆和多个所述检测工装一一对应地叠设在所述第一端板和所述第二端板之间，通过所述加压设备压紧所述分段电堆和所述检测工装，将每个所述检测工装与所述测试装置连接；

S2、控制所述检测工装中的部分测试口导通，并关闭所述检测工装上的其他测试口，以对所述分段电堆中不同的介质腔室之间的气密性进行检测；

S3、向待测的所述介质腔室中充气至预设压力，获取该待测的介质腔室或/和被串气的介质腔室中的不同位置的压力波动数据，判断待测的所述介质腔室的气体压力是否发生变化，若是，则存在漏气情况；

S4、基于所述压力波动数据，确定相应的所述分段电堆中压力分布异常位置的单电池。

在一些实施例中，步骤S3具体包括以下步骤：

以第一压装压力对所述第一端板和所述第二端板施压，第一压装压力小于电堆的组配压力，向待测的所述介质腔室中充气至第一充气压力；

获取该待测的介质腔室或/和被串气的介质腔室中的不同位置的压力波动数据，判断待测的所述介质腔室的气体压力是否发生异常变化，若是，则存在漏气情况；

若否，则增大第一压装压力和第一充气压力，并重复上一步骤，直至检测到待测的所述介质腔室的气体压力发生异常变化、或所述第一压装压力达到电堆的组配压力。

在一些实施例中，所述分段电堆具有水腔、氢腔和空腔，所述水腔、所述氢腔和所述空腔分别与所述检测工装中的三个所述气室组连通以形成水腔检测流道、氢腔检测流道和空腔检测流道，所述水腔检测流道、氢腔检测流道和空腔检测流道的端口处的测试口均与所述测试装置连接；步骤S2中，所述水腔检测流道、所述氢腔检测流道和所述空腔检测流道中的其中一者的进口处的测试口和另外两者的出口处的测试口导通，其他的测试口关闭，以对所述水腔检测流道、所述氢腔检测流道和所述空腔检测流道中的其中一者与另外两者之间的气密性进行内漏检测；和/或

在步骤S4中，对比多个分段电堆中的待测的介质腔室或/和被串气的介质腔室中的不同位置的压力波动数据，确定相应的所述分段电堆中压力分布异常位置的单电池。

附图说明

图1是本发明实施例的检测工装与加压设备的组配的结构示意图。

图2是本发明实施例的测试装置与分段电堆的各介质腔室的连接示意图。

图3是本发明实施例的检测工装与加压设备的组配的结构示意图。

图4是本发明实施例另一视角的检测工装的结构示意图。

图5是本发明实施例又一视角的检测工装的结构示意图。

图6是本发明实施例的燃料电池电堆内漏气密性检测方法的流程图。

图7是本发明另一实施例的燃料电池电堆内漏气密性检测方法的流程图。

附图标记：

100、检测工装；

1、本体；11、第一端面；12、第二端面；13、周向侧面；14、限位孔；

2、第一压力检测部件；21、轴体；22、保护部件；

31、第一气室；311、水腔进口；32、第二气室；321、水腔出口；33、第三气室；331、氢腔进口；34、第四气室；341、氢腔出口；35、第五气室；351、空腔进口；36、第六气室；361、空腔出口；

41、第一端板；42、第二端板；

5、分段电堆；51、水腔；52、氢腔；53、空腔；

6、测试装置；61、第一调压阀；62、第二调压阀；63、第一接口；64、第二接口；65、第三接口；611、水腔进气管；612、水腔出气管；613、水腔进口管路切换阀；614、水腔出口管路切换阀；621、氢腔进气管；622、氢腔出气管；623、氢腔进口管路切换阀；624、氢腔出口管路切换阀；631、空腔进气管；632、空腔出气管；633、空腔进口管路切换阀；634、空腔出口管路切换阀。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图1-5对本发明实施例的燃料电池电堆内漏气密性检测系统及方法进行详细说明。

如图1-图5所示，本发明实施例的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，包括加压设备、多个检测工装100和测试装置6，加压设备具有在竖向相对设置的第一端板41和第二端板42，第一端板41和第二端板42间隔设置；多个检测工装叠设在第一端板41和第二端板42之间，检测工装用于与分段电堆5叠设在一起并对相应的分段电堆5进行气密性检测，且检测工装与分段电堆5一一对应布置；测试装置与检测工装连接。

其中，测试装置6可采用气密仪，加压设备可采用为压机，压机上的第一端板41和第二端板42竖向上相对设置，多个分段电堆和多个检测工装叠设在第一端板41和第二端板42之间，压机对第一端板41和第二端板42提供竖直方向的压力。

检测工装包括本体1和第一压力检测部件2，本体1具有相对设置的第一端面11和第二端面12，第一端面11用于与对应的分段电堆5抵接，本体1内设有多个气室，气室具有测试口和对接口，对接口布置于第一端面11上，测试口设在本体1的周向侧面13上，多个气室分为多个气室组，每个气室组包括两个气室，多个气室组用于与分段电堆5中的多个介质腔室一一对应连通以形成互不连通的多条检测流道，至少部分气室内设有第一压力检测部件2。

应当理解的是，电堆中具有流体流动的氢腔52、水腔51和空腔53，本体1与电堆贴合抵接后，氢腔52、水腔51和空腔53均与两个气室连通，其中一个气室用于向电堆中对应的介质腔室中鼓入测试气体，另一个气室用于排出对应的介质腔室中的气体，例如，氢腔与两个气室连通，与氢腔连通的其中一个气室的测试口用于向氢腔中通入测试气体，与氢腔连通的另一个气室的测试口用于排出测试气体。

检测工装100和分段电堆5叠设后，本体1的第一端面11和第二端面12均为非外露面，周向侧面13上的测试口用于与测试装置6连接。

本发明实施例的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，将多个检测工装100和多个分段电堆5叠放在一起，通过第一压力检测部件2获得每个分段电堆5中不同位置的压力波动，将分段电堆5内的第一压力检测部件2提供的数据进行相互之间的对比，再结合每段电堆气密测试结果，判断出某段电堆具体内漏位置。

通过控制不同的气室的测试口的开启和关闭，可以实现电堆中相应的介质腔室的气密性的检测。检测工装100中各气室的测试口与气密测试仪通过相应气管接头连接，可对每段电堆进行气密测试，构成局部气密性检测系统，可通过该系统确定具体的哪段电堆是否存在内漏情况。

在应用中，通过将电堆分为多个分段电堆5，使得多个检测工装和多个分段电堆5叠合设置在一起，且检测工装与分段电堆5一一对应布置，实现一次压装、一次即可得到电堆的渗漏情况。本发明实施例的检测工装100，能够将多个检测工装和多个分段电堆5叠放在一起，对多个分段电堆5同时进行气密性测试，提高作业的效率。

可选地，第一压力检测部件2为薄膜式压力传感器。薄膜压力传感器对压力变化感应灵敏，通过集成终端电脑可得电堆轴向压力分布差异明显的单电池及其位置。

也就是说第一压力检测部件2用于检测被串气腔室检测通道的压力波动，根据不同高度处压力波动幅度的大小，从而推测出可疑不良单电池的具体位置。为了消除其他不必要的影响，减少数据中噪声，将电堆同步进行分段测试，通过对多个分段电堆5中的压力波动信号进行对比，从而更精确获得可疑不良单电池的具体位置。

在应用中，结合本发明实施例中的局部气密性检测系统，根据每段（节）电堆气密性，将可疑不良单电池转为气密不良单电池。

在此过程中，薄膜压力传感器只能给与定性评价，局部气密性检测系统所测分段（节）电堆的气密值是定量评价。分成几段（节）电堆，是为薄膜压力传感器提供相互之间的对比，确保数据的精确性。

本发明实施例中采用的测试气体可为压缩空气，绿色、安全环保；可重复使用，易拆卸、可塑性强；检测工装与压机耦合，可实现单次压装情况下，多个分段电堆5同时进行气密性测试，可得出每段分段电堆的气密性，且能够结合检测工装中的第一压力检测部件能够给出不良双极板或膜电极的位置，有助于指导生产进行工艺优化，并且能够实现一次性压、一次性测、一次性准确给出数据；减少人工干预，能够有效且快速排查电堆内漏的问题。

本发明实施例的气密性检测系统还能够在压装过程中，边压边测，该过程尽可能降低了重复压装过程中对膜电极、双极板的损伤。

相比于相关技术中的处理方法，无需进行额外装堆及螺杆固定，能够给出更精确的不良双极板或膜电极的位置，时间效率有所提高，操作人员得到精简。此外，即使不与压机耦合，本发明实施例的电堆内漏位置工装也可与现行方法结合，可准确定位出不良双极板或膜电极位置，排查时间效率提高，对现有排查方法起到指导作用。

在一些实施例中，气室内具有轴体21，薄膜式压力传感器收卷于轴体21上。应当理解的是，在工作时，薄膜式压力传感器从轴体21上展开，工作结束后，薄膜式压力传感器收卷于轴体21上。

在一些实施例中，还包括驱动器，驱动器设在本体1内，驱动器与轴体21传动连接，以收卷薄膜式压力传感器或展开薄膜式压力传感器。

也就是说，驱动器可以驱动轴体21转动，进而带动薄膜式压力传感器收卷于轴体21上、或者将薄膜式压力传感器从轴体21上展开，以适应电堆和检测工装100在受压后相互之间的位置关系的改变。

进一步地，检测工装100还包括位移检测部件，位移检测部件设在薄膜式压力传感器端部。其中，位移检测部件为位移传感器。

工作时，压机按照设置的工艺参数不断的对电堆和检测工装100施加压力，轴体21逐步将薄膜式压力传感器展开，为了保障薄膜式压力传感器处于展开状态，检测工装100位于相应的分段电堆5的上方，薄膜式压力传感器展开后向下垂落，可设置转速，控制下垂速率；为了尽可能保证处于工作状态的薄膜压力传感器处于垂直状态，内置位移传感器，能够实时测量薄膜压力传感器距离下方的分段电堆5的距离，联动轴体21进行实时调整。

在实际过程中，电堆的反复拆卸和压装对双极板、膜电极会产生影响，尤其压装力度越大，损伤越不可逆。

基于此，本发明实施例的检测工装还包括第二压力检测部件，第二压力检测部件设在本体1上，第二压力检测部件用于检测加压设备对本体1的压装压力。

在压装过程中，根据第二压力检测部件显示压力数值范围可设置多个不同压装压力，例如，在不同的压装压力下，测试气源压力可以为1.2bar、1.5bar等。一定压力范围内，采用一定压力的测试气体，对分段电堆进行气密测试，以便于达到压力预设值之前能够提前获取内漏位置，将对双极板和膜电极的影响降至最低。

在一些实施例中，薄膜式压力传感器的端部具有保护部件22，以使薄膜式压力传感器的端部处于舒展状态。

也就是说，本发明实施例中设置有保护部件22，避免工作期间，分段电堆5压缩到的特定程度后，薄膜压力传感器末端碰触检测工装100或第二端板42，导致薄膜压力传感器的端部发生卷曲现象，进而使得测量结果不准确。

可选地，保护部件22包括杆体，杆体设在薄膜式压力传感器的端部。应当理解的是，杆体具有一定的刚度，杆体布置于薄膜式压力传感器的端部，能够使薄膜式压力传感器的端部处于平展的状态，即使薄膜式压力传感器的端部与检测工装100或第二端板42碰触在一起，也不会导致薄膜式压力传感器的端部卷曲，起到保护作用。此外，杆体具有一定的重量，能够使薄膜式压力传感器在垂下时展开的更为平整。

在应用中，由于位移检测部件和保护装置均置于薄膜式压力传感器的端部，可以作为两个部件单独设置，也可以将保护部件22与位移检测部件耦合在一起，二者的目的均是为了保证薄膜式压力传感器处于舒展状态；如果存在弯曲，位移检测部件会识别出安全距离，从而使驱动器驱动轴体转动，达到收卷薄膜式压力传感器的目的。

在一些实施例中，分段电堆5的介质腔室包括水腔，气室包括第一气室31和第二气室32，第一气室31和第二气室32用于与分段电堆5的水腔连通，第一气室31的测试口为水腔进口311，第二气室32的测试口为水腔出口321；分段电堆5的介质腔室包括氢腔，气室包括第三气室33和第四气室34，第三气室33和第四气室34用于与分段电堆5的氢腔连通，第三气室33的测试口为氢腔进口331，第四气室34的测试口为氢腔出口341；分段电堆5的介质腔室包括空腔，气室包括第五气室35和第六气室36，第五气室35和第六气室36用于与分段电堆5的空腔连通，第五气室35的测试口为空腔进口351，第六气室36的测试口为空腔出口361。

应当理解的是，气室的布置的位置与电堆上的各介质腔室的布置位置相对应，当检测工装100与电堆叠合抵接在一起后，介质腔室与对应的气室形成了检测流道，利用气室的测试口与测试装置连接，形成气密性检测系统。

具体地，本发明实施例中的本体1为近似长方体形状，第一气室31和第二气室32设在第一端面11上与长边对应的两侧，第三气室33、第四气室34、第五气室35和第六气室36设在第一端面11上与短边对应的两侧，第一气室31的测试口为水腔的进口，第二气室32的测试口为水腔的出口，第三气室33的测试口为氢腔的进口，第四气室34的测试口为氢腔出口341，第五气室35的测试口为空腔的进口，第六气室36的测试口为空腔的出口。

第一气室31、第二气室32、第四气室34、第五气室35和第六气室36中均布置有薄膜式压力传感器。

工作时，轴体21将薄膜压力传感器展开；工作结束后，卷轴将薄膜压力传感器收起，薄膜压力传感器对压力变化感应灵敏，通过终端电脑可得电堆轴向压力分布差异明显的单电池及其位置。

在一些实施例中，本体1上设有限位杆和限位孔14，在进行检测工装100和分段电堆5的叠设组装时，能够通过限位杆和限位孔14进行定位，确保检测工装100和分段电堆5对位布置，避免因为二者之间的错位导致密封失效，影响气密性检测。

在一些实施例中，气密性检测系统还包括垫片，垫片设在检测工装100和分段电堆5之间。应当理解的是，检测工装100内嵌简单的气体分配装置，对测试气体起到气体分配的作用，以满足燃料电池电堆气密测试，气体分配装置也就是布置于本体1中的多个气室；本体1的第一端面11和第二端面12配有与分段电堆5相匹配的垫片，垫片可保证检测工装在垫片区域与双极板或膜电极均匀紧密的接触，能够满足保证气密性的同时，不损坏双极板或膜电极表面。

具体地，检测工装的第二端面12为密封面板，在第二端面12上匹配设有垫片，中层结构为气室，并与第一端面11相结合；同样考虑密封原则，第一端面11同第二端面12一样也粘附一层垫片，通过检测工装上的限位孔14进行定位，保证其与电堆整体组配定位准确。

在一些实施例中，测试装置具有第一接口63和第二接口64，位于检测流道两端的两个测试口的一者与第一接口63连接、另一者与第二接口64连接，且各测试口处均设有控制阀。

测试装置具有第三接口65，第三接口65通过气管连接气源，气管上设有第一调压阀61，测试装置内设有第二调压阀62，第一调压阀61和第二调压阀62用于调节流入检测流道中的气源介质的压力。

在进行检测时，气源的高压气体经过第一调压阀61进行调压后，通过第三接口65进入气密仪内，再经过第二调压阀62进行二次调压，确保流入检测工装内的气源压力稳定，第一接口用于检测气体由气密仪流向检测工装内，第二接口用于气密仪中的检测气体由检测工装流入气密仪中，以便于检测出口处泄露的气体。

如图1-图7所示，本发明实施例中燃料电池电堆内漏气密性检测方法，利用如上述任一项的燃料电池电堆内漏气密性检测系统进行电堆的气密性检测，燃料电池电堆内漏气密性检测方法包括以下步骤：

S1、将电堆拆解为多个分段电堆5，将多个分段电堆5和多个检测工装一一对应地叠设在第一端板41和第二端板42之间，通过加压设备压紧分段电堆5和检测工装，将每个检测工装均与测试装置连接，在进行多个分段电堆5的气密性检测时，不仅能够同时进行多个分段电堆的同步检测，而且可以通过薄膜压力传感器可以对多个分段电堆中的压力波动分布进行检测和比对，实现对泄露位置的准确快速的确定。

S2、控制检测工装中的部分测试口导通，并关闭检测工装上的其他测试口，以对分段电堆5中不同的介质腔室之间的气密性进行检测。

工装进出口气管连接方式：

检测工装100的水腔进口311、氢腔进口331、空腔进口351均通过进气管与气密仪相连接，分别对应水腔进气管611、氢腔进气管621、空腔进气管631；检测工装的水腔出口、氢腔出口、空腔出口分别与出气管连接，对应水腔出气管612、氢腔出气管622、空腔出气管632；

切换阀与工装进出口气管连接方式：

每个检测流道对应设置一组切换阀，可区分为进口管路切换阀、出口管路切换阀。水腔对应的切换阀包括水腔进口管路切换阀613、水腔出口管路切换阀624；空腔对应的切换阀包括空腔进口管路切换阀633、空腔出口管路切换阀634。

水腔进气管611上安装有水腔进口管路切换阀613，氢腔进气管621对应氢腔进口管路切换阀623，空腔进气管631对应空腔进口管路切换阀633，水腔出气管612对应水腔出口管路切换阀614，氢腔出气管622对应氢腔出口管路切换阀624，空腔出气管632对应空腔出口管路切换阀634。

气源连接方式：

气源经过第一调压阀通过第三接口流入气密仪，再经过气密仪中的第二调压阀进行调压，由第一接口分支出水腔进气管611、氢腔进气管621、空腔进气管631，由第一接口流出的气体通过各进气管与对应的检测流道相连通。

排气管路连接方式：

水腔出气管612、氢腔出气管622、空腔出气管632通过多通阀汇流后连接到气密性测试仪的检测口（第二接口），进行泄露量检测。

以下通过具体的实例描述整个切换阀的开启和关闭的过程。

例如，针对氢腔与水腔、氧腔是否存在串气的情况，具体操作过程如下：

测试气体经调压后由氢腔进气管621进入，氢腔进口管路切换阀623打开，其他切换阀呈关闭状态；测试气体经由氢腔进气管623鼓入氢腔，待腔室压力达到指定工艺参数后，氢腔进口切换阀623关闭；腔室气体经过一段平衡时间进行气密测试，在测试过程中，水腔出口管路切换阀614、空腔出口管路切换阀634呈打开状态、氢腔出口管路切换阀624呈关闭状态，从氢腔泄露的测试气体分别从水腔出气管612、空腔出口管632经由对应的出口管路切换阀门进入气密性检测仪的检测入口，进行气密检测；气密检测结束后，氢腔内的测试气体可以由氢腔出口管路切换阀624直接排放。

又例如，空腔充气，测空腔与水腔和氢腔是否串气，具体操作过程如下：

测试气体经调压后由空腔进气管31进入，空腔进口管路切换阀633打开，其他切换阀关闭状态；测试气体经由空腔进气管633鼓入氢腔，待腔室压力达到指定工艺参数后，空腔进口切换阀633关闭；腔室气体经过一段平衡时间进行气密测试，在测试过程中，水腔出口管路切换阀614、氢腔出口管路切换阀624呈打开状态、空腔出口管路切换阀634呈关闭状态，从空腔泄露的测试气体分别从水腔出气管612、氢腔出口管622经由对应的出口管路切换阀门进入气密性检测仪的检测入口，进行气密检测；气密检测结束后，空腔内的测试气体可以由空腔出口管路切换阀634直接排放。

S3、向待测的介质腔室中充气至预设压力，获取该待测的介质腔室或/和被串气的介质腔室中的不同位置的压力波动数据，判断待测的介质腔室的气体压力是否发生变化，若是，则存在漏气情况。通过薄膜压力传感器进行介质腔室中不同位置的压力波动数据的获取，通过气密仪进行介质腔室内的气体压力是否发生变化的检测。

具体地，通过展开需要获取压力波动数据的腔室中的薄膜压力传感器，获取不同位置的压力波动数据，以便于准确判断出异常位置的单电池。

S4、基于压力波动数据，确定相应的分段电堆5中压力分布异常位置的单电池。应当理解的是，当介质腔室的气体压力发生变化时，则存在漏气，通过介质腔室中不同位置的压力波动数据可以获取不良单电池的位置，从而实现一次压装，一次检测即可识别出不良电池的具体位置。

在一些实施例中，步骤S3具体包括以下步骤：

S31、以第一压装压力对第一端板41和第二端板42施压，第一压装压力小于电堆的组配压力，向待测的介质腔室中充气至第一充气压力。

S32、获取该待测的介质腔室或/和被串气的介质腔室中的不同位置的压力波动数据，判断待测的介质腔室的气体压力是否发生异常变化，若是，则存在漏气情况。

S33、若否，则增大第一压装压力和第一充气压力，并重复上一步骤，直至检测到待测的介质腔室的气体压力发生异常变化、或第一压装压力达到电堆的组配压力。

在压装过程中，根据第二压力检测部件显示压力数值范围可设置多个不同测气压力，在一定第一压装压力下，以一定的第一充气压力的测试气体，对分段电堆进行气密测试，以便于达到电堆组配压力之前能够提前获取内漏位置，将对双极板和膜电极的影响降至最低。

当检测到泄露时，则不需要再增大第一压装压力，避免压装压力过大或者频繁的压装对双极板和膜电极造成的不可逆的损害。

在一些实施例中，分段电堆5具有水腔51、氢腔52和空腔53，水腔51、氢腔52和空腔53分别与检测工装中的三个气室组连通以形成水腔检测流道、氢腔检测流道和空腔检测流道，水腔检测流道、氢腔检测流道和空腔检测流道的端口处的测试口均与测试装置连接。

步骤S2中，水腔检测流道、氢腔检测流道和空腔检测流道中的其中一者的进口处的测试口和另外两者的出口处的测试口导通，其他的测试口关闭，以对水腔检测流道、氢腔检测流道和空腔检测流道中的其中一者与另外两者之间的气密性进行内漏检测。

在一些实施例中，在步骤S4中，对比多个分段电堆5中的待测的介质腔室或/和被串气的介质腔室中的不同位置的压力波动数据，确定相应的分段电堆5中压力分布异常位置的单电池。由于多个分段电推同时进行检测，因此，多个分段电堆之间的压力波动数据具有比对特性，能够利用多个分段电堆的压力波动数据的对比更准确的获取异常数据。

以下对气密性测试的工作原理进行说明：

本发明实施例在用于确定燃料电池电堆内漏位置具体实施方法，包括组装、气密测试二个环节。

组装环节中，将存在内漏的电堆置于压机下，按照指定的工艺参数，逐步卸去电堆内部由螺杆紧固产生的压力，将卸压结束的电堆按照指定高度或指定单电池节数使用电堆内漏位置工装间隔开，过程中，使用限位杆通过限位孔14进行限位。按照电堆内漏位置工装在上、分段电堆5在下的顺序放置，依次叠设布置。

通过检测工装的各测试口连接气密仪。

气密测试阶段，将卸压结束的电堆按照指定高度使用检测工装100间隔开，电堆中的各介质腔室与对应的气室形成了检测流道，通过与测试装置连接形成检测系统，在压机开始工作的同时，将需要获取压力波动数据的介质腔室中的薄膜压力传感器展开，向其中一个介质腔室的进口不断鼓入测试气体，根据终端电脑可显示出随测试气体压力增加，以及薄膜压力传感器压力分布差异明显的单电池及其位置。待到测试气体压力稳定后，通过气密仪测得待测腔出口处压力信号，得到初始压力信号，间隔一段时间后，得到测试压力信号，对比初始压力状态，若存在差异，则该段电堆存在漏气情况；结合每段分段电堆5的气密性及压力分布差异明显单电池，筛选出不良单电池，以做到解决电堆内漏问题。

根据电堆内漏位置工装内置的第二压力检测部件的数值，不同压力范围内，鼓入对应压强气压的测试气体，实现动态压力下检测电堆气密性，优点在于由于采用动态气密性检测方式，在对电堆施加压力的初期或中期基本可以排查出不良双极板或膜电极所处位置，因此对双极板和膜电极挤压相比于传统方式可逆性增加。

对于某个介质腔室串气性检测，往该介质腔室注入测试气体，待测被串气腔室与对应气室形成检测流道，薄膜压力传感器在检测流道中展开并工作，分析待测被串气腔室薄膜压力传感器压力波动，根据终端电脑可显示出随测试气体压力增加，气体薄膜压力传感器压力分布差异明显的单电池及其位置；在稳定的气源气压下，用气密仪测试每段分段电堆5的气密性；结合每段的气密性及压力分布差异的单电池，筛选出不良单电池，以做到解决电堆内漏问题。

例如，对氢腔气体串气至空腔的气密检测过程，向氢腔中不断鼓入测试气体，氢腔出口341、空腔进口351、水腔进口311和水腔出口321呈关闭状态，空腔出口361呈开启状态，待测试气体压力稳定后，通过气密检测仪测得空腔出口361处压力信号，得到初始压力信号，间隔一段时间后，得到测试压力信号，对比初始压力状态，若存在差异，则该段电堆存在漏气情况；否则，该段不存在漏气情况。

在压机开始工作的同时，空腔进出口处薄膜压力传感器展开，剩余的可以处于关闭状态。根据终端电脑可显示出随测试气体压力增加，气体薄膜压力传感器压力分布差异明显的单电池及其位置。

结合每段气密性及压力分布差异明细的单电池，筛选出不良单电池，以做到解决电堆内漏问题。

本发明实施例中能够利用薄膜压力传感器确定燃料电池电堆内漏的具体位置。薄膜压力传感器的保护部件22能时刻保证处于工作状态的薄膜压力传感器处于垂直状态，且不卷曲。电堆内漏位置工装及气密性检测系统，提升了检测效率，大幅减少人工干预，能够实现一次性压、一次性测、一次性准确给出数据。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆内漏气密性检测系统，其特征在于，包括：

加压设备，所述加压设备具有在竖向相对设置的第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板间隔设置；

多个检测工装，多个所述检测工装叠设在所述第一端板和所述第二端板之间，所述检测工装用于与分段电堆叠设在一起并对相应的所述分段电堆进行气密性检测，且所述检测工装与所述分段电堆一一对应布置；

测试装置，所述测试装置与所述检测工装连接；

所述检测工装包括：

本体，所述本体具有相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面用于与对应的所述分段电堆抵接，所述本体内设有多个气室，所述气室具有测试口和对接口，所述对接口布置于所述第一端面上，所述测试口设在所述本体的周向侧面上，多个所述气室分为多个气室组，每个所述气室组包括两个气室，多个所述气室组用于与所述分段电堆中的多个介质腔室一一对应连通以形成互不连通的多条检测流道；

第一压力检测部件，至少部分所述气室内设有所述第一压力检测部件。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，其特征在于，所述第一压力检测部件为薄膜式压力传感器。

3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，其特征在于，所述气室内具有轴体，所述薄膜式压力传感器收卷于所述轴体上。

4.根据权利要求3所述的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，其特征在于，还包括驱动器，所述驱动器设在所述本体内，所述驱动器与所述轴体传动连接，以收卷所述薄膜式压力传感器或展开所述薄膜式压力传感器；和/或

还包括位移检测部件，所述位移检测部件设在所述薄膜式压力传感器端部。

5.根据权利要求2所述的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，其特征在于，所述薄膜式压力传感器的端部具有保护部件，以使所述薄膜式压力传感器的端部处于舒展状态。

6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，其特征在于，所述保护部件包括杆体，所述杆体设在所述薄膜式压力传感器的端部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池电堆内漏气密性检测系统，其特征在于，所述分段电堆的介质腔室包括水腔，所述气室包括第一气室和第二气室，所述第一气室和所述第二气室用于与所述分段电堆的所述水腔连通，所述第一气室的所述测试口为水腔进口，所述第二气室的所述测试口为水腔出口；和/或

所述分段电堆的介质腔室包括氢腔，所述气室包括第三气室和第四气室，所述第三气室和所述第四气室用于与所述分段电堆的所述氢腔连通，所述第三气室的所述测试口为氢腔进口，所述第四气室的所述测试口为氢腔出口；和/或

所述分段电堆的介质腔室包括空腔，所述气室包括第五气室和第六气室，所述第五气室和所述第六气室用于与所述分段电堆的所述空腔连通，所述第五气室的所述测试口为空腔进口，所述第六气室的所述测试口为空腔出口；和/或

所述本体上设有限位杆和限位孔；和/或

还包括第二压力检测部件，所述第二压力检测部件设在所述本体上，所述第二压力检测部件用于检测所述加压设备对所述本体的压装压力；和/或

还包括垫片，所述垫片设在所述检测工装和所述分段电堆之间；和/或

所述测试装置具有第一接口和第二接口，位于所述检测流道两端的两个所述测试口的一者与所述第一接口连接、另一者与所述第二接口连接，且各所述测试口处均设有控制阀；和/或

所述测试装置具有第三接口，所述第三接口通过气管连接气源，所述气管上设有第一调压阀，所述测试装置内设有第二调压阀，所述第一调压阀和所述第二调压阀用于调节流入所述检测流道中的气源介质的压力。

8.一种燃料电池电堆内漏气密性检测方法，其特征在于，利用如权利要求1-7中任一项所述的燃料电池电堆内漏气密性检测系统进行电堆的气密性检测，所述燃料电池电堆内漏气密性检测方法包括以下步骤：

S1、将电堆拆解为多个分段电堆，将多个所述分段电堆和多个所述检测工装一一对应地叠设在所述第一端板和所述第二端板之间，通过所述加压设备压紧所述分段电堆和所述检测工装，将每个所述检测工装与所述测试装置连接；

S2、控制所述检测工装中的部分测试口导通，并关闭所述检测工装上的其他测试口，以对所述分段电堆中不同的介质腔室之间的气密性进行检测；

S3、向待测的所述介质腔室中充气至预设压力，获取该待测的介质腔室或/和被串气的介质腔室中的不同位置的压力波动数据，判断待测的所述介质腔室的气体压力是否发生变化，若是，则存在漏气情况；

S4、基于所述压力波动数据，确定相应的所述分段电堆中压力分布异常位置的单电池。

9.根据权利要求8所述的燃料电池电堆内漏气密性检测方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：

以第一压装压力对所述第一端板和所述第二端板施压，第一压装压力小于电堆的组配压力，向待测的所述介质腔室中充气至第一充气压力；

获取该待测的介质腔室或/和被串气的介质腔室中的不同位置的压力波动数据，判断待测的所述介质腔室的气体压力是否发生异常变化，若是，则存在漏气情况；

若否，则增大第一压装压力和第一充气压力，并重复上一步骤，直至检测到待测的所述介质腔室的气体压力发生异常变化、或所述第一压装压力达到电堆的组配压力。

10.根据权利要求8所述的燃料电池电堆内漏气密性检测方法，其特征在于，所述分段电堆具有水腔、氢腔和空腔，所述水腔、所述氢腔和所述空腔分别与所述检测工装中的三个所述气室组连通以形成水腔检测流道、氢腔检测流道和空腔检测流道，所述水腔检测流道、氢腔检测流道和空腔检测流道的端口处的测试口均与所述测试装置连接，步骤S2中，所述水腔检测流道、所述氢腔检测流道和所述空腔检测流道中的其中一者的进口处的测试口和另外两者的出口处的测试口导通，其他的测试口关闭，以对所述水腔检测流道、所述氢腔检测流道和所述空腔检测流道中的其中一者与另外两者之间的气密性进行内漏检测；和/或

在步骤S4中，对比多个分段电堆中的待测的介质腔室或/和被串气的介质腔室中的不同位置的压力波动数据，确定相应的所述分段电堆中压力分布异常位置的单电池。