一种氢燃料电池电堆气密性检测装置和方法与流程

1.本发明涉及氢燃料电池电堆气密性检测技术领域，具体是一种氢燃料电池电堆气密性检测装置和方法。


背景技术：

2.随着国家支持力度加大，氢能行业得到快速发展及普及，相关市场配套订单也逐步放量；氢燃料电池电堆作为氢燃料发动机系统核心零部件，其自身的性能决定发动机系统的好坏；与氢气本身的特性如泄漏性、扩散性、爆炸性等，使得氢燃料电池存在着一定的安全隐患，氢燃料电池的安全性成为首要问题。因此，为保证安全性，作为燃料电池的核心零件，在氢燃料发动机系统组装过程中，必须对电堆气密性进行检测，目前行业内对气密性检测还没有统一的测量标准及方法，更没有专门检漏的装置；大部分企业都是采用自搭简易测试平台，连接气源与电堆进行检测，规范性不高、操作性繁琐、生产效率较低，随着市场订单的放量，严重影响批量交付能力，因此，本领域技术人员提供了一种氢燃料电池电堆气密性检测装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种氢燃料电池电堆气密性检测装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种氢燃料电池电堆气密性检测装置，包括工装底板，所述工装底板安装有对称的直线导轨，直线导轨上滑动连接有电堆托板一，电堆托板一下侧设置有位置传感器，位置传感器安装在工装底板上，电堆托板一上安装有支撑杆固定座，支撑杆固定座上通过弹簧安装有支撑杆，电堆托板一的一侧设置有气密检测模块，气密检测模块两侧均设置有气缸底座，气缸底座上侧安装有双轴气缸，双轴气缸的输出端固定连接有连接板，连接板上安装有多个连接管，连接管上安装有堵头，连接管上固定且贯通连接有气动接头，气动接头与气密检测模块固定且贯通连接有pu管，气密检测模块与电堆托板一之间设置有电堆托板二，电堆托板二安装在工装底板上。
6.作为本发明再进一步的方案：其中，所述电堆托板一下侧设置有同步带轮固定座，同步带轮固定座上安装有同步带轮，电堆托板一一侧设置有电机固定座，电机固定座上安装有同步电机，同步电机与同步带轮之间缠绕有同步齿形带。
7.作为本发明再进一步的方案：其中，所述同步带轮固定座和电机固定座均与工装底板固定连接。
8.作为本发明再进一步的方案：其中，所述支撑杆一端贯穿支撑杆固定座且螺旋连接有扁方螺母。
9.作为本发明再进一步的方案：其中，所述工装底板两侧均固定连接有拉手，气缸底座和气密检测模块均与工装底板固定连接。
10.作为本发明再进一步的方案：其中，
11.一、通过调节位置传感器位置，控制同步电机的运行距离从而来适配不同尺寸的电堆气密需求；
12.二、将双轴气缸进气阀与气源后，通过控制模块控制电机运行到电堆尺寸指定位置后，控制模块控制电磁阀控制气源开关，从而将堵头推向与电堆进出口处，直至完全贴合，无泄漏状态；
13.三、气密检测模块包括配备电磁阀，压力、阀门、时间、顺序、流量检测、控制模块、显示单元等模块；连接外部气源后，通过设置气密类型测试类型泄漏、定时器、压力、泄漏标准等参数，以满足不同压力、类型的测试条件；实现全自动化检测、数据自动存储，零部件不合格报警等功能；
14.作为本发明再进一步的方案：其中，气密检测模块连接气源、电源后，开启气密检测模块，选择需要测量电堆型号；控制模块向同步电机发送指令，同步电机开始工作，带动电堆托板一运动至位置传感器位置，机械手将电堆吊装至电堆托板一、电堆托板二上，通过夹具凸台定位，选择所需的气密性测试类型(气密性测试程序已经进行标定)后启动测试，控制模块首先控制双轴气缸的电磁阀，将堵头推向电堆进出口，直至完全密封；然后控制模块控制电堆进出口管路电磁阀，提供气源，完成保压、外漏，串漏等测试；测试过程中对测量数据自动存储，对不合格零件进行报警。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、本发明提供了一种快速燃料电池电堆气密性检测装置，配备有同步电机及位置传感器，能适配不同尺寸的电堆。
17.2、本发明为气密检测模块，配备电磁阀，压力、阀门、时间、顺序、流量检测、显示单元等模块，能够实现自动化检测、不合格报警等功能。
18.3、在批量订单生产过程中能够进行快速检测、快速换产功能，提高校测效率40％，也可用于来料性能抽检或全检。
附图说明
19.图1为本发明中电堆托板结构示意图；
20.图2为本发明中气密检测模块结构示意图；
21.图3为本发明中原理示意图；
22.图4为本发明中总成示意图；
23.图5为本发明中三腔保压测试实施例示意图；
24.图6为本发明中氢腔保压测试、示意图；
25.图7为本发明中三腔外泄、氢腔外泄实施例示意图；
26.图8为本发明中氢串空实施例示意图；
27.图9为本发明中氢串冷实施例示意图；
28.图10为本发明中空串冷实施例示意图；
29.图中各附图标注与部件名称之间的对应关系如下：
30.1、工装底板；2、电堆托板一；3、电堆托板二；4、连接板；5、双轴气缸；6、气缸底座；7、拉手；8、气密检测模块；9、直线导轨；10、支撑杆；11、弹簧；12、支撑杆固定座；13、扁方螺
母；14、同步齿形带；15、同步电机；16、气动接头；17、pu管；18、连接管；19、堵头；20、电机固定座；21、位置传感器；22、同步带轮；23、同步带轮固定座。
具体实施方式
31.请参阅图1～9：一种氢燃料电池电堆气密性检测装置，包括工装底板1，工装底板1安装有对称的直线导轨9，直线导轨9上滑动连接有电堆托板一2，电堆托板一2下侧设置有位置传感器21，位置传感器21安装在工装底板1上，电堆托板一2上安装有支撑杆固定座12，支撑杆固定座12上通过弹簧11安装有支撑杆10，支撑杆10一端贯穿支撑杆固定座12且螺旋连接有扁方螺母13，电堆托板一2下侧设置有同步带轮固定座23，同步带轮固定座23上安装有同步带轮22，电堆托板一2一侧设置有电机固定座20，电机固定座20上安装有同步电机15，同步带轮固定座23和电机固定座20均与工装底板1固定连接。
32.同步电机15与同步带轮22之间缠绕有同步齿形带14，电堆托板一2的一侧设置有气密检测模块8，气密检测模块8两侧均设置有气缸底座6，气缸底座6上侧安装有双轴气缸5，双轴气缸5的输出端固定连接有连接板4，连接板4上安装有多个连接管18，连接管18上安装有堵头19，连接管18上固定且贯通连接有气动接头16，气动接头16与气密检测模块8固定且贯通连接有pu管17，气密检测模块8与电堆托板一2之间设置有电堆托板二3，电堆托板二3安装在工装底板1上，电堆托板二3的设置可以对电堆托板一2的移动距离进行限位，避免电堆托板一2移动距离过长从而与气密检测模块8相接，工装底板1两侧均固定连接有拉手7，气缸底座6和气密检测模块8均与工装底板1固定连接。
33.本发明实施例还提供了一种氢燃料电池电堆气密性检测方法，该方法用于前面所述的氢燃料电池电堆气密性检测装置上，包括以下步骤：
34.第一步、通过调节位置传感器21位置，控制模块控制同步电机15的运行距离从而来适配不同尺寸的电堆气密需求；
35.第二步、将双轴气缸5进气阀与气源连接后，控制模块控制电磁阀控制气源开关，从而将堵头19推向与电堆进出口处，直至完全贴合，无泄漏状态；
36.第三步、气密检测模块8包括配备电磁阀，压力、阀门、时间、顺序、流量检测、控制模块、显示单元等模块；连接外部气源后，通过设置气密测试类型、泄漏量、测试时间、压力、泄漏标准等参数，以满足不同压力、类型的测试条件；实现全自动化检测、数据自动存储，零部件不合格报警等功能。
37.上述方案的具体工作流程为：
38.气密检测模块8连接气源、电源后，开启气密检测模块8，选择需要测量电堆型号；控制模块向同步电机15发送指令，同步电机15开始工作，带动电堆托板一2运动至位置传感器21位置，机械手将电堆吊装至电堆托板一2、电堆托板二3上，通过夹具凸台定位；选择所需的气密性测试类型(气密性测试程序已经进行标定)后启动测试，控制模块首先控制双轴气缸5的电磁阀，将堵头19推向电堆进出口，直至完全密封；然后控制模块控制电堆进出口管路电磁阀，提供气源，完成保压、外漏，串漏等测试；测试过程中对测量数据自动存储，对不合格零件进行报警。
39.围绕燃料电池堆、模块及其系统，气密性测试方法包括两个方面即气密保压测试和泄漏量测试，如下：
40.一、保压测试：三腔保压、氢单腔保压；
41.二、泄漏量测试：
42.1.外泄测试：三腔外泄、氢单腔外泄；
43.2.内漏测试：氢串空，氢串冷，空串冷；
44.三腔保压测试：
45.测试方法：如图5所示，控制电磁阀关闭氢气、空气以及冷却液管道出口，打开氢气、空气以及冷却液入口，并按照要求的工作压力注入惰性气体，待压力稳定后，关闭氢气、空气以及冷却液入口，进行三腔保压，按照要求保压一定的时间，记录压力的下降值。
46.氢腔保压测试：
47.测试方法：如图6所示，控制电磁阀关闭氢气管道出口，打开氢气管道入口，空、冷进出口保持常开，并按照要求的工作压力注入惰性气体，如图4所示。待压力稳定后，关闭氢气管道入口，进行氢腔保压，按照要求保压一定的时间，记录压力的下降值。
48.三腔外泄：
49.测试方法：如图7所示。控制电磁阀关闭氢气、空气以及冷却液管道出口，打开氢气、空气以及冷却液管道入口，使用惰性气体按照要求的压力进行加压；当压力稳定后，读取进气端的流量计示数，即为三腔泄漏量。
50.氢腔外泄：
51.测试方法：如图7所示，控制电磁阀氢气管道出口，打开氢气管道入口，空、冷进出口保持常开，使用惰性气体按照要求的压力进行加压；当压力稳定后，读取进气端的流量计示数，即为氢腔泄漏量。
52.氢串空：
53.测试方法：如图8所示，控制电磁阀氢气出口，空气入口，冷却液入口、冷却液出口，打开氢气入口，空气出口，由氢气入口通入要求压力的惰性气体，当进气压力稳定后，读取空气出口的流量计示数，即为氢腔窜空腔的泄漏量。
54.氢串冷：
55.测试方法：如图9所示，控制电磁阀关闭氢气出口，冷却液入口，打开冷却液出口，氢气入口，空气进入口保持常开，由氢气入口通入要求压力的惰性气体，当进气压力稳定后，读取冷却液出口的流量计示数，即为氢腔&空腔窜冷却液腔的泄漏量。
56.空串冷：
57.测试方法：如图10所示，控制电磁阀关闭空气出口，冷却液入口，打开冷却液出口，空气入口，氢气进入口保持常开，由空气入口通入要求压力的惰性气体，当进气压力稳定后，读取冷却液出口的流量计示数，即为氢腔空腔窜冷却液腔的泄漏量。
58.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种氢燃料电池电堆气密性检测装置，包括工装底板(1)，其特征在于，所述工装底板(1)安装有对称的直线导轨(9)，直线导轨(9)上滑动连接有电堆托板一(2)，电堆托板一(2)下侧设置有位置传感器(21)，位置传感器(21)安装在工装底板(1)上；所述电堆托板一(2)的一侧设置有气密检测模块(8)，气密检测模块(8)两侧均设置有气缸底座(6)，气缸底座(6)上侧安装有双轴气缸(5)，双轴气缸(5)的输出端固定连接有连接板(4)，连接板(4)上安装有多个连接管(18)，连接管(18)上安装有堵头(19)，连接管(18)上固定且贯通连接有气动接头(16)，气动接头(16)与气密检测模块(8)固定且贯通连接有pu管(17)。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池电堆气密性检测装置，其特征在于，所述电堆托板一(2)下侧设置有同步带轮固定座(23)，同步带轮固定座(23)上安装有同步带轮(22)，电堆托板一(2)一侧设置有电机固定座(20)，电机固定座(20)上安装有同步电机(15)，同步电机(15)与同步带轮(22)之间缠绕有同步齿形带(14)。3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池电堆气密性检测装置，其特征在于，所述同步带轮固定座(23)和电机固定座(20)均与工装底板(1)固定连接。4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池电堆气密性检测装置，其特征在于，所述电堆托板一(2)上安装有支撑杆固定座(12)，支撑杆固定座(12)上通过弹簧(11)安装有支撑杆(10)，所述支撑杆(10)一端贯穿支撑杆固定座(12)且螺旋连接有扁方螺母(13)。5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池电堆气密性检测装置，其特征在于，所述工装底板(1)两侧均固定连接有拉手(7)，气缸底座(6)和气密检测模块(8)均与工装底板(1)固定连接。6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池电堆气密性检测装置，其特征在于，所述气密检测模块(8)与电堆托板一(2)之间设置有电堆托板二(3)，且所述电堆托板二(3)安装在工装底板(1)上。7.一种氢燃料电池电堆气密性检测方法，其特征在于，所述检测方法用于如权利要求1-6任一项所述氢燃料电池电堆气密性检测装置上，具体包括以下步骤：第一步、通过调节位置传感器(21)位置，控制模块控制同步电机(15)的运行距离从而来适配不同尺寸的气密性测试需求；第二步、将双轴气缸(5)进气阀与气源连接后，控制模块控制电磁阀控制气源开关，从而将堵头(19)推向与电堆进出口处，直至完全贴合，无泄漏状态；第三步、气密检测模块(8)包括配备电磁阀，压力、阀门、时间、顺序、流量检测、控制模块、显示单元等模块；连接外部气源后，通过设置气密测试类型、泄漏量、测试时间、压力、泄漏标准等参数，以满足不同压力、类型的测试条件；实现全自动化检测、数据自动存储，零部件不合格报警等功能。8.根据权利要求7所述的一种氢燃料电池电堆气密性检测方法，其特征在于，所述气密检测模块(8)连接气源、电源后，开启气密检测模块(8)，选择需要测量电堆型号；控制模块向同步电机(15)发送指令，同步电机(15)开始工作，带动电堆托板一(2)运动至位置传感器(21)位置，机械手将电堆吊装至电堆托板一(2)、电堆托板二(3)上，通过夹具凸台定位；选择所需的气密性测试类型后启动测试，控制模块首先控制双轴气缸(5)的电磁阀，将堵头(19)推向电堆进出口，直至完全密封；然后控制模块控制电堆进出口管路电磁阀，提供气
源，完成保压、外漏，串漏等测试；测试过程中对测量数据自动存储，对不合格零件进行报警。

技术总结
本发明公开了一种氢燃料电池电堆气密性检测装置和方法，包括工装底板，所述工装底板安装有对称的直线导轨，直线导轨上滑动连接有电堆托板一，电堆托板一下侧设置有位置传感器，位置传感器安装在工装底板上，电堆托板一上安装有支撑杆固定座，支撑杆固定座上通过弹簧安装有支撑杆，电堆托板一的一侧设置有气密检测模块，气密检测模块两侧均设置有气缸底座，气缸底座上侧安装有双轴气缸，双轴气缸的输出端固定连接有连接板，配备有同步电机及位置传感器，能适配不同尺寸的电堆，气密检测模块，配备电磁阀，压力、阀门、时间、顺序、流量检测、显示单元等模块，能够实现自动化检测、不合格报警等功能。格报警等功能。格报警等功能。


技术研发人员：闫文锋 于强 唐廷江 杜铃 赵宇
受保护的技术使用者：武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/24