一种离线式电堆活化系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种离线式电堆活化系统。


背景技术：

2.燃料电池电堆在放置一段时间后会出现电堆性能下降的现象，还可能会因为单节性能偏低导致整个电堆无法使用。但在某些场合下燃料电池电堆不具备开机条件，需要重新返回实验室进行相关的活化。
3.目前的活化方案主要有两种，即强制活化和自然活化。强制活化进一步包括恒流强制活化和变流强制活化，其活化效果优于自然活化。在强制活化工艺中，变流强制活化优于恒流强制活化，而且，变流强制活化所用的时间相对于恒流强制活化及恒流自然活化均大大缩短。
4.上述活化方案均需要在线对燃料电池电堆重新进行测试，不但耗费工时，而且需要使用氢气及测试设备，对于场所要求较高。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种离线式电堆活化系统，用以解决现有技术无法在不开机条件下对电堆进行高效活化的问题。
6.本实用新型实施例提供的一种离线式电堆活化系统，包括加湿活化装置和内阻测试装置；其中，
7.加湿活化装置包括集成于一体的高压储气设备、流量控制阀、增湿器、气体循环泵和背压阀，并设有放置并接入待活化电堆的安装槽；高压储气设备内的气体不包括氢气；安装槽上设有待活化电堆的气体入口、气体出口，至少一个气体入口一路依次经增湿器、流量控制阀与高压储气设备的出气端连接，另一路经气体循环泵接相应的气体出口；
8.内阻测试装置与上述安装槽上待活化电堆的供电端连接。
9.上述技术方案的有益效果如下：利用离线式电堆活化装置，可以在条件不具备开机条件即无氢气状态下对燃料电池电堆进行加湿活化。通过设置增湿器、流量控制阀，该装置可以调节入堆气体的湿度、压力对待活化电堆的膜电极进行冲洗及润湿，避免电堆因存放而导致性能下降，无法开机等故障。并且，通过设置气体循环泵，能对电堆输出的增湿气体循环再利用，有效节约了加湿活化成本。
10.基于上述装置的进一步改进，还包括用于置入待活化电堆后启动所述加湿活化装置并依次调整增湿器的功率至识别到入堆气体温度达到设定温度、调整流量控制阀的开度至识别到入堆气体压力达到设定压力、在识别到入堆气体湿度达到设定湿度后关闭背压阀并开始计时同时启动内阻测试装置以及直到计时时间达到最大活化过程运行时间或待活化电堆内阻降至设定值以下后关闭所述加湿活化装置、内阻测试装置的控制器；其中，
11.所述控制器的输入端与内阻测试装置的输出端连接，其输出端分别与高压储气设备、流量控制阀、增湿器、气体循环泵的控制端连接。
12.进一步，所述加湿活化装置还包括用于使增湿器的气体出口至待活化电堆的气体入口段管路内气体无冷凝的伴热带；其中，
13.所述伴热带，设于增湿器的气体出口与待活化电堆的气体入口之间的连接管路上。
14.进一步，所述高压储气设备内的气体包括氮气、空气中的至少一种；其中，
15.当高压储气设备内的气体为氮气时，增湿器的气体出口分别与电堆的氢气入口、空气入口连接；电堆的氢气尾气出口、空气尾气出口二者并联后一路与背压阀连接，另一路经气体循环泵后连接该安装槽上待活化电堆的氢气入口、空气入口；
16.当高压储气设备内的气体为空气时，增湿器的气体出口仅与电堆的空气入口连接；电堆的空气尾气出口一路与背压阀连接，另一路经气体循环泵后连接该安装槽上待活化电堆的空气入口。
17.进一步，所述加湿活化装置还包括气水分离器；其中，
18.所述加湿活化装置的安装槽上待活化电堆的氢气尾气出口、空气尾气出口二者并联后与上述气水分离器的输入端连接。
19.进一步，所述加湿活化装置还包括背压阀、循环水泵；其中，
20.所述背压阀，设于安装槽上待活化电堆的气体出口至气水分离器的输入端之间的连接管路上；
21.所述循环水泵，设于气水分离器的出水口至安装槽上待活化电堆的气体入口之间的循环管路上，其输入端与气水分离器的出水口连接，其输出端与安装槽上待活化电堆的气体入口连接。
22.进一步，所述控制器进一步包括依次连接的信息获取单元、信息处理与控制单元；其中，
23.所述信息处理与控制单元具有显示模块；该显示模块的显示屏上实时显示待活化电堆的入堆气体流量、压力、湿度、温度，以及计时时间、预设活化过程运行时间。
24.进一步，所述信息获取单元进一步包括流量-压力一体传感器、湿度传感器、温度传感器、计时模块；其中，
25.所述流量-压力一体传感器、湿度传感器、温度传感器，均设于安装槽上待活化电堆的气体入口处管道内壁上。
26.进一步，所述信息获取单元还包括用于监测增湿器的循环水路电导率的电导率仪；其中，
27.所述电导率仪，设于增湿器的循环水路入口处，其输出端与所述信息处理与控制单元的输入端连接。
28.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
29.1、该装置内集成了高压储气设备、流量控制阀、增湿器、气水分离器和循环水泵，能够降低装置的体积，并提高加湿活化效率。
30.2、高压储气设备打开减压后，可使用流量控制阀、背压阀控制电堆内气体的流量和压力。
31.3、在电堆的气体入口处加装了流量-压力一体传感器、湿度传感器、温度传感器，可采集进入电堆的气体流量、压力、湿度和温度。
32.4、在增湿器的气体出口加装伴热带，保证从增湿器到电堆气体入口的气体无冷凝现象。
33.5、从电堆气体出口流出的气体经气水分离器后，将湿态气体分离，气体可存储再利用或对外排放。
34.6、冷凝后的水经过循环水泵回收至增湿器，在循环水路加装电导率仪，在电导率超过设定值后开启去离子设备所在支路，能够降低回收水的电导率。
35.7、在背压阀开度减小，或者关闭排气后，出堆气体经过气体循环泵从新回到电堆入口。
36.提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
37.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
38.图1示出了实施例1离线式电堆活化系统组成示意图；
39.图2示出了实施例2使用氮气的离线式电堆活化系统组成示意图；
40.图3示出了实施例2使用空气的离线式电堆活化系统组成示意图。
具体实施方式
41.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
42.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
43.实施例1
44.本实用新型的一个实施例，公开了一种离线式电堆活化系统，如图1所示，包括加湿活化装置和内阻测试装置。
45.加湿活化装置包括集成于一体的高压储气设备、流量控制阀、增湿器、气体循环泵，并设有放置并接入待活化电堆的安装槽。高压储气设备内的气体不包括氢气。安装槽上设有待活化电堆的气体入口、气体出口，至少一个气体入口一路依次经增湿器、流量控制阀与高压储气设备的出气端连接，另一路经气体循环泵接相应的气体出口。
46.内阻测试装置与上述安装槽上待活化电堆的供电端连接。
47.高压储气设备内的气体不包括氢气，可以是单一惰性气体或多种单一惰性气体的
混合物，或者是空气或者空气与惰性气体的混合物，此处不进行限制，本领域技术人员能够理解。
48.与现有技术相比，本实施例所述装置利用离线式电堆活化装置，可以在条件不具备开机条件即无氢气状态下对燃料电池电堆进行加湿活化。通过设置增湿器、流量控制阀，该装置可以调节入堆气体的湿度、压力对待活化电堆的膜电极进行冲洗及润湿，避免电堆因存放而导致性能下降，无法开机等故障。并且，通过设置气体循环泵，能对电堆输出的增湿气体循环再利用，有效节约了加湿活化成本。
49.实施例2
50.在实施例1的基础上进行改进，该离线式电堆活化系统还包括控制器。
51.其中，控制器用于置入待活化电堆后启动所述加湿活化装置并依次调整增湿器的功率至识别到入堆气体温度达到设定温度（维持此时增湿器的功率不变）、调整流量控制阀的开度至识别到入堆气体压力达到设定压力（维持此时的流量控制阀开度不变）、在识别到入堆气体湿度达到设定湿度后关闭背压阀（出堆气体通过气体循环泵回到电堆入口）并开始计时同时启动内阻测试装置以及直到计时时间达到最大活化过程运行时间或待活化电堆内阻降至设定值以下后关闭所述加湿活化装置、内阻测试装置。上述控制过程的流程不涉及方法的改进。
52.控制器的输入端与内阻测试装置的输出端连接，其输出端分别与高压储气设备、流量控制阀、增湿器、气体循环泵的控制端连接。
53.优选地，该加湿活化装置还包括气水分离器还包括气水分离器、背压阀、循环水泵。
54.加湿活化装置的安装槽上待活化电堆的氢气尾气出口、空气尾气出口二者并联后与上述气水分离器的输入端连接。
55.背压阀，设于安装槽上待活化电堆的气体出口至气水分离器的输入端之间的连接管路上，其控制端与控制器的输出端连接，用于控制待活化电堆的气体尾气流量。
56.循环水泵，设于气水分离器的出水口至安装槽上待活化电堆的气体入口之间的循环管路上，其输入端与气水分离器的出水口连接，其输出端与安装槽上待活化电堆的气体入口连接，其控制端与控制器的输出端连接，用于控制增湿器循环水的流量。
57.优选地，所述高压储气设备内的气体包括氮气、空气中的至少一种。
58.当高压储气设备内的气体为氮气时，增湿器的气体出口分别与电堆的氢气入口、空气入口连接。电堆的氢气尾气出口、空气尾气出口二者并联后一路依次经背压阀、气水分离器的出水口与增湿器的循环水路入口连接，另一路经气体循环泵后连接该安装槽上待活化电堆的氢气入口、空气入口。
59.当高压储气设备内的气体为空气时，增湿器的气体出口仅与电堆的空气入口连接。电堆的空气尾气出口一路依次经背压阀、气水分离器的出水口与增湿器的循环水路入口连接，另一路经气体循环泵后连接该安装槽上待活化电堆的空气入口。
60.优选地，所述控制器进一步包括依次连接的信息获取单元、信息处理与控制单元。
61.信息处理与控制单元具有显示模块。该显示模块的显示屏上实时显示待活化电堆的入堆气体流量、压力、湿度、温度，以及计时时间、预设活化过程运行时间。
62.优选地，所述信息获取单元进一步包括流量-压力一体传感器、湿度传感器、温度
传感器、计时模块。
63.所述流量-压力一体传感器、湿度传感器、温度传感器，均设于待活化电堆的气体入口处管道内壁上。
64.优选地，所述信息获取单元还包括用于测量待活化电堆内阻的内阻测试装置。内阻测试装置的输入端与待活化电堆的供电端连接，其输出端与所述信息处理与控制单元的输入端连接。
65.优选地，该离线式电堆活化系统还包括用于使得增湿器的气体出口至电堆的气体入口段管路内的气体无冷凝的伴热带。其中，伴热带设于增湿器的气体出口与电堆的气体入口之间的连接管路上，其控制端与控制器的输出端连接。可在整段管路上均设置伴热带。
66.优选地，所述信息获取单元还包括用于监测增湿器的循环水路电导率的电导率仪。其中，电导率仪设于循环水泵的出口处或增湿器的循环水路入口处，其输出端与所述信息处理与控制单元的输入端连接。
67.优选地，加湿活化装置还包括可控开关、去离子设备。循环水泵的出口至增湿器的循环水路入口段设有两条并联的独立支路；每条支路均设有一独立控制该支路通断的可控开关；每一可控开关的控制端与控制器的输出端连接，如图2~3所示。并且，仅有一条独立支路上设有用于降低循环水路电导率的去离子设备，该去离子设备的控制端与控制端的输出端连接。
68.与现有技术相比，本实施例的装置具有如下有益效果：
69.1、该装置内集成了高压储气设备、流量控制阀、增湿器、气水分离器和循环水泵，能够降低装置的体积，并提高加湿活化效率。
70.2、高压储气设备打开减压后，可使用流量控制阀、背压阀控制电堆内气体的流量和压力。
71.3、在电堆的气体入口处加装了流量-压力一体传感器、湿度传感器、温度传感器，可采集进入电堆的气体流量、压力、湿度和温度。
72.4、在增湿器的气体出口加装伴热带，保证从增湿器到电堆气体入口的气体无冷凝现象。
73.5、从电堆气体出口流出的气体经气水分离器后，将湿态气体分离，气体可存储再利用或对外排放。
74.6、冷凝后的水经过循环水泵回收至增湿器，在循环水路加装电导率仪，在电导率超过设定值后开启去离子设备所在支路，能够降低回收水的电导率。
75.7、在背压阀开度减小，或者关闭排气后，出堆气体经过气体循环泵从新回到电堆入口。
76.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。