[发明专利]一种研究燃料电池电堆组装力与密封性的在线测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池电堆的密封性检测，具体地说是一种研究燃料电池电堆组装力与密封性的在线测试方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种直接利用氢能的发电装置，PEMFC把贮存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，能量转化效率高；燃料电池环境友好，唯一排放物是水。因此，燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。

质子交换膜燃料电池堆组通常包括：（1）燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料（如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体）和氧化剂（主要是氧气或空气）均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体（如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；（3）燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。

质子交换膜燃料电池可用作一切车、船等运载工具的动力系统，又可用作手提式、移动式、固定式的发电装置。为了确保质子交换膜燃料电池中的燃料与氧化剂能够分布到整个膜电极两边表面上而又不产生混合，密封技术就非常关键。如果密封不好，可能会产生两种情况：一种情况是燃料气体与氧化剂气体在燃料电池内部混合。在采用氢与氧运行的燃料电池中，这种混合是非常致命的，一旦引发爆炸，破坏力非常大；另一情况是燃料气体或氧化剂气体向燃料电池外部渗漏，这种情况不但会降低燃料电池的效率，而且一旦当燃料氢气在外界浓度积累达到一定程度时，就会发生爆炸。因此，要十分重视燃料电池密封技术。

密封技术可以提供燃料电池系统运行的安全与性能保证，现有密封技术主要是在燃料电池组装过程中通过将膜电极作整齐的裁剪，并在膜电极的四周用弹性体如橡胶材料作包裹性的密封，并与相对应的导流板（上面有密封槽）施加一定的组装力压紧，再用螺杆将电堆连同两侧端板一起紧固后进行电池系统综合性能测试。

现有技术中，在电池系统综合性能测试过程为同时接通燃料、氧化剂、冷却流体，密封材料可能由于本身质地原因，或者安装原因，再或者其它因素导致电堆气密性下降，先抛除燃料气体与氧化剂气体在燃料电池内部混合这种可能，单从燃料气体或氧化剂气体向燃料电池外部渗漏方面来看分析，这种情况会大大降低工作效率，同时也会造成很大经济损失。导致的原因如下：将燃料电池拆开寻找漏气点，此项工作非常费时，直接降低工作效率；原先的密封件设置在双极板上，尽管密封件原先与双极板上面的密封槽表面有胶粘剂，但由于密封件长期与膜电极的某些密封区域的端面紧固在一起，己经产生较大的粘附力，当拆开电堆让双极板与膜电极分离时，往往密封件被撕拉下来，并发生变形，不但导致无法重新装配，而且密封件变形后已经无法重复使用，造成经济损失。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种研究燃料电池电堆组装力与密封性的在线测试方法。该方法通过在燃料电池组装过程中借助在线气密性测试设备对已施加一定组装力的燃料电池堆进行在线气密性测试，从而达到对电堆气密性预知的效果。

本发明采用的技术手段如下：

一种研究燃料电池电堆组装力与密封性的在线测试方法，其特征在于包括如下步骤：

1）按照燃料电池组装方法组装电堆，所述电堆由燃料电池双极板与MEA交替叠合而成，且将各单体之间嵌入密封件，将所述电堆放在下端板上；将上端板置于所述电堆的上端，螺杆从所述上端板穿行到所述下端板，将螺帽旋在所述螺杆上，并将两个设有气体接口Ⅰ、气体接口Ⅱ和气体接口Ⅲ的上端板封头固定在所述上端板上；

2）将组装好的所述电堆放在液晶数显万能实验机上，施加压力到预设的组装力后将所述液晶数显万能实验机的压力保持恒定；

3）将一个上端板封头上的气体接口Ⅰ、气体接口Ⅱ和气体接口Ⅲ分别用堵头封堵，将连通有高压氮气钢瓶的三通管路的至少一支管路与另一个上端板封头上的气体接口Ⅰ、气体接口Ⅱ和气体接口Ⅲ中相应的气体接口连接，其余管路和气体接口封堵后进行气密性测试；

4）开启所述高压氮气钢瓶，调节减压阀直至精密压力表显示为所需测试值时保持稳定，关闭所述高压氮气钢瓶，并观察所述精密压力表在预设时间内的变化情况；

5）测试完毕后，如有泄漏情况，检查漏点并进行修正，修正后重复步骤1）至步骤4）；如无泄漏情况，将测试装置与所述电堆分离，使用扭矩扳手将螺帽旋紧直至液晶面板上显示压力为零时停止。