[发明专利]电堆装配活化验收一体式燃料电池测试平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池技术领域的测试平台，尤其涉及一种兼具电堆装配、活化、验收一体式的燃料电池测试平台。

背景技术

燃料电池是通过电催化反应将氧化剂和还原剂的化学能直接转换成电能的装置，是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电技术。其中的质子交换膜燃料电池因其具有效率高、能量密度大、反应温度低、无噪音、无污染等显著优点而在地面发电站、电动车和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。燃料电池内部主要由质子交换膜、电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成。当燃料电池工作时，其内部发生下述反应过程：反应气体在扩散层内扩散，当反应气体到达催化层时，在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应；阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传递到阴极侧，电子经外电路到达阴极，同氧分子反应结合成水，同时放出热量。电极反应为：

阳极（负极）：H₂ → 2H⁺ + 2e

阴极（正极）：1/2O₂ + 2H⁺ + 2e → H₂O

电池反应：   H₂ + 1/2O₂ → H₂O

一个典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极放在两块导电的导流极板中间，两块导流板分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这样形成的一个燃料电池称为单电池，为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，需要将多个单电池通过直叠的方式串联成电池组，又叫燃料电池电堆。在燃料电池电堆中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。电堆通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起。

燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。当燃料电池发电系统用作车、船等运载工具的动力系统时，燃料电池发电系统又叫做燃料电池发动机。

氢气的流量、温度、压力和湿度，空气的流量、温度、压力和湿度，冷却水的流量、温度和压力，燃料电池堆流体出入口温差、压差，负载的加载频率变化，系统各零部件的响应速度等工作参数对于燃料电池的正常运行和效率有着重要的影响。

一个完整的燃料电池生产流程应该包括电堆的组装、活化以及外壳封装和验收。

目前的燃料电池在生产过程中，以上的几道工序都是分开执行的，因为每到工序是紧密相关，上一道工序的问题可能需要在下一道工序中才会表现出来，所以往往需要大量的重复劳动，不但浪费人力物力，而且电堆的性能还得不到保障。

专利号为201020160727.3的实用新型专利提到一种兼具燃料电池堆和燃料电池系统性能测试的质子交换膜燃料电池测试平台，不过没有涉及燃料电池堆的在线组装更换和活化。

专利号为ZL200720201327.0的实用新型专利提到一种质子交换膜燃料电池电堆的装堆压机，具有操作简单、电堆内部受力均匀、装堆平整规则、压力容易控制等优点，但其无法直接连辅助系统对组装完成电堆进行测试，必须取下后使用另外独立的活化平台进行测试，一旦电堆中存在单片电池问题，需要重新放入压装机拆卸更换，装配效率低，电堆也容易在频繁的拆卸更换中受损。

专利号为200810036146.6的发明专利和专利号为ZL200820114566.7的实用新型专利都提到了一种能测试燃料电池电堆性能的测试平台，该测试台能够监测各运行参数与燃料电池堆性能之间的关系。专利号为200410093104.8的发明专利提到一种具有自我支持和电力输出功能的燃料电池测试系统，可以自己发电启动，自己运行，发出多余的电力还可以输出供负载或其它电器实用，但是这些测试平台无法实现电堆的在线装配活化，使得电堆的生产流程较为繁琐。

专利号为200510026003.3的发明专利、专利号为200410066321.8的发明专利和专利号为200520041696.9的实用新型专利都提到了一种适合质子交换膜燃料电池堆快速装配和测试的装配台，具有电堆拆卸方便，单电池受力均匀等特点，其能够在测试过程中及时发现电堆问题并进行在线更换，大大简化了装配工序，但依然无法实现封装电堆最后的验收步骤，需要有单独的测试台架，使得生产成本较高，不利于电堆的价格控制。

对于上述燃料电池生产检验设备均只能完成部分工序，导致燃料电池的开发需要大量的设备投入而大大增加研发和生产成本，并且电堆的性能也得不到正确的评估。

发明内容