[發(fā)明專利]一種大面積燃料電池內(nèi)部溫度與壓力分布的測(cè)試裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811386022.0
• 申請(qǐng)日: 2018-11-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109301289B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志強(qiáng);張林松;姜永燚;王朝云;李世杭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽明天氫能科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04298
• 分類號(hào): H01M8/04298;H01M8/0432;H01M8/0438
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發(fā)明公開(kāi)一種大面積燃料電池內(nèi)部溫度與壓力分布的測(cè)試裝置，包括實(shí)心端板、實(shí)心極板、膜電極、鏤空極板、鏤空端板、溫壓一體傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置，所述實(shí)心端板、實(shí)心極板、膜電極、鏤空極板與鏤空端板依次排列組裝后通過(guò)緊固螺絲固定形成被測(cè)燃料電池，所述溫壓一體傳感器固定設(shè)置在鏤空極板上，所述溫壓一體傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置通信連接。本發(fā)明中溫壓一體傳感器安裝在極板一側(cè)，便于密封，且不會(huì)對(duì)膜電極造成損傷，本裝置可以在燃料電池穩(wěn)態(tài)運(yùn)行或動(dòng)態(tài)變載過(guò)程中同時(shí)在線測(cè)試電池內(nèi)部的溫度分布與壓力分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體為質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部溫度與壓力的測(cè)試裝置。

背景技術(shù)

燃料電池是將燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，由于不受卡諾循環(huán)的限制，其與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相比具有轉(zhuǎn)化效率高、清潔無(wú)污染等特點(diǎn)。在能源問(wèn)題與環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的今天，燃料電池逐漸成為了全球的研究熱點(diǎn)。尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用，成為了下一代潔凈能源汽車的發(fā)展方向，目前國(guó)際上的各大汽車公司已經(jīng)推出了量產(chǎn)的燃料電池汽車，燃料電池已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化的初級(jí)階段。

隨著燃料電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化的不斷深入，燃料電池的壽命與穩(wěn)定性成為了關(guān)鍵問(wèn)題。目前對(duì)于燃料電池系統(tǒng)功率的需要日益增加，也要求燃料電池電堆的功率越來(lái)越高，因此燃料電池的單片面積逐漸增加。對(duì)于大面積燃料電池，由于沿著流道方向反應(yīng)氣體的分布不均勻，所以在電池平面內(nèi)電流、電勢(shì)、溫度、壓力等參數(shù)的分布也不均勻，這就會(huì)導(dǎo)致燃料電池的局部存在著電流過(guò)大、電勢(shì)過(guò)高、局部熱點(diǎn)等現(xiàn)象，這將會(huì)引起質(zhì)子交換膜、催化劑或碳載體的加速衰減，降低燃料電池的壽命或使燃料電池局部失效。此外，對(duì)于車用的燃料電池，頻繁的動(dòng)態(tài)變載會(huì)加劇大面積燃料電池內(nèi)部的參數(shù)分布不均，有文獻(xiàn)指出在加載瞬間，陰極側(cè)入口的局部電流是瞬間增加，導(dǎo)致溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于出口處，其溫差可達(dá)20℃。因此，想要提高燃料電池的壽命與可靠性，必須了解燃料電池內(nèi)部的參數(shù)分布特性，了解燃料電池內(nèi)部發(fā)生的傳質(zhì)、傳熱、反應(yīng)等過(guò)程，進(jìn)而對(duì)燃料電池進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

目前，對(duì)于燃料電池內(nèi)部參數(shù)分布的測(cè)試裝置以內(nèi)部溫度測(cè)量裝置為主，中國(guó)專利CN?101158607中采用微型熱電偶安裝在燃料電池內(nèi)部的MEA表面，在線測(cè)量?jī)?nèi)部的溫度分布，該方法制作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但是將熱電偶分布在MEA表面可能損傷MEA，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。中國(guó)專利CN?102157743中在石墨流場(chǎng)上相鄰的流道之間設(shè)有薄膜熱電偶插片來(lái)檢測(cè)內(nèi)部的溫度分布，該方法可以對(duì)內(nèi)部的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，且對(duì)整體性能影響不大，但是該熱電偶插片與電池之間不易密封，并且上述專利中僅能測(cè)試溫度分布，無(wú)法獲取其他參數(shù)信息，為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種大面積燃料電池內(nèi)部溫度與壓力分布的測(cè)試裝置。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種大面積燃料電池內(nèi)部溫度與壓力分布的測(cè)試裝置，包括實(shí)心端板、實(shí)心極板、膜電極、鏤空極板、鏤空端板、溫壓一體傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置，所述實(shí)心端板、實(shí)心極板、膜電極、鏤空極板與鏤空端板依次排列組裝后通過(guò)緊固螺絲固定形成被測(cè)燃料電池，所述溫壓一體傳感器固定設(shè)置在鏤空極板上，所述溫壓一體傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置通信連接；

所述實(shí)心端板靠近實(shí)心極板的一面的邊沿設(shè)置有膠線槽，所述膠線槽為深度為0.1～0.5mm的凹槽，膠線槽內(nèi)填充有密封墊形成膠線，所述實(shí)心端板的材料為不銹鋼、鋁合金、石墨、樹(shù)脂基復(fù)合材料中的一種；

所述實(shí)心極板連接有接線端子，實(shí)心極板靠近實(shí)心端板的一面設(shè)置有膠線槽與循環(huán)水流場(chǎng)，所述實(shí)心端板與實(shí)心極板通過(guò)膠線密封連接，所述實(shí)心極板靠近膜電極的一面設(shè)置有膠線槽與氣體流場(chǎng)，所述實(shí)心極板與膜電極通過(guò)膠線密封，所述實(shí)心極板的材料為不銹鋼或石墨；