01 技术背景 燃料电池电堆是氢燃料电池系统的核心组件，通过电化学反应将氢能转化为电能。燃料电池电堆由多个单体电池层叠组合而成，通过双极板与膜电极交替叠合，形成密封结构后用螺杆紧固。电化学反应发生在膜电极内部，氢气在阳极被氧化，氧气在阴极被还原，最终生成电能和水。如何做好系统外壳防护对于电堆浸泡在水中的情况下依旧使得水无法进入内部从而影响电堆的正常使用至关重要。本文通过搭建浸水池测试台对电堆防水能力进行测试，从样品高度，样品密封性，样品浸水时间三个方面开展研究，旨在研究安全、可靠的防水测试方法。 02 燃料电池电堆浸水测试平台的搭建过程及样品处理 2.1搭建过程 将样品放置在水平地面上，使用卷尺测量燃料电池电堆的垂直高度，打开测试软件，向水池中放水，水面的高度由样品的高度及GB/T 4208-2017中14.2.7的要求来决定，即当样品的高度小于850mm时，样品放入水池底部的最低点距离水面应低于1000mm，当样品的高度大于等于850mm时，样品放入水池底部的最高点应低于水面150mm，本文选取的2个高度不同的燃料电池电堆，经测量后样品高度分为520mm，860mm。水深分别为900mm，900mm。 图1 防水试验主要设备 2.2样品处理 对样品的外观进行检查，确认需要密封的部位，包括进出口管路，电源正负极插口处。对样品的各个管路部位使用防水胶进行试验前的密封，检查电源位置是否插接紧固，一切准备完毕后将其移至浸水池内。浸泡一定时间结束后将其移出浸水池放置在水平地面。使用压缩空气将电堆表面水滴吹干，拆开密封部位以及电堆外壳查看内部干湿情况。 03 浸水试验方法介绍 试验按以下步骤进行： a) 关闭排水阀； b) 打开测试软件，点击页面浸水按钮，向水池放水； c) 根据测量的样品高度放一定高度的水； d) 使用防水密封胶将所用管路进行密封， e) 使用行吊将样品通过吊绳吊放置水池底部； f) 在系统操作页面的时间框内设置浸泡时间； g) 浸泡完毕后使用行吊将样品从水池中吊出，放置在水平地面上； h) 使用压缩空气将样品外表面的水吹干； i) 使用工具将密封的部位拆开观察内部是否有水； j) 使用工具将电堆外壳固定螺丝拆开，观察电堆内部情况； k) 记录系统浸水的部位，记录进水后浸水量的多少，分析浸水的原因； l) 根据分析的结果重新对电堆进行试验，重复上述操作。 04 浸水影响因素分析 系统在进行防水实验过程中，可能会存在多方面的影响因素，例如样品高度、样品密封性、浸泡时间等。 4.1 样品高度 本次试验选取两个样品高度分别为520mm(图2)和860mm(图3)的燃料电池电堆进行防水试验，在水深均为900mm的浸水池中依次进行浸水试验，根据GB/T 4208-2017《外壳防护等级(IP代码)》中14.2.7短时间浸水试验要求浸泡30min，浸泡完毕后使用行吊将电堆从水池中移出放置在水平地面上，使用压缩空气将电堆外表面吹干后，拆除图2图3密封部位以及电堆外壳，经检查密封部位内部未发现有积水现象，电堆外壳内部未存在浸水的现象(见图4，图5)。     图2 高度520mm燃料电池电堆 图3 860mm燃料电池电堆     图4 520mm电堆拆开检查图     图5 860mm电堆拆开检查图 4.2 样品密封性 本次试验选取高度为520mm的燃料电池电堆作为试验对象，将其密封完好后通过行吊放置在900mm的水池中，浸泡30min，泡完毕后将电堆从水池中移出放置在水平地面上，使用压缩空气将外表面吹干后，拆除密封部位以及电堆外壳。检查发现密封的管路未有水进入，电堆外壳内有少量积水(图6)，初步判断可能是密封不牢固的或者螺丝未拧紧，为验证判断，重新涂抹密封胶并对螺丝进行拧紧加固，将样品再次放入水中，重复上述试验，试验结束后拆开密封管路和电仪表面外壳检查样品内部，未发现有积水存在(图7)。     图6 520mm电堆拆开检查图     图7 520mm电堆拆开检查图 4.3 浸泡时间 本次试验选取高度为860mm的燃料电池电堆作为试验对象，将其密封完好后，通过行吊放置水池中，先浸泡30min，浸泡完毕后，移出样品将其放置在水平地面上，使用压缩空气将其表面水珠吹干，拆开密封管路未发现有积水存在，拆开电堆外壳，内部未发现有积水的存在。重新密封完毕后将其放入水池中浸泡60min，浸泡完毕后，移出样品将其放置在水平地面上，使用压缩空气将其表面水珠吹干，拆开密封管路经检查未发现有积水存在，拆开电堆外壳，内部未发现有积水的存在(图8)。     图8 860mm电堆拆开检查图 上海汽检氢能实验室建设了通用性的环境适应性测试能力，包括IP防水防尘测试、盐雾测试等。IP防水防尘设备包括IPX1-2滴水、IPX3-4淋水、IPX5-6冲水防护测试设备、IPX7浸水防护测试设备、IPX7-8加压浸水防护测试设备、IPX9高温冲水防护测试设备、IP5-6X防尘测试设备。可进行全套IP防护测试。盐雾测试设备包括两台步入式交变盐雾箱和一台小型盐雾箱。可针对机械、电子等工业化领域的部件、系统、设备进行耐腐蚀性验证，满足中性盐雾测试、醋酸盐雾测试、铜加速醋酸盐雾测试、交替盐雾测试的试验要求。 05总结 通过对燃料电池电堆的高度、密封性、浸泡时间进行研究，可以发现样品的高度和样品在水中浸泡的时间并不会导致水进入电堆内部从而影响电堆的使用。而密封性能的好坏决定了电堆浸泡在水中时是否可以防止水进入电堆从而影响电堆的正常使用起到至关重要的作用。 关于我们： 上海机动车检测认证技术研究中心有限公司氢能与燃料电池检测研究实验室配备50间独立试验室单元，纵向覆盖制氢-储化-加氢-用氢全链条环节，横向以测评认证服务为基础，扩展至标准规范、咨询设计、培训实训、装备开发、产业规划等全产业链条服务能力，致力于以泛能源为平台，形成完整的合格评定、标准、计量技术链条，构建氢能质量保证体系。

作者:    editor    来源:    汽车总站网原创    时间:    09-19  

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