一种电堆流动特性及分布测量系统及方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种电堆流动特性及分布测量系统及方法。

背景技术：

1、双极板是燃料电池电堆的核心部件，其上设置有阳极流道、阴极流道和冷却流道。双极板的流道具有的作用包括：第一，其流道结构能够将阳极燃料和阴极燃料隔离并进行导流输送，以较小的空间实现不同燃料的输送并减少输送阻力；第二，双极板溜达结构的密封性较好，能够防止气液交互以避免形成的燃料电池异常；第三，在流道均匀的情况下，气体、液体能够均匀流动，防止双极板出现局部热点，导致双极板或者电堆故障。

2、现有电堆的燃料电池电极板，其流道的气体流动性和流体流动性是以理论分析为基础生产的，在组装完成后无法测量流道内的气体流动是否均匀的特性，造成气体到达特定点的流量与理论分析的对应的流量不同的现象，进而形成了电堆的实际功率和理论功率的实际差异。因此，如何使得电流的流动特性能够被测量，挑选出合格的燃料电池电极板，缩小电堆的实际功率和理论功率的实际差异是现有技术还没解决的技术问题。

3、不仅如此，在电堆电极板流道的气体流动的均匀性采用观察法观察时，也无法观察并确认流道的具有流动不均匀特点的具体位置，这就使得电堆电极板的流道流量不均匀问题无法在生产过程实现解决。

4、公开号为cn110514084a的中国专利公开了一种燃料电池极板流道检测方法，其包括：浇注步骤，使用流动流体对双极板的流道进行浇注，且浇注完成后的流体上表面要高出所述流道的上端面；静置步骤，将所述流动流体流经全部长度的所述流道，后静置t分钟，使得所述流体固化；取出步骤，将静置固化后的流体沿所述流道的方向撕下；测量步骤，将取出后的固态流体采用测量仪测量其尺寸。该发明通过在流道内流体固化的方式来测量流道的均匀性，但是流体固化需要一定的时间，因此测量效率较低。

5、再例如，公开号为cn114964704a的中国专利公开了一种燃料电池双极板流场分配可视化检测装置及检测方法，该装置包括光源、透明的受测组件和影像接收器，所述的受测组件与气液供给机构相连，所述光源发射的光透过受测组件。同时通过凹面镜、光源、刀片、平面镜以及影像接收器组成的观测装置，与受测组件结合一起，实现了对燃料电池双极板流场分配过程的可视化检测。该专利通过利用纹影法可以观测到空气流动变化的特点，利用一个简易工装使气液在双极板流场结构内的流动变化可视化；能够快速反应出燃料电池双极板流场分配情况，加快设计进度，节省研发周期。

6、再例如，公开号为cn115548385a的一种燃料电池双极板流道液体流动性测试装置及方法，所述测试装置包括透明可视化气口端板、盲端端板、气体进出口转接板和透明聚酯边框；所述测试方法具体包括以下步骤：步骤1：对待测双极板表面进行清洁处理；步骤2：双极板液体流动性测试装置组装；步骤3：滴加液体；步骤4：气体吹扫；通过气体进出口转接板外接气源，调节气体的压力和流量，对待测双极板流道槽内的液滴进行持续吹扫，从开始通气计时，直到液滴被彻底水扫除尽，记录吹扫时间；步骤5：双极板液体流动性的判断。但是，该燃料电池的流道测试方法依然无法确定流道的不均点的具体位置。

7、如上所示，对于燃料电池电堆的双极板的流道的检测，现有技术提出了可视化检测、流体固化检测以及吹扫检测等多种方法，但是这些方法具有检测时间长、无法确定流道的不均匀点的具体位置的缺陷。本发明希望对需要流道的检测方法进行改进，提出一种能够具体确定流道的不均匀点的具体位置且检测时间短的测量系统及方法。

8、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、现有技术中，对极板流道的流动特性的检测，虽然能够确定流道是否均匀，但是对于不均匀的流道，无法确定该流道的不均匀点的具体位置，这就使得无法从设计源头提高极板的良品率。

2、针对现有技术之不足，本发明提供一种电堆流动特性及分布测量系统，至少包括可透视的支撑机构、轨迹显示组件、图像采集单元和控制单元，极板的设置有流道的一面与所述轨迹显示组件相邻设置在所述支撑机构内，在有色流体通过所述极板的流道的情况下，所述图像采集单元采集所述有色流体在所述轨迹显示组件上留下的有色流体轨迹特征并发送至所述控制单元，所述控制单元对所述有色流体轨迹特征进行判断以确定所述极板的流道的不均匀位置。

3、本发明在轨迹显示组件上留下流体通过流道的轨迹特征，基于轨迹特征来确定流道是否均匀，并且能够基于不均匀的轨迹特征来确定流道的不均匀点的具体位置。本发明的测量方法简单易操作，误差小。本发明对极板能够快速测试，测试时间短，测量效率高。本发明的系统维护较简单，容易操作。

4、优选地，所述支撑机构设置有可透视的至少一个腔体，至少一个所述轨迹显示组件与所述腔体的可透视的壁部相邻设置，至少一个极板以流道与所述轨迹显示组件相邻的方式设置在所述腔体中，所述极板与所述支撑机构以相对不可移动的方式由至少一个限位机构进行限位。

5、通过限位，能够避免极板的错位移动，使得流道位置与流体的轨迹特征是彼此对应的，从而提高对流道中不均匀位置的判断的准确率。

6、优选地，所述支撑机构通过至少一个转轴设置在测试支架上，从而所述支撑机构能够转动以使得有色流体能够在水平面或竖直面通过所述极板的流道。

7、优选地，极板的平面可以停留在水平面和垂直面，甚至还可以是斜面。极板的平面设置角度取决于电堆使用中的摆放方式。考虑水平摆放时的流体均匀性，在电堆使用中会要求极板是水平的。一般情况下，燃料电池中的极板都是垂直摆放的。

8、在流体为气体介质的情况下，极板的平面停留在水平面和垂直面使得流体的轨迹特征的区别很小。在流体为液体介质的情况下，极板的平面停留在水平面和垂直面使得流体的轨迹特征存在区别，尤其在液体流速较低的情况下，流体会基于重力的影响使得轨迹特征更趋近于靠下的位置。

9、流体的流速不仅受到压力、温度的影响，还受到重力的影响。本发明通过将支撑机构设置为可转动机构，使得流道的均匀特性不仅能够在水平面测试，还能够在垂直面测试，从而消除了重力对流体的流动均匀性的影响。

10、优选地，所述腔体的入口与第一管路连接，在所述极板设置在所述腔体中的情况下，所述第一管路与所述极板的其中一个流道的入口连通；所述腔体的出口与第二管路连接，在所述极板设置在所述腔体中的情况下，所述第二管路与所述极板的其中一个流道的出口连通。

11、优选地，与所述腔体连接的第一管路上设置有至少一个动力机构，所述动力机构基于设定的流量、温度和/或压力将所述第一管路中的有色流体输送至所述腔体。

12、优选地，与所述腔体连接的第一管路上设置有至少一个混合箱，在非有色流体通过第一管路进入所述混合箱的情况下，流体在所述混合箱内与有色物质混合并形成有色流体，从所述混合箱流出的所述有色流体通过所述第一管路进入所述腔体。

13、优选地，所述动力机构与所述控制单元以有线和/或无线的方式建立通信连接，响应于所述控制单元的指令信息，所述动力机构基于设定的流量、温度和/或压力将所述第一管路中的有色流体输送至所述腔体。

14、优选地，所述系统包括至少两个所述图像采集单元，从而至少两个所述图像采集单元能够采集轨迹显示组件的双面的有色流体轨迹特征。

15、本发明还提供一种电堆流动特性及分布测量方法，所述方法至少包括：将极板的设置有流道的一面与轨迹显示组件相邻设置在支撑机构内，在有色流体通过所述极板的流道的情况下，至少一个图像采集单元采集所述有色流体在所述轨迹显示组件上留下的有色流体轨迹特征并发送至控制单元，所述控制单元对所述有色流体轨迹特征进行判断以确定所述极板的流道的不均匀位置。

16、优选地，所述方法还包括：所述控制单元对所述有色流体轨迹特征进行判断并显示极板的流道的均匀特性是否合格的信息；和/或所述控制单元对所述有色流体轨迹特征进行判断并向至少一个终端发送极板的流道的均匀特性是否合格的信息。

17、本发明的测量方法，步骤简单，判断依据简单，操作容易，测量效率高，因此更容易在生产线推广和普及。