CN220018863U - 一种燃料电池快速气密检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池快速气密检测装置，包括至少两组在气路上并联的气体质量流量计模块，每一组所述气体质量流量计模块均包括前流量计模块和后流量计模块；所述前流量计模块的进气端用于连接气源，所述前流量计模块的出气端用于连接待测进气口，所述后流量计模块的进气端用于连接待测出气口，所述后流量计模块的出气端用于通往排气口；各所述前流量计模块和后流量计模块均具有在气路上相并联的第一气体质量流量计、第二气体质量流量计和第三气体质量流量计，所述第三气体质量流量计的量程大于所述第二气体质量流量计，所述第二气体质量流量计的量程大于所述第一气体质量流量计。该气密检测装置可以快速且准确的检测燃料电池的气密性。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及用于对燃料电池的气密性进行检测的装置。
背景技术
传统燃油汽车造成环境和能源问题突出，质子交换膜燃料电池(下称“燃料电池”)是以氢气和空气分别作为阳极和阴极的反应气体经过电化学反应产生电能。由于其环境友好性，能量转换率高、无噪声、响应快速等优点，被认为是今后重点发展的新能源发电系统，燃料电池电动车必将引起汽车工业的大变革。
在燃料电池的生产过程中，为了使组装完成的燃料电池电堆能正常投入使用，必须先进行电堆气密性检测。然而，如何快速且准确地测量电堆气密性一直是燃料电池电堆组装后的难点。
CN114608766B和CN103900773B公开的燃料电池气密性检测装置，虽然能够对燃料电池进行气密性检测，但依然存在检测时间过长的不足，而且检测精度也难以很好的满足实际使用要求。
因此，亟待设计一种检测速度和检测精度更高的气密检测装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种燃料电池快速气密检测装置。该气密检测装置可以快速且准确的检测燃料电池的气密性，从而解决目前燃料电池领域气密性检测方法测试时间较长且测试精度不够的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供一种燃料电池快速气密检测装置，包括至少两组在气路上并联的气体质量流量计模块，每一组所述气体质量流量计模块均包括前流量计模块和后流量计模块；所述前流量计模块的进气端用于连接气源，所述前流量计模块的出气端用于连接与之对应的待测进气口，所述后流量计模块的进气端用于连接与之对应的待测出气口，所述后流量计模块的出气端用于通往排气口；各所述前流量计模块和后流量计模块均具有在气路上相并联的第一气体质量流量计、第二气体质量流量计和第三气体质量流量计，所述第三气体质量流量计的量程大于所述第二气体质量流量计，所述第二气体质量流量计的量程大于所述第一气体质量流量计。
在一种实施方式中，对于各所述前流量计模块，其第一气体质量流量计、第二气体质量流量计和第三气体质量流量计的下游分别设有控制阀；对于各所述后前流量计模块，其第一气体质量流量计、第二气体质量流量计和第三气体质量流量计的上游分别设有控制阀。
在一种实施方式中，各所述气体质量流量计模块的前流量计模块的出气端与后流量计模块的进气端设有相连通的旁通管路，所述旁通管路设有控制阀。
在一种实施方式中，各所述前流量计模块的出气端管路和各所述后流量计模块的进气端管路分别设有气体压力传感器。
在一种实施方式中，各所述后流量计模块通往排气口的管路上设有氧浓度传感器。
在一种实施方式中，各所述前流量计模块的进气端管路分别设有控制阀。
在一种实施方式中，所述前流量计模块的进气端连通气源管路，所述气源管路设有压力调整罐，所述压力调整罐的上游设有调压阀，所述调压阀与压力调整罐之间以及所述压力调整管的下游分别设有控制阀。
在一种实施方式中，所述第三气体质量流量计为大量程气体质量流量计，所述第二气体质量流量计为中量程气体质量流量计，所述第一气体质量流量计为小量程气体质量流量计。
在一种实施方式中，所述第三气体质量流量计的测量范围为20～2000SCCM，所述第二气体质量流量计的测量范围为1～40SCCM，所述第一气体质量流量计的测量范围为0.1～2.5SCCM。
在一种实施方式中，设有三组所述气体质量流量计模块。
本实用新型所提供的燃料电池快速气密检测装置，其第三气体质量流量计的量程大于第二气体质量流量计，第二气体质量流量计的量程大于第一气体质量流量计，当测试开始时，开启第三气体质量流量计，采集大量程气体质量流量计稳定后反馈值，当反馈值大于第一设定值时，该反馈值为气密性检测的泄漏值；当反馈值大于第二设定值且小于等于第一设定值时，开启第二气体质量流量计，关闭大量程气体质量流量计，采集中量程气体质量流量计稳定的反馈值；当反馈值大于零且小于等于第二设定值时，开启第一气体质量流量计，关闭第二气体质量流量计，采集第一气体质量流量计稳定的反馈值。因为不同量程的气体质量流量计的测试精度不一样，与采用单一量程的气体质量流量计相比，采用不同量程的气体质量流量计，可以更加快速、准确的测试出被测物的气体泄露值。
附图说明
图1为本实用新型实施例所提供的一种燃料电池快速气密检测装置的结构示意图；
图2为采用图1所示燃料电池快速气密检测装置对燃料电池电堆进行气密性检测的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、前、后”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的一种燃料电池快速气密检测装置的结构示意图。
如图所示，在一种具体实施例中，本实用新型所提供的燃料电池快速气密性检测装置，用于对燃料电池电堆的气密性进行检测，其主要由调压阀T1、气体压力传感器P1～P6，开关电磁阀K1～K26、气体质量流量计M1～M18、氧浓度传感器O1～O3、压力调整罐C1等部分组成，所有的调压阀、压力传感器、开关电磁阀、气体质量流量计、氧浓度传感器和压力调整罐相互之间都采用不锈钢管连接。
电堆的接口为R1～R6，R1为电堆氢腔入口，R2为电堆氢腔出口，R3为电堆空腔入口，R4为电堆空腔出口，R5为电堆冷却腔入口，R6为电堆冷却腔出口。
调压阀T1为自动调压阀，用来控制供给到装置内部的气体压力，调压范围为20～500kPa。
气体压力传感器P1～P6，用来测试燃料电池电堆各腔体出入口的气体压力，测试范围为0～500kPa。
开关电磁阀K1～K26，用来开启或关闭各管路之间的通路。
三组气体质量流量计模块在气路上相并联，其中，三组气体质量流量计模块的前流量计模块分别为L1、L2、L3，三组气体质量流量计模块的后流量计模块分别为L4、L5、L6。
三组气体质量流量计模块具有气体质量流量计M1～M18和与之对应的开关电磁阀，用来测量各管路流通的气体质量流量。其中M1、M4、M7、M10、M13、M16为小量程气体质量流量计，测量范围为0.1～2.5SCCM(standard cubic centimeter per minute标准立方厘米每分钟)；M2、M5、M8、M11、M14、M17为中量程气体质量流量计，测量范围为1～40SCCM；M3、M6、M9、M12、M15、M18为大量程气体质量流量计，测量范围为20～2000SCCM。
前流量计模块L1、L2、L3和后流量计模块L4、L5、L6的控制运行逻辑具体如下：
当测试开始时，开启大量程气体质量流量计以及对应的开关电磁阀，采集大量程气体质量流量计稳定后反馈值，例如，当反馈值＞38SCCM时，该反馈值为气密性检测的泄漏值；当2SCCM＜反馈值≤38SCCM时，开启中量程气体质量流量计开关电磁阀，关闭大量程气体质量流量计开关电磁阀，采集中量程气体质量流量计稳定的反馈值；当0＜反馈值≤2SCCM时，开启小量程气体质量流量计开关电磁阀，关闭中量程气体质量流量计开关电磁阀，采集小量程气体质量流量计稳定的反馈值。因为不同的量程气体质量流量计的测试精度不一样，采用不同量程的气体质量流量计可以更加快速、准确的测试出被测物的气体泄露值。
在压力调整罐C1和电堆各腔体入口之间设置三组前流量计模块L1～L3，可以同时测试氢腔、空腔和冷却腔的外漏量，节省了测试时间，相比于单独测试各腔外漏量的总时长节省了测试时间，提高了检测速度。
氧浓度传感器O1～O3，用来检测三个检测点中气体的氧气浓度，在检测装置中增加三个氧浓度传感器，并在检测时汇总对气密检测装置和燃料电池电堆进行吹扫，直到三个氧浓度传感器O1～O3的值均小于0.1％。可以排出装置和电堆内部的空气，防止残余空气影响气密检测结果，因为不同种类的气体在装置和电堆中的渗透系数是不一样的，同时气体质量流量计对不同的气体测试的结果是不一样的，这种方式可以排除测试气体不纯对测试结果的影响，从而提高气密测试的准确性。
压力调整罐C1用来预充检测气体和稳定装置内部气体压力，对压力调整罐C1进行预充一定压力的检测气体，气密测试时可以使被测物快速达到需求的测试压力。可以根据调压阀T1的调压精度设计压力调整罐C1的体积，以避免调压阀T1对封闭腔体调压时出现调压精度的问题(当调压阀对较小体积的封闭腔体进行调压时，腔体体积越小，调压精度越差)。
而且，压力调整罐C1连通电堆各腔，可以保证电堆三腔气体压力一致，防止电堆各腔产生压差导致电堆损坏，同时电堆三腔气体压力一致避免了在进行三腔外漏时，由于电堆各腔有压差产生窜漏从而影响外漏测试的准确性。
在电堆各腔的出入口用旁通管路进行连接，可以在压力调整罐C1预充的气体释放到电堆各腔进行测试时，平衡电堆出入口的压差，防止电堆膜电极受到较大的冲击而损坏。
该装置的被测物可以为燃料电池单池、短堆、长堆、模块和系统，由于其高精度，亦可以通过夹具检测燃料电池膜电极、双极板和胶线。
本申请中的调压阀、压力传感器、开关电磁阀均可按照设定程序自动运行，且压力传感器、气体质量流量计、氧浓度传感器均可自动记录测试过程的数据。
请参考图2，图2为采用图1所示燃料电池快速气密检测装置对燃料电池电堆进行气密性检测的流程图。
若采用上述燃料电池快速气密性检测装置对燃料电池电堆进行检测，则包含以下几个步骤：
步骤一：吹扫检测装置和电堆；打开K1～K26，调整调压阀T1的压力为20kPa，对气密检测装置和燃料电池电堆进行吹扫，直到三个氧浓度传感器O1～O3的值均小于0.1％。此步骤是为了排出装置和电堆内部的空气，防止残余空气影响气密检测结果，因为不同的气体在装置和电堆中的渗透系数是不一样的，同时气体质量流量计对不同的气体测试的结果是不一样的。
步骤二：对压力调整罐C1进行检测气体预充；打开K1，关闭K2，用调压阀T1将压力调整罐C1内部压力调整到一定的计算压力P0，已知K1到K2之间的腔体体积为V1，K2到K18、K19、K20、K21、K22、K23、K24、K25、K26之间包括电堆的体积为V2，如果要求测试压力为P1，那么已知V1、V2、P1，根据气体状态方程P0＝P1*(V2+V1)/V1。当压力调整罐C1内部压力调整至P0时，关闭K1和K2。
步骤三：同时对燃料电池电堆的氢腔、空腔和冷却腔进行外漏测试；打开K2～K17，当电堆各腔进出口的压力P1～P6稳定时，关闭K15～K17，同时也关闭K2,让压力调整罐C1实施步骤二进行下一项气密测试的气体预充。根据气体质量流量计模块的运行逻辑测试L1～L3的反馈值，L1的反馈值为氢腔外漏量，L2的反馈值为空腔外漏量，L3的反馈值为冷却腔外漏量。因为特殊的架构设计，可以同时测试氢腔、空腔和冷却腔的外漏量以及保证了三腔之间的压差，防止压差对电堆的损坏。
步骤四：进行氢窜空泄漏量测试；打开K1，关闭K2，采用步骤二中的原理，用调压阀T1将压力调整罐C1内部压力调整设定压力(使得P0达到本项气密测试的计算压力)，关闭K1，打开K2、K3、K8、K15、K23，待P1和P4压力稳定后关闭K2和K15，让压力调整罐C1实施步骤二进行下一项气密测试的气体预充。根据气体质量流量计模块的运行逻辑测试L5的反馈值。相同的方法可以测试空窜氢泄漏量。
步骤五：进行水窜氢空泄漏量测试；打开K1，关闭K2，采用步骤二中的原理，用调压阀T1将压力调整罐C1内部压力调整设定压力(使得P0达到本项气密测试的计算压力)，关闭K1，打开K2、K5、K14、K17、K20、K23，待P1和P4压力稳定后关闭K2和K17，让压力调整罐C1实施步骤二进行下一项气密测试的气体预充。根据气体质量流量计模块的运行逻辑测试L4和L5的反馈值。相同的方法可以测试氢空窜水泄漏量。
上述实施例仅是本实用新型的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，根据检测对象的不同，气体质量流量计模块的数量减少为两组或增加为四组，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
这里需要说明的是，本文中的大量程气体质量流量计、中量程气体质量流量计、小量程气体质量流量计均为相对概念，对于本领域技术人员来讲，其含义是明确的，因此，并不是模糊不清的用语。
以上对本实用新型所提供的燃料电池快速气密检测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，包括至少两组在气路上并联的气体质量流量计模块，每一组所述气体质量流量计模块均包括前流量计模块和后流量计模块；所述前流量计模块的进气端用于连接气源，所述前流量计模块的出气端用于连接与之对应的待测进气口，所述后流量计模块的进气端用于连接与之对应的待测出气口，所述后流量计模块的出气端用于通往排气口；各所述前流量计模块和后流量计模块均具有在气路上相并联的第一气体质量流量计、第二气体质量流量计和第三气体质量流量计，所述第三气体质量流量计的量程大于所述第二气体质量流量计，所述第二气体质量流量计的量程大于所述第一气体质量流量计。
2.根据权利要求1所述的燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，对于各所述前流量计模块，其第一气体质量流量计、第二气体质量流量计和第三气体质量流量计的下游分别设有控制阀；对于各所述后前流量计模块，其第一气体质量流量计、第二气体质量流量计和第三气体质量流量计的上游分别设有控制阀。
3.根据权利要求2所述的燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，各所述气体质量流量计模块的前流量计模块的出气端与后流量计模块的进气端设有相连通的旁通管路，所述旁通管路设有控制阀。
4.根据权利要求3所述的燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，各所述前流量计模块的出气端管路和各所述后流量计模块的进气端管路分别设有气体压力传感器。
5.根据权利要求4所述的燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，各所述后流量计模块通往排气口的管路上设有氧浓度传感器。
6.根据权利要求5所述的燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，各所述前流量计模块的进气端管路分别设有控制阀。
7.根据权利要求6所述的燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，所述前流量计模块的进气端连通气源管路，所述气源管路设有压力调整罐，所述压力调整罐的上游设有调压阀，所述调压阀与压力调整罐之间以及所述压力调整管的下游分别设有控制阀。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，所述第三气体质量流量计为大量程气体质量流量计，所述第二气体质量流量计为中量程气体质量流量计，所述第一气体质量流量计为小量程气体质量流量计。
9.根据权利要求8所述的燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，所述第三气体质量流量计的测量范围为20～2000SCCM，所述第二气体质量流量计的测量范围为1～40SCCM，所述第一气体质量流量计的测量范围为0.1～2.5SCCM。
10.根据权利要求9所述的燃料电池快速气密检测装置，其特征在于，设有三组所述气体质量流量计模块。
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