燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置和方法与流程

本发明属于燃料电池测试，具体而言，涉及一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置和方法。

背景技术：

1、氢能是公认的清洁能源。近年来，我国加快在氢能的布局和发展规划，已在氢能领域取得多方面进展。氢燃料电池，是一种将氢的化学能转换为电能的发电装置，具有零碳排放、无污染、工作温度低、噪声低等优势，一直被认为是利用氢能，解决未来人类能源危机的终极方案。

2、双极板是燃料电池的核心元件，负责将燃料和空气分配到两个电极表面，以及电池堆的散热。金属双极板由两块单极板组成，通过密封胶或者焊接的方式进行组合。在单极板制造冲压成型环节、以及阴阳单极板焊接形成双极板环节，都可能由于过程管控的失误而造成双极板的泄露，这会导致燃料气体外漏或内部窜气，会造成燃料电池性能的下降，甚至带来燃料电池运行中的安全风险。因此，对金属双极板进行泄露检测是极为重要的环节。

3、目前的生产工艺中，对金属双极板的密封性检测主要通过保压密封测试，已有多篇相关专利，祥述了金属双极板密封测试的方法。保压测试具有如下几个弊端：

4、(1)需要设计复杂的气密工装，并保证工装本身的气密性；

5、(2)存在大量的气体消耗；

6、(3)检测耗时较长；

7、(4)高压气体会对金属双极板本身造成变形；

8、(5)系统整体的泄露检测精度不高；

9、(6)保压测试不适合集成到自动化产线中。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提出一种基于激光检测技术的燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置和方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置，包括高灵敏度弱光检测单元、并排式光纤导光棒、激光单元：所述激光单元包括单波长、高功率、连续光输出的激光模组，所述并排式光纤导光棒可塞入金属双极板的左右两侧的方形水口内，用于将激光模组输出的激光引入到金属双极板夹层流道中，所述高灵敏度弱光检测单元分别布置于金属双极板的上下两侧，高灵敏度弱光检测单元包括密封条、光学积分腔室、光电探测器，光学积分腔室与金属双极板相对的一侧设有敞开口，该敞开口用以贴合金属双极板表面，密封条用于对敞开口与金属双极板表面贴合处进行密封，光学积分腔室另一侧设置出光口，出光口设置光电探测器。

4、进一步的，所述并排式光纤导光棒包括扁平状外壳，扁平状外壳的外形尺寸与金属双极板的左右两侧的方形水口相适配，扁平状外壳内部排布有多根裸光纤，单根裸光纤的大芯径为100～1000um，大数值孔径na为0.22～0.6。

5、进一步的，所述激光模组包括激光器、扩束镜、衍射镜片、聚焦镜头，激光器发出的平行细光束依次经过扩束镜、衍射镜片、聚焦镜头后，再导入到并排式光纤导光棒。

6、进一步的，所述激光器采用固体激光器、半导体激光器或气体激光器。

7、进一步的，所述光学积分腔室具有光滑内壁，并且内壁涂覆有高反光材料。

8、进一步的，所述密封条形状尺寸与光学积分腔室敞开口外围边缘部分相一致，密封条材料为具有弹性且不透光的硅胶或橡胶。

9、进一步的，所述光电探测器为含放大功能的硅基探测器，其响应波长范围为200～1100nm；激光模组的激光波长范围为400～1100nm。

10、该燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测方法：将分别布置于金属双极板的上下两侧的高灵敏度弱光检测单元对金属双极板实施压紧，并排式光纤导光棒一端塞入金属双极板的左右两侧的方形水口，另一端连接激光单元输出的输出端，打开激光模组，激光从并排式光纤导光棒中输出，并引入到金属双极板夹层流道中，通过探测器是否获得电信号，以判断金属双极板是否泄露，通过分析探测器获得的电信号，以判断金属双极板的泄露程度。

11、有益效果：采用本发明的检测装置和方法，可以实现燃料电池金属双极板泄露的快速检测，该检测装置和方法可以集成到自动化产线中，检测耗时短，不会对金属双极板本身造成损坏，从而提高生产效率，并降低生产成本。

技术特征：

1.一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置，其特征在于：包括高灵敏度弱光检测单元、并排式光纤导光棒、激光单元：所述激光单元包括单波长、高功率、连续光输出的激光模组，所述并排式光纤导光棒可塞入金属双极板的左右两侧的方形水口内，用于将激光模组输出的激光引入到金属双极板夹层流道中，所述高灵敏度弱光检测单元分别布置于金属双极板的上下两侧，高灵敏度弱光检测单元包括密封条、光学积分腔室、光电探测器，光学积分腔室与金属双极板相对的一侧设有敞开口，该敞开口用以贴合金属双极板表面，密封条用于对敞开口与金属双极板表面贴合处进行密封，光学积分腔室另一侧设置出光口，出光口设置光电探测器。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置，其特征在于：所述并排式光纤导光棒包括扁平状外壳，扁平状外壳的外形尺寸与金属双极板的左右两侧的方形水口相适配，扁平状外壳内部排布有多根裸光纤，单根裸光纤的大芯径为100～1000um，大数值孔径na为0.22～0.6。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置，其特征在于：所述激光模组包括激光器、扩束镜、衍射镜片、聚焦镜头，激光器发出的平行细光束依次经过扩束镜、衍射镜片、聚焦镜头后，再导入到并排式光纤导光棒。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置，其特征在于：所述激光器采用固体激光器、半导体激光器或气体激光器。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置，其特征在于：所述光学积分腔室具有光滑内壁，并且内壁涂覆有高反光材料。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置，其特征在于：所述密封条形状尺寸与光学积分腔室敞开口外围边缘部分相一致，密封条材料为具有弹性且不透光的硅胶或橡胶。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置，其特征在于：所述光电探测器为含放大功能的硅基探测器，其响应波长范围为200～1100nm；激光模组的激光波长范围为400～1100nm。

8.一种权利要求1所述快速激光检测装置的燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测方法，其特征在于：将分别布置于金属双极板的上下两侧的高灵敏度弱光检测单元对金属双极板实施压紧，并排式光纤导光棒一端塞入金属双极板的左右两侧的方形水口，另一端连接激光单元输出的输出端，打开激光模组，激光从并排式光纤导光棒中输出，并引入到金属双极板夹层流道中，通过探测器是否获得电信号，以判断金属双极板是否泄露，通过分析探测器获得的电信号，以判断金属双极板的泄露程度。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池金属双极板泄露的快速激光检测装置及方法，该装置括高灵敏度弱光检测单元、并排式光纤导光棒、激光单元：并排式光纤导光棒可塞入金属双极板的左右两侧的方形水口内，将激光模组输出的激光引入到金属双极板夹层流道中，高灵敏度弱光检测单元分别布置于金属双极板的上下两侧，高灵敏度弱光检测单元包括密封条、光学积分腔室、光电探测器，光学积分腔室与金属双极板相对的一侧设有敞开口，该敞开口用以贴合金属双极板表面，密封条用于对敞开口与金属双极板表面贴合处进行密封，光学积分腔室另一侧设置出光口，出光口设置光电探测器。本发明可以实现燃料电池金属双极板泄露的快速检测。

技术研发人员：陈国飞,龚伟
受保护的技术使用者：江苏集萃激光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24