CN101969131A - 燃料电池单电池装配与测试工装 - Google Patents

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燃料电池单电池装配与测试工装，包括：底板、压力施加装置，压力测量装置和单电池测试部分，压力施加装置包括调节压力的螺杆、固定螺母、调压螺母、螺杆固定装置和压力分配装置，螺杆固定装置是固定在底板上的夹钳，螺杆通过固定螺母固定在螺杆固定装置的夹钳U型把手处，螺杆下端与压力分配装置接触，压力分配装置的下表面与电极测试部分接触，压力测量装置由通过信号线连接的压力传感器与数字压力表组成，单电池测试部分位于压力分配装置和压力传感器之间。本发明的特点是：结构简单、功能完善，便于大规模使用；拆卸组装简便，效率高；而且不需要压缩气体或液压装置的供应；制作容易，成本低，有利于大规模使用。

Description

燃料电池单电池装配与测试工装
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及单电池组装与测试工装。
背景技术
质子交换膜燃料电池的膜电极和双极板部件在生产过程中，需进行电极性能的检验，目前多采用单电池(一般不超过几十平方厘米)进行电极性能的初步评价，既可以获取电极性能，也有效的节约了成本。但目前单电池测试中，电池的装配一般采用螺杆进行固定，装配效率低，而且每次组装的力难以保持一致，螺杆之间的力也不均匀，造成电池受力不均，装配的电池之间存在装配导致的性能差别，无法反映电极的真实性能差异，限制了燃料电池的工业化生产。
中国专利申请号200720201319.6公开了一种质子交换膜燃料电池单片电极快速测试的气缸式微型压机，通过压缩气体推动气缸保证单电极受力均匀、压力恒定，可以实现单电池的快速评价，但装置的运行需要有压缩气体供应，而且需要较高的气体压力，电池直接在装置上评价时，加热情况下，会造成气体的膨胀，影响压力准确性，对使用条件有较高的要求。中国专利申请号200810228041.0公开了一种用于质子交换膜燃料电池封装的压力与位移测控装置，通过手动或电动施加压力，配合压力和位移测量装置，可以在检测电池性能参数的条件下，调节封装压力和位移，实现原位封装，但系统结构复杂，体积和重量大，造成移动不便、成本高，难以满足批量化单电池的测试需要，而且由于结构的复杂，难以进行小型化设计。中国专利申请号CN200410066321.8公开了一种适合燃料电池堆大规模快速装配于测试的装配架，通过活塞式气缸或液压千斤顶推动燃料电池堆后端板沿导轨前进，提供压力并保证电堆受力均匀。但此装置体积、重量大，无法适用于单电池测试，即小型化，仍需有较高压力压缩气体供应或加压泵，使用不便，而且无法进行可视化测量。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种可以在保证单电池受力均匀的条件下，快速方便的安装与拆卸的燃料电池单电池装配与测试工装，该工装可以在检测电池性能的同时，方便的调节电池组装压力，而且通过压力测量装置，显示组装力的大小。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
燃料电池单电池装配与测试工装，包括：底板、压力施加装置，压力测量装置和单电池测试部分，其特征在于所述底板是一块长方形平板，平板左侧固定有单电池测试固定平台，平台上设有安装压力传感器的凹槽和定位杆安装孔，凹槽位于平台中部，定位杆安装孔位于与端板、绝缘板、集流板和石墨板上的定位孔相对应的位置；所述压力施加装置包括调节压力的螺杆、与螺杆配合的固定螺母、调压螺母、螺杆固定装置和压力分配装置，螺杆固定装置是固定在底板上的夹钳，通过夹钳底座上的螺孔用螺栓固定在底板上，夹钳的U形把手位于底板的上面，夹钳的手柄位于底板外，调节压力的螺杆通过固定螺母和调压螺母连接在螺杆固定装置的夹钳U形把手的U形槽内，可沿U形槽水平移动，调节压力的螺杆下端与压力分配装置接触，调节压力的螺杆下端设有缓冲垫，压力分配装置是下表面有分配压力凹槽的平板，压力分配装置有分配压力凹槽的下表面与电极测试部分接触，分配压力的凹槽是球形凹槽，球形凹槽的球心在压力分配装置垂直中心线上，所述压力测量装置包括压力传感器和数字压力显示表，压力传感器固定于单电池测试平台上的安装压力传感器的凹槽内，压力传感器通过信号线与数字压力表连接；
所述单电池测试部分4包括石墨板、端板、集流板、绝缘板、定位杆I和定位杆II，定位杆I、II插装在单电池测试固定平台上的定位杆安装孔内，下端板、下绝缘板、下集流板、下石墨板、电极、上石墨板、上集流板、上绝缘板、上端板依次安装在定位杆上，压力分配装置放置在上端板顶面。
本发明所述的燃料电池单电池装配与测试工装，其特征是所述缓冲垫是橡胶垫、塑料垫和工程树脂垫中的一种。
本发明所述石墨板与电极接触一侧刻有与被测电极相配合的气体流道和密封胶线槽，石墨板侧面设有安装加热棒的孔道、电压测试接口、反应介质接口和温度测试接口，加热棒的孔道插入加热棒，电压测试接口、反应介质接口和温度测试接口分别连接电压测量用铜棒、气体接口和温度测量装置如热电偶。
本发明所述的燃料电池单电池装配与测试工装，其特征是所述夹钳是金属或电子零件加工用水平式夹钳。
本发明的测试过程是：将石墨板密封胶线槽铺设胶线或用点胶制备点胶，安装气体接口、加热棒和电压测量用铜棒，然后按前述组装顺序将测试用电极安装于单电池测试部分，安装压力分配装置，然后固定螺杆固定装置，将压力调节螺杆移至压力分配装置中心后，调节压力调节螺母，观察数显压力表上的示数，直至压力达到设定要求，旋紧固定螺母将压力调节螺杆位置固定。更换相同类型电极时，只需松开螺杆固定装置，更换电极后再次紧固螺杆固定装置即可。
本发明的以上技术方案为单电池的快速装配与测试提供了保证。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、系统功能完善、但结构相对简单。可以实时显示组装压力的值并可以在测试电池性能的同时调整组装压力，但系统仅利用夹钳和调节施压螺母即可完成对单电池测试装置的组装压力的调节，便于大规模使用。
2、测试完毕后，直接松开夹钳即可进行拆卸，同样电极组装后将夹钳固定后即可完成组装，组装效率高。而且不需要压缩气体或液压装置的供应。
3、加工制作容易，成本低。系统结构相对简单，而且各部分组件可以分别加工制备，制作成本低，有利于大规模使用。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明石墨板结构示意图；
图3为本发明单电池测试部分轴测图。
附图中：1、底板，2、可调节压力施加装置，2-1、螺杆固定装置，2-2、调节压力的螺杆，2-3、压力分配装置，2-4、固定螺母，2-5压力调节螺母，2-6、U形把手。2-7、手柄，2-8、底座，3、压力测量装置，3-1、压力传感器，3-2、数显压力表，4、单电池测试部分，4-1-1、下端板，4-2-1、下绝缘片，4-3-1、下集流板，4-1-2、上端板，4-2-2、上绝缘片，4-3-2、上集流板，4-4、石墨板(双极板)，4-4-1、分配反应介质的流道，4-4-2、胶线槽，4-4-3、反应介质接口，4-4-4、温度测试接口，4-4-5、电压测试接口，4-4-6、安装加热棒的孔道，4-4-7、下石墨板，4-4-8、上石墨板，4-5、定位杆I，4-6、定位杆II，5、电极。
具体实施方式
实施例1
如附图所示，一种可以在保证单电池受力均匀的条件下，快速方便的安装与拆卸的燃料电池单电池装配于测试工装，包括底板1、可调节压力施加装置2，压力测量装置3、单电池测试部分4。可调节压力施加装置固定于底板1之上，位置位于单电池测试部分右侧，由施压螺杆2-2、螺杆固定装置2-1、压力分配装置2-3、固定螺母2-4、压力调节螺母2-5组成；压力测量部分由压力传感器3-1和数显压力表3-2组成，压力传感器3-1固定于底板单电池测试固定平台1-1上，单电池测试部分下部，通过信号线和数显压力表3-2连接；单电池测试部分通过定位杆固定于底板上，位于可调节压力施加装置的左侧，由端板4-1、绝缘片4-2、集流板4-3、石墨板4-4、定位杆I4-5、定位杆II 4-6组成，组装时按下端板4-1-1、下绝缘片4-2-1、下集流板4-3-1、下石墨板4-4-7、膜电极、上石墨板4-4-8、上集流板4-3-2、上绝缘片4-2-2、上端板4-1-2顺序进行组装，石墨板4-4上与膜电极接触一面有分配反应介质的流道4-4-1和放置密封介质的胶线槽4-4-2，定位杆I 4-5共2根，用于将端板4-1、绝缘片4-2和集流板4-3固定于底板上，定位杆II 4-6用于将石墨板与端板固定。单电池测试装置安装完成后，施加压力，先用螺杆固定装置2-1固定，将调节压力螺杆2-2调节至压力分配装置2-3中心位置，然后旋转压力调节螺母2-5使螺杆下移从而施加压力，待数显压力表压力值达到要求后，停止施压，将螺杆固定螺母2-4旋紧，固定压力调节螺杆2-2位置。此时可以进行单电池的测量。
本实施例中，单电池面积为5cm2，组装压力40kgf。单电池测试装置组装前，将进出接头、加热管和电压测量装置接入，组装完成后将反应介质通过进出管引入，电池温度达到指定要求后即可进行单电池的测量。

Claims (4)

1.燃料电池单电池装配与测试工装，包括：底板(1)、压力施加装置(2)、压力测量装置(3)和单电池测试部分(4)，其特征在于所述底板(1)是一块长方形平板，平板左侧固定有单电池测试固定平台(1-1)，平台上设有安装压力传感器(3-1)的凹槽和定位杆安装孔，凹槽位于平台中部，定位杆安装孔位于与端板(4-1)、绝缘板(4-2)、集流板(4-3)和石墨板(4-4)上的定位孔相对应的位置；
所述压力施加装置(2)包括调节压力的螺杆(2-2)、与螺杆配合的固定螺母(2-4)、调压螺母(2-5)、螺杆固定装置(2-1)和压力分配装置(2-3)，螺杆固定装置(2-1)是固定在底板上的夹钳，通过夹钳底座(2-8)上的螺孔用螺栓固定在底板上，夹钳的U形把手(2-6)位于底板的上面，夹钳的手柄(2-7)位于底板外，调节压力的螺杆(2-2)通过固定螺母(2-4)和调压螺母(2-5)连接在螺杆固定装置(2-1)夹钳的U形把手的U形槽内，可沿U形槽水平移动，调节压力的螺杆(2-2)下端与压力分配装置(2-3)接触，调节压力的螺杆下端设有缓冲垫，压力分配装置(2-3)是下表面有分配压力凹槽的平板，压力分配装置有分配压力凹槽的下表面与电极测试部分(4)接触，分配压力的凹槽是球形凹槽，球形凹槽的球心在压力分配装置垂直中心线上；
所述压力测量装置包括压力传感器(3-1)和数字压力显示表，压力传感器(3-1)固定于单电池测试平台上的安装压力传感器(3-1)的凹槽内，压力传感器通过信号线与数字压力表连接；
所述单电池测试部分(4)包括石墨板(4-4)、端板(4-1)、集流板(4-3)、绝缘板(4-2)、定位杆I(4-5)和定位杆II(4-6)，定位杆I、II插装在单电池测试固定平台(1-1)上的定位杆安装孔内，下端板(4-1-1)、下绝缘板(4-2-1)、下集流板(4-3-1)、下石墨板(4-4-7)、电极(5)、上石墨板(4-4-8)、上集流板(4-3-2)、上绝缘板(4-2-2)、上端板(4-1-2)依次安装在定位杆上，压力分配装置(2-3)放置在上端板(4-1-2)顶面。
2.按照权利要求1所述的燃料电池单电池装配与测试工装，其特征是所述缓冲垫是橡胶垫、塑料垫和工程树脂垫中的一种。
3.按照权利要求1所述的燃料电池单电池装配与测试工装，其特征是石墨板(4-4)与电极接触一侧刻有与被测电极相配合的气体流道(4-4-1)和密封胶线槽(4-4-2)，石墨板(4-4)侧面设有安装加热棒的孔道(4-4-6)、电压测试接口(4-4-5)、反应介质接口(4-4-3)和温度测试接口(4-4-4)，加热棒的孔道(4-4-6)插入加热棒，电压测试接口(4-4-5)、反应介质接口(4-4-3)和温度测试接口(4-4-4)分别连接电压测量用铜棒、气体接口和温度测量装置。
4.按照权利要求1所述的燃料电池单电池装配与测试工装，其特征是所述夹钳是金属或电子零件加工用水平式夹钳。
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