一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置与测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置与测试方法，装置包括气体储气罐、阴/阳极进出气控制系统、电堆温度控制系统以及PLC控制系统，其中阳极进出气控制系统包括依次连通气体储气罐与电堆阳极进气口的阳极调压阀、阳极加湿器、阳极进气电磁阀，以及与阳极出气口相连通的阳极出气电磁阀；阴极进出气控制系统包括依次连通气体储气罐与电堆阴极进气口的阴极调压阀、阴极加湿器、阴极进气电磁阀，以及与阴极出气口相连通的阴极出气电磁阀；PLC控制系统分别与上述控制系统电连接。与现有技术相比，本发明专利技术通过电磁阀自动动作减少人为干预；并通过多梯度压差循环次数缩短实验验证时间，从而有效验证膜电极长期使用的可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置与测试方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，涉及一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置与测试方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是一种清洁能源技术，通过氢气与氧气的化学能转化为电能和热能的装置，燃料电池电堆包括阳极板和阴极板组成的双极板(其中双极板上设有气体流道用于引导气体分配和输运)，内部依靠膜电极将氢气和氧气进行扩散、催化和质子穿透。在长期的运行过程中，受燃料电池反复启机、尾排阀间接性开启，节气门开度变化、膜电极局部区域受压差反复压变，对膜电极局部位置造成气压冲击损伤。长时间的压差应力，会造成膜电极本身机械损伤或者MEA串漏量加大，进而会产生氢空界面，加速电堆寿命衰减。为确保质子交换膜燃料电池中膜电极对阴阳极两侧的压差的耐久性，需要设计一种线下验证膜电极压差疲劳耐久性的方法。
[0003]一般采用的验证方法包括：通过两根气管连接惰性气体储气罐和待测电堆阴阳极进出口，待测电堆进气口位置通过减压阀对实验气体进行减压，手工操作进出气口截止阀完成实验气体的通断，用以模仿电堆进气状态。但该方法只能保证膜电极进气的压力，无法模拟膜电极运行使用过程中的高低温环境、且无法对气体加湿，与膜电极在电堆上的使用条件相差甚远，无法完全模拟膜电极的使用条件，实验可靠性存在缺陷。且进气压差循环只能依靠人为操作截止阀进行实验验证，手工交替操作截止阀，存在动作时间滞后和实验时间难以准确把握的问题，且单纯依靠手工操作，费时费力，无法满足高频次实验验证的需求。
[0004]中国专利CN112701326A公开了一种燃料电池电堆耐久性加速测试方法及耐久性加速测试装置，为解决现有测试方法不能实现加速工况测试时对电堆温度快速升高或降低的功能，无法考虑电堆工作温度快速变化对耐久性的影响问题；采用多喷嘴氢喷射器控制阳极反应气体供给，并利用空气流量控制器结合控制策略控制阴极反应气体供给；以及利用温度控制系统实时调节控制燃料电池电堆工作温度和加速老化工况下反应气体供给温度。经上述控制过程获得燃料电池电堆的耐久性加速测试结果。该技术方案实现了加速老化工况下反应气体供给和电堆工作温度快速调节的功能，使燃料电池电堆耐久性加速测试系统能够用于加速老化测试，获得准确的测试结果。同时该技术方案是一种测试方法用于验证电堆使用的耐久性，其基础是建立电堆整体的的运行状态，进行电堆性能面的耐久性验证，且验证过程需要进行电子负载的介入，使用外加设备模拟电堆整体运行条件，实验条件复杂，整体是验证电堆工作性能的耐久性测试，并不能对电堆中膜电极的机械性能进行验证。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是提供一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置与测试方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置，包括
[0008]气体储气罐，
[0009]阳极进出气控制系统，包括依次设于气体储气罐与电堆阳极进气口之间的阳极调压阀、阳极加湿器、阳极进气电磁阀，以及与阳极出气口相连通的阳极出气电磁阀；
[0010]阴极进出气控制系统，包括依次设于气体储气罐与电堆阴极进气口之间的阴极调压阀、阴极加湿器、阴极进气电磁阀，以及与阴极出气口相连通的阴极出气电磁阀；
[0011]电堆温度控制系统，包括与待测电堆水腔循环流通的水温调节器；以及
[0012]PLC控制系统，分别与阳极进出气控制系统、阴极进出气控制系统、电堆温度控制系统电连接。
[0013]进一步地，所述的PLC控制系统分别与阳极加湿器、阳极进气电磁阀、阳极出气电磁阀、阴极加湿器、阴极进气电磁阀、阴极出气电磁阀、水温调节器电连接。
[0014]进一步地，所述的阳极调压阀、阳极加湿器之间还设有阳极气压表。
[0015]进一步地，所述的阴极调压阀、阴极加湿器之间还设有阴极气压表。
[0016]进一步地，所述的装置还包括分别与阳极出气电磁阀、阴极出气电磁阀相连通的气体回收罐。
[0017]一种基于如上所述装置的膜电极压差疲劳耐久性的测试方法，包括以下步骤：
[0018]S1：通过阳极进出气控制系统、阴极进出气控制系统将气体储气罐与待测待测电堆阴阳极室相连通；
[0019]S2：利用PLC控制系统通过控制阳极调压阀、阴极调压阀以调控进堆气体的压力，通过控制阳极加湿器、阴极加湿器以调控进堆气体的湿度，通过控制阳极进气电磁阀与阳极出气电磁阀，以及阴极进气电磁阀与阴极出气电磁阀控制阴阳极气体的进出时间与进出频率，通过控制水温调节器以调节待测电堆温度；
[0020]S3：对电堆阴阳极室多次充放气后，通过膜电极窜漏量检测获得膜电极漏量变化，从而判断膜电极对压差疲劳的耐久性。
[0021]进一步地，步骤S2中，进堆气体的压力为1
‑
200kPa。
[0022]进一步地，步骤S2中，进堆气体的湿度为30
‑
80％RH。
[0023]进一步地，步骤S2中，阴阳极气体在阴阳极室的保压时间为1
‑
30s min。
[0024]进一步地，步骤S2中，阴阳极气体在阴阳极室的进出频率为：在10min内完成20
‑
600次充放气。
[0025]进一步地，步骤S2中，待测电堆温度为30
‑
80℃。
[0026]基于对膜电极本身的结构稳定性验证，本专利技术旨在通过机械结构件配合PLC控制系统，使用惰性气体模拟氢气进行验证，通过阴、阳极进堆气体的加湿模拟电堆工作时的气体湿度，冷却腔水温的变化模拟膜电极在实际使用过程中的环境条件。阴阳极分别使用调压阀和气压表对进堆压力进行调节，模拟电堆运行过程中的阴阳极压差。进堆气体通过气动电磁阀和管路及连接接头，模拟电堆启动过程中系统阀体的开关和闭合。通过控制气动电磁阀的通、断时间和保压时间、模拟燃料电池系统正常工作时的运行工况。通过进气电磁阀和排气电磁阀的一次通断动作，模拟电堆的开机启动条件和系统阀体的动作。通过PLC控制水温加热器、气体加湿器和进、出口气动电磁阀的通、断时间，可任意模拟多种运行过程
中的环境条件和工况条件。通过控制电磁阀通断次数，可满足多梯度压差循环次数的验证需求。通过气压循环切换、高频次模拟运行过程中气压对膜电极的瞬时冲击，从而验证膜电极在电堆长期使用过程中的结构稳定。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0028]1)本专利技术充分利用线下工装模拟膜电极在电堆运行过程中阴阳极两侧的的压差变化，使用实验设备提供膜电极工作中的环境变化和湿度变化，通过PLC程序控制可调整各种运行工况下的验证需求。通过电磁阀自动动作，减少人为干预和扰动。通过程序设定电磁阀不同时间点开闭时间控制气体在阴阳极保压时间、通过设定调压阀进气压力调整阴阳极进气压力达到阴阳极两侧压差耐久验证实验验证目的，大幅度缩短实验验证时间，从而有效的验证膜电极在车辆段长期使用的可靠性；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置，其特征在于，包括气体储气罐(1)，阳极进出气控制系统，包括依次设于气体储气罐(1)与待测电堆阳极进气口(6)之间的阳极调压阀(2)、阳极加湿器(4)、阳极进气电磁阀(5)，以及与阳极出气口(7)相连通的阳极出气电磁阀(8)；阴极进出气控制系统，包括依次设于气体储气罐(1)与待测电堆阴极进气口(13)之间的阴极调压阀(9)、阴极加湿器(11)、阴极进气电磁阀(12)，以及与阴极出气口(14)相连通的阴极出气电磁阀(15)；待测电堆温度控制系统，包括与电堆工装水腔循环流通的水温调节器(17)；PLC控制系统，分别与阳极进出气控制系统、阴极进出气控制系统、电堆温度控制系统电连接。2.根据权利要求1所述的一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置，其特征在于，所述的PLC控制系统分别与阳极加湿器(4)、阳极进气电磁阀(5)、阳极出气电磁阀(8)、阴极加湿器(11)、阴极进气电磁阀(12)、阴极出气电磁阀(15)、水温调节器(17)电连接。3.根据权利要求1所述的一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置，其特征在于，所述的阳极调压阀(2)、阳极加湿器(4)之间还设有阳极气压表(3)。4.根据权利要求1所述的一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置，其特征在于，所述的阴极调压阀(9)、阴极加湿器(11)之间还设有阴极气压表(10)。5.根据权利要求1所述的一种膜电极压差疲劳耐久性的测试装置，其特征在于，该装置还包括分别与阳极出气电磁阀(8)、阴极出气电磁阀(15)相连通的气体回收罐(19)。6.一种基于如权利要求1至5任一项所述装置的膜电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚新，陈广明，罗敏，李振，苑文好，韩支富，甘全全，戴威，
申请(专利权)人：上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：