一种燃料电池金属双极板寿命周期试验设备及测试方法与流程

本发明属于燃料电池金属双极板领域，特别涉及一种燃料电池金属双极板寿命周期试验设备及测试方法。

背景技术：

目前，燃料电池金属极板的寿命测试主要是对金属极板进行装堆后进行相关极板性能测试及寿命测试，并没有较为成熟的燃料电池金属极板寿命测试方法。整个装堆试验耗时耗力，且由于有膜电极及其他结构的影响，不能直观地得到金属双极板的使用寿命。现有燃料电池金属双极板气密性测试方法为单次测试，只针对焊缝气密性，并未将焊缝承受循环胀气这一实际应用环境因素考虑进测试范围内。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种燃料电池金属双极板寿命周期试验设备及测试方法。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种燃料电池金属双极板寿命周期试验设备，包括调压阀、网络继电器、进气电磁阀、夹紧工装、出气电磁阀；所述调压阀、进气电磁阀、夹紧工装、出气电磁阀通过管路依次连接，所述网络继电器连接并控制进气电磁阀和出气电磁阀；所述夹紧工装包括第一工装板、第二工装板、夹紧框、螺栓，所述第一工装板上设有三个进气孔，分别对应金属双极板的水腔、氧腔、氢腔，进气孔通过管路与进气电磁阀和出气电磁阀连接，所述夹紧框套在第一工装板和第二工装板上，并通过旋紧其上安装的多个螺栓使第一工装板和第二工装板夹紧金属双极板。

进一步地，所述第一工装板的进气孔为螺纹孔。

进一步地，所述第二工装板的一面上设有多个定位凸起。

进一步地，所述第二工装板上设有定位销。

进一步地，所述第一工装板和第二工装板为亚克力工装板。

进一步地，所述夹紧框为长条矩形框，夹紧框的一长边上沿长度方向等间距均布有多个螺纹孔，并安装有多个螺栓。

进一步地，所述进气电磁阀和出气电磁阀为常闭电磁阀。

一种燃料电池金属双极板寿命周期测试方法，采用上述燃料电池金属双极板寿命周期试验设备，测试方法包括：将待测金属双极板装夹到夹紧工装上；根据金属双极板上需要测试的腔室，用管路连接第一工装板的对应进气孔、进气电磁阀和出气电磁阀；用管路连接调压阀和测试气体输送设备，并根据试验需要调节调压阀来控制测试气体的气压值；网络继电器控制进气电磁阀打开、出气电磁阀闭合，测试气体进入金属双极板的腔室内，网络继电器控制保压一段时间后，网络继电器控制进气电磁阀闭合、出气电磁阀打开，金属双极板的腔室内的测试气体排出，完成一次寿命循环，如此重复多次；记录总的测试时间，与一次充胀气时间换算得到相应循环次数，据此确定燃料电池使用寿命周期。

进一步地，金属双极板的水腔、氧腔、氢腔单独或一起测试。

进一步地，将待测金属双极板装夹到夹紧工装上后，通过第一工装板的进气孔往金属双极板上需要测试的腔室内注入染色剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果：调压阀根据试验需要控制测试气体的气压值；网络继电器对进气电磁阀和出气电磁阀采用分别控制的方式控制测试气体周期性地进出测试腔口，达到对金属双极板不同腔口进行测试的效果；夹紧工装通过夹紧框、螺栓、两块亚克力工装板配合将置于两块亚克力工装板间的金属双极板夹紧，使得金属双极板的密封胶条达到密封效果。其中，夹紧工装的夹紧框的数量和位置及螺栓的数量、位置和旋紧程度可根据金属双极板的密封胶条位置进行调整，以获得更好的夹紧效果；一块亚克力工装板设有三个进气孔，分别对应金属双极板的水腔、氧腔、氢腔，可以满足大多数板型的测试需求，进气孔可以为配合管路快插头使用的螺纹孔；另一块亚克力工装板上设有定位凸起和定位销；测试时金属双极板的测试腔室会加入染色剂，方便在燃料电池发生破坏时定位准确破坏点。

通过本试验设备及测试方法不仅可以模拟燃料电池金属双极板的实际使用状态，得到实际寿命，还可以通过调高气体压力和加入极限环境进行寿命加速试验，更加准确地得到金属双极板的相关性能寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的夹紧工装的结构示意图；

图3为本发明中的夹紧工装的第一亚克力工装板的结构示意图；

图4为本发明中的夹紧工装的第二亚克力工装板的结构示意图；

附图标记如下：

1调压阀

2网络继电器

3进气电磁阀

4夹紧工装

401第一亚克力工装板

4011进气孔

402第二亚克力工装板

4021定位凸起

4022销孔

403夹紧框

404螺栓

5出气电磁阀。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

参见图1，一种燃料电池金属双极板寿命周期试验设备，包括调压阀1、网络继电器2、进气电磁阀3、夹紧工装4、出气电磁阀5。调压阀1、进气电磁阀3、夹紧工装4、出气电磁阀5通过管路依次连接，网络继电器2连接并控制进气电磁阀3和出气电磁阀5。

调压阀1用于对管路中的测试气体进气压力调节。在燃料电池金属双极板进行胀气试验时，为较快获得金属双极板的寿命会需要较大气体压力进行加速寿命试验，通过调压阀1可以控制气体压力，可以保证金属双极板在恒定压力下进行加速寿试验，保证试验结果的可靠性。

网络继电器2上有多个控制端，控制端可以对进气电磁阀3和出气电磁阀5进行开关控制。网络继电器2上还有相应程序，程序可以按照要求在规定时间对进气电磁阀3和出气电磁阀5进行开关控制。网络继电器2控制进气电磁阀3和出气电磁阀5开关来将额定压力的测试气体送入待测金属双极板中，对金属双极板的胀气寿命进行测试。

进气电磁阀3由网络继电器2控制，负责向固定于夹紧工装4上的金属双极板进行测试气体吹入。进气电磁阀3为常闭电磁阀，当网路继电器向进气电磁阀3通电时，进气电磁阀3打开，测试气体通过进气电磁阀3进入金属双极板内部的腔室进行循环充气。

出气电磁阀5由网络继电器2控制，负责将金属双极板腔室内的测试气体排出。出气电磁阀5为常闭电磁阀，当网路继电器向出气电磁阀5通电时，出气电磁阀5打开，金属双极板腔室内的测试气体通过出气电磁阀5排出，达到循化胀气的效果。

夹紧工装4用于夹紧待测金属双极板，参见图2，其包括第一亚克力工装板401、第二亚克力工装板402、夹紧框403、螺栓404、定位销。参见图3，第一亚克力工装板401上设有三个进气孔4011，分别对应金属双极板的水腔、氧腔、氢腔，进气孔4011可以为螺纹孔，以配合管路快插头使用，实现与进气电磁阀3的出口端和出气电磁阀5的进口端的管路连接。参见图4，第二亚克力工装板402的一面上设有多个定位凸起4021，第二亚克力工装板402的板面上还设有销孔4022。夹紧框403为长条矩形框，夹紧框403的一长边上沿长度方向等间距均布有多个螺纹孔。本实施例中，装夹待测金属双极板时，将金属双极板置于第二亚克力工装板402上，通过定位凸起4021及定位销实现定位，再将第一亚克力工装板401叠放于待测金属双极板上，然后将两个夹紧框403分别套在第一亚克力工装板401、金属双极板、第二亚克力工装板402构成的整体的两端上，通过在每个夹紧框403上安装多个螺栓404，使螺栓404的端部抵住第一亚克力工装板401并旋紧，实现对金属双极板的夹紧，配合金属双极板上的密封胶条，达到密封效果。此外，夹紧框403的数量和位置及螺栓404的数量、位置和旋紧程度还可根据金属双极板上密封胶条的位置进行调整，以保证夹紧效果。

本试验设备通过第一亚克力工装板401上的三个进气孔4011，既可以对金属双极板的水腔、氧腔、氢腔三个腔室分别单独测试，排除试验干扰因数，也可以一起测试，更好地模拟实际的燃料电池使用环境。

对金属双极板进行胀气试验时，将待测金属双极板装夹到夹紧工装4上，完成测试气体输送设备、调压阀1、进气电磁阀3、夹紧工装4、出气电磁阀5之间的管路连接，其中，根据需要测试的金属双极板的腔室，进气电磁阀3和出气电磁阀5通过管路与第一亚克力工装板401的对应进气孔4011连接。完成金属双极板装夹及管路连接后，根据试验需要，调节调压阀1来控制测试气体的气压值。正式测试时，网络继电器2给进气电磁阀3通电，此时进气电磁阀3处于打开状态，出气电磁阀5处于闭合状态，测试气体通过调压阀1和进气电磁阀3进入金属双极板的腔室内，达到臌胀腔室的目的。网络继电器2控制保压一段时间后，网络继电器2给进气电磁阀3断电，给出气电磁阀5通电，此时进气电磁阀3处于闭合状态，出气电磁阀5处于打开状态，金属双极板的腔室内的测试气体通过出气电磁阀5排出，完成一次寿命循环。如此反复达到模拟实际燃料电池金属双极板的实际使用状态。记录总的测试时间，与一次充胀气时间换算就可以得到相应循环次数，确定燃料电池使用寿命周期。其中，还可以通过进气孔4011向相应腔室内注入染色剂，在胀气试验过程中如果测试腔室失效，可根据染色剂泄露的位置确定泄漏点，方便之后进行泄露形式分析。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。