一种具备在线内阻检测功能的电堆测试平台、系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种具备在线内阻检测功能的电堆测试平台、系统及方法，涉及燃料电池领域。该测试平台在常规电堆测试平台的基础上，增加了在线内阻检测单元，包括直流电源、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路、以及安置在这些管路上的阀和流量调节器等。当电堆的阳极侧和阴极侧分别通入氢气和空气时，该测试平台能够对电堆的发电性能进行常规检测；当电堆的阳极侧和阴极侧都通入氢气时，该测试平台能够对电堆的内阻进行快速在线检测，得到电堆及其中各个单电池的内阻，操作简单，成本低，效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种具备在线内阻检测功能的电堆测试平台、系统及方法
本专利技术涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种具备在线内阻检测功能的电堆测试平台、系统及方法。
技术介绍
燃料电池堆(简称电堆)的电压小于理论电压是由三个过电位造成的。一是活化过电位，它是因为反应过程中需要克服反应动力学的阻力引起的。二是欧姆过电位，它是因为欧姆电阻带来的电压下降，其中包括材料本体电阻(如质子交换膜、催化层、气体扩散层、双极板)和各种接触电阻(如质子交换膜/催化层、催化层/气体扩散层、气体扩散层/双极板)。三是传质过电位，是反应物传递过程中的阻力带来的电压降。表述电流密度与电压关系的特征曲线叫极化曲线，极化曲线上每一点的过电位都是上述三种过电位的总和。在低电流密度区间(如电流密度小于0.2A/cm2)，活化过电位占主导地位。在大电流密度区间(如电流密度大于2A/cm2)，传质过电压占主导地位。在电流密度处于0.2-2A/cm2之间，欧姆过电位占主导地位，这个区间也是电堆在发电过程中电流密度主要所处的区间。为此，测量电堆欧姆电阻的大小是个很关键的需求。欧姆电阻的测试方法主要包括电流中断法和交流阻抗法。电流中断法操作简单，设备简单，但其测试结果往往高于实际值，准确度欠佳，且不能同时测试电堆中每个单电池。交流阻抗法是目前最普遍采用的方法，但设备非常昂贵，测试时间长，难以推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种兼具在线电堆内阻检测功能和电堆发电性能检测功能的多功能测试平台、系统及方法，其能够有效地改善上述提到的技术问题。本专利技术的实施例是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供一种具备在线内阻检测功能的电堆测试平台，该电堆测试平台包括：a)常规电堆测试平台的所有部件；b)在线内阻检测单元，包括直流电源、管路、阀、流量计和流量调节器；c)当电堆的阳极侧和阴极侧分别通入氢气和空气时，该电堆测试平台能够对电堆及其中各个单电池的发电性能进行常规检测；d)当电堆的阳极侧和阴极侧都通入氢气时，该测试平台能够对电堆的内阻进行快速在线检测，得到电堆及其中各个单电池的内阻。在可选的实施方式中，所述内阻检测单元包括第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路；a)所述第一管路的一端用于与电堆氢气腔连通，所述第一管路的另一端用于与氢气源或气源选择性连通；b)所述第二管路的一端用于与电堆空气腔连通，所述第二管路的另一端用于与空气源或气源选择性连通；c)所述第三管路的两端分别与所述第一管路和所述第二管路连通；d)所述第四管路一端与所述第一管路连通，另一端与气源连通；e)所述第五管路一端与所述第二管路连通，另一端与气源连通。在可选的实施方式中，a)所述第一管路上连接有流量调节器，用于调节流过所述第一管路气体的流量；b)所述第三管路上连接有第三单向阀、流量计和比例阀；第三单向阀用于阻碍流体从所述第二管路通过所述第三管路流向所述第一管路；流量计用于测量流过所述第三管路气体的流量；比例阀用于控制流过所述第三管路气体的流量；c)所述第四管路上连接有第一单向阀和第一阀；所述第一单向阀用于阻碍所述氢气源的气体流过第四管路；所述第一阀用于控制所述第四管路的通断；d)所述第五管路上连接有第二阀和第二单向阀；所述第二阀用于控制所述第五管路的通断，所述第二单向阀用于阻碍所述空气源气体流过所述第五管路。第二方面，本专利技术实施例提供一种具备在线内阻检测功能的电堆测试系统，包括前述实施方式任一项所述的测试平台。第三方面，本专利技术实施例提供一种具备在线所述方法包括：a)开启氢气源，通过第一管路向电堆的氢气腔通入氢气，通过第三管路+第二管路向空气腔通入氢气；b)启动与电堆的正负端相连的直流电源，由小到大逐步调节所述直流电源的输出电流；通过与电堆中每一个单电池相连的巡检仪检测所述电堆中每个所述单电池的电压；c)用所述直流电源的输出电流除以电堆中单电池的活性面积，得到电流密度，对电堆中每一个单电池绘制电流密度与对应电压的特征曲线，其斜率为该片单电池的欧姆电阻。在可选的实施方式中，氢气在被通入电堆的氢气腔和空气腔中之前被预先充分加湿。在可选的实施方式中，在向电堆的氢气腔和空气腔通入氢气之前，通过第四管路+第一管路向所述氢气腔通入气源中的气体，通过第五管路+第二管路向所述空气腔通入气源中的气体，以排出所述氢气腔和所述空气腔内原有的气体。在可选的实施方式中，进入电堆的氢气腔和空气腔氢气的流量由流量调节器和比例阀共同控制。本专利技术实施例的有益效果包括，例如：本专利技术实施例提供了一种具备在线内阻检测功能的电堆测试平台，该测试平台在常规电堆测试平台的基础上，增加在线内阻检测单元，包括直流电源、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路以及流量计、比例阀、单向阀等。直流电源与电堆电连接，巡检仪与电堆中的每片单电池电连接，能够检测每个单电池在通过不同的电流时所对应的电压值。电流除以单电池的活性面积得到电流密度，根据不同的电流密度对应的电压值，能够得到每个单电池的电流密度与电压之间的特性曲线，该特征曲线为直线，气斜率即为每个单电池的欧姆电阻，从而能够同时得到多个单电池的欧姆电阻。与现有内阻检测方法相比，该平台对电堆种各单电池的内阻进行检测，又能有效评估电堆的发电性能，操作简单，成本低，具有非常大优势。本专利技术实施例提供了一种具备在线内阻检测功能的电堆测试系统，该测试系统包括上述提到的测试平台，并且具备该测试平台的全部功能，该测试系统能够有效地进行电堆内阻检测和电堆发电性能的检测，提高测试效率。本专利技术实施例还提供了一种具备在线内阻检测功能的电堆测试方法，该内阻测试方法通过上述的测试平台实施，该内阻测试方法进行内阻测试时，能够根据不同的电流密度对应的电压值，得到每个单电池的电流密度与电压之间的特性曲线，每个特性曲线的斜率即为每个单电池的欧姆电阻，从而能够同时得到多个单电池的欧姆电阻，与现有内阻测试仪器相比，该平台可对电堆中各单电池的内阻同时进行检测，并可有效评估电堆的发电性能，操作简单，成本低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的具备在线内阻检测功能的电堆测试系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的具备在线内阻检测功能的电堆测试方法的流程示意图。图标：1-测试系统；11-电堆；111-单电池；112-氢气腔；113-空气腔；12-在线内阻检测单元；13-测试平台；121-直流电源；122-巡检仪；123-第一管路；124-第二管路；125-第三管路；140-第四管路；141-第五管路；126-比例阀；127-流量计；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备在线内阻检测功能的电堆测试平台，其特征在于，该电堆测试平台包括：/na)常规电堆测试平台的所有部件；/nb)在线内阻检测单元，包括直流电源、管路、阀、流量计和流量调节器；/nc)当电堆的阳极侧和阴极侧分别通入氢气和空气时，该电堆测试平台能够对电堆及其中各个单电池的发电性能进行常规检测；/nd)当电堆的阳极侧和阴极侧都通入氢气时，该测试平台能够对电堆的内阻进行快速在线检测，得到电堆及其中各个单电池的内阻。/n

【技术特征摘要】
1.一种具备在线内阻检测功能的电堆测试平台，其特征在于，该电堆测试平台包括：
a)常规电堆测试平台的所有部件；
b)在线内阻检测单元，包括直流电源、管路、阀、流量计和流量调节器；
c)当电堆的阳极侧和阴极侧分别通入氢气和空气时，该电堆测试平台能够对电堆及其中各个单电池的发电性能进行常规检测；
d)当电堆的阳极侧和阴极侧都通入氢气时，该测试平台能够对电堆的内阻进行快速在线检测，得到电堆及其中各个单电池的内阻。


2.根据权利要求1所述的具备在线内阻检测功能的电堆测试平台，其特征在于，所述内阻检测单元(12)包括第一管路(123)、第二管路(124)、第三管路(125)、第四管路(140)和第五管路(141)；
a)所述第一管路(123)的一端用于与电堆(11)氢气腔(112)连通，所述第一管路(123)的另一端用于与氢气源(31)或气源(2)选择性连通；
b)所述第二管路(124)的一端用于与电堆(11)空气腔(113)连通，所述第二管路(124)的另一端用于与空气源(32)或气源(2)选择性连通；
c)所述第三管路(125)的两端分别与所述第一管路(123)和所述第二管路(124)连通；
d)所述第四管路(140)一端与所述第一管路(123)连通，另一端与气源(2)连通；
e)所述第五管路(141)一端与所述第二管路(124)连通，另一端与气源(2)连通。


3.根据权利要求2所述的具备在线内阻检测功能的电堆测试平台，其特征在于，
a)所述第一管路(123)上连接有流量调节器(134)，用于调节流过所述第一管路(123)气体的流量；
b)所述第三管路(125)上连接有第三单向阀(128)、流量计(127)和比例阀(126)；第三单向阀(128)用于阻碍流体从所述第二管路(124)通过所述第三管路(125)流向所述第一管路(123)；流量计(127)用于测量流过所述第三管路(125)气体的流量；比例阀(126)用于控制流过所述第三管路(125)气体的流量；
c)所述第四管路(140)上连接有第一单向阀(131)和第一阀(129)；所述第一单向阀(131)用于阻碍所述氢气源(31)的气体流过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，齐志刚，
申请(专利权)人：北京新研创能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11