用于测试的发电模块的制作方法

1.本发明属于固体氧化物燃料电池的测试技术领域，具体地，涉及一种用于测试的发电模块。


背景技术：

2.固体氧化物燃料电池(sofc)是一种能量转换率高、燃料适应性广、污染小的绿色模块化电池，在sofc发电系统中，阳极燃气可以采用h2、co、ch4、液化气、生物质气以及煤气等多种碳氢燃料，作为阳极气体的燃气与作为阴极气体的空气进入发电模块内并发生电化学反应。发电模块作为sofc发电系统中的核心结构，其运行的稳定性直接影响sofc发电系统的使用寿命，因此为了保证sofc发电系统的稳定运行，需要对发电模块的性能进行检测。
3.现有的用于测试的发电模块一般包括多个电堆单元，测试时发电模块通过集流件与外部控制设备相连，能够对发电模块的整体性能进行检测，但无法灵活探究各电堆单元的性能，影响发电模块的检测效率以及检测的稳定性。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种用于测试的发电模块，该用于测试的发电模块，灵活检测各个电堆单元及发电模块的性能，提高检测效率，保证检测的稳定性，且能够精准定位失效电堆单元，保证电堆模块的稳定测试。
5.为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了用于测试的发电模块，所述发电模块包括电堆单元组，所述电堆单元组包括：
6.多个电堆单元，各个所述电堆单元的两侧端板上均形成有端板集流部；以及
7.多个集流件，多个所述电堆单元与多个所述集流件依次交替叠置，各个所述集流件分别与相邻的所述端板集流部形成导电接触，使得位于任意两个所述集流件之间的所述电堆单元均能够串联输出电能。
8.在一些实施例中，所述集流件包括：
9.电堆围挡，呈框状并套置于相邻的所述电堆单元的端板上，使得相邻的所述电堆单元的端板能够限位于所述电堆围挡内；
10.电堆贴合板，安装于所述电堆围挡内并与相邻的所述端板集流部相贴合；和
11.集流板，从所述电堆围挡上伸出。
12.在一些实施例中，所述集流件为导电件，所述集流板上设置有用于检测所述电堆单元的电压的电压表。
13.在一些实施例中，各个所述电堆单元的两侧端板上均形成有端板气道口部，相邻的所述端板气道口部对接并在所述电堆单元组上形成对外密封的流通气道。
14.在一些实施例中，所述集流板居中布置，所述端板气道口部分布于所述集流板的两侧。
15.在一些实施例中，所述电堆贴合板上形成有与所述端板气道口部相对应的用于流
通气体的贴合板气道槽，相邻的所述端板气道口部之间形成有与所述贴合板气道槽的槽高相同的电堆间隙，所述电堆间隙内填充有密封件。
16.在一些实施例中，所述密封件为板状耐高温密封件。
17.在一些实施例中，在所述集流板的一侧，依次连接的各个所述端板气道口部形成为阳极流通通道，在所述集流板的另一侧，依次连接的各个所述端板气道口部形成阴极流通通道。
18.在一些实施例中，所述发电模块包括：
19.热箱；以及
20.电堆单元组，设置于所述热箱内，所述电堆单元组的各个所述集流件沿所述热箱的高度方向依次布置并贯穿延伸出所述热箱。
21.在一些实施例中，所述热箱内设置有用于导气的布气管，所述布气管延伸入所述电堆单元组并嵌装于所述流通气道内。
22.在一些实施例中，所述电堆单元组的上端面设置有用于密封所述流通气道的端板密封盖。
23.在本发明的用于测试的发电模块中，该发电模块采用集流件与电堆单元依次交替叠置的方式，任意两个集流件之间的电堆单元均能够串联并输出电能，集流件与外部控制设备相连，灵活检测各个电堆单元及发电模块整体的性能，提高检测效率，保证检测的稳定性，准确定位失效电堆单元，保证发电模块的稳定测试。此外，多个电堆单元叠置使得各个通气区域串联形成对外密封的贯通式的流通气道，无需形成独立伸入每个电堆单元的独立供气装置，集成度高，降低发电模块的生产成本和复杂度。
24.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
25.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
26.图1为根据本发明的具体实施方式的用于测试的发电模块的结构示意图；
27.图2为图1的不同视角下的纵剖面结构示意图，展示了电堆单元、电堆间隙、集流件和热箱；
28.图3为图1的内部立体结构示意图，展示了端板密封盖和电堆单元组；
29.图4为图3所示的局部立体结构示意图，展示了集流件、阳极流通通道和阴极流通通道；
30.图5为图3不同视角下的电堆第一端板的俯视结构示意图，展示了电堆第一端板、布气管、阳极流通通道和阴极流通通道；
31.图6为图3不同视角下的密封件的俯视结构示意图；以及
32.图7为图3中电堆单元的局部结构示意图。
33.附图标记说明：
34.100
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电堆单元组
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200
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热箱
[0035]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电堆单元
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集流件
[0036]
101
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端板集流部
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102
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端板气道口部
[0037]
201
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电堆围挡
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202
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电堆贴合板
[0038]
203
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集流板
[0039]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电堆间隙
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密封件
[0040]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
布气管
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端板密封盖
[0041]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电堆第一端板
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电池片
[0042]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电堆第二端板
[0043]
401
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密封进气口
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402
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密封出气口
[0044]
501
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阳极燃气管
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502
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阳极尾气管
[0045]
503
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阴极空气管
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504
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阴极尾气管
[0046]aꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阳极流通通道
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阴极流通通道
[0047]
a1
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阳极进气流通通道
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
a2
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阳极出气流通通道
[0048]
b1
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阴极进气流通通道
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b2
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阴极出气流通通道
具体实施方式
[0049]
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0050]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0051]
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
[0052]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0053]
本发明首先公开了一种新型的用于测试的发电模块，该发电模块包括阳极气体和阴极气体，其中，阳极气体为燃气，可以为合成气，也可以为天然气，在此不做具体限定，阴极气体为空气。以下对用于测试的发电模块做详细阐述。
[0054]
本发明旨在解决用于测试的发电模块的检测效率以及检测的稳定性问题。发电模块作为sofc发电系统中的核心结构，其运行的稳定性直接影响sofc发电系统的使用寿命，因此需要对发电模块进行测试以评估其稳定性。现有的用于测试的发电模块一般包括多个电堆单元，测试时发电模块通过集流件与外部控制设备相连，实现发电模块的整体性能检测，但无法灵活探究各电堆单元的性能，影响发电模块的检测效率以及检测的稳定性。因此，如何解决灵活检测各个电堆单元是值得关注的问题，实现发电模块的高效检测，保证发电模块检测的稳定性，精准定位失效电堆单元，保证电堆模块的稳定测试。
[0055]
为此，本发明提供了一种用于测试的发电模块，如图1至图6所示，该发电模块包括电堆单元组100，电堆单元组100包括：多个电堆单元1和多个集流件2；
[0056]
其中，多个电堆单元1，各个电堆单元1的两侧端板上均形成有端板集流部101；以及
[0057]
多个集流件2，多个电堆单元1与多个集流件2依次交替叠置，各个集流件2分别与相邻的端板集流部101形成导电接触，使得位于任意两个集流件2之间的电堆单元1均能够串联输出电能。
[0058]
该发电模块为用于测试的固体氧化物燃料电池发电模块，如图2和图7所示，发电模块由多个电堆单元1堆叠而成，每个电堆单元1均包括自上而下依次堆叠的电堆第一端板7、电池片8和电堆第二端板9，下侧的电堆单元1的电堆第一端板7与相邻的上侧的电堆单元1的电堆第二端板9相对设置。每个电堆第一端板7和电堆第二端板9上都形成有具有导电能力的端板集流部101。电堆第一端板7、电堆第二端板9和集流件2均可以为平整板状结构，端板集流部101与集流件2相贴合并形成导电接触；集流件2也可以为形成有嵌装槽的外罩结构，电堆第一端板7和电堆第二端板9能够嵌装于集流件2内，集流件2与端板集流部101贴合并形成导电接触；此外，电堆第一端板7和电堆第二端板9也可以为凹形板状结构，即端板集流部101处形成为能够容置集流件2的凹槽，集流件2嵌装于该凹槽内，与端板集流部101贴合并形成导电接触，方便定位安装集流件2。
[0059]
如图2和图3所示，集流件2与电堆单元1依次交底叠置，其中，底部的电堆单元1的电堆第二端板9位于底部集流件2的上部，顶部电堆单元1的电堆第一端板7位于顶部集流件的下部，可以理解为，顶部的集流件2可以作为正极，底部的集流件2可以作为负极，多个电堆单元1均位于顶底两个集流件2的中间，通过顶底两个集流件2能够输出整个电堆单元组100的电能，通过外接的控制设备能够测试整个电堆单元1的性能。
[0060]
任意两个集流件2之间的电堆单元1均能够形成串联并输出电能，如图2所示，例如一个电堆单元1的电堆第一端板7和电堆第二端板9两侧的集流件2与外接控制设备相连并形成回路，能够输出这一个电堆单元1的电能，从而测试该电堆单元1的性能，通过获取每个电堆单元1的性能，便于比较各电堆单元之间的差异，提高测试的稳定性；例如三个相叠置的电堆单元1，电堆单元1之间通过集流件2形成串联的导电结构，其顶部的电堆第一端板7相连接的集流件2与底部的电堆第二端板9相连接的两集流件2与外界控制设备相连，能够输出该三个电堆单元1的电能，从而测试这三个电堆单元1的性能。实现灵活检测各个电堆单元及发电模块的性能，提高检测效率，保证检测的稳定性。
[0061]
此外，在一种实施例中，集流板203上设置有用于检测电堆单元1的电压的电压表，图中未显示，每个电堆单元1两侧的集流板203上分别设置有电压表，压力表用于检测相应电堆单元1的电压，该发电模块为用于测试的固体氧化物燃料电池发电模块，发电模块运行时，若某个电堆单元1失效，可以通过观察电压表的变化快速判断失效电堆单元1的位置。判断失效电堆单元1后，在发电模块不进行降温停机的情况下，可以将损坏的电堆单元1排除在发电模块之外，可以采用一个或多个外接控制设备与集流板203相连，任意两个集流板203与外接控制设备之间形成的回路不包含失效电堆，因此失效电堆单元1内不进行电化学反应，仅仅作为流道和导电结构，降低了潜在的高温热点等风险，保证发电模块的稳定测试。
[0062]
在一种实施例中，如图4所示，集流件2包括：电堆围挡201，呈框状并套置于相邻的电堆单元的端板上，使得相邻的电堆单元的端板能够限位于电堆围挡201内；电堆贴合板202，安装于电堆围挡201内并与相邻的端板集流部101相贴合；和集流板203，从电堆围挡201上伸出。可以理解为，集流件2可以为一种全包裹式的结构，每个电堆围挡201可以套置于相邻的电堆第一端板7和电堆第二端板9上，对电堆单元1进行限位，保证多个电堆单元1之间的快速安装堆叠。电堆贴合板202与端板集流部101之间的集流面积较大，降低了接触电阻，保证测试过程中的稳定集流。集流板203从电堆围挡201上伸出，便于与外接控制设备
相连。
[0063]
对应的，集流件2可以与端板集流部101形成导电接触面，为保证二者具有良好的导电接触，在一种实施例中，如图2和图4所示，集流件2可以为导电件，保证各电堆单元1之间的串联有效性，也确保集流的有效性。
[0064]
现有的发电模块中，每个电堆单元多采用独立的供气装置，即非贯通式气路设计，这样不仅提高了生产成本，更增加了发电模块的复杂度，不利于发电模块的集流测试，因此，本发明对发电模块结构进行设计。在一种实施例中，如图3和图5所示，各个电堆单元1的两侧端板上均形成有端板气道口部102，相邻的端板气道口部102对接并在电堆单元组100上形成对外密封的流通气道。可以理解为，每个电堆单元1的电堆第一端板7上的端板气道口部102与电堆第二端板9上的端板气道口部102之间的区域为通气区域，多个电堆单元1叠置使得各个通气区域串联形成对外密封的贯通式的流通气道，该流通气道能够将各个电堆单元1串联，因此采用一套供气装置即可，无需形成独立伸入每个电堆单元1的独立供气装置，集成度高，且降低发电模块的生产成本和复杂度。其中，端板气道口部102可以间隔分散与端板的四面，如图7所示，也可以对称分散在端板的两侧，如图4和图5所示。
[0065]
具体地，在一种实施例中，如图4所示，端板气道口部102可以为两个，集流板203居中布置于电堆单元1的端板上，端板气道口部102分布于集流板203的两侧，使得两个端板气道口部102间隔布置，保证两个端板气道口部102互不影响。
[0066]
为了保证各个电堆单元1的通气区域之间能够形成对外密封的流通气道，在一种实施例中，如图3和图4所示，在电堆贴合板202上形成有与端板气道口部102相对应的用于流通气体的贴合板气道槽，相邻的端板气道口部102之间形成有与贴合板气道槽的槽高相同的电堆间隙，相邻的端板气道口部102之间形成有与贴合板气道槽的槽高相同的电堆间隙3，在电堆间隙3内可以填充有密封件4。该密封件4应与两侧的端板气道口部102形成完全的封闭式贴合，保证气体不会从电堆间隙3内外漏，既保证发电模块使用的安全性以及测试的稳定性，又避免造成能源浪费。
[0067]
由于发电模块包括阳极气体和阴极气体，因此，为了保证阳极气体和阴极气体的独立性，在一种实施例中，如图4和图5所示，在集流板203的一侧，依次连接的各个端板气道口部102形成为阳极流通通道a，集流板203的另一侧，依次连接的各个端板气道口部102形成阴极流通通道b。对应地，在电堆第一端板7与电堆第二端板9上，阳极流通通道a形成有用于向发电模块内通入阳极燃气的阳极进气流通通道a1以及用于将电化学反应产生的阳极尾气导出的阳极出气流通通道a2，阴极流通通道b形成有用于向发电模块内通入阴极燃气的阴极进气流通通道b1以及用于将电化学反应产生的阴极尾气导出的阴极出气流通通道b2。
[0068]
与此同时，为了保证阳极流通通道a与阴极流通通道b的密封，每一个电堆单元1的端板上可以具有两个密封件4，每个密封件4上可以形成为用于进气的密封进气口401以及用于出气的密封出气口402，密封进气口401与密封出气口402之间相互独立，互不影响。
[0069]
由于发电模块运行时发生的是放热的电化学反应，因此，为了保证密封件4的密封性，在一种实施例中，如图2和图6所示，密封件4为板状耐高温密封件，既保证密封性，又提高使用寿命，且板状结构易于加工。其中，密封件的材质可以为耐高温陶瓷或者耐高温金属，在此不做具体限定。
[0070]
对于用于测试的发电模块，由于阳极燃气与阴极空气发生的电化学反应为放热反应产生一定的热能，因此，在一种实施例中，如图1和图2所示，发电模块可以包括：热箱200；以及电堆单元组100，设置于热箱200内，电堆单元组100的各个集流件2沿热箱200的高度方向依次布置并贯穿延伸出热箱200。电堆单元组100可以放置于具有隔热作用的热箱200内，通过热箱200可以有效减少热能与外界环境的热量交换。其中热箱200可以根据堆叠电堆单元1的个数进行尺寸的调节，对于热箱200的形状、材质在此不做具体限定。此外，热箱200上可以开有多个集流件出口，多个集流件2的集流板203沿集流件出口延伸出热箱200以方便测试取电，为了尽可能的减少热量损失，在集流件出口处可以通过集流件出口密封件进行密封，该集流件出口密封件可以为回形的耐高温结构，有效减少热量散失。
[0071]
对于该发电模块的供气装置，如图3和4所示，该发电模块还包括热箱200内设置有用于导气的布气管5，布气管5延伸入电堆单元组100并嵌装于流通气道内，结构紧凑、集成度高。具体地，该布气管5包括位于电堆单元组100的布气箱，该布气箱内设置有延伸入阳极进气流通通道a1的阳极燃气管501、延伸入阳极出气流通通道a2的阳极尾气管502、延伸入阴极进气流通通道b1的阴极空气管503以及延伸入阴极出气流通通道b2的阴极尾气管504。
[0072]
由于电化学反应放出的热量使得阳极尾气和阴极尾气具有较高的温度，该高温尾气可以在热箱200内与阳极进气或阳极出气进行热量交换，提高热利用率。具体地，在布气箱内还可以设置用于阳极燃气与阳极尾气之间热量交换的阳极换热器、用于阴极空气与阴极尾气之间热量交换的阴极换热器，图中未显示，既提高了热利用率，又升高了阳极燃气与阴极空气的进气温度以便达到发电模块的反应温度。
[0073]
此外，由于位于电堆单元组100顶部的电堆第一端板7上形成有端板气道口部102，为了防止气体从顶部泄漏，在一种实施例中，如图2和图3所示，电堆单元组100的上端面设置有用于密封所述流通气道的端板密封盖6，该端板密封盖6包括密封盖上端面和密封盖下端面，其中密封盖下端面与顶部的密封件4的上端面形成密封贴合，防止气体从流通气道的顶部泄漏，该端板密封盖6可以为板状结构，结构简单，易于加工。
[0074]
综上，本发明提供了一种用于测试的发电模块，该发电模块采用集流件2与电堆单元1依次交替叠置的方式，使得每个电堆单元的电堆第一端板7和电堆第二端板9均连接有集流件2，任意两个集流件2之间的电堆单元1均能够串联并输出电能，集流件2与外部控制设备相连，实现发电模块的整体性能检测，并能够灵活获取每个电堆单元的性能。同时，发电模块运行时，若某个电堆单元1失效，能够快速判断失效电堆单元1的位置，将损坏的电堆单元1排除在发电模块之外，保证发电模块的稳定测试。此外，多个电堆单元1叠置使得各个通气区域串联形成对外密封的贯通式的流通气道，无需形成独立伸入每个电堆单元1的独立供气装置，集成度高，降低发电模块的生产成本和复杂度。
[0075]
需要特别说明的是，根据本发明实施例中的用于测试的发电模块的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。
[0076]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，例如对端板密封层的形状、厚度和材质变化，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0077]
另外需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施
例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0078]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。