CN114942108A

CN114942108A - 一种燃料电池三腔保压设备

Info

Publication number: CN114942108A
Application number: CN202210558355.7A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Cavendi Xuzhi Hydrogen Shanghai Technology Co ltd
Current assignee: Cavendi Xuzhi Hydrogen Shanghai Technology Co ltd
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2022-08-26

Abstract

本发明公开了一种燃料电池三腔保压设备，属于燃料电池技术领域，包括测试气体供应机构、测试气体排放机构、电堆进出口电磁阀组、压力监测机构和控制终端，所述测试气体供应机构通过管道分别与燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔进口连通，且测试气体排放机构通过管道与燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔的出口连接，通过不同阀门之间的组合控制，将气体通入燃料电池的燃料腔，氧化剂腔，冷却剂腔，随后用软件进行控制不同阀门的开闭以及对压力进行调节，并且对被测燃料电池电堆各个腔体前后压力，流量进行监测，从而达到实现符合国家标准的试验要求，并且整套设备具备自我检测，自校准功能，使用地点灵活可变。

Description

一种燃料电池三腔保压设备

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体是一种燃料电池三腔保压设备。

背景技术

随着汽车氢燃料电池行业的爆发式发展，相应的燃料电池电堆的需求量不断增加。燃料电池是一种电化学电池，它通过氧化还原反应将燃料(通常是氢气)和氧化剂(通常是氧气)的化学能转换为电能。与大多数电池所不同的是，燃料电池需要连续的燃料和氧气源(通常来自空气)来维持化学反应，而在电池中，化学能通常来自已经存在于电池中的金属及其离子或氧化物(液流电池除外)。只要有燃料和氧气供应，燃料电池就能连续发电。

燃料电池电堆的气密性对燃料电池的性能有着极大的影响，所以在燃料电池电堆的生产过程中，需要对燃料电池电堆的气密性进行检测。密封性非常关键，燃料电池中的气体向燃料电池外部渗漏，会降低燃料电池的效率，同时也会造成很大的经济损失，而且当燃料气体在外界浓度积累达到一定程度时，也会发生***。因此，燃料电池的密封性检测尤其重要，为此，我们提出一种燃料电池三腔保压设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池三腔保压设备，它可以实现通过不同阀门之间的组合控制，将气体通入燃料电池的燃料腔，氧化剂腔，冷却剂腔，对三腔进行自动化保压测试，便携性较高，简单实用。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种燃料电池三腔保压设备，包括测试气体供应机构、测试气体排放机构、电堆进出口电磁阀组、压力监测机构和控制终端，所述测试气体供应机构通过管道分别与燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔进口连通，且测试气体排放机构通过管道与燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔的出口连接，所述电堆进出口电磁阀组包括设置于燃料电池电堆氢腔、空腔和水腔的进出口的管路上的多个电磁阀，所述压力监测机构包括设置于燃料电池电堆氢腔、空腔和水腔的进口的管路上的多个压力传感器，所述电堆进出口电磁阀组和压力监测机构均与控制终端电性连接。

作为本发明的一种优选方案，所述电堆进出口电磁阀组包括氢气路进口电磁阀SOV309、空气路进口电磁阀SOV310、水路进口电磁阀SOV311、水路进口电磁阀SOV312、空气路出口电磁阀SOV310SOV313和氢气路出口电磁阀SOV314。

作为本发明的一种优选方案，所述压力监测机构包括PI303、PI304和PI305，且PI303、PI304和PI305分别设置于电堆进出口电磁阀组与燃料电池电堆氢腔、空腔和水腔的进口之间。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体供应机构与测试气体源之间设置有测试气体进气截止阀HV301，且测试气体供应机构分别对应燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔设置有供应回路，且多个供应回路之间通过三通阀SOV303和三通阀SOV306连通。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体供应机构各个回路上设置有多个比例压力调节阀。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体供应机构各个回路上设置有多个泄压阀。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体供应机构各个回路上设置有多个流量计。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体排放机构包括排空阀SOV315、排空阀SOV307、排空阀SOV316和排空阀SOV308，且排空阀SOV315、排空阀SOV307、排空阀SOV316和排空阀SOV308分别对应测试气体供应机构的多个回路设置。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体源的供应压力为20MPa。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体能够使用惰性气体中的一种。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本方案通过不同阀门之间的组合控制，将气体通入燃料电池的燃料腔，氧化剂腔，冷却剂腔，随后用软件进行控制不同阀门的开闭以及对压力进行调节，并且对被测燃料电池电堆各个腔体前后压力，流量进行监测，从而达到实现符合国家标准的试验要求，并且整套设备具备自我检测，自校准功能，使用地点灵活可变，能够外接气源，可以使用自身储气罐作为气源作为测试，并且使用气体可以为惰性气体，也可以通过更换防爆零部件，使用氢气等作为使用气体，提高了便携性，简单实用，自动化。

附图说明

图1为本发明测试回路结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

请参阅图1，一种燃料电池三腔保压设备，包括测试气体供应机构、测试气体排放机构、电堆进出口电磁阀组、压力监测机构和控制终端，所述测试气体供应机构通过管道分别与燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔进口连通，且测试气体排放机构通过管道与燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔的出口连接，所述电堆进出口电磁阀组包括设置于燃料电池电堆氢腔、空腔和水腔的进出口的管路上的多个电磁阀，所述压力监测机构包括设置于燃料电池电堆氢腔、空腔和水腔的进口的管路上的多个压力传感器，所述电堆进出口电磁阀组和压力监测机构均与控制终端电性连接，所述测试气体源的供应压力为20MPa，所述测试气体能够使用惰性气体中的一种。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体供应机构各个回路上设置有多个比例压力调节阀，比例压力调节阀包括POPCV301和POPCV302。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体供应机构各个回路上设置有多个泄压阀，泄压阀包括PRV301、PRV302、PRV303和PRV304，且PRV301、PRV302、PRV303和PRV304的泄压阈值分别对应各个管路压力预设最大值。

作为本发明的一种优选方案，所述测试气体供应机构各个回路上设置有多个流量计，流量计包括PG301和FM301。

实施例一：***自检

电堆气密性测试前，必须对测试台架本身进行气密性自检，以确保后续电堆气密性测试的准确性。

自检时，关闭排空阀SOV315，以及电堆进出口电磁阀SOV309，310，311，312，313和314，并打开电磁阀SOV301，304，305和316。打开氮气进气截止阀，缓慢增加压力至130kPag(或是最高运行压力的150％)。等待所有压力传感器和流量计示数稳定，关闭进气截止阀以及所有电磁阀，保压20min，并监测所有压力传感器以及流量计的示数变化，保压期间压力应当保持不变。若有压力变化，通过观测发生压力变化的传感器所在位置，可找出漏气的管段。自检完成后，依次打开排空阀SOV315，307，316和308，释放电堆/模块内部所有的压缩气体。

实施例二：气密性试验

电堆气密性测试，以氮气为介质，电堆三腔(氢腔、空腔和水腔)连通，并保持三腔压力相等，用于测试从三路(氢路、空路和水路)到大气的总外漏量，确定燃料电池堆的许可工作压力以及冷却水路的耐压特性。也可以同样的方法同时进行过压试验。

测试中，首先按照标识连接好电堆与测试设备的对应进出口，然后关闭排空阀SOV315，SOV316，以及比例压力调节阀POPCV302，屏蔽不必要的管道支路。打开SOV301，304，305，308，309，310和311。打开氮气进气截止阀，缓慢增加压力至130kPag(或是最高运行压力的150％)。等待所有压力传感器和流量计示数稳定，关闭进气截止阀以及进气电磁阀SOV301，304，305，保压20min，并监测压力传感器以及流量计的示数变化。保压期间，三腔对应的压力(压力传感器PI303，304和305)均应小于5kPag。

测试完成后，打开排空阀SOV315和307，电堆三路出口SOV312，313和314，以及SOV316和308，释放电堆/模块内部所有的压缩气体。

实施例三：三腔压差试验

电堆三腔压差测试，以氮气为介质，在电堆三腔中任意两腔之间造成特定压差，以此检测两腔之间的窜气泄露量，包括氢窜空、氢窜水、空窜水、氢空窜水泄露测试。

以氢窜空泄露测试为例。测试中，首先按照标识连接好电堆与测试设备的对应进出口，然后关闭排空阀SOV315，以及比例压力调节阀POPCV302，屏蔽不必要的管道支路。打开SOV301，切换三通阀303和306到NC回路，并打开氢腔进口SOV310和空腔入口SOV309，以及SOV308，312和排空阀SOV307，关闭SOV311，313和314。打开电磁阀SOV316，304，同时打开氮气进气截止阀，缓慢增加氢、空两腔压力至30kPag的压力(或者最高运行压力的125％)。等待所有压力传感器和流量计示数稳定后，关闭进气电磁阀SOV301和空腔入口SOV309，保持SOV308和310开启，然后打开比例压力调节阀POPCV302，继续给氢腔加压至50kPag(或者最高运行压力的150％)。待压力稳定后，关闭进气截止阀、比例压力调节阀、氢腔进口SOV310以及308，保压10min，并监测压力传感器以及流量计的示数变化。在上述操作中，10min后两腔的压强变化均应小于5kPag。如果氢腔气体压力降低，并且空腔气体压力升高，则表明气体穿透了膜；而如果任一侧的压力下降与另一侧不相关，则发生了一端外漏；如果两边的压强均降低，很可能发生了外部泄漏。测试完成后，首先打开电磁阀SOV308，309和310，连通两腔，使得两腔压力一致，并打开排空阀SOV315和307，释放电堆/模块内部所有的压缩气体。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：包括测试气体供应机构、测试气体排放机构、电堆进出口电磁阀组、压力监测机构和控制终端，所述测试气体供应机构通过管道分别与燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔进口连通，且测试气体排放机构通过管道与燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔的出口连接，所述电堆进出口电磁阀组包括设置于燃料电池电堆氢腔、空腔和水腔的进出口的管路上的多个电磁阀，所述压力监测机构包括设置于燃料电池电堆氢腔、空腔和水腔的进口的管路上的多个压力传感器，所述电堆进出口电磁阀组和压力监测机构均与控制终端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：所述电堆进出口电磁阀组包括氢气路进口电磁阀SOV309、空气路进口电磁阀SOV310、水路进口电磁阀SOV311、水路进口电磁阀SOV312、空气路出口电磁阀SOV310SOV313和氢气路出口电磁阀SOV314。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：所述压力监测机构包括PI303、PI304和PI305，且PI303、PI304和PI305分别设置于电堆进出口电磁阀组与燃料电池电堆氢腔、空腔和水腔的进口之间。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：所述测试气体供应机构与测试气体源之间设置有测试气体进气截止阀HV301，且测试气体供应机构分别对应燃料电池电堆的氢腔、空腔和水腔设置有供应回路，且多个供应回路之间通过三通阀SOV303和三通阀SOV306连通。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：所述测试气体供应机构各个回路上设置有多个比例压力调节阀。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：所述测试气体供应机构各个回路上设置有多个泄压阀。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：所述测试气体供应机构各个回路上设置有多个流量计。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：所述测试气体排放机构包括排空阀SOV315、排空阀SOV307、排空阀SOV316和排空阀SOV308，且排空阀SOV315、排空阀SOV307、排空阀SOV316和排空阀SOV308分别对应测试气体供应机构的多个回路设置。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：所述测试气体源的供应压力为20MPa。

10.根据权利要求9所述的一种燃料电池三腔保压设备，其特征在于：所述测试气体能够使用惰性气体中的一种。