一种燃料电池堆在线气密性检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池堆在线气密性检测装置及方法，所述电池堆在线气密性检测装置包括压力表、气密性便利测试箱和气体泄漏速度测试计，所述气密性便利测试箱内部设置有管路，管路上设置有所需控制阀，管路和控制阀配合能利用测试气体实现对燃料电池堆的气密性检测。本发明专利技术燃料电池堆在线气密性检测装置结构合理、易于操作，燃料电池堆在线气密性检测方法能有效提高工作效率和经济效益，大大简化气密性检测操作，实现对燃料电池堆高效合理的检测。

Fuel cell stack on-line gas tightness detecting device and method

The invention discloses a fuel cell stack online air tightness detection device and method, the stack of online air tightness detection device comprises a pressure gauge, air tightness test convenience box and gas leakage velocity meter, inside the airtight test box is provided with a convenient pipeline, pipeline is provided with necessary control valves, piping and with the control valve can realize the tightness test of the fuel cell stack using test gas. The invention of fuel cell stack online air tightness detection device has reasonable structure, easy operation, fuel cell stack online leak detection method can effectively improve the work efficiency and economic benefits, greatly simplifying the air tightness detection, detection of the fuel cell stack efficiently.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池堆在线气密性检测装置及方法
本技术涉及燃料电池堆测试装置，尤其涉及一种燃料电池堆在线气密性检测装置。
技术介绍
目前，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种直接利用氢能的发电装置，PEMFC把贮存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，能量转化效率高；燃料电池环境友好，唯一排放物是水。因此，燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。一个典型质子交换膜燃料电池堆通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。质子交换膜燃料电池可用作一切车、船等运载工具的动力系统，又可用作手提式、移动式、固定式的发电装置。为了确保质子交换膜燃料电池中的燃料与氧化剂能够分布到整个膜电极两边表面上而又不产生混合，密封技术就非常关键。如果密封不好，可能会产生两种情况：一种情况是燃料气体与氧化剂气体在燃料电池内部混合。在采用氢与氧运行的燃料电池中，这种混合是非常致命的，一旦引发爆炸，破坏力非常大；另一情况是燃料气体或氧化剂气体向燃料电池外部渗漏，这种情况不但会降低燃料电池的效率，而且一旦当燃料氢气在外界浓度积累达到一定程度时，就会发生爆炸。因此，要十分重视燃料电池密封技术。密封可以提供燃料电池系统运行的安全与性能保证，现有密封技术主要是在燃料电池组装过程中通过将膜电极作整齐的裁剪，并在膜电极的四周用弹性体如橡胶材料作包裹性的密封，并与相对应的导流板(上面有密封槽)施加一定的组装力压紧，再用螺杆将电池堆连同两侧端板一起紧固后进行电池系统综合性能测试。在电池系统综合性能测试过程中(同时接通燃料、氧化剂、冷却流体)，密封材料可能由于本身质地原因，或者安装原因，再或者其它因素导致电池堆气密性下降，先抛除燃料气体与氧化剂气体在燃料电池内部混合这种可能(一旦引发爆炸，破坏力非常大)，单从燃料气体或氧化剂气体向燃料电池外部渗漏方面来看分析，这种情况会大大降低工作效率，同时也会造成很大经济损失。原因如下：1、将燃料电池拆开寻找漏气点，此项工作非常费时，直接降低工作效率；2、原先的密封件设置在双极板上，尽管密封件原先与双极板上面的密封槽表面有胶粘剂，但由于密封件长期与膜电极的某些密封区域的端面紧固在一起，己经产生较大的粘附力，当拆开电池堆让双极板与膜电极分离时，往往密封件被撕拉下来，并发生变形，不但导致无法重新装配，而且密封件变形后已经无法重复使用，造成了经济损失(成型后的密封件造价很高)；3、传统的气密性检测只是利用若干管路根据不同测试项目，不断地在燃料电池堆上进行插拔，不但这些管路杂乱无章，而且操作过程繁琐，直接降低工作效率。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种燃料电池堆在线气密性检测装置，该装置能有效降低成本并提高工作效率。本专利技术采用的技术手段如下：一种燃料电池堆在线气密性检测方法，使用燃料电池堆在线气密性检测装置，还使用气源、减压阀和压机；其中，所述燃料电池堆在线气密性检测装置包括压力表和气体泄漏速度测试计，还包括气密性便利测试箱，所述气密性便利测试箱一端设置有气源入口，气源入口与总气管相连，所述总气管上安装有压力表接口，在气源入口和压力表接口之间的管路上安装有总气阀，所述总气管远离气源入口的一端分为管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ三个支管，所述管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ远离总气管的端头分别为接口Ⅰ、接口Ⅱ和接口Ⅲ，所述管Ⅰ上安装控制阀Ⅰ，所述管Ⅱ上安装有控制阀Ⅱ，所述管Ⅰ和管Ⅱ之间装有连通管路，所述连通管路上装有控制阀Ⅲ和控制阀Ⅳ，同时连通管路靠近控制阀Ⅲ的一端与控制阀Ⅰ和接口Ⅰ之间的管路连接，连通管路靠近控制阀Ⅳ的一端与控制阀Ⅱ和接口Ⅱ之间的管路连接，所述控制阀Ⅲ和控制阀Ⅳ之间的管路上设置有气体泄漏速度测试计接口，所述管Ⅲ上设置有泄气管，所述泄气管上安装有泄气阀；测试对象为被压机施压到组装压力但尚未旋紧螺母的电池堆，测试过程包括以下步骤：a.在满足冷却剂腔接口不与接口Ⅲ相连的情况下，将待测电池堆的燃料剂腔接口、冷却剂腔接口和氧化剂腔接口分别与接口Ⅰ、接口Ⅱ和接口Ⅲ以任意顺序连接，将气源入口与气源相连接；b.测试电池堆外漏：打开总气阀、控制阀Ⅰ和控制阀Ⅱ，关闭泄气阀、控制阀Ⅲ和控制阀Ⅳ，开启气源并调节减压阀至压力表显示为所需值，保持此值稳定后关闭总气阀和气源，并观察压力表读数在规定时间内是否有变化；c.测试电池燃料剂腔、氧化剂腔与冷却剂腔互窜：打开泄压阀排空燃料电池内气体后关闭泄压阀，将气体泄漏速度测试计与气体泄漏速度测试计接口相连接，如果冷却剂腔接口与接口Ⅱ相连，则关闭控制阀Ⅱ，打开控制阀Ⅳ和总气阀，如果冷却剂腔接口与接口Ⅰ相连，则关闭控制阀Ⅰ，打开控制阀Ⅲ和总气阀，开启气源并调节减压阀至压力表显示为所需值，观察气体泄漏速度测试计在规定时间内的变化，做好相应记录后关闭气源；d.测试电池燃料腔、氧化剂腔互窜：打开泄压阀排空燃料电池内气体后关闭泄压阀，如果冷却剂腔接口与接口Ⅱ相连，则关闭控制阀Ⅰ和控制阀Ⅳ，打开控制阀Ⅲ和总气阀，如果冷却剂腔接口与接口Ⅰ相连，则关闭控制阀Ⅱ和控制阀Ⅲ，打开控制阀Ⅳ和总气阀，开启气源并调节减压阀至压力表显示为所需值，观察气体泄漏速度测试计在规定时间内的变化，做好相应记录后关闭气源，打开泄压阀排空燃料电池内的气体。进一步地，所述气体泄漏速度测试计为皂膜流量计，所述皂膜流量计的测量精度能达到0.1mL。进一步地，所述压力表测量精度能达到0.002MPa。进一步地，所述气源为氮气钢瓶。进一步地，所述压机为数显万能试验机，所述数显万能实验机的压力精度能达到0.1N。如果冷却剂腔接口与接口Ⅲ连接，以氧化剂腔接口与接口Ⅰ相连且燃料剂腔接口与接口Ⅱ相连为例，则在进行电池燃料剂腔、氧化剂腔与冷却剂腔互窜测试时，测试气体应该从接口Ⅰ和接口Ⅱ分别进入氧化剂腔和燃料剂腔，如果燃料剂腔和氧化剂腔与冷却剂腔之间有气体互窜，则测试气体应该从管Ⅰ和管Ⅱ进入燃料剂腔和氧化剂腔，然后进入冷却剂腔然后通过接口Ⅲ进入管Ⅲ，而实际上，测试气体在进入管Ⅰ和管Ⅱ的同时也进入了管Ⅲ，故此项测试失效；在进行电池燃料剂腔、氧化剂腔互窜测试时，测试气体应该经过管Ⅰ和接口Ⅰ进入氧化剂腔，如果氧化剂腔与燃料剂腔之间有互窜，则测试气体从氧化剂腔进入燃料剂腔再通过接口Ⅱ、管Ⅱ和控制阀Ⅳ到达气体泄漏速度测试计，此时与接口Ⅲ连接的冷却剂腔不应该进入气体，而实际上，测试气体在进入管Ⅰ和管Ⅱ的同时也进入了管Ⅲ，故此项测试失效。因此，冷却剂腔接口不能和接口Ⅲ连接。测试合格后，将电池堆与测试装置分离，使用扭矩扳手将螺帽旋紧直到压机的压力为零即可停止。本专利技术具有以下优点：1、在组装过程中即可监测燃料电池是否出现气体泄漏，如果发现则可以及时检查漏点并进行修正，如此避免了电池堆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池堆在线气密性检测方法，使用燃料电池堆在线气密性检测装置，还使用气源、减压阀和压机；其中，所述燃料电池堆在线气密性检测装置包括压力表和气体泄漏速度测试计，还包括气密性便利测试箱，所述气密性便利测试箱一端设置有气源入口，气源入口与总气管相连，所述总气管上安装有压力表接口，在气源入口和压力表接口之间的管路上安装有总气阀，所述总气管远离气源入口的一端分为管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ三个支管，所述管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ远离总气管的端头分别为接口Ⅰ、接口Ⅱ和接口Ⅲ，所述管Ⅰ上安装控制阀Ⅰ，所述管Ⅱ上安装有控制阀Ⅱ，所述管Ⅰ和管Ⅱ之间装有连通管路，所述连通管路上装有控制阀Ⅲ和控制阀Ⅳ，同时连通管路靠近控制阀Ⅲ的一端与控制阀Ⅰ和接口Ⅰ之间的管路连接，连通管路靠近控制阀Ⅳ的一端与控制阀Ⅱ和接口Ⅱ之间的管路连接，所述控制阀Ⅲ和控制阀Ⅳ之间的管路上设置有气体泄漏速度测试计接口，所述管Ⅲ上设置有泄气管，所述泄气管上安装有泄气阀；其特征在于：测试对象为被压机施压到组装压力但尚未旋紧螺母的电池堆，测试过程包括以下步骤：a.在满足冷却剂腔接口不与接口Ⅲ相连的情况下，将待测电池堆的燃料剂腔接口、冷却剂腔接口和氧化剂腔接口分别与接口Ⅰ、接口Ⅱ和接口Ⅲ以任意顺序连接，将气源入口与气源相连接，将压力表与压力表接口相连接；b.测试电池堆外漏：打开总气阀、控制阀Ⅰ和控制阀Ⅱ，关闭泄气阀、控制阀Ⅲ和控制阀Ⅳ，开启气源并调节减压阀至压力表显示为所需值，保持此值稳定后关闭总气阀和气源，并观察压力表读数在规定时间内是否有变化；c.测试电池燃料剂腔、氧化剂腔与冷却剂腔互窜：打开泄压阀排空燃料电池内气体后关闭泄压阀，将气体泄漏速度测试计与气体泄漏速度测试计接口相连接，如果冷却剂腔接口与接口Ⅱ相连，则关闭控制阀Ⅱ，打开控制阀Ⅳ和总气阀，如果冷却剂腔接口与接口Ⅰ相连，则关闭控制阀Ⅰ，打开控制阀Ⅲ和总气阀，开启气源并调节减压阀至压力表显示为所需值，观察气体泄漏速度测试计在规定时间内的变化，做好相应记录后关闭气源；d.测试电池燃料腔、氧化剂腔互窜：打开泄压阀排空燃料电池内气体后关闭泄压阀，如果冷却剂腔接口与接口Ⅱ相连，则关闭控制阀Ⅰ和控制阀Ⅳ，打开控制阀Ⅲ和总气阀，如果冷却剂腔接口与接口Ⅰ相连，则关闭控制阀Ⅱ和控制阀Ⅲ，打开控制阀Ⅳ和总气阀，开启气源并调节减压阀至压力表显示为所需值，观察气体泄漏速度测试计在规定时间内的变化，做好相应记录后关闭气源，打开泄压阀排空燃料电池内的气体。...

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆在线气密性检测方法，使用燃料电池堆在线气密性检测装置，还使用气源、减压阀和压机；其中，所述燃料电池堆在线气密性检测装置包括压力表和气体泄漏速度测试计，还包括气密性便利测试箱，所述气密性便利测试箱一端设置有气源入口，气源入口与总气管相连，所述总气管上安装有压力表接口，在气源入口和压力表接口之间的管路上安装有总气阀，所述总气管远离气源入口的一端分为管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ三个支管，所述管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ远离总气管的端头分别为接口Ⅰ、接口Ⅱ和接口Ⅲ，所述管Ⅰ上安装控制阀Ⅰ，所述管Ⅱ上安装有控制阀Ⅱ，所述管Ⅰ和管Ⅱ之间装有连通管路，所述连通管路上装有控制阀Ⅲ和控制阀Ⅳ，同时连通管路靠近控制阀Ⅲ的一端与控制阀Ⅰ和接口Ⅰ之间的管路连接，连通管路靠近控制阀Ⅳ的一端与控制阀Ⅱ和接口Ⅱ之间的管路连接，所述控制阀Ⅲ和控制阀Ⅳ之间的管路上设置有气体泄漏速度测试计接口，所述管Ⅲ上设置有泄气管，所述泄气管上安装有泄气阀；其特征在于：测试对象为被压机施压到组装压力但尚未旋紧螺母的电池堆，测试过程包括以下步骤：a.在满足冷却剂腔接口不与接口Ⅲ相连的情况下，将待测电池堆的燃料剂腔接口、冷却剂腔接口和氧化剂腔接口分别与接口Ⅰ、接口Ⅱ和接口Ⅲ以任意顺序连接，将气源入口与气源相连接，将压力表与压力表接口相连接；b.测试电池堆外漏：打开总气阀、控制阀Ⅰ和控制阀Ⅱ，关闭泄气阀、控制阀Ⅲ和控制阀Ⅳ，开启气源并调节减压阀至压力表显示为所需值，保持此值稳定后关闭总气阀和气源，并观察...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋琛，刘常福，侯中军，付宇，王红梅，窦永香，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21