一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置及檢測方法

2023-10-18 02:05:24 1

專利名稱：一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置及檢測方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及質子交換膜燃料電池雙極板水腔檢測技 術。
背景技術：
雙極板是質子交換膜燃料電池(PEMFC)電池組的關鍵部件，在燃料電池中主要起 集流、導電、分隔氧化劑與還原劑並引導氧化劑和還原劑在電池內電極表面流動的作用。因 而其質量的好壞直接決定了電池堆輸出功率的大小和使用壽命的長短。然而國內外有關雙 極板的研究主要集中在材料和流場設計方面，尤其是針對基體材料方面做了很多工作，目 的是為了降低PEMFC成本，減小電池體積，進一步提高電池工作效率。但是對雙極板性能檢 測方面的方法或裝置則研究的甚少。本發明提供了一種燃料電池雙極板檢測方法和裝置，特別涉及其水腔氣密性檢測 方面。水腔氣密性的優劣決定了燃料電池的熱管理好壞。若雙極板水腔氣密性不合格，則 燃料電池組的廢熱不能及時排除，會導致電化學反應速度隨溫度升高而加快，局部過熱會 引起該處電流密度升高，電流密度升高產生的廢熱會更多，這種惡性循環會在電池內部產 生「熱點」，嚴重時會燒壞電池的電極或隔膜，導致電池組的失效。這種現象對高溫電池更為 突出。因此檢測雙極板水腔是否滲漏是對其質量把關的重要一環。在實際生產中，必須 對每一片雙極板進行水腔是否滲漏的質量檢測，嚴格把關。因此，必須設計一種既能快速又 能準確地對導流極板進行檢測的方法與裝置，以確保雙極板的質量。但目前的現狀是在燃 料電池領域，氣密性檢測技術大多涉及燃料電池堆以及雙極板材料方面，對雙極板水腔的 氣密性檢測技術卻鮮有報導。

發明內容
本發明的目的是為了提供一種快速、高效、準確的檢測雙極板水腔氣密性的方法 和裝置。本發明的技術方案是—種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，包括氣源、減壓閥、壓力表、測試端板 和壓機，測試雙極板包括氫極板和氧極板，其特徵在於所述檢測裝置還包括隔離夾板；所 述測試端板是平板，包括測試上端板和測試下端板；測試上端板的一端設有與被測雙極板 水腔進口連通的測試端板進氣孔，測試上端板的另一端設有與被測雙極板水腔出口連通的 測試端板出氣孔，測試端板出氣口端連接截止閥，測試上端板的四個角的位置設有與被測 雙極板上是定位孔對應的測試上端板定位孔；測試下端板的四個角的位置設有與被測雙極 板上是定位孔對應的測試下端板定位孔；所述隔離夾板為一平板，隔離夾板一端在與被測 雙極板水腔進口對應位置設有隔離夾板進氣孔，隔離夾板另一端在與被測雙極板水腔出口 對應位置設有隔離夾板出氣孔，隔離夾板的四個角的位置設有與被測雙極板上的定位孔對應的隔離夾板定位孔；測試上端板定位孔、測試下端板定位孔和隔離夾板定位孔都是通孔， 定位銷貫通定位孔；測試上端板進氣孔用管路與減壓閥連接，所述減壓閥包括串聯連接的 減壓閥I和減壓閥II，減壓閥I用管路與氣源連接，減壓閥II用管路與測試上端板進氣孔 連接，減壓閥用管路與氣源連接，壓力表連接在測試端板進氣孔與減壓閥連接的管路上；測 試端板夾持測試雙極板，置於壓機的上模和下模之間。本發明的一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述測試端板進 氣孔和測試端板出氣孔的直徑為3-6mm。本發明的一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述隔離夾板的 厚度為 0. 45-0. 75mm。本發明的一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述測試上端 板、測試下端板、隔離夾板定位孔的孔徑與被測試雙極板定位孔的孔徑相同。本發明的一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述壓力表是精 密壓力表，壓力表精度為0. 002MPa。本發明的一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述氣源的是高 壓氣瓶，測試用氣體是空氣或氮氣。本發明的一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置的測試方法，其特徵在於所述 方法包括以下步驟a、將被測試的第一片雙極板置於測試下端板上通過定位孔和定位銷定位，第一片 雙極板上放置隔離夾板，也通過定位孔和定位銷定位，以此形式放置數片被測雙極板和隔 離夾板，最後一片雙極板上不加隔離夾板，測試上端板置於最後一片雙極板上，也通過定 位孔和定位銷定位；b、將步驟a組裝好的被測試組件置於壓機的上模和下模之間，旋轉壓機手柄調節 施加的壓力大小，實現對被測試組件的可靠密封；C、關閉測試端板出氣口端的截止閥，開啟並調節減壓閥，使測試氣體壓力至需要 的值；d、觀察管路中的壓力表，待被測試組件內壓力穩定後，關閉減壓閥並保壓；e、保壓期間通過觀察壓力表的指針變化判斷被測試組件內壓力的變化，根據被測 試組件內壓力的變化判定雙極板水腔氣密性壓力表無變化，表明此組被測試的所有雙極 板水腔氣密性均良好；壓力表示數下降，表明此組被測試的雙極板中有水腔氣密性不符合 要求的，則需對此組被測試的雙極板逐個以此方法再測試。本發明的一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置的測試方法，其特徵在於所述 被測試組件內壓力保持在O 0. 6MPa之間。本發明具有以下優點1、不同類型的雙極板均可使用該裝置進行水腔氣密性檢測。測試時，僅需根據雙 極板類型修改測試端板定位孔位置即可，因而具有通用性。2、注入的測試氣體的壓力可以在0 0. 6ΜΙ^之間可調，以適應不同工作壓力下雙 極板水腔的氣密性要求，保證了產品測試準確性。3、該方法操作簡單、測量範圍廣；該裝置成本低，抗幹擾能力強，且操作特別穩定。


本發明共有附圖九幅，其中圖1為本發明的構成示意2為測試端板的上端板結構示意3為測試端板的下端板結構示意4為實施例的氫側極板結構示意5為實施例的氧側極板結構示意6為實施例的氫側膠線結構示意7為實施例的氧側膠線結構示意8實施例的隔離夾板結構示意9實施例的金屬雙極板水腔氣密性檢測記錄。附圖中1、高壓氣瓶；2、減壓閥；3、減壓閥；4、精密壓力表；5、壓機旋轉手柄；6、 壓機上模；7、壓機下模；8、測試端板；9、被測試雙極板；10、隔離夾板；11、截止閥；12、測試 上端板定位孔；13、測試上端板進氣孔；14、測試上端板出氣孔；15、測試下端板定位孔；16、 氫極板水腔進口 ；17、氫極板水腔出口 ；18、氫極板定位孔；19、氧極板水腔進口 ；20、氧極板 水腔出口 ；21、氧極板定位孔；22、隔離夾板進氣孔；23、隔離夾板出氣孔；24、隔離夾板定位 孔。
具體實施例方式以下結合金屬雙極板水腔氣密性檢測實例及附圖，對本發明作詳細說明。檢測裝置包括氣源、減壓閥22、3、壓力表4、測試端板8、壓機和隔離夾板10。測試 端板8包括測試上端板和測試下端板；測試上端板的一端設有與被測雙極板水腔進口 16、 19連通的測試上端板進氣孔13，測試上端板的另一端設有與被測雙極板水腔出口 17、20連 通的測試上端板出氣孔14，測試上端板出氣口 14端連接截止閥11，測試上端板進、出氣孔 的直徑為5mm，測試上端板的四個角的位置設有與被測雙極板9上是定位孔18、21對應的 測試上端板定位孔12 ；測試下端板為一平板，測試下端板的四個角的位置設有與被測雙極 板上是定位孔對應的測試下端板定位孔15 ；隔離夾板10為一平板，隔離夾板10的厚度為 0. 65mm,隔離夾板10 —端在與被測雙極板水腔進口 16、19對應位置設有隔離夾板進氣孔 22，隔離夾板10另一端在與被測雙極板水腔出口 17、20對應位置設有隔離夾板出氣孔23， 隔離夾板10的四個角的位置設有與被測雙極板上的定位孔18、21對應的隔離夾板定位孔 24 ；測試上端板定位孔12、測試下端板定位孔15和隔離夾板定位孔M都是通孔，定位銷可 貫通定位孔；測試上端板進氣孔13用管路與兩個減壓閥2、3串聯連接，減壓閥用管路與氣 源連接，精密壓力表4連接在測試上端板進氣孔13與減壓閥2、3連接的管路上；測試端板 夾持測試雙極板，置於壓機的上模6和下模7之間。測試組件組裝時，在測試端板下端板的四個定位孔15處安裝定位銷，此操作可以 保證被測試雙極板9、隔離夾板10與測試端板8之間實現精確定位。檢測氫極板時在被測 試雙極板的氫極板的進出氣口 16、17處粘好氫側密封膠線；測氧極板時在氧極板的進出氣 口 19、20處粘好氧側密封膠線。粘結密封膠線時，用鑷子夾住膠線，蘸去離子水，平放於氫 氧極板進出氣口處，然後輕輕按壓即可。依靠去離子水在雙極板表面的潤溼，可以保證密封膠線與雙極板密切結合。又因測試時使用的是去離子水，可極大的降低雙極板的汙染。將粘 好密封膠線的第一片雙極板9放於測試端板下端板之上，兩者依靠定位銷可精確定位。在 第一片雙極板上安放隔離夾板10，同樣依靠定位銷可實現精確定位。依次重複操作，直至 最後一片雙極板放置完，其上不再加隔離夾板。合上測試端板的上端板，同樣依靠定位銷定 位。將組裝好的測試組件置於壓機的上模6和下模7之間，旋轉壓機手柄5調節施加的壓 力大小，實現對被測試組件的可靠密封。測試時，首先打開高壓氣瓶1，打開並調節第一個調節減壓閥I 2，使出口壓力 調至適當範圍。隨後調節第二個減壓閥113，使其出口壓力調整到實際檢測壓力值，為 0. IMPa0氣路中設置了兩個減壓閥，不僅能保證裝置的安全性，還使得測試時氣源的打開與 關閉變得更加方便快捷。另外，檢測壓力值的大小可根據實際工況進行選擇與確定，一般確 定原則是檢測壓力值略大於實際工況壓力值。關閉截止閥11，使得測試組件密閉。然後， 開啟減壓閥3的閥門，待氣體壓力穩定後，關閉減壓閥並保壓，用秒表記錄精密壓力表4在2 分鐘內的壓力變化情況。保壓結束後，開啟截止閥11放掉裝置內氣體，再卸除施加在測試 端板8上的壓力，這樣可以保護裝置安全。合格品的判定若在保壓的2分鐘內，壓力表無變化，則說明此次測試的所有雙極 板水腔氣密性均良好。如果壓力表示數下降，則需對此次測試的雙極板逐個檢測。具體檢 測數值見附圖9雙極板水腔氣密性檢測記錄。另外，金屬雙極板檢測時保壓時間設定為2 分鐘，不同類型的雙極板可根據實際工況及要求設定。全部樣品檢測完畢後，關閉減壓閥2、3以及高壓氣瓶1的閥門，測試工作結束。
權利要求
1.一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，包括氣源、減壓閥0、3)、壓力表、測 試端板(8)和壓機，被測試雙極板(9)包括氫極板和氧極板，其特徵在於所述檢測裝置還包 括隔離夾板(10)；所述測試端板(8)是平板，包括測試上端板和測試下端板；測試上端板的 一端設有與被測雙極板(9)水腔進(16、19)連通的測試上端板進氣孔(13)，測試上端板的 另一端設有與被測雙極板(9)水腔出(17、20)連通的測試上端板出氣孔(14)，測試上端板 出氣孔(14)端連接截止閥(11)，測試上端板的四個角的位置設有與被測雙極板(9)上的 定位孔(18、21)對應的測試上端板定位孔(1 ；測試下端板的四個角的位置設有與被測雙 極板(9)上的定位孔(18、21)對應的測試下端板定位孔(1 ；所述隔離夾板(10)為一平 板，隔離夾板(10) —端在與被測雙極板(9)水腔進(16、19)對應位置設有隔離夾板進氣孔(22)，隔離夾板(10)另一端在與被測雙極板水腔出(17、20)對應位置設有隔離夾板出氣孔(23)，隔離夾板(10)的四個角的位置設有與被測雙極板(9)上的定位孔(18、21)對應的隔 離夾板定位孔04)；測試上端板定位孔(12)、測試下端板定位孔(1 和隔離夾板定位孔(24)都是通孔，定位銷貫通定位孔；測試上端板進氣孔(1 用管路與減壓閥(2、；3)連接， 所述減壓閥(2、3)包括串聯連接的減壓閥I (2)和減壓閥II (3)，減壓閥I (2)用管路與氣源 連接，減壓閥IIC3)用管路與測試上端板進氣孔(1 連接，壓力表(4)連接在測試上端板 進氣孔(1 與減壓閥II C3)連接的管路上；測試端板(8)夾持測試雙極板(9)，置於壓機 的上模(6)和下模(7)之間。
2.根據權利要求1所述一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述測 試上端板進氣孔(1 和測試上端板出氣孔(14)的直徑為3-6mm。
3.根據權利要求1所述一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述隔 離夾板(10)的厚度為0. 45-0. 75mm。
4.根據權利要求1所述一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述測 試上端板定位孔(12)、測試下端板定位孔(15)、隔離夾板定位孔04)的孔徑與被測試雙極 板定位孔(18、21)的孔徑相同。
5.根據權利要求1所述一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述壓 力表(4)是精密壓力表，壓力表精度為0.002MPa。
6.根據權利要求1所述一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置，其特徵在於所述氣 源是高壓氣瓶(1)，測試用氣體是空氣或氮氣。
7.權利要求1所述一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置的測試方法，其特徵在於 所述方法包括以下步驟a、將被測試的第一片雙極板(9)置於測試下端板上，通過定位孔和定位銷定位，第一 片雙極板上放置隔離夾板(10)，也通過定位孔和定位銷定位，以此形式放置數片被測雙極 板(9)和隔離夾板(10)，最後一片雙極板(9)上不加隔離夾板(10)，測試上端板置於最後 一片雙極板上，也通過定位孔和定位銷定位；b、將步驟a組裝好的被測試組件置於壓機的上模(6)和下模(7)之間，旋轉壓機手柄 調節施加的壓力大小，實現對被測試組件的可靠密封；c、關閉測試上端板出氣口端的截止閥(11)，開啟並調節減壓閥0、3)，使測試氣體壓 力至需要的值；d、觀察管路中的壓力表G)，待被測試組件內壓力穩定後，關閉減壓閥(2、；3)並保壓；e、保壓期間通過觀察壓力表的指針變化判斷被測試組件內壓力的變化，根據被測試組 件內壓力的變化判定雙極板水腔氣密性壓力表無變化，表明此組被測試的所有雙極板水 腔氣密性均良好；壓力表示數下降，表明此組被測試的雙極板中有水腔氣密性不符合要求 的，則需對此組被測試的雙極板逐個以此方法再測試。
8.根據權利要求7所述的一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置的測試方法，其特 徵在於所述被測試組件內壓力保持在0 0. 6MPa之間。
全文摘要
一種燃料電池雙極板水腔氣密性檢測裝置及檢測方法，裝置包括氣源、減壓閥、壓力表、測試端板、壓機和隔離夾板；測試上端板上設有與被測雙極板水腔進出口連通的測試端板進出氣孔和與被測雙極板上定位孔對應的測試上端板定位孔，出氣口端連接截止閥；進氣孔與減壓閥和氣源連接，壓力表連接在進氣孔與減壓閥之間；隔離夾板上設有隔離夾板進出氣孔隔離夾板定位孔，定位銷貫通定位孔；測試端板夾持測試雙極板，置於壓機的上模和下模之間。測試方法為向被測組件通入測試氣體並保壓，根據保壓期間被測組件內壓力的變化確定被測組件的氣密性。該方法及裝置的優點是操作簡單、測量範圍廣；裝置成本低，抗幹擾能力強，且操作特別穩定。
文檔編號G01M3/26GK102087161SQ20101056212
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者付宇, 侯中軍, 徐洪峰, 明平文, 王紅梅, 竇永香 申請人:新源動力股份有限公司