一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备制造技术

本实用新型专利技术涉及燃料电池技术领域,尤其涉及一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备。该燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备包括压合机构、压板组件和气路结构，压合机构用于密封压合待测定极板或膜电极，压板组件用于固定待密封压合的极板或膜电极，气路结构与压板组件及待测定极板或膜电极连接。该燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备使用流量法测试原理，将单一质量流量计用于检测气路结构设计中，同时改进测试设备的安装结构，可准确测量外泄漏、各腔串漏数据，满足了极板和膜电极可采用一台设备进行全面的气密性检测的要求，节约了成本，操作便利。操作便利。操作便利。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备


[0001]本技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备。

技术介绍

[0002]氢燃料电池电堆是燃料和氧化剂气体发生电化学反应、从而产生电能的场所，它由数量不等的扁平单电池堆叠、串联组成。每个单电池内含代替电解质的膜电极(组件)和两侧用于传导电、热的双极板。膜电极与双极板之间的特殊位置布置有密封结构，是燃料电池电堆的核心工艺之一，这些密封件将每个单电池分隔成独立的腔室，需要保证每个腔室内的反应气体、冷却液等不外漏、不串漏，为电堆的弹性密封结构提供回弹力，并且需要在各种高低温环境中保证寿命，是保证电堆机械性能和安全性的重要部分。
[0003]双极板由两片单极板(阴极板和阳极板)粘合或激光焊接组成，组成后的双极板内部通常用于通过冷却液，双极板外露的两个表面布满流道，分别通过燃料气体和氧化剂气体，被称为双极板的两个工作面(阴极工作面、阳极工作面)，两个工作面上制作的密封件用于封堵上述两种反应气体，必须保证他们不外漏、不串漏。因此双极板的外泄漏量、内泄漏量都是双极板制造后必要的检测参数，同时，单极板本身也必须在制造中通过检测，排除由隐裂、穿孔等问题造成的内泄漏。
[0004]膜电极(组件)含有质子交换膜、气体扩散层、催化剂层等，其中质子交换膜需要将燃料气体和氧化剂气体的分子分隔开来，仅允许被催化剂脱去电子的氢质子穿透，但是实际上，仍然有微量氢、氮、氧分子在气体压差和浓度差的作用下扩散到另一侧，是实际制造过程中不可避免的。此外，通常由于薄膜针孔或者边框封装等问题导致的超量泄漏，容易形成氢氧界面现象、引起电池反极、降低发电效率、降低电池寿命等，给燃料电池运行带来严重风险。因此，膜电极的气密性检测是氢燃料电池制造过程中必不可少的环节。
[0005]现有的燃料电池气密性检测设备，均使用气缸或液压缸驱动，无法精确保证双极板压紧力，且分为单极板(单片双极板)检测、双极板检测、膜电极检测三种；无法做到兼容，需要购买不同的测试设备，提高了投入成本。
[0006]进而，单极板、双极板、膜电极的气密性检测，均使用单一进气管路流量计、压力表或出气管路流量计、压力表进行检测，无法兼顾外泄漏和各腔串漏准确测量，存在检测时间长、测量数据与实际存在偏差等缺点。
[0007]专利申请《一种单片双极板用气密检测液压机》CN110044557A，使用液压缸驱动，测试原理使用流量法，但流量计设置在进气管路上，不能准确测量各腔体间串漏数据，使用3个流量计，成本高，且仅能检测单片双极板。《一种氢燃料电池膜电极组件的缺陷检测设备》CN211425779U，使用气缸驱动，测试原理使用压差法，不能准确测量膜电极泄漏数据，且仅能检测膜电极组件 (MEA)。《一种氢燃料电池双极板测漏装置》CN209979178U，使用气缸驱动，测试原理使用压差法，由于气体压差较小，存在小压差下测试合格，但在高压差下测试不合格的风险，且仅能检测单片双极板。《氢燃料电池双极板密封试验设备》
CN211651979U，使用气缸驱动，测试原理使用流量法，流量计只在进气管路上，不能精确测量各腔体串漏数据，且仅能检测单片双极板。

技术实现思路

[0008]本技术提供了一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备，使用流量法测试原理，将单一质量流量计用于检测气路结构设计中，同时改进测试设备的安装结构，可准确测量外泄漏、各腔串漏数据，满足了极板和膜电极可采用一台设备进行全面的气密性检测的要求，节约了成本，操作便利，解决了现有技术中存在的问题。
[0009]为实现上述技术目的，本技术采用的技术方案是：
[0010]一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备，包括：
[0011]压合机构，所述压合机构包括机架，在机架上设置压力驱动结构、上工作台和下工作台；
[0012]压板组件，包括双极板压板结构、单极板压板结构和膜电极压板结构；双极板压板结构由双极板上压板和双极板下压板组成，单极板压板结构由单极板上压板和单极板下压板组成，膜电极压板结构由膜电极上压板和膜电极下压板组成；双极板压板结构、单极板压板结构、膜电极压板结构分别与上工作台和下工作台装配连接，经压力驱动结构驱动上工作台向下靠近下工作台完成对待检测双极板、单极板极板或膜电极的密封压合；
[0013]气路结构，与密封压合于上工作台和下工作台之间的双极板、单极板或膜电极配合连接后进行外泄漏、和/或腔室间串漏的气密性检测；
[0014]所述气路结构包括在主通气管路上依次设置的单向阀、气体减压阀、气体压力调节阀和气体质量流量计，在气体质量流量计出气端的主通气管路上连接第一分管路，所述第一分管路包括并联设置的第一支路、第二支路和第三支路，在第一支路上设置氢气腔入口电磁阀，在第二支路上设置冷却腔入口电磁阀，在第三支路上设置空气腔入口电磁阀；在气体质量流量计和气体压力调节阀之间的主通气管路上设置流量计前端电磁阀，在气体质量流量计和第一分管路之间的主通气管路上设置第一压力传感器，在第一压力传感器与气体质量流量计之间的主通气管路上设置流量计后端电磁阀；在流量计前端电磁阀和气体质量流量计之间的主通气管路上连接第二分管路，在第二分管路上连接并联设置的第四支路、第五支路和第六支路，在第四支路上设置氢气腔出口电磁阀，在第五支路上设置冷却腔出口电磁阀，在第六支路上设置空气腔出口电磁阀；在气体压力调节阀和流量计前端电磁阀之间还连接一旁通管路，旁通管路的出气端连接于流量计后端电磁阀和第一压力传感器之间的主通气管路上，在旁通管路上设置气路旁通电磁阀；在气体质量流量计与流量计后端电磁阀之间的主通气管路上连接第三分管路，在第三分管路上设置流量计后端排气电磁阀。
[0015]进一步地，上工作台用于安装固定双极板上压板、单极板上压板或膜电极上压板；下工作台用于安装固定双极板下压板、单极板下压板或膜电极下压板。
[0016]进一步地，在单向阀和气体减压阀之间的主通气管路上还设置一稳压罐。
[0017]进一步地，所述机架包括上支撑梁、底座和立柱，上支撑梁和底座分别固定于立柱两端，上工作台和下工作台套设于立柱上；所述压力驱动结构包括电缸，电缸的缸体与上支撑梁固接，电缸的推杆与上工作台相连，上工作台的顶面与电缸的推杆经一第二压力传感
器固连；
[0018]在上工作台底面设置上安装板，在下工作台顶面设置下安装板；双极板压板结构、单极板压板结构、膜电极压板机构分别与上安装板和下安装板装配实现对待检测双极板、单极板或膜电极的固定；上安装板在压力驱动结构的驱动下随上工作台沿立柱向下靠近下安装板实现对双极板、单极板极板或膜电极的密封压合。
[0019]进一步地，所述上工作台经自润滑石墨铜套套设于立柱上；所述下工作台固定套设于立柱上。
[0020]进一步地，所述电缸为伺服电缸；所述立柱包括4个，上支撑梁和底座通过调平防松组合螺母分别固定于四个立柱两端。
[0021]进一步地，所述上安装板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备，其特征在于，包括：压合机构，所述压合机构包括机架，在机架上设置压力驱动结构、上工作台(6)和下工作台(7)；压板组件，包括双极板压板结构、单极板压板结构和膜电极压板结构；双极板压板结构由双极板上压板(10)和双极板下压板(11)组成，单极板压板结构由单极板上压板(12)和单极板下压板(13)组成，膜电极压板结构由膜电极上压板(14)和膜电极下压板(15)组成；双极板压板结构、单极板压板结构、膜电极压板结构分别与上工作台(6)和下工作台(7)装配连接，经压力驱动结构驱动上工作台向下靠近下工作台完成对待检测双极板、单极板极板或膜电极的密封压合；气路结构，与密封压合于上工作台和下工作台之间的双极板、单极板或膜电极配合连接后进行外泄漏、和/或腔室间串漏的气密性检测；所述气路结构包括在主通气管路上依次设置的单向阀(20)、气体减压阀(22)、气体压力调节阀(23)和气体质量流量计(5)，在气体质量流量计出气端的主通气管路上连接第一分管路(34)，所述第一分管路包括并联设置的第一支路(341)、第二支路(342)和第三支路(343)，在第一支路上设置氢气腔入口电磁阀(24)，在第二支路上设置冷却腔入口电磁阀(26)，在第三支路上设置空气腔入口电磁阀(27)；在气体质量流量计和气体压力调节阀之间的主通气管路上设置流量计前端电磁阀(31)，在气体质量流量计和第一分管路之间的主通气管路上设置第一压力传感器(4)，在第一压力传感器与气体质量流量计之间的主通气管路上设置流量计后端电磁阀(32)；在流量计前端电磁阀(31)和气体质量流量计之间的主通气管路上连接第二分管路(35)，在第二分管路上连接并联设置的第四支路(351)、第五支路(352)和第六支路(353)，在第四支路上设置氢气腔出口电磁阀(30)，在第五支路上设置冷却腔出口电磁阀(29)，在第六支路上设置空气腔出口电磁阀(28)；在气体压力调节阀(23)和流量计前端电磁阀(31)之间还连接一旁通管路，旁通管路的出气端连接于流量计后端电磁阀(32)和第一压力传感器(4)之间的主通气管路上，在旁通管路上设置气路旁通电磁阀(25)；在气体质量流量计与流量计后端电磁阀(32)之间的主通气管路上连接第三分管路(36)，在第三分管路上设置流量计后端排气电磁阀(33)。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备，其特征在于，在单向阀(20)和气体减压阀(22)之间的主通气管路上还设置一稳压罐(21)。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池极板和膜电极的气密性测试设备，其特征在于，所述机架包括上支撑梁(1)、底座(2)和立柱(3)，上支撑梁和底座分别固定于立柱两端，上工作台(6)和下工作台(7)套设于立柱(3)上；所述压力驱动结构包括电缸，电缸的缸体与上支撑梁固接，电缸的推杆与上工作台相连，上工作台的顶面与电缸的推杆经一第二压力传感器固连；在上工作台底面设置上安装板(8)，在下工作台顶面设置下安装板(9)；双极板压板结构、单极板压板结构、膜电极压板机构分别与上安装板和下安装板装配实现对...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春浩，黄伟，吕鹏，张涛，张齐，
申请(专利权)人：氢普德州新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：