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一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置及方法，所述電池堆在線氣密性檢測裝置包括壓力表、氣密性便利測試箱和氣體泄漏速度測試計，所述氣密性便利測試箱內(nèi)部設(shè)置有管路，管路上設(shè)置有所需控制閥，管路和控制閥配合能利用測試氣體實現(xiàn)對燃料電池堆的氣密性檢測。本發(fā)明燃料電池堆在線氣密性檢測裝置結(jié)構(gòu)合理、易于操作，燃料電池堆在線氣密性檢測方法能有效提高工作效率和經(jīng)濟效益，大大簡化氣密性檢測操作，實現(xiàn)對燃料電池堆高效合理的檢測。
【專利說明】一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池堆測試裝置，尤其涉及一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種直接利用氫能的發(fā)電裝置，PEMFC把貯存在氫燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)化效率高；燃料電池環(huán)境友好，唯一排放物是水。因此，燃料電池技術(shù)被認為是21世紀首選的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)。
[0003]一個典型質(zhì)子交換膜燃料電池堆通常包括:(I)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進口和導(dǎo)流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組進行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
[0004]質(zhì)子交換膜燃料電池可用作一切車、船等運載工具的動力系統(tǒng)，又可用作手提式、移動式、固定式的發(fā)電裝置。為了確保質(zhì)子交換膜燃料電池中的燃料與氧化劑能夠分布到整個膜電極兩邊表面上而又不產(chǎn)生混合，密封技術(shù)就非常關(guān)鍵。如果密封不好，可能會產(chǎn)生兩種情況:一種情況是燃料氣體與氧化劑氣體在燃料電池內(nèi)部混合。在采用氫與氧運行的燃料電池中，這種混合是非常致命的，一旦引發(fā)爆炸，破壞力非常大；另一情況是燃料氣體或氧化劑氣體向燃料電池外部滲漏，這種情況不但會降低燃料電池的效率，而且一旦當燃料氫氣在外界濃度積累達到一定程度時，就會發(fā)生爆炸。因此，要十分重視燃料電池密封技術(shù)。密封可以提供燃料電池系統(tǒng)運行的安全與性能保證，現(xiàn)有密封技術(shù)主要是在燃料電池組裝過程中通過將膜電極作整齊的裁剪，并在膜電極的四周用彈性體如橡膠材料作包裹性的密封，并與相對應(yīng)的導(dǎo)流板(上面有密封槽)施加一定的組裝力壓緊，再用螺桿將電池堆連同兩側(cè)端板一起緊固后進行電池系統(tǒng)綜合性能測試。
[0005]在電池系統(tǒng)綜合性能測試過程中(同時接通燃料、氧化劑、冷卻流體)，密封材料可能由于本身質(zhì)地原因，或者安裝原因，再或者其它因素導(dǎo)致電池堆氣密性下降，先拋除燃料氣體與氧化劑氣體在燃料電池內(nèi)部混合這種可能(一旦引發(fā)爆炸，破壞力非常大)，單從燃料氣體或氧化劑氣體向燃料電池外部滲漏方面來看分析，這種情況會大大降低工作效率，同時也會造成很大經(jīng)濟損失。原因如下:
[0006]1、將燃料電池拆開尋找漏氣點，此項工作非常費時，直接降低工作效率；
[0007]2、原先的密封件設(shè)置在雙極板上，盡管密封件原先與雙極板上面的密封槽表面有膠粘劑，但由于密封件長期與膜電極的某些密封區(qū)域的端面緊固在一起，己經(jīng)產(chǎn)生較大的粘附力，當拆開電池堆讓雙極板與膜電極分離時，往往密封件被撕拉下來，并發(fā)生變形，不但導(dǎo)致無法重新裝配，而且密封件變形后已經(jīng)無法重復(fù)使用，造成了經(jīng)濟損失(成型后的密封件造價很聞);
[0008]3、傳統(tǒng)的氣密性檢測只是利用若干管路根據(jù)不同測試項目，不斷地在燃料電池堆上進行插拔，不但這些管路雜亂無章，而且操作過程繁瑣，直接降低工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，該裝置能有效降低成本并提高工作效率。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0010]一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，包括壓力表和氣體泄漏速度測試計，其特征在于:還包括氣密性便利測試箱，所述氣密性便利測試箱一端設(shè)置有氣源入口，氣源入口與總氣管相連，所述總氣管上安裝有壓力表接口，在氣源入口和壓力表接口之間的管路上安裝有總氣閥，所述總氣管遠離氣源入口的一端分為管1、管II和管III三個支管，所述管
1、管II和管III遠離總氣管的端頭分別為接口 1、接口 II和接口III，所述管I上安裝控制閥I，所述管II上安裝有控制閥II，所述管I和管II之間裝有連通管路，所述連通管路上裝有控制閥III和控制閥IV，同時連通管路靠近控制閥III的一端與控制閥I和接口 I之間的管路連接，連通管路靠近控制閥IV的一端與控制閥II和接口 II之間的管路連接，所述控制閥III和控制閥IV之間的管路上設(shè)置有氣體泄漏速度測試計接口，所述管III上設(shè)置有泄氣管，所述泄氣管上安裝有泄氣閥。
[0011]進一步地，所述氣體泄漏速度測試計為皂膜流量計，所述皂膜流量計的測量精度能達到0.1mL。
[0012]進一步地，所述壓力表測量精度能達到0.002MPa。
[0013]一種燃料電池堆在線氣密性檢測方法，使用本發(fā)明燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，還使用氣源、減壓閥和壓機，測試對象為被壓機施壓到組裝壓力但尚未旋緊螺母的電池堆，測試過程包括以下步驟:
[0014]a.在滿足冷卻劑腔接口不與接口III相連的情況下，將待測電池堆的燃料劑腔接口、冷卻劑腔接口和氧化劑腔接口分別與接口 1、接口 II和接口III以任意順序連接，將氣源入口與氣源相連接；
[0015]C.測試電池堆外漏:打開總氣閥、控制閥I和控制閥II，關(guān)閉泄氣閥、控制閥III和控制閥IV，開啟氣源并調(diào)節(jié)減壓閥至壓力表顯示為所需值，保持此值穩(wěn)定后關(guān)閉總氣閥和氣源，并觀察壓力表讀數(shù)在規(guī)定時間內(nèi)是否有變化；
[0016]d.測試電池燃料劑腔、氧化劑腔與冷卻劑腔互竄:打開泄壓閥排空燃料電池內(nèi)氣體后關(guān)閉泄壓閥，將氣體泄漏速度測試計與氣體泄漏速度測試計接口相連接，如果冷卻劑腔接口與接口 II相連，則關(guān)閉控制閥II，打開控制閥IV和總氣閥，如果冷卻劑腔接口與接口I相連，則關(guān)閉控制閥I，打開控制閥III和總氣閥，開啟氣源并調(diào)節(jié)減壓閥至壓力表顯示為所需值，觀察氣體泄漏速度測試計在規(guī)定時間內(nèi)的變化，做好相應(yīng)記錄后關(guān)閉氣源；
[0017]e.測試電池燃料腔、氧化劑腔互竄:打開泄壓閥排空燃料電池內(nèi)氣體后關(guān)閉泄壓閥，如果冷卻劑腔接口與接口 II相連，則關(guān)閉控制閥I和控制閥IV，打開控制閥III和總氣閥，如果冷卻劑腔接口與接口 I相連，則關(guān)閉控制閥II和控制閥III，打開控制閥IV和總氣閥，開啟氣源并調(diào)節(jié)減壓閥至壓力表顯示為所需值，觀察氣體泄漏速度測試計在規(guī)定時間內(nèi)的變化，做好相應(yīng)記錄后關(guān)閉氣源，打開泄壓閥排空燃料電池內(nèi)的氣體。
[0018]進一步地，所述氣源為氮氣鋼瓶。
[0019]進一步地，所述壓機為數(shù)顯萬能試驗機，所述數(shù)顯萬能實驗機的壓力精度能達到0.1N。
[0020]如果冷卻劑腔接口與接口III連接，以氧化劑腔接口與接口 I相連且燃料劑腔接口與接口 II相連為例，則在進行電池燃料劑腔、氧化劑腔與冷卻劑腔互竄測試時，測試氣體應(yīng)該從接口 I和接口 II分別進入氧化劑腔和燃料劑腔，如果燃料劑腔和氧化劑腔與冷卻劑腔之間有氣體互竄，則測試氣體氣體應(yīng)該從管I和管II進入燃料劑腔和氧化劑腔，然后進入冷卻劑腔然后通過接口III進入管III，而實際上，測試氣體在進入管I和管II的同時也進入了管III，故此項測試失效；在進行電池燃料劑腔、氧化劑腔互竄測試時，測試氣體應(yīng)該經(jīng)過管I和接口 I進入氧化劑腔，如果氧化劑腔與燃料劑腔之間有互竄，則測試氣體從氧化劑腔進入燃料劑腔再通過接口 I1、管II和控制閥IV到達氣體泄漏速度測試計，此時與接口III連接的冷卻劑腔不應(yīng)該進入氣體，而實際上，測試氣體在進入管I和管II的同時也進入了管III，故此項測試失效。
[0021 ] 因此，冷卻劑腔接口不能和接口 III連接。
[0022]測試合格后，將電池堆與測試裝置分離，使用扭矩扳手將螺帽旋緊直到壓機的壓力為零即可停止。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0024]1、在組裝過程中即可監(jiān)測燃料電池是否出現(xiàn)氣體泄漏，如果發(fā)現(xiàn)則可以及時檢查漏點并進行修正，如此避免了電池堆正常運行過程中出現(xiàn)泄漏進行的拆堆查漏所消耗的時間，大大提高了工作效率；
[0025]2、本發(fā)明采用的電池堆氣密性便利裝置及方法，有效降低了因漏氣而進行拆堆造成大量密封件的損失，間接提高了經(jīng)濟效益；
[0026]3、大大簡化了氣密性檢測操作，進而提高工作效率且測試裝置美觀大方。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置使用狀態(tài)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3是本發(fā)明一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置內(nèi)部管路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明:
[0031]如圖1至圖3所示，本實施例公開了一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，包括壓力表和氣體泄漏速度測試計，其特征在于:還包括氣密性便利測試箱23，所述氣密性便利測試箱23—端設(shè)置有氣源入口 15，所述氣源入口 15為總氣管16的端口，所述總氣管16上設(shè)置有壓力表接口 20，在氣源入口 15和壓力表接口 20之間的管路上安裝有總氣閥4，所述總氣管16遠離氣源入口的一端分為管I 1、管II 2和管III 3三個支管，管I 1、管II 2和管
III3遠離總氣管的端頭分別為接口 I 12、接口 II 13和接口III14，所述管I I上安裝控制閥I 8，所述管II 2上安裝有控制閥II 7，所述管I I和管II 2之間裝有連通管路17，所述連通管路上裝有控制閥III 11和控制閥IV 9，同時連通管路17靠近控制閥III 11的一端與控制閥I 8和接口 I 12之間的管路連接，連通管路17靠近控制閥IV9的一端與控制閥II 7和接口 II 13之間的管路連接，所述控制閥III 11和控制閥IV 9之間的管路上設(shè)置有氣體泄漏速度測試計接口 10，用以安裝氣體泄漏速度測試計5，所述管III14上設(shè)置有泄氣管18，所述泄氣管上安裝有泄氣閥6。
[0032]進一步地，所述氣體泄漏速度測試計5為皂膜流量計，所述皂膜流量計的測量精度能達到0.lmL。
[0033]進一步地，所述壓力表19測量精度能達到0.002MPa。
[0034]本實施例還提供了一種燃料電池堆在線氣密性檢測方法，采用本實施例公開的燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，還使用壓機和氣源和減壓閥，測試對象為被壓機施壓到組裝壓力但尚未旋緊螺母的電池堆，所述壓機采用數(shù)顯萬能實驗機，所述數(shù)顯萬能實驗機的壓力精度能達到0.1N，使用本發(fā)明燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，所述氣源為壓力為IOMPa的氮氣鋼瓶21，所述氮氣鋼瓶的出口管上安裝有減壓閥22，檢測過程包括以下步驟:
[0035]a.在滿足冷卻劑腔接口 26不與接口III14相連的情況下，將待測電池堆24的燃料劑腔接口 25、冷卻劑腔接口 26和氧化劑腔接口 27分別與接口 I 12、接口 II 13和接口III14以任意順序連接，將氣源入口 15與氮氣鋼瓶21的出口管相連接，由于測試對象為采用壓機提供壓力燃料電池堆，而不是對組裝好的燃料電池堆進行測試，有效降低了因漏氣而進行拆堆造成大量密封件的損失，間接提高了經(jīng)濟效益，且在組裝過程中即可監(jiān)測燃料電池是否出現(xiàn)氣體泄漏，如果發(fā)現(xiàn)則可以及時檢查漏點并進行修正，如此避免了電池堆正常運行過程中出現(xiàn)泄漏進行的拆堆查漏所消耗的時間，大大提高了工作效率；
[0036]b.測試電池堆外漏:打開總氣閥4、控制閥I 8和控制閥II 7，關(guān)閉泄氣閥6、控制閥III 11和控制閥IV 9，開啟高壓氮氣瓶21并調(diào)節(jié)減壓閥22至高精度壓力表19顯示為
0.1MPa，保持此值穩(wěn)定后關(guān)閉總氣閥4和氮氣鋼瓶21，并觀察壓力表19讀數(shù)在IOmin內(nèi)是否有變化，如果讀數(shù)降低則說明有電池堆外漏的問題；
[0037]c.測試電池燃料劑腔、氧化劑腔與冷卻劑腔互竄:打開泄壓閥6排空燃料電池內(nèi)氣體后關(guān)閉泄壓閥6，將氣體泄漏速度測試計21與氣體泄漏速度測試計接口 10相連接，如果冷卻劑腔接口 26與接口 II 13相連，則關(guān)閉控制閥II 7，打開控制閥IV 9和總氣閥4，如果冷卻劑腔接口 26與接口 I 12相連，則關(guān)閉控制閥I 8，打開控制閥III 11和總氣閥4，打開高壓氮氣瓶21并調(diào)節(jié)減壓閥22至壓力表19顯示為0.1MPa，觀察氣體泄漏速度測試計23在規(guī)定時間內(nèi)Imin內(nèi)的變化，做好相應(yīng)記錄后關(guān)閉氮氣鋼瓶21，本發(fā)明可通過各控制閥的開關(guān)和相互配合實現(xiàn)對電池燃料劑腔、氧化劑腔與冷卻劑腔互竄的測試；
[0038]d.測試電池燃料腔、氧化劑腔互竄:打開泄壓閥6排空燃料電池內(nèi)氣體后關(guān)閉泄壓閥6，如果冷卻劑腔接口 26與接口 II 13相連，則關(guān)閉控制閥I 8和控制閥IV 9，打開控制閥III 11和總氣閥4，如果冷卻劑腔接口 26與接口 I 12相連，則關(guān)閉控制閥II 7和控制閥III11，打開控制閥IV 9和總氣閥4，開啟高壓氮氣瓶21并調(diào)節(jié)減壓閥22至高精度壓力表19顯示為所需值0.05MPa，觀察氣體泄漏速度測試計23在Imin內(nèi)的變化，做好相應(yīng)記錄后關(guān)閉氮氣鋼瓶21，打開泄壓閥6排空燃料電池內(nèi)的氣體，本發(fā)明通過變換各控制閥的開關(guān)變換所需的測試項目，操作簡單，大大提高了工作效率。
[0039]如果冷卻劑腔接口 26與接口III 14連接，以氧化劑腔接口與接口 I 12相連且燃料劑腔接口與接口 II 13相連為例，則在進行電池燃料劑腔、氧化劑腔與冷卻劑腔互竄測試時，測試氣體應(yīng)該從接口 I 12和接口 II 13分別進入氧化劑腔和燃料劑腔，如果燃料劑腔和氧化劑腔與冷卻劑腔之間有氣體互竄，則測試氣體氣體應(yīng)該從管I 12和管II 13進入燃料劑腔和氧化劑腔，然后進入冷卻劑腔然后通過接口III 14進入管III 3，而實際上，測試氣體在進入管I 12和管II 13的同時也進入了管III 3，故此項測試失效；在進行電池燃料劑腔、氧化劑腔互竄測試時，測試氣體應(yīng)該經(jīng)過管I I和接口 I 12進入氧化劑腔，如果氧化劑腔與燃料劑腔之間有互竄，則測試氣體從氧化劑腔進入燃料劑腔再通過接口 II 13、管II 2和控制閥IV 9到達氣體泄漏速度測試計，此時與接口III 14連接的冷卻劑腔不應(yīng)該進入氣體，而實際上，測試氣體在進入管I I和管II I的同時也進入了管III3，故此項測試失效。因此，冷卻劑腔接口 26不能和接口III 14連接。
[0040]測試合格后，將電池堆與測試裝置分離，使用扭矩扳手將螺帽旋緊直到壓機的壓力為零即可停止。
[0041]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，包括壓力表和氣體泄漏速度測試計，其特征在于:還包括氣密性便利測試箱，所述氣密性便利測試箱一端設(shè)置有氣源入口，氣源入口與總氣管相連，所述總氣管上安裝有壓力表接口，在氣源入口和壓力表接口之間的管路上安裝有總氣閥，所述總氣管遠離氣源入口的一端分為管1、管II和管III三個支管，所述管1、管II和管III遠離總氣管的端頭分別為接口 1、接口 II和接口III，所述管I上安裝控制閥I，所述管II上安裝有控制閥II，所述管I和管II之間裝有連通管路，所述連通管路上裝有控制閥III和控制閥IV，同時連通管路靠近控制閥III的一端與控制閥I和接口 I之間的管路連接，連通管路靠近控制閥IV的一端與控制閥II和接口 II之間的管路連接，所述控制閥III和控制閥IV之間的管路上設(shè)置有氣體泄漏速度測試計接口，所述管III上設(shè)置有泄氣管，所述泄氣管上安裝有泄氣閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，其特征在于:所述氣體泄漏速度測試計為皂膜流量計，所述皂膜流量計的測量精度能達到0.lmL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，其特征在于:所述壓力表測量精度能達到0.002MPa。
4.一種燃料電池堆在線氣密性檢測方法，使用權(quán)利要求1至3中任意一項所述的燃料電池堆在線氣密性檢測裝置，還使用氣源、減壓閥和壓機，其特征在于:測試對象為被壓機施壓到組裝壓力但尚未旋緊螺母的電池堆，測試過程包括以下步驟: a.在滿足冷卻劑腔接口不與接口III相連的情況下，將待測電池堆的燃料劑腔接口、冷卻劑腔接口和氧化劑腔接口分別與接口 1、接口 II和接口III以任意順序連接，將氣源入口與氣源相連接，將壓力表與壓力表接口相連接； C.測試電池堆外漏:打開總氣閥、控制閥I和控制閥II，關(guān)閉泄氣閥、控制閥III和控制閥IV，開啟氣源并調(diào)節(jié)減壓閥至壓力表顯示為所需值，保持此值穩(wěn)定后關(guān)閉總氣閥和氣源，并觀察壓力表讀數(shù)在規(guī)定時間內(nèi)是否有變化； d.測試電池燃料劑腔、氧化劑腔與冷卻劑腔互竄:打開泄壓閥排空燃料電池內(nèi)氣體后關(guān)閉泄壓閥，將氣體泄漏速度測試計與氣體泄漏速度測試計接口相連接，如果冷卻劑腔接口與接口 II相連，則關(guān)閉控制閥II，打開控制閥IV和總氣閥，如果冷卻劑腔接口與接口 I相連，則關(guān)閉控制閥I，打開控制閥III和總氣閥，開啟氣源并調(diào)節(jié)減壓閥至壓力表顯示為所需值，觀察氣體泄漏速度測試計在規(guī)定時間內(nèi)的變化，做好相應(yīng)記錄后關(guān)閉氣源； e.測試電池燃料腔、氧化劑腔互竄:打開泄壓閥排空燃料電池內(nèi)氣體后關(guān)閉泄壓閥，如果冷卻劑腔接口與接口 II相連，則關(guān)閉控制閥I和控制閥IV，打開控制閥III和總氣閥，如果冷卻劑腔接口與接口 I相連，則關(guān)閉控制閥II和控制閥III，打開控制閥IV和總氣閥，開啟氣源并調(diào)節(jié)減壓閥至壓力表顯示為所需值，觀察氣體泄漏速度測試計在規(guī)定時間內(nèi)的變化，做好相應(yīng)記錄后關(guān)閉氣源，打開泄壓閥排空燃料電池內(nèi)的氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池堆在線氣密性檢測方法，其特征在于:所述氣源為氮氣鋼瓶。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池堆在線氣密性檢測方法，其特征在于:所述壓機為數(shù)顯萬能實驗機，所述數(shù)顯萬能實驗機壓力精度能達到0.1N。
【文檔編號】G01M3/26GK103900773SQ201410099289
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】宋琛, 劉常福, 侯中軍, 付宇, 王紅梅, 竇永香 申請人:新源動力股份有限公司