[發明專利]一種燃料電池電堆泄漏率測試裝置與方法

有效

• 申請號: 201410428104.2
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104180958B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 鄔敏忠;呂忠斌
• 申請（專利權）人: 上海韋寧新能源科技發展有限公司
• 主分類號: G01M3/32
• 分類號: G01M3/32
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 蔣亮珠

1.一種測試燃料電池電堆泄漏率的方法，其特征在于，進行所述方法的測試裝置設置在燃料電池堆上，燃料電池堆前設有空氣進氣支管、氫氣進氣支管、冷卻液進液支管，燃料電池堆后設有空氣出氣支管、氫氣出氣支管、冷卻液出液支管，所述的裝置包括氦氣瓶、進氣總管，所述的氦氣瓶通過進氣總管連接至燃料電池前分成兩條支路，其中第一支路a連接放空管，第二支路分成三路分別連接空氣進氣支管、氫氣進氣支管、冷卻液進液支管，所述的進氣總管上依次設有調壓閥a(2)、壓力傳感器a(3)、自動比例調壓閥(4)、電磁閥b(5)、壓力傳感器b(6)、自動安全閥(7)，所述的第一支路上設有電磁閥c(9)，該電磁閥c(9)連接定容器(10)，所述的第二支路上設有精密壓力傳感器(8)和放空電磁閥a(18)，所述的空氣進氣支管上設有電磁閥d(12)，氫氣進氣支管上設有電磁閥f(14)，冷卻液進液支管上設有電磁閥h(16)，所述的空氣出氣支管上設有電磁閥e(13)，氫氣出氣支管上設有電磁閥g(15)，冷卻液出液支管上設有電磁閥j(17)，所述的放空管上設有放空電磁閥b(11)；所述的自動比例調壓閥(4)、電磁閥b(5)、精密壓力傳感器(8)、電磁閥c(9)、電磁閥d(12)，電磁閥f(14)，電磁閥h(16)，電磁閥e(13)，電磁閥g(15)，電磁閥j(17)，放空電磁閥a(18)、放空電磁閥b(11)均連接工控機(19)，通過工控機(19)控制各電磁閥的開關，

所述的測試方法包括以下步驟：

(1)對已知容積V的定容器充氣至壓力P1，通過電磁閥控制將定容器與待測腔體相連通，測量電磁閥開啟后定容器壓力值P2，從而得出待測腔體的體積V_x，所述的待測腔體的體積V_x通過以下公式(Ⅰ)計算得出：

V_x＝P1×V÷P2－V (Ⅰ)，

所述的待測腔體包括燃料電池氫腔、空氣腔或冷卻液腔；

(2)在測試時間t內，通過精密壓力傳感器測量待測腔體的壓力下降值ΔP，從而得出相應的泄漏率K，所述的泄漏率K通過以下公式(Ⅱ)計算得出：

K＝ΔP×V_x÷t(Ⅱ)；

所述的測試方法包括空氣腔總泄漏測試、氫腔總漏測試、空氣腔外漏測試、氫腔外漏、冷卻液腔外漏、氫腔竄空氣腔泄漏、空氣腔竄冷卻液腔泄漏、氫腔竄冷卻液腔泄漏共八種泄露的測試，

其中，空氣腔總泄漏測試過程為：

根據公式(Ⅰ)計算出空氣腔的容積V_A，設定自動比例調壓閥(4)至設定壓力值P3，然后打開電磁閥b(5)和電磁閥d(12)，進行充壓；同時打開氫氣出口處的電磁閥j(17)和冷卻液出口電磁閥g(15)，以便排出可能從空氣腔內漏過來的氣體；待精密壓力傳感器(8)顯示的壓力值穩定至設定壓力值P3后，關閉自動比例調壓閥(4)和電磁閥b(5)；保壓測試持續t分鐘，通過觀察t時間內的精密壓力傳感器(8)的壓力變化ΔP₁，即可判斷空氣腔總泄漏，是否在允許范圍；若有必要，根據公式(Ⅱ)算出空氣腔總泄漏率K_A總＝ΔP₁×V_A÷t；

氫腔總漏測試過程：

根據公式(Ⅰ)計算出氫腔的容積V_H，設定自動比例調壓閥(4)至設定壓力值P3，然后打開電磁閥b(5)和電磁閥h(16)，進行充壓；同時打開空氣出口電磁閥e(13)和冷卻液出口電磁閥g(15)，以便排出可能從氫腔內漏過來的氣體；待精密壓力傳感器(8)顯示的壓力值穩定至設定壓力值P3后，關閉自動比例調壓閥(4)和電磁閥b(5)；保壓測試持續t分鐘，通過觀察t時間內的精密壓力傳感器(8)的壓力變化ΔP₂，即可判斷氫腔總泄漏，是否在允許范圍；若有必要，根據公式(Ⅱ)算出空氣腔總泄漏率K_H＝ΔP₂×V_H÷t；

空氣腔外漏測試過程：

根據公式(Ⅰ)計算出空氣腔的容積V_A，設定自動比例調壓閥(4)至設定壓力值P3，然后打開電磁閥b(5)、電磁閥d(12)，電磁閥f(14)，電磁閥h(16)，對電堆各腔體進行同時充壓；待精密壓力傳感器(8)顯示的壓力值穩定至設定壓力值P3后，關閉自動比例調壓閥(4)、電磁閥b(5)、電磁閥f(14)和電磁閥h(16)；保壓測試持續t分鐘；通過觀察t時間內的精密壓力傳感器(8)的壓力變化ΔP₃，即可判斷空氣腔外漏是否在允許范圍；若有必要，根據公式(Ⅱ)算出空氣腔總泄漏率K_A外＝ΔP₃×V_A÷t；

氫腔外漏測試過程：

根據公式(Ⅰ)計算出氫腔的容積V_H，設定自動比例調壓閥(4)至設定壓力值P3，然后打開電磁閥b(5)、電磁閥d(12)、電磁閥f(14)和電磁閥h(16)，對電堆各腔體進行同時充壓；待精密壓力傳感器(8)顯示的壓力值穩定至設定壓力值P3后，關閉自動比例調壓閥(4)、電磁閥b(5)、電磁閥d(12)和電磁閥f(14)，保壓測試持續t分鐘，通過觀察t時間內的精密壓力傳感器(8)的壓力變化ΔP₄，即可判斷氫腔外漏是否在允許范圍，若有必要，根據公式(Ⅱ)算出空氣腔總泄漏率K_H外＝ΔP₄×V_H÷t；

冷卻液腔外漏測試過程：

根據公式(Ⅰ)計算出冷卻液腔的容積V_C，設定自動比例調壓閥(4)至設定壓力值P3，然后打開電磁閥b(5)、電磁閥d(12)、電磁閥f(14)和電磁閥h(16)，對電堆各腔體進行同時充壓；待精密壓力傳感器(8)顯示的壓力值穩定至設定壓力值P3后，關閉自動比例調壓閥(4)、電磁閥b(5)、電磁閥d(12)和電磁閥h(16)，保壓測試持續t分鐘，通過觀察t時間內的精密壓力傳感器(8)的壓力變化ΔP₅，即可判斷冷卻液腔外漏是否在允許范圍，若有必要，根據公式(Ⅱ)算出空氣腔總泄漏率K_C外＝ΔP₅×V_C÷t；

氫腔竄空氣腔泄漏測試過程：

根據公式(Ⅰ)計算出空氣腔的容積V_A，設定自動比例調壓閥(4)至設定壓力值P3，然后打開電磁閥b(5)、電磁閥d(12)、電磁閥f(14)和電磁閥j(17)，對電堆空氣腔和冷卻液腔進行同時充壓，此時氫腔則連通大氣；待精密壓力傳感器(8)顯示的壓力值穩定至設定壓力值P3后，關閉比例調壓閥(4)、電磁閥b(5)和電磁閥f(14)，保壓測試持續t分鐘，通過觀察t時間內的精密壓力傳感器(8)的壓力變化，即可判斷空氣腔向氫腔內漏與向大氣外漏量的總和是否在允許范圍，此時，精密壓力傳感器(8)的壓力變化值ΔP₆與上述已測得的空氣腔外漏量導致的壓力變化值ΔP₃的差值即為空氣腔向氫腔的泄漏導致的壓力變化值，若有必要，根據公式(Ⅱ)算出空氣腔總泄漏率K_C空→氫＝|ΔP₃-ΔP₆|×V_A÷t；

空氣腔竄冷卻液腔泄漏測試過程：

根據公式(Ⅰ)計算出空氣腔的容積V_A，設定自動比例調壓閥(4)至設定壓力值P3，然后打開電磁閥b(5)、電磁閥d(12)、電磁閥g(15)和電磁閥h(16)，對電堆空氣腔和氫腔進行同時充壓，此時冷卻液腔則連通大氣；待精密壓力傳感器(8)顯示的壓力值穩定至設定壓力值P3后，關閉自動比例調壓閥(4)、電磁閥b(5)和電磁閥h(16)，保壓測試持續t分鐘，通過觀察t時間內的精密壓力傳感器(8)的壓力變化即可判斷空氣腔向冷卻液腔內漏與向大氣外漏量的總和是否在允許范圍，此時，精密壓力傳感器(8)的壓力變化值ΔP₇與上述已測得的空氣腔外漏量導致的壓力變化值ΔP₃的差值即為空氣腔向冷卻液腔的泄漏導致的壓力變化，若有必要，根據公式(Ⅱ)算出空氣腔總泄漏率K_C空→冷＝|ΔP₃-ΔP₇|×V_A÷t；

氫腔竄冷卻液腔泄漏測試過程：

根據公式(Ⅰ)計算出氫腔的容積V_H，設定自動比例調壓閥(4)至設定壓力值P3，然后打開電磁閥b(5)、電磁閥d(12)、電磁閥g(15)和電磁閥h(16)，對電堆空氣腔和氫腔進行同時充壓，此時冷卻液腔則連通大氣；待精密壓力傳感器(8)顯示的壓力值穩定至設定壓力值P3后，關閉自動比例調壓閥(4)、電磁閥b(5)和電磁閥d(12)，保壓測試持續t分鐘，通過觀察t時間內的精密壓力傳感器的壓力變化，即可判斷氫腔向冷卻液腔內漏與向大氣外漏量的總和是否在允許范圍，此時，精密壓力傳感器(8)的壓力變化值ΔP₈與上述已測得的氫腔外漏量導致的壓力變化值ΔP₄的差值即為氫腔向冷卻液腔的泄漏導致的壓力變化，若有必要，根據公式(Ⅱ)算出空氣腔總泄漏率K_H氫→冷＝|ΔP₄-ΔP₈|×V_H÷t。