质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置及方法，装置包括热源模块、冷源模块和过渡模块，热源模块通过热源管道与待测试件连通形成高温冲击回路，冷源模块通过冷源管道与待测试件连通形成低温冲击回路，过渡模块通过过渡管道与待测试件连通，热源管道分为热源进液管和热源回液管，热源进液管上设置有热源泵，热源回液管上设置有热源电磁阀，冷源管道分为冷源进液管和冷源回液管，冷源回液管上设置有冷源泵，冷源回液管上设置有冷源电磁阀。与现有技术相比，本发明专利技术增加了过渡模块来使整个测试装置的高低温液体保持长时间的温度稳定，从而可以高效地评估堆内材料及部件结构的高低温耐久性和寿命。料及部件结构的高低温耐久性和寿命。料及部件结构的高低温耐久性和寿命。

【技术实现步骤摘要】
质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及质子交换膜燃料电池耐久性测试领域，尤其是涉及一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置及方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池的工作环境温度一般为
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40～90℃，在此温度区间内电堆中各部件及结构需满足长期运行的稳定性和可靠性。对于燃料电池新材料及部件开发，如开发新型密封材料、膜电极结构、复合双极板材料、金属双极板涂层等，若采用非原位/离位的实验方法，则很难真实评估其在实际工作温度及温度交变循环工况下的耐久性和稳定性。因此需要一种原位实验装置，能够模拟质子交换膜燃料电池实际工作温度，且能够快速切换高、低温环境，进而高效地评估燃料电池电堆及堆内各部件的寿命和耐久性。
[0003]现有技术中，中国专利CN217277990U提供了一种燃料电池材料高低温循环寿命检测系统，通过设置冷循环网管和热循环网管来对被测燃料电池进行高低温切换，这种外部加热/制冷的方式会有热量损失，而且温度传递到燃料电池内部会有延迟，当有多节电池时想要内部均达到
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30℃以下的温度也比较困难。中国专利CN114006012A提供了一种燃料电池双极板高低温冲刷测试系统，由于高/低温液体会存在互混的情况，当需要进行十万次甚至更多次高低温循环测试时，此装置想要长时间维持理想的超低温(如
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35℃)会比较困难，而且长时间的开启环境仓会造成实验室能耗过大，经济性不理想。
[0004]中国专利CN113237823A公开了一种质子交换膜燃料电池高低温循环测试系统，单片电池或者电堆作为待测试件，低温循环冲击结构、高温循环冲击结构分别设置工作通道和自循环通道，自循环通道能够缓解热源和冷源内部驱动泵的工作压力，避免出现憋压的情况，从而保障冷热快速切换的有效进行。在进行冷热冲击测试时，需要将高温液体和低温液体交变循环通入待测试件中，但是，多次冷热冲击后，高温冲击残余在待测试件以及电池水腔进/出口管路中的高温液体会混入冷源，导致冷源升温，低温冲击残余在待测试件以及电池水腔进/出口管路中的低温液体会混入热源，导致热源降温，从而无法长时间进行冷热冲击测试，或者需要额外设计装置来维持冷源和热源的温度稳定。
[0005]综上，需要开发一款稳定可靠、温度范围广、温控精准且能够快速切换燃料电池内部环境高低温的循环冲击原位实验装置。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置及方法。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置，热源模块、冷源模块和过渡模块，所述热源模块通过热源管道与待测试件连通形成高温冲击回路，所述冷源模块通过冷源管道与待测试件连通形成低温冲击回路，所述过渡模块通过过渡管道与待测试件连
通，所述热源管道、冷源管道和过渡管道上设有多个单向阀，所述热源管道分为热源进液管和热源回液管，所述热源进液管上设置有热源泵，所述热源回液管上设置有热源电磁阀，所述冷源管道分为冷源进液管和冷源回液管，所述冷源回液管上设置有冷源泵，所述冷源回液管上设置有冷源电磁阀。
[0009]过渡装置的第一种设计方案为：
[0010]所述过渡装置为氮气源模块，所述热源泵和冷源泵采用磁驱齿轮泵，所述过渡管道分为第一吹扫通道和第二吹扫通道，所述氮气源模块通过第一吹扫通道依次连通待测试件和热源模块，所述第二吹扫通道依次连通待测试件和冷源模块。
[0011]进一步地，所述第一吹扫通道包括第一进气管和热源回液管，在热源泵与待测试件之间设有第一连接点，所述第一进气管的两端分别连接氮气源模块和第一连接点，所述第二吹扫通道包括第二进气管和冷源回液管，在冷源泵与待测试件之间设有第二连接点，所述第二进气管的两端分别连接氮气源模块和第二连接点，所述第一进气管和第二进气管上分别设置有第一进气电磁阀和第二进气电磁阀。
[0012]进一步地，所述氮气源模块包括氮气源和调压阀。
[0013]过渡装置的第二种设计方案为：
[0014]所述过渡装置为辅助冷源模块，所述过渡模块通过过渡管道与待测试件连通形成过渡回路，所述过渡管道分为过渡进液管和过渡回液管，所述过渡进液管上设有过渡泵，所述过渡泵采用磁驱齿轮泵，所述热源泵和冷源泵采用水泵。
[0015]进一步地，在热源泵与待测试件之间设有第三连接点，所述过渡进液管的两端分别连接辅助冷源模块和第三连接点，在热源电磁阀与热源模块之间设有第四连接点，所述过渡回液管的两端分别连接辅助冷源模块和第四连接点，所述过渡回液管上设置有过渡回液电磁阀。
[0016]进一步地，还包括热源支管和冷源支管，在热源泵与第三连接点之间设有第五连接点，在热源模块与第四连接点之间设有第六连接点，所述热源支管的两端分别连接第五连接点和第六连接点并形成包含热源模块和热源泵的热源自循环回路，所述热源支管上设置有热源自循环电磁阀，在冷源泵与待测试件之间设有第七连接点，在冷源电磁阀与冷源模块之间设有第八连接点，所述冷源支管的两端分别连接第七连接点和第八连接点并形成包含冷源模块和冷源泵的冷源自循环回路。
[0017]进一步地，所述冷源支管上设置有冷源自循环电磁阀；第三连接点与第五连接点之间设置有高温冲击电磁阀，第七连接点与待测试件之间设置有低温冲击电磁阀，第四连接点与第六连接点之间设置有辅助电磁阀。
[0018]进一步地，过渡装置的两种设计方案中，热源模块、冷源模块、辅助冷源模块所使用的液体介质均为乙二醇的水溶液，当然也可以使用其他的液体，如酒精、冷煤油、甲醇等。
[0019]一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试方法，对应过渡装置的第一种设计方案，具体为：
[0020]利用高温冲击回路对待测试件进行一次高温冲击，利用过渡装置将待测试件内以及一部分热源管道内的高温液体吹扫至热源模块，利用低温冲击回路对待测试件进行一次低温冲击，利用过渡装置将待测试件内以及一部分冷源管道内的低温液体吹扫至冷源模块，重复此步骤。
[0021]一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试方法，对应过渡装置的第二种设计方案，具体为：
[0022]利用高温冲击回路对待测试件进行一次高温冲击，利用过渡装置对待测试件进行冷却，利用低温冲击回路对待测试件进行一次低温冲击，重复此步骤。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024](1)可对被测燃料电池的内部环境进行高、低温快速切换，反应迅速无延迟，从而可以高效地评估堆内材料及部件结构的高低温耐久性和寿命，而且增加了过渡模块来使整个测试装置的高、低温液体保持长时间的温度稳定。
[0025](2)过渡模块采用氮气吹扫的技术路线，直接将高温液体/低温液体吹扫去除，可以防止电堆及水腔进/出口管路中残留的高温液体/低温液体混入冷源/热源中，从而避免冷源中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置，其特征在于，热源模块、冷源模块和过渡模块，所述热源模块通过热源管道与待测试件连通形成高温冲击回路，所述冷源模块通过冷源管道与待测试件连通形成低温冲击回路，所述过渡模块通过过渡管道与待测试件连通，所述热源管道、冷源管道和过渡管道上设有多个单向阀，所述热源管道分为热源进液管和热源回液管，所述热源进液管上设置有热源泵，所述热源回液管上设置有热源电磁阀，所述冷源管道分为冷源进液管和冷源回液管，所述冷源回液管上设置有冷源泵，所述冷源回液管上设置有冷源电磁阀。2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置，其特征在于，所述过渡装置为氮气源模块，所述热源泵和冷源泵采用磁驱齿轮泵，所述过渡管道分为第一吹扫通道和第二吹扫通道，所述氮气源模块通过第一吹扫通道依次连通待测试件和热源模块，所述第二吹扫通道依次连通待测试件和冷源模块。3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置，其特征在于，所述第一吹扫通道包括第一进气管和热源回液管，在热源泵与待测试件之间设有第一连接点，所述第一进气管的两端分别连接氮气源模块和第一连接点，所述第二吹扫通道包括第二进气管和冷源回液管，在冷源泵与待测试件之间设有第二连接点，所述第二进气管的两端分别连接氮气源模块和第二连接点，所述第一进气管和第二进气管上分别设置有第一进气电磁阀和第二进气电磁阀。4.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置，其特征在于，所述氮气源模块包括氮气源和调压阀。5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置，其特征在于，所述过渡装置为辅助冷源模块，所述过渡模块通过过渡管道与待测试件连通形成过渡回路，所述过渡管道分为过渡进液管和过渡回液管，所述过渡进液管上设有过渡泵，所述过渡泵采用磁驱齿轮泵，所述热源泵和冷源泵采用水泵。6.根据权利要求5所述的一种质子交换膜燃料电池冷热冲击循环原位测试装置，其特征在于，在热源泵与待...

【专利技术属性】
技术研发人员：明平文，姚欢，杨代军，李冰，张存满，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：