燃料电池的流阻测试装置及流阻测试方法与流程

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池的流阻测试装置及流阻测试方法。

背景技术：

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，属于电化学发电，电化学发电是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。

燃料电池具有氢气注入口、氢气流出口、空气注入口、空气流出口、冷却水注入口和冷却水流出口，在工作时，向氢气注入口和空气注入口分别通入氢气和空气，氢气和空气中的氧气在燃料电池内反应产生电能，未反应的氢气和空气则被排出。向冷却水注入口注入用于冷却的水，并从冷却水流出口排出。介质(氢气、空气或水)在燃料电池内流动时会受到一定的阻力，燃料电池内部对于介质的阻力的大小会影响燃料电池的工作状态，阻力过大或是过小都会对燃料电池的正常工作产生不良影响。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种燃料电池的流阻测试装置及流阻测试方法，能够对燃料电池内的流阻进行测试。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池的流阻测试装置，所述流阻测试装置包括：

用于与燃料电池的介质注入口连接的介质注入管；

用于检测所述介质注入口的压力的第一压力传感器，设置在所述介质注入管上；

用于检测所述介质注入口的流量的第一流量传感器，设置在所述介质注入管上；

用于调节所述介质注入口的压力的调节阀，设置在所述介质注入管上；

用于使所述介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力的调节阀控制器，所述调节阀控制器与所述调节阀连接，所述第一压力为所述燃料电池工作时通入的介质的下限压力，所述第二压力为所述燃料电池工作时通入的介质的上限压力；

一端用于与所述燃料电池的介质流出口连接的介质流出管；

用于检测所述介质流出口的压力的第二压力传感器，设置在所述介质流出管上。

可选地，所述流阻测试装置还包括用于控制所述介质流出管的通断的第一闸阀，所述第一闸阀设置在所述介质流出管上。

可选地，所述流阻测试装置还包括用于控制所述介质注入管的通断的第二闸阀，所述第二闸阀设置在所述介质注入管上，所述第一压力传感器位于所述第二闸阀的出口端，或者所述第二压力传感器位于所述第一闸阀的入口端。

可选地，所述流阻测试装置还包括用于检测所述介质流出口的流量的第二流量传感器，所述第二流量传感器设置在所述介质流出管上。

可选地，所述流阻测试装置还包括报警器，所述报警器被配置为，在所述介质流出口的压力与参考压力的偏差超过预定范围时发出警报，所述参考压力为在当前介质注入的流量下，与所述介质注入口的当前压力对应的所述介质流出口的压力的参考值。

可选地，所述报警器包括声音报警器、灯光报警器、声光报警器中的任意一种。

另一方面，本发明实施例还提供了一种燃料电池的流阻测试方法，所述流阻测试方法包括：

向燃料电池的介质注入口注入介质；

增大所述介质注入口的压力，使所述介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力，所述第一压力为所述燃料电池工作时通入的介质的下限压力，所述第二压力为所述燃料电池工作时通入的介质的上限压力；

检测所述介质注入口的流量和压力、所述燃料电池的介质流出口的压力。

可选地，在所述增大所述介质注入口的压力之前，所述方法还包括：

对所述燃料电池进行保压；

根据所述介质注入口或所述介质流出口在预设时间内的压力变化判断所述燃料电池是否存在泄漏。

可选地，所述流阻测试方法还包括：

在所述介质流出口的压力与参考压力的偏差超过预定范围时发出警报，所述参考压力为在当前介质注入的流量下，与所述介质注入口的当前压力对应的所述介质流出口的压力的参考值。

可选地，所述警报包括声音警报、灯光警报、声光警报中的任意一种。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：通过向燃料电池的介质注入口注入介质，并且增大介质注入口的压力，使介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力，第一压力为燃料电池工作时通入的介质的下限压力，第二压力为燃料电池工作时通入的介质的上限压力，可以模拟出燃料电池实际工作时燃料电池的介质注入口的压力范围，通过检测介质注入口的压力、燃料电池的介质流出口的压力，根据两个压力的差值可以得出燃料电池内对介质的阻力，同时通过检测介质注入口的流量，这样就可以得到在不同流量的情况下，燃料电池内对介质的阻力，从而测试出燃料电池在介质以任意流量和压力注入时的流阻，确保燃料电池能够正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种燃料电池的流阻测试装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种燃料电池的流阻测试装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种燃料电池的流阻测试方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的另一种燃料电池的流阻测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种燃料电池的流阻测试装置的结构示意图。如图1所示，该燃料电池的流阻测试装置包括介质注入管10、第一压力传感器11、第一流量传感器12、调节阀13、调节阀控制器14、介质流出管20和第二压力传感器21。

介质注入管10用于与燃料电池1的介质注入口连接。

第一压力传感器11用于检测介质注入口的压力，第一压力传感器11设置在介质注入管10上。

第一流量传感器12用于检测介质注入口的流量，第一流量传感器12设置在介质注入管10上。

调节阀13用于调节介质注入口的压力，调节阀13设置在介质注入管10上。

调节阀控制器14用于使介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力，调节阀控制器14与调节阀13连接。其中，第一压力为燃料电池1工作时通入的介质的下限压力，第二压力为燃料电池1工作时通入的介质的上限压力。对于不同的燃料电池1，第一压力可能会不同，第二压力也可能会不同。示例性地，第一压力可以为1atm，第二压力可以为3atm。

介质流出管20的一端用于与燃料电池1的介质流出口连接。

第二压力传感器21用于检测介质流出口的压力，第二压力传感器21设置在介质流出管20上。

通过向燃料电池的介质注入口注入介质，并且增大介质注入口的压力，使介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力，第一压力为燃料电池工作时通入的介质的下限压力，第二压力为燃料电池工作时通入的介质的上限压力，可以模拟出燃料电池实际工作时燃料电池的介质注入口的压力范围，通过检测介质注入口的压力、燃料电池的介质流出口的压力，根据两个压力的差值可以得出燃料电池内对介质的阻力，同时通过检测介质注入口的流量，这样就可以得到在不同流量的情况下，燃料电池内对介质的阻力，从而测试出燃料电池在介质以任意流量和压力注入时的流阻，确保燃料电池能够正常工作。

燃料电池1的介质注入口可以包括氢气注入口1a、空气注入口1c、冷却水注入口1e，介质流出口可以包括氢气流出口1b、空气流出口1d和冷却水流出口1f，在对燃料电池1进行流阻测试时，如果将介质注入管10与氢气注入口1a连通，则介质流出管20与氢气流出口1b连通；如果将介质注入管10与空气注入口1c连通，则介质流出管20与空气流出口1d连通；如果将介质注入管10与冷却水注入口1e连通，则介质流出管20与冷却水流出口1f连通。通过分别测试，可以得到燃料电池1内氢气注入口1a和氢气流出口1b之间的流阻、空气注入口1c和空气流出口1d之间的流阻、冷却水注入口1e和冷却水流出口1f之间的流阻。在测试氢气注入口1a和空气注入口1c时，所使用的介质可以是气体介质，例如氢气、氮气、空气或是氦气。在测试冷却水注入口1e时，所使用的介质可以是液体介质，例如水，当然也可以采用气体介质。

可选地，调节阀控制器14可以是plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)。

介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力的过程中，每次可以以固定的数值递增，也可以以固定的比例递增，或者也可以根据预先设定的包括第一压力和第二压力在内的多个压力值，从数值最小的第一压力开始依次增大，直至增大到数值最大的第二压力。在每次递增后都可以检测相应的介质注入口的流量、压力和介质流出口的压力。根据两个压力的差值可以得出在该流量下，燃料电池内对介质的阻力，以此判断该燃料电池是否正常。

可选地，介质注入管10和介质流出管20用于与燃料电池连接的一端可以均设置有快速接头。快速接头是一种不需要工具就能实现管路连通或断开的接头，操作便利，可以方便介质注入管10和介质流出管20与燃料电池的连接和拆卸。

介质注入管10和介质流出管20可以均为金属管，金属管较硬，在测试过程中不会发生弯折，可以避免测试过程中由于管道弯折所可能引起的压力和流量变化，可以提高测试的准确性。

图2是本发明实施例提供的另一种燃料电池的流阻测试装置的结构示意图。如图2所示，该流阻测试装置还可以包括用于控制介质流出管20的通断的第一闸阀22，第一闸阀22设置在介质流出管20上。燃料电池由于制作工艺或是材料的原因，可能会存在泄漏，在进行测试时，通过介质注入管10通入介质，一段时间后关闭第一闸阀22，对燃料电池进行保压，这样就可以根据第一压力传感器11检测到的压力在预设时间内的变化判断燃料电池是否有泄漏，以检测燃料电池的密封性，在确保燃料电池没有泄漏后可以继续进行后续的测试。如果是使用的气体介质，也可以在关闭第一闸阀22后，继续向介质注入管10通入介质，并再燃料电池外表面涂上肥皂水，如果发现燃料电池表面有气泡冒出就表面存在泄漏，密封性较差，如果没有气泡，则表示没有泄漏，密封性较好。

可选地，预设时间可以为1min～10min。

如图2所示，流阻测试装置还可以包括用于控制介质注入管10的通断的第二闸阀15。第二闸阀15设置在介质注入管10上，第一压力传感器11位于第二闸阀15的出口端。在进行保压，测试燃料电池的密封性时，先关闭第一闸阀22，继续通入一段时间的介质，使燃料电池内的压力上升后，再关闭第二闸阀15，隔断介质源和燃料电池，避免介质源的压力波动影响密封性的检测。根据第一压力传感器11的压力在预设时间内的变化可以判断燃料电池是否存在泄漏。

在其他可能的实现方式中，第二压力传感器21也可以位于第一闸阀22的入口端。这样也可以通过第二压力传感器21的压力在预设时间内的变化判断燃料电池是否存在泄漏。

如图2所示，流阻测试装置还可以包括用于检测介质流出口的流量的第二流量传感器23，第二流量传感器23设置在介质流出管20上。由于测试过程中，燃料电池内并没有进行反应，以气体为介质，气体在经过燃料电池时不会被消耗，以液体为介质，液体也不会气化，因此介质流出口的流量与介质注入口的流量应该是相等的。通过比较第二流量传感器23检测到的数值与第一流量传感器12检测到的数值，可以判断出燃料电池在测试过程中是否出现了泄漏。即使已经通过了密封性的测试，但是有可能由于燃料电池自身的品质问题，内部存在一定的缺陷，在密封性测试时没有暴露，但在介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力的过程中，暴露了燃料电池的缺陷，出现泄漏。第二流量传感器23检测到的数值与第一流量传感器12检测到的数值之间的关系可以反应是否发生了泄漏。如果第二流量传感器23检测到的数值与第一流量传感器12检测到的数值存在较大的偏差，则表明可能是测试过程中出现了泄漏，可以停止测试，对燃料电池进行维修或是其他处理。

第二流量传感器23检测到的数值与第一流量传感器12检测到的数值之间可能由于传感器本身、介质压力波动等原因存在一定偏差，但偏差一般较小，例如偏差不超过5％。而如果出现了泄漏，介质会从泄漏处溢出，这就会使第二流量传感器23检测的数值产生较大的下降，从而出现较大的偏差。

第一流量传感器12和第二流量传感器23均可以为涡轮流量传感器。涡轮流量传感器具有较高的精度和较高的抗干扰能力，可以准确测量出注入和流出的介质的流量，而且涡轮流量传感器便于与计算机相连进行数据处理，记录的流量数值还可以清零。

可选地，该流阻测试装置还可以包括报警器。报警器被配置为，在介质流出口的压力与参考压力的偏差超过预定范围时发出警报。其中，参考压力为在当前介质注入的流量下，与介质注入口的当前压力对应的介质流出口的压力的参考值。在进行测试时，如果保持以某一流量注入介质，介质流出口的压力与介质注入口的压力存在对应关系，在介质注入口的压力均为a时，a介于第一压力和第二压力之间，对于合格的燃料电池，介质流出口的压力与在该流量和介质注入口的压力下的参考压力相差不大，偏差不会超过预定范围，而对于不合格的燃料电池，则偏差会较大，会超过预定范围。这里的偏差可以是介质流出口的压力与参考压力的差值，也可以是该差值与参考压力的比值。

可以通过对已知正常的燃料电池进行流阻测试，以正常的燃料电池在测试时的介质流出口的压力作为参考压力。在不同的流量下，参考压力也不同，即每个流量对应一个参考压力。

对于两个正常的燃料电池，即使型号相同，在测试时，介质流出口的压力也可能不同，因此可以对多个已知正常的燃料电池进行测试，以这些正常的燃料电池在测试时的介质流出口的压力的平均值作为参考压力。

示例性地，报警器可以包括声音报警器、灯光报警器、声光报警器中的任意一种。具体可以根据不同的需要设置不同的报警形式，以使工作人员知晓。

图3是本发明实施例提供的一种燃料电池的流阻测试方法的流程图。该方法可以适用于图1或2所示的流阻测试装置。如图3所示，该方法包括：

s11：向燃料电池的介质注入口注入介质。

s12：增大介质注入口的压力，使介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力。

其中，第一压力为燃料电池工作时通入的介质的下限压力，第二压力为燃料电池工作时通入的介质的上限压力。

s13：检测介质注入口的流量和压力、燃料电池的介质流出口的压力。

通过向燃料电池的介质注入口注入介质，并且增大介质注入口的压力，使介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力，第一压力为燃料电池工作时通入的介质的下限压力，第二压力为燃料电池工作时通入的介质的上限压力，可以模拟出燃料电池实际工作时燃料电池的介质注入口的压力范围，通过检测介质注入口的压力、燃料电池的介质流出口的压力，根据两个压力的差值可以得出燃料电池内对介质的阻力，同时通过检测介质注入口的流量，这样就可以得到在不同流量的情况下，燃料电池内对介质的阻力，从而测试出燃料电池在介质以任意流量和压力注入时的流阻，确保燃料电池能够正常工作。

图4是本发明实施例提供的另一种燃料电池的流阻测试方法的流程图。该方法可以适用于图1或2所示的流阻测试装置。如图4所示，该方法包括：

s21：向燃料电池的介质注入口注入介质。

参照图1，燃料电池1的介质注入口可以包括氢气注入口1a、空气注入口1c、冷却水注入口1e，介质流出口可以包括氢气流出口1b、空气流出口1d和冷却水流出口1f，在对燃料电池进行流阻测试时，通过分别测试，可以得到燃料电池内氢气注入口1a和氢气流出口1b之间的流阻、空气注入口1c和空气流出口1d之间的流阻、冷却水注入口1e和冷却水流出口1f之间的流阻。在测试氢气注入口1a和空气注入口1c时，所使用的介质可以是气体介质，例如氢气、氮气、空气或是氦气。在测试冷却水注入口1e时，所使用的介质可以是液体介质，例如水，当然也可以采用气体介质。

s22：对燃料电池进行保压。

s23：根据介质注入口或介质流出口在预设时间内的压力变化判断燃料电池是否存在泄漏。

燃料电池由于制作工艺或是材料的原因，可能会存在泄漏，在进行测试时，通过对燃料电池进行保压，这样就可以根据介质注入口或介质流出口在预设时间内的压力变化判断燃料电池是否有泄漏，以检测燃料电池的密封性，在确保燃料电池没有泄漏后可以继续进行后续的测试。

可选地，预设时间可以为1min～10min。

s24：增大介质注入口的压力，使介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力。

其中，第一压力为燃料电池工作时通入的介质的下限压力，第二压力为燃料电池工作时通入的介质的上限压力。

介质注入口的压力从第一压力递增至第二压力的过程中，每次可以以固定的数值递增，也可以以固定的比例递增，或者也可以根据预先设定的包括第一压力和第二压力在内的多个压力值，从数值最小的第一压力开始依次增大，直至增大到数值最大的第二压力。

s25：检测介质注入口的流量和压力、燃料电池的介质流出口的压力。

步骤s25可以与步骤s24同时进行，在每次递增后都可以检测相应的介质注入口的流量、压力和介质流出口的压力。根据两个压力的差值可以得出在该流量下，燃料电池内对介质的阻力，以此判断该燃料电池是否正常。

s26：在介质流出口的压力与参考压力的偏差超过预定范围时发出警报。

参考压力为在当前介质注入的流量下，与介质注入口的当前压力对应的介质流出口的压力的参考值。

在进行测试时，如果保持以某一流量注入介质，介质流出口的压力与介质注入口的压力存在对应关系，在介质注入口的压力均为a时，a介于第一压力和第二压力之间，对于合格的燃料电池，介质流出口的压力与在该流量和介质注入口的压力下的参考压力相差不大，偏差不会超过预定范围，而对于不合格的燃料电池，则偏差会较大，会超过预定范围。这里的偏差可以是介质流出口的压力与参考压力的差值，也可以是该差值与参考压力的比值。

可以通过对已知正常的燃料电池进行流阻测试，以正常的燃料电池在测试时的介质流出口的压力作为参考压力。在不同的流量下，参考压力也不同，即每个流量对应一个参考压力。

对于两个正常的燃料电池，即使型号相同，在测试时，介质流出口的压力也可能不同，因此可以对多个已知正常的燃料电池进行测试，以这些正常的燃料电池在测试时的介质流出口的压力的平均值作为参考压力。

可选地，警报可以包括声音警报、灯光警报、声光警报中的任意一种。具体可以根据不同的需要设置不同的报警形式，以使工作人员知晓。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。