一种模拟电堆状态的单电池测试方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种模拟电堆状态的单电池测试方法，包括通过微型温度传感器获得电堆上膜电极内部温度，控制单电池测试过程中膜电极内部温度与电堆运行过程中膜电极内部温度一致，消除以水入温度作为电池名义温度带来的单池和电堆膜电极内水热平衡状态差异的影响。本方法可以基于单电池测试完成以电堆性能为目标的膜电极开发过程，对缩短膜电极开发周期和降低开发成本有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟电堆状态的单电池测试方法及装置
本专利技术涉及燃料电池的
，具体而言，尤其涉及一种模拟电堆状态的单电池测试方法及装置。
技术介绍
膜电极是质子交换膜燃料电池电堆的核心零部件。测试验证工作对膜电极的开发非常重要，开发前期通常进行单电池级别的性能测试及条件敏感性测试，开发后期还需进行短堆应用性能测试验证、长堆应用性能测试验证等。测试中，通常用冷却水的水入温度作为单电池或电堆的名义温度。公开号为CN110865248A的专利提出在膜电极开发过程中直接采用短堆进行多种膜电极同步测试的方法，以避免各膜电极测试条件的不同，从而直接对比不同膜电极的性能优劣。实际上，在单电池和电堆里，膜电极内部的温度状态存在较大差异。这种以水入温度作为名义温度的方式非常粗糙，基于单电池开发和筛选的膜电极在电堆上的表现可能不能达到预期。针对这一根本原因，本专利技术提出以电堆内膜电极内部测试温度作为依据，结合单电池内部膜电极的内部测试温度，修正单电池名义温度的方法，从根本上消除两种测试方法带来的温度条件差异，从而实现用单电池模拟电堆内部的温度条件，基于单电池测试完成膜电极开发过程。
技术实现思路
根据上述提出膜电极内部的温度状态存在较大差异，电堆上的表现可能不能达到预期的技术问题，而提供一种模拟电堆状态的单电池测试方法及装置。本专利技术主要利用一种模拟电堆状态的单电池测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：制备膜电极；步骤S2：制备带温度传感器的膜电极；步骤S3：将膜电极组件和双极板依次堆叠，组成短堆；步骤S4：将所述电堆连接至测试台架并将所述微型温度传感器连接至数据采集系统；步骤S5：按照预设的条件，进行所述电堆的性能测试；记录电堆的电压信号以及所述电堆内膜电极内的温度测试数据；变更电堆运行工况条件，控制电流输出，进行所述电堆的条件敏感性测试，记录电堆的电压信号以及所述电堆内膜电极内的温度测试数据；步骤S6：通过所述带温度传感器的膜电极组件组装单电池，除常规连接项外，将温度传感器连接到数据采集系统；步骤S7：对单电池的性能及条件敏感性进行测试；步骤S8：对比所述步骤S5与所述步骤S7中相同位置点膜电极内部温度数据；确定单电池的水入温度，使同等电流密度下，单电池膜电极内部温度与电堆膜电极内部温度接近，两者温度差≤1℃，制定单池模拟电堆的的测试工况条件，包括不同电流密度点下单电池水入温度、湿度、计量比以及压力参数；步骤S9：通过膜电极组件，根据步骤S8中确定的模拟电堆工况进行膜电极单电池性能测试，记录电流电压数据，并与电堆测试电流电压数据进行对比分析。更进一步地，所述制备带温度传感器的膜电极首先将密封边框、扩散层、CCM、微型温度传感器、扩散层、密封边框依次叠放，其中，所述微型温度传感器放置于CCM催化层与扩散层之间。进一步地，所述膜电极组件包括所述膜电极以及带温度传感器的膜电极；所述带温度传感器的膜电极放置在电堆中中间节位置。更进一步地，所述步骤S3中组电堆为15节短堆。进一步地，所述预设的条件包括水入温度、水入流量、氢气入堆温度、氢气入堆压力、氢气入堆流量、氢气相对湿度、空气入堆温度、空气入堆压力、空气入堆流量、空气相对湿度以及控制电流输出。更进一步地，对单电池的性能及条件敏感性进行测试首先维持进气湿度、计量比、压力等条件与电堆测试条件一致，调整单电池的水入温度，使同等电流密度下，使所述膜电极内的温度与电堆上膜电极内部温度一致，记录单电池的操作条件，单电池的性能特征以及单电池内膜电极内的温度测试数据。进一步地，所述微型温度传感器为T型微型热电偶，微型铜、康铜的热电偶丝线径为30微米。进一步地，本专利技术还包含一种模拟电堆状态的单电池测试装置，包括：依次堆叠组成电堆的膜电极组件和双极板；以及采集温度信息的数据采集系统；所述膜电极组件包括：膜电极以及带温度传感器的膜电极；所述带温度传感器的膜电极设置在电堆的中间节位置。更进一步地，所述带温度传感器的膜电极包括：依次叠放并通过140℃热压一体化的密封边框Ⅰ、阴极扩散层、CCM、微型温度传感器、阳极扩散层以及密封边框Ⅱ；所述电堆连接至测试台架并将微型温度传感器连接至所述数据采集系统；其中，所述CCM还包括：含阴极催化层、质子交换膜以及阳极催化层。进一步地，所述微型温度传感器为T型微型热电偶，微型铜、康铜的热电偶丝线径为30微米。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本本专利技术的目的是提供一种模拟电堆状态的单电池测试方法，该方法以膜电极内部温度作为依据，调整单电池名义温度(即水入温度)，使单电池膜电极的内部温度与电堆内膜电极内部温度一致，从而实现用单电池模拟电堆内水热平衡状态，基于单电池测试完成以电堆性能为目标的膜电极开发过程。本专利技术对缩短膜电极开发周期和降低开发成本有重大意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术电堆名义温度和MEA内部实测温度的差异对比示意图。图2为本专利技术单电池和短堆采用相同测试条件的性能对比示意图。图3为本专利技术采用模拟短堆工况的单池测试性能与短堆测试性能的对比示意图。图4为本专利技术所述带温度传感器的膜电极整体结构示意图。其中，11为质子交换膜；21为阳极催化层；22为阴极催化层；31为阳极扩散层；32为阴极扩散层；41为密封边框；42为密封边框；50为微型温度传感器。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。如图1-4所示，本专利技术提供了一种模拟电堆状态的单电池测试方法，包括以下步骤：首先制备膜电极；包括将催化剂、树脂溶液和分散剂均匀混合的浆料均匀地涂布于质子交换膜上11，形成阳极催化层21、阴极催化层22，制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟电堆状态的单电池测试方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：制备膜电极；/nS2：制备带温度传感器的膜电极；/nS3：将膜电极组件和双极板依次堆叠，组成短堆；/nS4：将所述电堆连接至测试台架并将所述微型温度传感器连接至数据采集系统；/nS5：按照预设的条件，进行所述电堆的性能测试；记录电堆的电压信号以及所述电堆内膜电极内的温度测试数据；变更电堆运行工况条件，控制电流输出，进行所述电堆的条件敏感性测试，记录电堆的电压信号以及所述电堆内膜电极内的温度测试数据；/nS6：通过所述带温度传感器的膜电极组件组装单电池，除常规连接项外，将温度传感器连接到数据采集系统；/nS7：对单电池的性能及条件敏感性进行测试；/nS8：对比所述步骤S5与所述步骤S7中相同位置点膜电极内部温度数据；确定单电池的水入温度，使同等电流密度下，单电池膜电极内部温度与电堆膜电极内部温度接近，两者温度差≤1℃，制定单池模拟电堆的测试工况条件，包括不同电流密度点下单电池水入温度、湿度、计量比以及压力参数；/nS9：通过膜电极组件，根据步骤S8中确定的模拟电堆工况进行膜电极单电池性能测试，记录电流电压数据，并与电堆测试电流电压数据进行对比分析。/n...

【技术特征摘要】
1.一种模拟电堆状态的单电池测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备膜电极；
S2：制备带温度传感器的膜电极；
S3：将膜电极组件和双极板依次堆叠，组成短堆；
S4：将所述电堆连接至测试台架并将所述微型温度传感器连接至数据采集系统；
S5：按照预设的条件，进行所述电堆的性能测试；记录电堆的电压信号以及所述电堆内膜电极内的温度测试数据；变更电堆运行工况条件，控制电流输出，进行所述电堆的条件敏感性测试，记录电堆的电压信号以及所述电堆内膜电极内的温度测试数据；
S6：通过所述带温度传感器的膜电极组件组装单电池，除常规连接项外，将温度传感器连接到数据采集系统；
S7：对单电池的性能及条件敏感性进行测试；
S8：对比所述步骤S5与所述步骤S7中相同位置点膜电极内部温度数据；确定单电池的水入温度，使同等电流密度下，单电池膜电极内部温度与电堆膜电极内部温度接近，两者温度差≤1℃，制定单池模拟电堆的测试工况条件，包括不同电流密度点下单电池水入温度、湿度、计量比以及压力参数；
S9：通过膜电极组件，根据步骤S8中确定的模拟电堆工况进行膜电极单电池性能测试，记录电流电压数据，并与电堆测试电流电压数据进行对比分析。


2.根据权利要求1所述的一种模拟电堆状态的单电池测试方法，其特征在于，所述制备带温度传感器的膜电极首先将密封边框、扩散层、CCM、微型温度传感器、扩散层、密封边框依次叠放，其中，所述微型温度传感器放置于CCM催化层与扩散层之间。


3.根据权利要求1所述的一种模拟电堆状态的单电池测试方法，其特征在于，所述膜电极组件包括所述膜电极以及带温度传感器的膜电极；所述带温度传感器的膜电极放置在电堆的中间节位置。


4.根据权利要求1所述的一种模拟电堆状态的单电池测试方法，其特征在于，所述步骤S3中组...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈桂银，王倩，聂颖，李梦凡，邢丹敏，臧振明，宋素芝，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21