CN219038302U - 一种燃料电池电堆泄漏检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池电堆泄漏检测设备，包括：机架包括竖直框架和横向框架；工件上料组件设于横向框架上，工件上料组件上放置有待测的燃料电池电堆，工件上料组件可带动燃料电池电堆由横向框架的上料端移动至检验端；真空箱升降组件设于竖直框架上，竖直框架设于检验端；真空箱升降组件的真空箱体可盖于燃料电池电堆上；真空系统的末端连接至真空箱体，真空系统用于对示踪气体的流向空间进行抽真空；氦气充注系统的末端连接至燃料电池电堆的待检测空间。本实用新型通过真空系统抽真空方式使得流向空间真空，氦气充注系统向燃料电池的待检测空间充注，最终通过氦气检漏系统检测燃料电池电堆的待检测空间是否向流向空间产生泄漏。

Description

一种燃料电池电堆泄漏检测设备

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池的检测领域的技术领域，特别是涉及一种燃料电池电堆泄漏检测设备的技术领域。

背景技术

密封性能作为燃料电池电堆的核心技术指标，对于燃料电池性能和寿命至关重要，因此，在燃料电池制造环节，必须对燃料电池密封性进行高精度检测。对于燃料电池电堆，一般有以下泄漏项目需要检测：氢气腔外漏、空气腔外漏、水腔外漏、氢/空腔互串、水/氢腔互串、水/空腔互串。

当前，应用较多的泄漏检测方法有水检法和压缩气体检测法。水检法存在检测精度低、检测结果不容易量化、生产效率低等问题，不适合用于批量制造。压缩气体检测法是将压缩气体(一般使用0～200Kpa压缩氮气或者空气)，将压缩其他充入燃料电池单元模块内部腔体流道，使用流量法或者压降法，通过检测泄漏流量或者单位时间内气压损失，测量燃料电池单元模块泄漏数值。但是，以上两种测试方法，都存在测量结果不准确、自动化程度低、生产节拍慢的问题等问题。

基于当前行业现状及燃料电池电堆的测试精度的要求；由于氦气分子量小，扩散性强、渗透率高，即可以通过极小的孔，另外氦气在空气中的体积含量约为5ppm(体积浓度是用每立方米的大气中含有污染物的体积数来表示,常用的表示单位是ppm)，这说明正常空气环境中氦气的含量很小，即氦的本底噪声(由于氦气在空气中的体积含量约5ppm，5.24×10-6，也就是百万分之五左右)小；以及氦气是无毒无色无味的惰性气体，在正常情况下其可以作为介质在所有的物体中存在，且不发生反应，因此现采用氦气作为示踪气体来发现并量化泄漏，从而提高对泄漏量的高精度检测，可达到10.6～10.9mbar*L/S(采用该单位量化泄漏率)；如专利文献CN109708820A中，公开了一种燃料电池双极板快速检漏装置及方法，该装置公开了一种上下式夹板实现对双极板的夹持，随后通过设置的高纯氮气将双极板中空气清除，再充入氦气，通过检测氦气来验证双极板的泄漏与否。该装置结构简单，但是需要手动方式对双极板进行逐一夹持，导致无法大规模批量对制造的电池电堆进行检测；另外，该设备中采用充入氮气方式清除空气，容易对检测的精度造成影响。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池电堆泄漏检测设备，用于解决现有技术中检测的精度不准确以及无法适应大规模批量检测的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种燃料电池电堆泄漏检测设备，包括：

机架，所述机架包括竖直框架和横向框架；

工件上料组件，所述工件上料组件设于所述横向框架上，所述工件上料组件上放置有待测的燃料电池电堆，所述工件上料组件可带动所述燃料电池电堆由所述横向框架的上料端移动至检验端；

真空箱升降组件，所述真空箱升降组件设于所述竖直框架上，所述竖直框架设于所述检验端；所述真空箱升降组件的真空箱体可盖于所述燃料电池电堆上；

真空系统，所述真空系统设于所述机架上，所述真空系统用于对示踪气体的流向空间进行抽真空；

氦气充注系统，所述氦气充注系统设于所述机架上，所述氦气充注系统连接至所述燃料电池电堆的待检测空间；

工件抽真空系统，所述工件抽真空系统设于所述机架上，所述工件抽真空系统连接至所述待检测空间；

氦气检漏系统，所述氦气检漏系统设于所述机架上，所述氦气检漏系统连接至所述流向空间；

控制器，所述控制器连接所述真空系统、所述氦气充注系统、所述工件抽真空系统和所述氦气检漏系统；所述控制器通过所述氦气检漏系统判断所述待检测空间内充注的氦气是否流向至所述流向空间。

优选地：所述真空箱升降组件包括固定台、竖直设于所述检测端的导向组件和升降组件；所述固定台连接于所述导向组件的上端；所述升降组件连接于所述固定台上，所述升降组件下连接有所述真空箱体，所述真空箱体滑动连接于所述导向组件。

优选地：所述真空系统包括真空泵和管路；所述真空泵通过所述管路连接于所述真空箱体；所述管路上连接有压力传感器和真空阀。

优选地：所述氦气充注系统包括储气罐、充气管路和真空泵；所述储气罐通过所述充气管路连接至所述真空箱体；所述充气管路上连接有用于传输氦气的所述真空泵。

优选地：所述工件上料组件包括上料平台、直线导向件和滑动驱动源；所述上料平台滑动连接于所述直线导向件上；所述上料平台内设有与所述待检测空间相连的内部管路；所述滑动驱动源驱动所述上料平台于所述直线导向件上移动。

优选地：所述氦气检漏系统包括氦质谱检漏仪和连接管路；所述氦质谱检漏仪通过连接管路连接至所述内部管路；所述连接管路上连接有多个控制阀门。

优选地：所述内部管路还相连有所述工件抽真空系统，所述工件抽真空系统包括抽空泵和管道；所述抽空泵通过管道连接至所述内部管路，所述管道上依次设有控制阀门和压力传感器。

优选地：所述真空箱体还连接有清氦系统，所述清氦系统包括清氦泵和清氦管路；所述清氦泵通过所述清氦管路连接至所述真空箱体；所述清氦管路上连接有多个阀组和压力传感器。

优选地：所述控制器设于工控显示器内，所述工控显示器通过固定壳体连接于所述机架的一侧。

优选地：所述储气罐通过一环形连接件设于所述机架的一侧。

如上所述，本实用新型的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，具有以下有益效果：

本实用新型通过工件上料组件实现对批量化的燃料电池电堆运送至检测端；本实用新型通过将真空系统、工件抽真空系统、氦气充注系统以及氦气检测系统集成于机架上，能够在检测端实现对大批量的燃料电池电堆自动化检测。

附图说明

图1显示为本实用新型的一种燃料电池电堆泄漏检测设备的主视图；

图2显示为本实用新型的一种燃料电池电堆泄漏检测设备的侧视图；

图3显示为本实用新型的一种燃料电池电堆泄漏检测设备的立体图；

图4显示为本实用新型的一种燃料电池电堆泄漏检测设备的气路示意图。

元件标号说明

01                      燃料电池电堆

1                       机架

11                      竖直框架

12                      横向框架

12a                     上料端

12b                     检验端

13                      工件上料组件

131                     上料平台

131a                    内部管路

132                     直线导向件

14                      启动按钮

2                       真空箱升降组件

21                      真空箱体

22                      导向柱

23                      固定台

24                      升降组件

3                       真空系统

31                      真空泵

32                      管路

33                      真空压力传感器

34                      真空阀

4                       氦气充注系统

41                      储气罐

42                      充气管路

43                      真空泵

5                       氦气检漏系统

51                      氦质谱检漏仪

52                      控制阀门

53                      连接管路

6                       工件抽真空系统

61                      抽空泵

62                      抽空阀

63                      压力传感器

64                      管道

7                       清氦系统

71                      清氦泵

72清氦管路

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1结合4所示，本实用新型提供一种燃料电池电堆泄漏检测设备，包括：

机架1，机架1包括竖直框架11和横向框架12；

工件上料组件13，工件上料组件13设于横向框架12上，工件上料组件13上放置有待测的燃料电池电堆01，工件上料组件13可带动燃料电池电堆01由横向框架12的上料端12a移动至检验端12b；

真空箱升降组件2，真空箱升降组件2设于竖直框架11上，竖直框架11设于所述检验端12b；真空箱升降组件2的真空箱体21可盖于燃料电池电堆01上；

真空系统3，真空系统3设于机架1上，真空系统3用于对示踪气体(本实用新型中即氦气)的流向空间(即氦气流向的空间)进行抽真空；

氦气充注系统4，氦气充注系统4设于机架1上，氦气充注系统4连接至燃料电池电堆01的待检测空间(燃料电池电堆01内一般设有冷却腔、氢气腔和空气腔，待检测空间即冷却腔、氢气腔和空气腔中一个或一个以上腔体)；

工件抽真空系统6，工件抽真空系统6设于机架1上，工件抽真空系统6连接至待检测空间；

氦气检漏系统5，氦气检漏系统5设于所述机架上，氦气检漏系统5连接至流向空间；

控制器，控制器连接真空系统3、氦气充注系统4、工件抽真空系统6和氦气检漏系统5；控制器通过氦气检漏系统5判断待检测空间内充注的氦气是否流向至流向空间。

本实用新型通过设置的横向框架12实现对燃料电池电堆01(即工件)的上料，竖直框架11则设置在横向框架12的检验端12b上，通过竖直框架11设置可升降的真空箱体21，以及可进行抽真空的真空系统3、充注氦气的氦气充注系统4和检测是否真空箱体21内氦气渗入至燃料电池电堆01的氦气检漏系统5，从而判断燃料电池电堆01是否泄漏以及泄漏量等指标。

以燃料电池电堆01的外漏检测为例：其泄漏检测的大致过程如下：真空系统3抽真空方式使得真空箱体21真空，氦气充注系统4向待检测空间内充入氦气；氦气检漏系统5连接在真空箱体21上，氦气检漏系统5检测真空箱体21是否存在氦气，由此判断燃料电池电堆01是否向外泄漏。

如图1所示，为了能实现对真空箱体21的升降，现在设置真空箱升降组件2包括真空箱体21、多个导向柱22、固定台23和升降组件24；多个导向柱22连接于竖直框架11的内部平台上，固定台23连接于多个导向柱22的上端；升降组件24连接于固定台23上，升降组件24下连接有真空箱体21。优选地，升降组件24为电推杆组件或气动推杆组件；升降组件24的推杆移动可使得真空箱体21实现上下方向移动。当需要进行真空操作前，升降组件24的推杆伸出可将真空箱体21盖住燃料电池电堆01，从而使得燃料电池电堆01位于密闭的真空箱体21内。

随后开始执行对真空箱体21的抽真空操作，为执行该抽真空操作，现还在竖直框架11内设置真空系统3，真空系统3包括真空泵31和管路32；真空泵31通过管路32连接于真空箱体21。真空系统3通过如下方式进行运作：真空泵31工作，即真空泵31通过管路32抽取真空箱体21内的空气，从而将抽取的空气由真空泵31排出；真空泵31选用应考虑对真空度(真空度是指处于真空状态下的气体稀薄程度。若所测设备内的压强低于大气压强，其压力测量需要真空表。从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：真空度＝大气压强-绝对压强，绝对压强＝大气压+表压)的要求。

为了能实现对真空箱体21的真空度的调节，现在可在管路32上连接有真空压力传感器33和真空阀34；通过真空压力传感器33可检测出真空度，随后通过开关真空阀34，实现对真空箱体21的真空度的调节。

为了能移动在横向框架12上的燃料电池电堆01，现在在横向框架12上设置有工件上料组件13，该工件上料组件13包括上料平台131、直线导向件132和滑动驱动源；上料平台131滑动连接于直线导向件132上；上料平台131内设有与燃料电池电堆01内腔体相连的内部管路131a；滑动驱动源驱动上料平台131于直线导向件132上进行移动；优选地，滑动驱动源为电机和传动机构，电机通过传动机构带动上料平台131于直线导向件132上进行移动。

如图3所示，优选地，直线导向件132为一对导轨，该对导轨分别设置于上料平台131下方的两侧。

进一步地，滑动驱动源的传动机构可以是滚轮或齿轮齿条等常规传动机构；滑动驱动源的电机通过上述传动机构将动力传输至上料平台131，从而使得上料平台131沿直线导向件132延伸方向移动。

如图3所示，为了能较方便启动工件上料组件13，现在于该工件上料组件13一侧设有启动按钮14。

如图3所示，为了能实现对燃料电池电堆01的氦气充注，现在于上料平台1内设置内部管路131a，并且使得燃料电池电堆01的各腔体(冷却腔、氢气腔和空气腔)与内部管路131a连接。

为了提高泄漏量的高精度检测，现在采用氦气作为示踪气体，因此为能实现对氦气充注；现在于竖直框架11内设置氦气充注系统4，氦气充注系统4包括储气罐41、充气管路42和真空泵43；储气罐41通过充气管路42连接至内部管路131a，从而实现对燃料电池电堆01的各腔体的充注；充气管路42上连接有用于传输氦气的真空泵43。

另外，为了控制氦气充入量，可将控制器与真空压力传感器34相连，从而控制器感知充气过程中真空度变化，当达到预设数值后，控制器控制电磁阀关闭，该电磁阀设于充气管路42上，从而停止氦气的充入。

为了能准确检测出燃料电池电堆01内可能渗入的氦气，现在采用氦气检漏系统5检测氦气；具体的，氦气检漏系统5包括氦质谱检漏仪51、多个控制阀门52和连接管路53；氦质谱检漏仪51通过连接管路53连接至内部管路131a；连接管路53上连接有控制阀门52；当氦气被氦气充注系统4充入至燃料电池电堆01后，若燃料电池电堆01存在裂缝或泄漏处，则氦气会由燃料电池电堆01逐渐泄漏至真空箱体21内，此时氦质谱检漏仪51会检测出氦气，判断燃料电池电堆01的泄漏，以及测出氦气的泄漏量。

另外，为了能直观表明工件漏率是否合格，采用声光提示方式进行提示；现可将氦质谱检漏仪51会连接控制器，控制器连接显示器和或声音发生器；控制器根据氦质谱检漏仪51所得数据进行判断，根据工件漏率进行判断，使得工件合格和不合格时，声音发出器和显示器会发出不同的声光提示；例如，当工件漏率合格，显示器发出绿光，声音发出器发送滴的指示音；当工件漏率不合格，显示器发出红光，声音发出器发送持续声音。

由于当氦气检测完成后，氦气会存留极少部分在真空箱体21内；为了快速清除真空箱体21内残留氦气，从而控制真空箱体21内部氦气浓度，从而减少对氦质谱检漏仪51的本底噪音(传感器的输出量可以分为两部分的叠加。其中一部分输出分量随有效输入量的变化而变化，这部分输出分量能够反映有效输入量的变化。另外一部分输出分量称为传感器的本底噪声，其不随有效输入量的变化而变化，即使当有效输入量为零时，输出分量并不为零)。现在于竖直框架11内还设有清氦系统7，清氦系统7包括清氦泵71和清氦管路72；清氦泵71通过清氦管路72连接至真空箱体21内；清氦管路72上连接有减压阀、压力传感器和电磁阀；清氦泵71可通过清氦管路72将真空箱体21内残留的氦气抽出后清除。

为了减少空气和氦气的混合，确保检漏结果不受燃料电池电堆01内空气的影响，需对燃料电池电堆01内进行预抽真空。现在于竖直框架11处设有工件抽真空系统6，工件抽真空系统6包括抽空泵61、抽空阀62、压力传感器63和管道64；抽空泵61通过管道64连接至内部管路131a，抽空泵61经由管道64和内部管路131a将燃料电池电堆01内的空气不断抽出。

为避免过度抽真空对燃料电池电堆01可能造成的损坏，现在于管道64上依次设有抽空阀62和压力传感器63。控制器连接压力传感器63，压力传感器63可实时感知燃料电池电堆01的压强，从而当控制发现燃料电池电堆01达到预设压力后，控制抽空阀62停止对燃料电池电堆01的抽真空。

除上述实施例外，本实用新型还具有如下的工作方法：

以外漏检测为例：

步骤一、通过前置的传输机将燃料电池电堆01传送至工件上料组件13处，随后上料平台131移动将燃料电池电堆01移动至检验端121b；

步骤二、升降组件24带动真空箱体21下降，从而真空箱体21将燃料电池电堆01盖住，真空箱体21和下部的内部平台形成密闭空间；

步骤三、真空系统3工作，将真空箱体21内的空气抽真空形成真空状态；同时，工件抽真空系统6工作，可将燃料电池电堆01抽真空，减少空气对后续检测的影响；

步骤四、氦气充注系统4工作，将储气罐41储存的氦气输入至燃料电池电堆01内；

步骤五、打开氦气检漏系统5，等待氦质谱检漏仪51检测结果；若燃料电池电堆01出现泄漏，则至燃料电池电堆01的氦气会泄漏至真空箱体21中，从而氦质谱检漏仪51检查出，判断燃料电池电堆01出现泄漏以及测定泄漏量；

步骤六、清氦系统7工作，从而将真空箱体21和燃料电池电堆01中的氦气清除，方便后续的测量。

以内漏中，冷却腔可能泄漏至氢气腔为例：

步骤一、通过前置的传输机将燃料电池电堆01传送至工件上料组件13处，随后上料平台131移动将燃料电池电堆01移动至检验端121b；

步骤二、升降组件24带动真空箱体21下降，从而真空箱体21将燃料电池电堆01盖住，真空箱体21和下部的内部平台形成密闭空间；

步骤三、真空系统3工作，将真空箱体21内的空气抽真空形成真空状态；此时，打开氢气腔和真空腔体21的连通路，使得氢气腔内一同被抽真空；

步骤四、氦气充注系统4工作，将储气罐41储存的氦气输入至燃料电池电堆01的冷却腔；此时，需保证冷却腔、氢气腔和空气腔之间气路断路；

步骤五、打开氦气检漏系统5，(此时氢气腔和真空箱体21连通)等待氦质谱检漏仪51检测结果；若冷却腔出现泄漏，则冷却腔内的氦气会泄漏至氢气腔中，从而氦质谱检漏仪51检查出氦气；氦质谱检漏仪51会根据氦气量判断燃料电池电堆01出现泄漏以及测定泄漏量。

综上，本实用新型通过真空箱体21的升降对大批量送至的燃料电池电堆21的环境进行密闭，随后通过真空系统3将真空箱体21内抽真空，再通过氦气充注系统4注入氦气进行燃料电池电堆21的密封性能的检测；另外，本实用新型还设置有清氦系统7，通过清氦系统7设置可实现对检测完的真空箱体21的残留氦气的清除，减少后续的氦质谱检漏仪51的本底噪音，提高检测精度。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于，包括：

机架，所述机架包括竖直框架和横向框架；

工件上料组件，所述工件上料组件设于所述横向框架上，所述工件上料组件上放置有待测的燃料电池电堆，所述工件上料组件可带动所述燃料电池电堆由所述横向框架的上料端移动至检验端；

真空箱升降组件，所述真空箱升降组件设于所述竖直框架上，所述竖直框架设于所述检验端；所述真空箱升降组件的真空箱体可盖于所述燃料电池电堆上；

真空系统，所述真空系统设于所述机架上，所述真空系统用于对示踪气体的流向空间进行抽真空；

氦气充注系统，所述氦气充注系统设于所述机架上，所述氦气充注系统连接至所述燃料电池电堆的待检测空间；

工件抽真空系统，所述工件抽真空系统设于所述机架上，所述工件抽真空系统连接至所述待检测空间；

氦气检漏系统，所述氦气检漏系统设于所述机架上，所述氦气检漏系统连接至所述流向空间；

控制器，所述控制器连接所述真空系统、所述氦气充注系统、所述工件抽真空系统和所述氦气检漏系统；所述控制器通过所述氦气检漏系统判断所述待检测空间内充注的氦气是否流向至所述流向空间。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于：所述真空箱升降组件包括固定台、竖直设于所述检测端的导向组件和升降组件；所述固定台连接于所述导向组件的上端；所述升降组件连接于所述固定台上，所述升降组件下连接有所述真空箱体，所述真空箱体滑动连接于所述导向组件。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于：所述真空系统包括真空泵和管路；所述真空泵通过所述管路连接于所述真空箱体；所述管路上连接有压力传感器和真空阀。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于：所述氦气充注系统包括储气罐、充气管路和真空泵；所述储气罐通过所述充气管路连接至所述真空箱体；所述充气管路上连接有用于传输氦气的所述真空泵。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于：所述工件上料组件包括上料平台、直线导向件和滑动驱动源；所述上料平台滑动连接于所述直线导向件上；所述上料平台内设有与所述待检测空间相连的内部管路；所述滑动驱动源驱动所述上料平台于所述直线导向件上移动。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于：所述氦气检漏系统包括氦质谱检漏仪和连接管路；所述氦质谱检漏仪通过连接管路连接至所述内部管路；所述连接管路上连接有多个控制阀门。

7.根据权利要求5所述的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于：所述工件抽真空系统包括抽空泵和管道；所述抽空泵通过管道连接至所述内部管路，所述管道上依次设有控制阀门和压力传感器。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于：所述真空箱体还连接有清氦系统，所述清氦系统包括清氦泵和清氦管路；所述清氦泵通过所述清氦管路连接至所述真空箱体；所述清氦管路上连接有多个阀组和压力传感器。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于：所述控制器设于工控显示器内，所述工控显示器通过固定壳体连接于所述机架的一侧。

10.根据权利要求4所述的一种燃料电池电堆泄漏检测设备，其特征在于：所述储气罐通过一环形连接件设于所述机架的一侧。

Images