一种通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置，其包括：处于离线状态的燃料电池堆；为该电堆提供冷热循环测试环境的冷热循环测试管路结构；用于对所述电堆进行气密性测试的气密性测试平台以及设置于所述电堆上，用于对所述电堆进行电堆组装力分布测试的压力分析仪。本实用新型提供一种能够离线测试电堆结构稳定性的装置，该装置结构简单且易于操作，能够有效地对电堆的结构稳定性进行测试。
【专利说明】
一种通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置
技术领域
[0001]本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种适用于质子交换膜燃料电池堆结构稳定性测试的装置。
【背景技术】
[0002]燃料电池堆的运行环境一般为-20?85°C，鉴于其温度区间变化较大，因此保障其结构的稳定性就显得尤为重要。结构稳定的燃料电池堆，可以保证其电堆的尺寸、气密性以及组装力都在合格范围内变动，进而保证电压的正常输出；而结构不稳定的电堆，则可能导致电堆尺寸变化较大，电堆漏气，组装力减小等，更严重者可能会造成单低、短路、氢气泄露爆炸等危险。
[0003]但目前对电堆结构稳定性测试方面的研究则少之又少，在关于燃料电池堆离线性能检测的技术，大都围绕着气密性检测、组装力检测等方面展开，较少有对其结构稳定性检测进行研究的。
【发明内容】
[0004]鉴于已有技术存在的缺陷，本发明目的是要提供一种通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置，该装置能够简便快捷地对电堆结构离线稳定性性能进行测试。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案:
[0006]—种通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置，其应用于处于离线状态的燃料电池堆的结构稳定性检测，其特征在于:
[0007]包括
[0008]处于离线状态的燃料电池堆；
[0009]为该电堆提供冷热循环测试环境的冷热循环测试管路结构；
[0010]用于对所述电堆进行气密性测试的电堆气密性测试平台；以及
[0011]设置于所述电堆上，用于对所述电堆进行电堆组装力分布测试的压力分析仪。
[0012]进一步的，所述冷热循环测试管路结构包括:
[0013]设置于所述电堆冷却腔输出侧管路上的温度传感器；
[0014]连接所述电堆冷却腔输入侧的冷浴管路结构，该冷浴管路结构包括低温恒温槽，与所述低温恒温槽连接，并通过冷浴管路单向阀与所述电堆冷却腔输入侧连接的冷浴管路电磁栗以及分别与所述电堆冷却腔输出侧管路、低温恒温槽连接的冷浴管路电磁阀；
[0015]以及连接所述电堆冷却腔输入侧的热浴管路结构，该热浴管路结构由高温恒温槽、与所述高温恒温槽连接，并通过热浴管路单向阀与所述电堆冷却腔输入侧连接的热浴管路电磁栗以及分别与所述电堆冷却腔输出侧管路、高温恒温槽连接的热浴管路电磁阀。
[0016]进一步的，所述冷热循环测试管路结构还包括所述电堆冷却腔输入侧连接的空气吹扫管路，所述空气吹扫管路包括:
[0017]空气气源；
[0018]调节所述空气吹扫管路内空气气源压力值的空气调节阀；
[0019]以及通过空气吹扫管路单向阀与所述电堆冷却腔输入侧连接的空气吹扫管路电磁阀。
[0020]进一步的，所述冷浴管路电磁栗、冷浴管路电磁阀、热浴管路电磁栗、热浴管路电磁阀、空气吹扫管路电磁阀及空气调节阀均通过电控部件控制。
[0021]上述装置的工作过程:
[0022]⑴测试前:
[0023]将处于离线状态的燃料电池堆中的任意一片MEA去掉，并在该电堆上放置压力分析仪
[0024](2)测试:
[0025]首先利用电堆气密性测试平台进行短堆气密性测试，不合格时重新拆装;合格时记录电堆尺寸、气密性结果、压力分析仪测试的电堆组装力分布测试结果，此三项结果做为该电堆结构的初始状态。
[0026]其次将该电堆连接到冷热循环测试管路结构中。
[0027]具体的，设置低温恒温槽的恒定温度(即低温温度)；设置高温恒温槽的的恒定温度(即高温温度)；同时打开空气气源，并调节空气调节阀压力至设定的压力值;则电堆进行冷热循环测试:
[0028]①电控部件开启冷浴管路结构中的冷浴管路电磁栗，低温恒温槽中的低温冷却液体由冷浴管路电磁栗栗送并通过冷浴管路单向阀流通至电堆冷却腔输入侧后，经过电堆冷却腔输出侧的温度传感器、冷浴管路电磁阀流回低温恒温槽内。由于此时空气吹扫管路电磁阀和热浴管路电磁阀是关闭状态，且热浴管路存在热浴管路单向阀，该冷却液体不会经过空气吹扫管路和热浴管路结构。②待温度传感器显示达到低温温度时，说明电堆冷却腔输入输出侧温度相同，则电堆达到平衡。此时关闭冷浴管路电磁栗打开空气吹扫管路电磁阀，则气源空气经过空气调节阀，空气吹扫管路电磁阀、空气吹扫管路单向阀至电堆冷却腔后，又经温度传感器，冷浴管路电磁阀流回低温恒温槽，此步骤的作用是将电堆中的冷却液吹扫回低温恒温槽，减少冷却液损失。③待观察管路中基本无流通冷却液体时说明冷却液已吹扫彻底，则关闭空气吹扫管路电磁阀和冷浴管路电磁阀，开启热浴管路电磁栗，开启热浴管路电磁阀，则高温去离子水经过热浴管路电磁栗、热浴管路单向阀至电堆冷却腔输入侧，又经温度传感器，热浴管路电磁阀流回高温恒温槽。同样因为冷浴管路单向阀和其他电磁阀已关闭的原因，高温液体不会流至其他管路中。④待温度传感器显示达到高温温度时，说明电堆冷却腔输入输出侧温度相同，则电堆达到平衡。此时关闭热浴管路电磁栗打开空气吹扫管路电磁阀，则气源空气经过空气调节阀，空气吹扫管路电磁阀、空气吹扫管路单向阀至电堆冷却腔输入侧后，又经温度传感器，热浴管路电磁阀流回高温恒温槽，此步骤的作用是将电堆中的高温液体吹扫回高温恒温槽。待观察管路中基本无流通液体时说明高温液体已吹扫彻底，则关闭空气吹扫管路电磁阀和热浴管路电磁阀。同样此步骤的作用是将电堆中的高温液体吹扫回高温恒温槽，减少高温液体的损失。上述过程即为电堆进行了 I次冷热循环过程。
[0029]电堆进行了I次冷热循环后，利用游标卡尺测量电堆尺寸，利用气密性测试平台测量电堆气密性，并将压力分析仪显示的电堆组装力的分布图进行保存，则得到该电堆进行了 I次冷热循环后的稳定性测试结果。
[0030]重复上述冷热循环过程直至该电堆气密性不合格后，则测试结束并得到该电堆的全部稳定性测试结果。
[0031]与现有技术相比，本实用新型的有益效果:
[0032]本实用新型提供一种能够离线测试电堆结构稳定性的装置，该装置结构简单且易于操作，能够有效地对电堆的结构稳定性进行测试。
【附图说明】
[0033]图1为通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置工作过程示意图；
[0034]图2为本实用新型所述通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置结构示意图；
[0035]图3为本实用新型所述实例对应的电堆外尺寸随冷热循环测试次数增加的变化图；
[0036]图4为本实用新型所述实例对应的电堆外漏量随冷热循环测试次数增加的变化图；
[0037]图5为本实用新型所述实例对应的电堆氢氧串水量随冷热循环测试次数增加的变化图；
[0038]图6为本实用新型所述实例对应的电堆氢串氧量随冷热循环测试次数增加的变化图。
[0039]图中，1、低温恒温槽，2、高温恒温槽，3、冷浴管路电磁栗，4、冷浴管路单向阀，5、温度传感器，6、冷浴管路电磁阀，7、空气调节阀，8、空气吹扫管路电磁阀，9、空气吹扫管路单向阀，1、热浴管路电磁栗，11、热浴管路单向阀，12、热浴管路电磁阀。
【具体实施方式】
[0040]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0041 ]下面以具体实例对本实用新型进行进一步说明:
[0042]1、按照电堆组装工艺组装50节电堆，将其中第25节膜电极(MEA)去掉，更换为相同外形的压力分析仪；
[0043]2、利用电堆气密性测试平台进行短堆气密性测试，不合格时重新拆装;合格时记录电堆尺寸、气密性结果、压力分析仪测试的电堆组装力分布测试结果，此三项结果即为该电堆结构的初始状态；
[0044]3、将装有压力分析仪的电堆连接到冷热循环测试管路结构中。
[0045]低温恒温槽I中加入体积比为1:1的乙二醇水溶液，设置低温为_20°C ;高温恒温槽2中加入高温去离子水，设置高温为85°C，打开空气气源，并调节空气调节阀7压力至10kpa;待高低温温度到达设定值后，则对该电堆进行冷热循环。
[0046]如图1一图2所示，即①电控部件开启冷浴管路结构中的冷浴管路电磁栗3，低温恒温槽I中的低温冷却水由冷浴管路电磁栗3栗送并通过冷浴管路单向阀4流通至电堆冷却腔输入侧后，经过电堆冷却腔输出侧的温度传感器5、冷浴管路电磁阀6流回低温恒温槽I内。由于此时空气吹扫管路电磁阀8和热浴管路电磁阀12是关闭状态，且热浴管路存在热浴管路单向阀11，使得该冷却水不会经过空气吹扫管路和热浴管路结构。
[0047]②待温度传感器5显示_20°C时，说明电堆冷却腔输入输出侧温度相同，则电堆达到热平衡。此时关闭冷浴管路电磁栗3打开空气吹扫管路电磁阀8，则10kpa的空气经过空气调节阀7，空气吹扫管路电磁阀8、空气吹扫管路单向阀9至电堆冷却腔后，又经温度传感器5，冷浴管路电磁阀6流回低温恒温槽1，此步骤的作用是将电堆中的冷却液吹扫回低温恒温槽，减少冷却液损失。
[0048]③待观察管路中基本无流通液体时说明冷却液已吹扫彻底，则关闭冷浴管路电磁阀6和扫管路电磁阀8，开启热浴管路电磁栗10，开启热浴管路电磁阀12，则高温去离子水经过热浴管路电磁栗10、热浴管路单向阀11至电堆冷却腔输入侧，又经温度传感器5，热浴管路电磁阀流12流回高温恒温槽2。同样因为冷浴管路单向阀4和其他电磁阀已关闭的原因，高温液体不会流至不会经过空气吹扫管路和热浴管路结构。
[0049]④待温度传感器5显示85°C时，说明电堆冷却腔输入输出侧温度相同，则电堆达到热平衡。此时关闭热浴管路电磁栗10打开空气吹扫管路电磁阀8，则10kpa的空气经过空气调节阀7，空气吹扫管路电磁阀8、空气吹扫管路单向阀9至电堆冷却腔后，又经温度传感器5，热浴管路电磁阀12流回高温恒温槽2，此步骤的作用是将电堆中的高温液体吹扫回高温恒温槽。观察管路中基本无流通液体时说明高温液体已吹扫彻底，则关闭空气吹扫管路电磁阀8和热浴管路电磁阀12。同样此步骤的作用是将电堆中的高温液体吹扫回高温恒温槽，减少高温液体的损失。此过程完毕后即为电堆进行了 I次冷热循环过程。
[0050]此时测量电堆尺寸，气密性，并将压力分析仪显示的电堆组装力的分布图进行保存，则得到电堆进行了 I个冷热循环后的稳定性测试结果。
[0051]重复上述冷热循环直至电堆气密性不合格后，所有物品归位，则测试结束。
[0052]对上述过程的测试结果分析:由图3-6可见，随着冷热循环次数的增加，电堆外尺寸基本不变;气密性中外漏量和氢氧串水量变化也不大，但氢串氧在第49个循环时猛增;且由压力分布结果可见，电堆组装力的分布并不均匀。以上说明实施例中的电堆结构稳定性还有待提高:需提高组装力的分布均匀性，进而可能使得电堆气密性有所改善。
[0053]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置，其特征在于: 包括 处于离线状态的燃料电池堆； 为该电堆提供冷热循环测试环境的冷热循环测试管路结构，所述冷热循环测试管路结构包括: 设置于所述电堆冷却腔输出侧管路上的温度传感器(5); 连接所述电堆冷却腔输入侧的冷浴管路结构，该冷浴管路结构包括低温恒温槽(I )，与所述低温恒温槽(I)连接，并通过冷浴管路单向阀(4)与所述电堆冷却腔输入侧连接的冷浴管路电磁栗(3)以及分别与所述电堆冷却腔输出侧管路、低温恒温槽(I)连接的冷浴管路电磁阀(6); 以及连接所述电堆冷却腔输入侧的热浴管路结构，该热浴管路结构由高温恒温槽(2)、与所述高温恒温槽(2)连接，并通过热浴管路单向阀(11)与所述电堆冷却腔输入侧连接的热浴管路电磁栗(10)以及分别与所述电堆冷却腔输出侧管路、高温恒温槽(2)连接的热浴管路电磁阀(12); 用于对所述电堆进行气密性测试的气密性测试平台； 以及设置于所述电堆上，用于对所述电堆进行电堆组装力分布测试的压力分析仪。2.根据权利要求1所述的通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置，其特征在于: 所述冷热循环测试管路结构还包括所述电堆冷却腔输入侧连接的空气吹扫管路，所述空气吹扫管路包括空气气源； 调节所述空气吹扫管路内空气气源压力值的空气调节阀(7); 以及通过空气吹扫管路单向阀(9)与所述电堆冷却腔输入侧连接的空气吹扫管路电磁阀⑶。3.根据权利要求1所述的通过冷热循环测试燃料电池堆结构稳定性的装置，其特征在于: 所述冷浴管路电磁栗(3)、冷浴管路电磁阀(6)、热浴管路电磁栗(10)、热浴管路电磁阀(12)、空气吹扫管路电磁阀(8)及空气调节阀(7)均通过电控部件控制。
【文档编号】H01M8/0438GK205488356SQ201521097000
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月24日
【发明人】付宇, 侯中军, 窦永香, 杜超, 明平文
【申请人】新源动力股份有限公司