[发明专利]一种燃料电池电堆泄漏率测试装置与方法

摘要

本发明涉及燃料电池电堆泄漏率测试装置及方法，所述的装置包括氦气瓶、进气总管，还包括11个电磁阀、1个精密压力传感器、1个比例调压阀、1个安全阀、1个定容器和相应的压力表、管路等。与现有技术相比，本发明装置可实现气体保压测试以及电堆内漏、外漏时泄漏率的自动、精确测量，并实现安全联锁，自动排放。通过对任意电堆氢腔、空气腔和冷却液腔各自体积的标定，可实现空气腔总泄漏、氢腔总泄漏、空气腔外漏、氢腔外漏、冷却液腔外漏、氢腔窜空气腔泄漏、氢腔窜冷却液腔泄漏和空气腔窜冷却液腔泄漏等八类常见的气体泄漏率的自动计算。

主权项

一种测试燃料电池电堆泄漏率的方法，其特征在于，进行所述方法的测试装置设置在燃料电池堆上，燃料电池堆前设有空气进气支管、氢气进气支管、冷却液进液支管，燃料电池堆后设有空气出气支管、氢气出气支管、冷却液出液支管，所述的装置包括氦气瓶、进气总管，所述的氦气瓶通过进气总管连接至燃料电池前分成两条支路，其中第一支路a连接放空管，第二支路分成三路分别连接空气进气支管、氢气进气支管、冷却液进液支管，所述的进气总管上依次设有调压阀a(2)、压力传感器a(3)、自动比例调压阀(4)、电磁阀b(5)、压力传感器b(6)、自动安全阀(7)，所述的第一支路上设有电磁阀c(9)，该电磁阀c(9)连接定容器(10)，所述的第二支路上设有精密压力传感器(8)和放空电磁阀a(18)，所述的空气进气支管上设有电磁阀d(12)，氢气进气支管上设有电磁阀f(14)，冷却液进液支管上设有电磁阀h(16)，所述的空气出气支管上设有电磁阀e(13)，氢气出气支管上设有电磁阀g(15)，冷却液出液支管上设有电磁阀j(17)，所述的放空管上设有放空电磁阀b(11)；所述的自动比例调压阀(4)、电磁阀b(5)、精密压力传感器(8)、电磁阀c(9)、电磁阀d(12)，电磁阀f(14)，电磁阀h(16)，电磁阀e(13)，电磁阀g(15)，电磁阀j(17)，放空电磁阀a(18)、放空电磁阀b(11)均连接工控机(19)，通过工控机(19)控制各电磁阀的开关，所述的测试方法包括以下步骤：(1)对已知容积V的定容器充气至压力P1，通过电磁阀控制将定容器与待测腔体相连通，测量电磁阀开启后定容器压力值P2，从而得出待测腔体的体积Vx，所述的待测腔体的体积Vx通过以下公式(Ⅰ)计算得出：Vx＝P1×V÷P2－V           (Ⅰ)，所述的待测腔体包括燃料电池氢腔、空气腔或冷却液腔；(2)在测试时间t内，通过精密压力传感器测量待测腔体的压力下降值ΔP，从而得出相应的泄漏率K，所述的泄漏率K通过以下公式(Ⅱ)计算得出：K＝ΔP×Vx÷t                (Ⅱ)；所述的测试方法包括空气腔总泄漏测试、氢腔总漏测试、空气腔外漏测试、氢腔外漏、冷却液腔外漏、氢腔窜空气腔泄漏、空气腔窜冷却液腔泄漏、氢腔窜冷却液腔泄漏共八种泄露的测试，其中，空气腔总泄漏测试过程为：根据公式(Ⅰ)计算出空气腔的容积VA，设定自动比例调压阀(4)至设定压力值P3，然后打开电磁阀b(5)和电磁阀d(12)，进行充压；同时打开氢气出口处的电磁阀j(17)和冷却液出口电磁阀g(15)，以便排出可能从空气腔内漏过来的气体；待精密压力传感器(8)显示的压力值稳定至设定压力值P3后，关闭自动比例调压阀(4)和电磁阀b(5)；保压测试持续t分钟，通过观察t时间内的精密压力传感器(8)的压力变化ΔP1，即可判断空气腔总泄漏，是否在允许范围；若有必要，根据公式(Ⅱ)算出空气腔总泄漏率KA总＝ΔP1×VA÷t；氢腔总漏测试过程：根据公式(Ⅰ)计算出氢腔的容积VH，设定自动比例调压阀(4)至设定压力值P3，然后打开电磁阀b(5)和电磁阀h(16)，进行充压；同时打开空气出口电磁阀e(13)和冷却液出口电磁阀g(15)，以便排出可能从氢腔内漏过来的气体；待精密压力传感器(8)显示的压力值稳定至设定压力值P3后，关闭自动比例调压阀(4)和电磁阀b(5)；保压测试持续t分钟，通过观察t时间内的精密压力传感器(8)的压力变化ΔP2，即可判断氢腔总泄漏，是否在允许范围；若有必要，根据公式(Ⅱ)算出空气腔总泄漏率KH＝ΔP2×VH÷t；空气腔外漏测试过程：根据公式(Ⅰ)计算出空气腔的容积VA，设定自动比例调压阀(4)至设定压力值P3，然后打开电磁阀b(5)、电磁阀d(12)，电磁阀f(14)，电磁阀h(16)，对电堆各腔体进行同时充压；待精密压力传感器(8)显示的压力值稳定至设定压力值P3后，关闭自动比例调压阀(4)、电磁阀b(5)、电磁阀f(14)和电磁阀h(16)；保压测试持续t分钟；通过观察t时间内的精密压力传感器(8)的压力变化ΔP3，即可判断空气腔外漏是否在允许范围；若有必要，根据公式(Ⅱ)算出空气腔总泄漏率KA外＝ΔP3×VA÷t；氢腔外漏测试过程：根据公式(Ⅰ)计算出氢腔的容积VH，设定自动比例调压阀(4)至设定压力值P3，然后打开电磁阀b(5)、电磁阀d(12)、电磁阀f(14)和电磁阀h(16)，对电堆各腔体进行同时充压；待精密压力传感器(8)显示的压力值稳定至设定压力值P3后，关闭自动比例调压阀(4)、电磁阀b(5)、电磁阀d(12)和电磁阀f(14)，保压测试持续t分钟，通过观察t时间内的精密压力传感器(8)的压力变化ΔP4，即可判断氢腔外漏是否在允许范围，若有必要，根据公式(Ⅱ)算出空气腔总泄漏率KH外＝ΔP4×VH÷t；冷却液腔外漏测试过程：根据公式(Ⅰ)计算出冷却液腔的容积VC，设定自动比例调压阀(4)至设定压力值P3，然后打开电磁阀b(5)、电磁阀d(12)、电磁阀f(14)和电磁阀h(16)，对电堆各腔体进行同时充压；待精密压力传感器(8)显示的压力值稳定至设定压力值P3后，关闭自动比例调压阀(4)、电磁阀b(5)、电磁阀d(12)和电磁阀h(16)，保压测试持续t分钟，通过观察t时间内的精密压力传感器(8)的压力变化ΔP5，即可判断冷却液腔外漏是否在允许范围，若有必要，根据公式(Ⅱ)算出空气腔总泄漏率KC外＝ΔP5×VC÷t；氢腔窜空气腔泄漏测试过程：根据公式(Ⅰ)计算出空气腔的容积VA，设定自动比例调压阀(4)至设定压力值P3，然后打开电磁阀b(5)、电磁阀d(12)、电磁阀f(14)和电磁阀j(17)，对电堆空气腔和冷却液腔进行同时充压，此时氢腔则连通大气；待精密压力传感器(8)显示的压力值稳定至设定压力值P3后，关闭比例调压阀(4)、电磁阀b(5)和电磁阀f(14)，保压测试持续t分钟，通过观察t时间内的精密压力传感器(8)的压力变化，即可判断空气腔向氢腔内漏与向大气外漏量的总和是否在允许范围，此时，精密压力传感器(8)的压力变化值ΔP6与上述已测得的空气腔外漏量导致的压力变化值ΔP3的差值即为空气腔向氢腔的泄漏导致的压力变化值，若有必要，根据公式(Ⅱ)算出空气腔总泄漏率KC空→氢＝|ΔP3‑ΔP6|×VA÷t；空气腔窜冷却液腔泄漏测试过程：根据公式(Ⅰ)计算出空气腔的容积VA，设定自动比例调压阀(4)至设定压力值P3，然后打开电磁阀b(5)、电磁阀d(12)、电磁阀g(15)和电磁阀h(16)，对电堆空气腔和氢腔进行同时充压，此时冷却液腔则连通大气；待精密压力传感器(8)显示的压力值稳定至设定压力值P3后，关闭自动比例调压阀(4)、电磁阀b(5)和电磁阀h(16)，保压测试持续t分钟，通过观察t时间内的精密压力传感器(8)的压力变化即可判断空气腔向冷却液腔内漏与向大气外漏量的总和是否在允许范围，此时，精密压力传感器(8)的压力变化值ΔP7与上述已测得的空气腔外漏量导致的压力变化值ΔP3的差值即为空气腔向冷却液腔的泄漏导致的压力变化，若有必要，根据公式(Ⅱ)算出空气腔总泄漏率KC空→冷＝|ΔP3‑ΔP7|×VA÷t；氢腔窜冷却液腔泄漏测试过程：根据公式(Ⅰ)计算出氢腔的容积VH，设定自动比例调压阀(4)至设定压力值P3，然后打开电磁阀b(5)、电磁阀d(12)、电磁阀g(15)和电磁阀h(16)，对电堆空气腔和氢腔进行同时充压，此时冷却液腔则连通大气；待精密压力传感器(8)显示的压力值稳定至设定压力值P3后，关闭自动比例调压阀(4)、电磁阀b(5)和电磁阀d(12)，保压测试持续t分钟，通过观察t时间内的精密压力传感器的压力变化，即可判断氢腔向冷却液腔内漏与向大气外漏量的总和是否在允许范围，此时，精密压力传感器(8)的压力变化值ΔP8与上述已测得的氢腔外漏量导致的压力变化值ΔP4的差值即为氢腔向冷却液腔的泄漏导致的压力变化，若有必要，根据公式(Ⅱ)算出空气腔总泄漏率KH氢→冷＝|ΔP4‑ΔP8|×VH÷t。