CN105116229A - 一种燃料电池电阻测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池电阻测量装置，包括温控箱以及设于温控箱内的样品夹具，温控箱上设置有温度计和温度调节旋钮，所述的样品夹具上连接有电压测试装置，电压测试装置上连接有探针，温控箱内还设有位于样品夹具下方的加热装置，所述温控箱的侧壁上依次设置有操作窗口和线路连接口，所述的样品夹具由通过螺杆连接的上夹具和下夹具组成，所述下夹具的上表面设有多个测试元件，位于两端的测试元件连接有直流电流源；本发明采用多点探针测试方式，通过电压与距离的关系得到燃料电池内部元件的本体电阻和接触电阻，模拟电池的锁紧程度和操作温度，间接而真实的反映出运行时电池内的电阻，解决了电池在运行时电阻值的难测问题。

Description

一种燃料电池电阻测量装置

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种测量燃料电池电阻的装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池作为一种氢能发电装置，把贮存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，能量转化效率高。由于燃料电池的唯一排放物是水，对环境无污染，生成的产物水可以重新水解成氢气和氧气，因此，是一种可循环利用的清洁能源。

燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。目前世界各大研究机构争相开发燃料电池技术，日本丰田预计在2015年上市燃料电池车，德国燃料电池潜艇已经服役，燃料电池备用电源已经在国际国内推广运用。

在大力发展燃料电池技术的同时，对燃料电池的基础研究不能延后。一个燃料电池单元包括质子交换膜、催化层、微孔层、气体扩散层、双极板等。燃料电池的内阻分为膜的离子内阻和其他各个部件的电子电阻等，其中电子电阻包括本体电阻和接触电阻两部分。目前主流测试燃料电池内阻仪采用电流中断法，但是此方法测试是整个燃料电池内阻，对燃料电池的电子电阻中的本体电阻和接触电阻无法测出。

将燃料电池的内阻和电阻分开，能够优化燃料电池各个部件材料的筛选，结构的改进。目前，没有发现更好的能够将燃料电池电子电阻分离开来的测试设备有关的文献和专利。也没有发现有相关的专利和文献讲述催化层与气体扩散层之间的电阻。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种燃料电池电阻测量装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池电阻测量装置，包括温控箱以及设于温控箱内的样品夹具，温控箱上设置有温度计和温度调节旋钮，所述的样品夹具上连接有电压测试装置，电压测试装置上连接有探针，温控箱内还设有位于样品夹具下方的加热装置，所述温控箱的侧壁上依次设置有操作窗口和线路连接口，所述的样品夹具由通过螺杆连接的上夹具和下夹具组成，所述下夹具的上表面设有多个测试元件，位于两端的测试元件连接有直流电流源。

所述的一种燃料电池电阻测量装置，其上夹具的下表面设置有与燃料电池流场结构适配的脊岸和沟槽。

所述的一种燃料电池电阻测量装置，其测试元件位于脊岸和沟槽的正下方。

所述的一种燃料电池电阻测量装置，其沟槽的宽度为0.5-9mm，测试元件宽度为沟槽的1/4—1/2。

所述的一种燃料电池电阻测量装置，其脊岸的宽度为0.5-3mm，测试元件宽度为沟槽的1/4—1/2。

所述的一种燃料电池电阻测量装置，其所述上夹具的下表面为平面。

所述的一种燃料电池电阻测量装置，其上夹具和下夹具之间还设置有不可压缩材料制作的垫片。

所述的一种燃料电池电阻测量装置，其测试元件为镶嵌在下夹具上的不锈钢板/镀膜不锈钢板/石墨片或设置在下夹具表面的催化层。

所述的一种燃料电池电阻测量装置，其上夹具上设置有多根螺杆，所述的下夹具的相应位置上开有螺杆孔。

本发明的有益效果是：

1、能够将燃料电池用部件的本体电阻与接触电阻分离出来，能够测试双极板、气体扩散层、催化层的本体电阻以及它们之间的接触电阻；

2、能够通过结合测量上下夹具组装完成后上、下夹具的厚度与初始值比较和依靠不可压缩的具有不同厚度的位于上、下夹具中间的垫片，从而可以测出样品在不同装夹压力下的电阻值；

3、通过上夹具脊岸与沟槽的比例关系可以测试样品在组装时可能出现的弯曲，而这是在燃料电池组装中无法知道的；

4、能够测试燃料电池用部件在不同温度下的本体电阻和接触电阻；

5、能够同时测试脊岸和沟槽下的接触电阻；

6、操作简单可靠，有效避免了燃料电池在线测试难的问题以及实现了将本体电阻和接触电阻分离的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明下夹具的俯视图；

图3为本发明样品夹具的右视图。

各附图标记为：1—测试样品，2—下夹具，3—上夹具，4—脊岸，5—沟槽，6—螺杆，7—测试元件，8—螺杆孔，9—上表面，12—下表面，13—电压测试装置，14—温度计，15—探针，16—操作窗口，17—直流电流源，18—温度调节旋钮，19—样品夹具，20—加热装置，21—温控箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1所示，本发明公开了一种燃料电池电阻测量装置，包括温控箱21以及设于温控箱21内上层的样品夹具19，温控箱21用来控制样品夹具19的环境温度，使其与燃料电池的运行环境保持一致，温控箱21可根据燃料电池在工作时所需温度来设定样品夹具的环境温度，温控箱21的顶部设置有温度计14，右侧下部位置设置有温度调节旋钮18，所述的样品夹具19上连接有电压测试装置13，用以读取测试元件7之间的电压值，电压测试装置13上连接有多根探针15，温控箱21内下层还设有加热装置20，所述温控箱21的侧壁中部位置设置有操作窗口16，侧壁下部位置设置有线路连接口，操作窗口16用于放入并测试一定温度下不同测试元件7之间的电压，所有放置在温控箱21中的材料均具有耐热性。

参照图2和图3所示，样品夹具19由通过螺杆6连接的上夹具3和下夹具2组成，上夹具3上设置有多根螺杆6，所述的下夹具2的相应位置上开有螺杆孔8，样品位于上夹具3和下夹具2中间，并通过螺杆6锁紧，上夹具3的下表面12可以是平面，也可以设置与燃料电池流场结构适配的脊岸4和沟槽5，下夹具2的上表面9等距排列有多个测试元件7，脊岸4和沟槽5构成有规律的相间凸凹结构，沟槽5的宽度为0.5-9mm，脊岸4的宽度为0.5-3mm，测试元件7宽度为沟槽5或脊岸4的1/4—1/2，沟槽5与脊岸4的宽度可一致也可不一致，所述下夹具2的上表面9设有与所述脊岸4相接触的多个测试元件7，测试元件7位于脊岸4和沟槽5的正下方，在组装分别正对脊岸4和沟槽5的中心，位于最两端的测试元件7连接有直流电流源17，没有放置测试样品1时测试元件7和直流电流源17是无法导通的，放置测试样品1后通过测试不同测试元件7之间的电压可以得出测试样品1的本体电阻以及与测试元件的接触电阻，通过多点探针15测试获得电压与距离的关系得到燃料电池内部元件的本体电阻和接触电阻，通过模拟电池的锁紧程度和操作温度，间接而真实的反映出燃料电池在运行时电池内的电阻，解决了电池在运行时电阻值的难测问题，并分离出了电池的离子内阻、材料本体电阻和接触电阻，此外还可以测试催化层与气体扩散层之间的接触电阻，可以测试不同装夹压力下的电子电阻，可以测试气体扩散层在大装夹压力下的弯曲程度。

此外，所述的上夹具3和下夹具2之间还设置有不可压缩材料制作的垫片，不同厚度的垫片表示在不同压缩率下的测试样品，起着控制测试样品压缩率的作用，测试元件7为镶嵌在下夹具2上的不锈钢板/镀膜不锈钢板/石墨片或设置在下夹具2表面的催化层。

实施例一测试气体扩散层与双极板之间的接触电阻以及测试样品的本体电阻

测试元件7为制作燃料电池双极板的材料——不锈钢条，测试样品1放置在上夹具3和下夹具2之间，测试样品1为燃料电池的气体扩散层—碳纸，为了更好的接触，测试元件7比下夹具2的上表面9高出0.01mm，上夹具3的下表面12设置有由脊岸4和沟槽5构成的均匀相间的凸凹结构，其中脊岸4与沟槽5的宽度分别是1.6mm，测试元件7与脊岸4和沟槽5的中心位置对齐，测试元件7的宽度可设置为脊岸4宽度的1/4，将直流电流源17正负极分别接于左右侧的两个测试元件7上，设置一温度值，如60℃，待温度达到后，使用电压测试装置13的一根探针15固定在次最靠端边的测试元件7上，另一探针15分别测试脊岸4下的测试元件7上的电压，得出电阻值与距离之间的线性关系。

同样的方法，测试沟槽5下测试元件7上的电压，得出电阻值与距离之间的线性关系，绘制电阻与距离的关系图，得出本体电阻与接触电阻。

实施例二测试不同压缩量的气体扩散层与双极板之间的接触电阻以及气体扩散层的弯曲现象。

与实施例一的不同之处在于，脊岸4的宽度为1mm，沟槽5的宽度为2mm，样品夹具19组装完成后，设置不同的装夹压力，如0.5MPa、1MPa、1.5MPa和2MPa，或者根据不同厚度的垫片，设置不同的锁紧位移量，如压缩50微米、100微米、150微米等，设置一温度值，如50℃，待温度达到后，使用电压测试装置13的一根探针15固定在最靠端边的测试元件7上，另一探针15分别测试脊岸4下的测试元件7上的电压，得出电阻值与距离之间的线性关系。

本发明装置操作简单可靠，燃料电池运行时能够在线测试各个部件之间的本体电阻和接触电阻，同时也能观察到电极脱离与装夹压力、流道宽度的关系，简化燃料电池电阻测试，提高燃料电池内部各元件的电阻可测试性。

本发明装置能够模拟燃料电池运行条件下测试燃料电池内部元件的本体电阻和接触电阻，采用该设备能够解决燃料电池运行时在线测试各个部件之间的本体电阻和接触电阻难的问题，同时也能观察到电极脱离与装夹压力、流道宽度的关系，简化燃料电池电阻测试，提高燃料电池内部各元件的电阻可测试性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池电阻测量装置，其特征在于：包括温控箱（21）以及设于温控箱（21）内的样品夹具（19），温控箱（21）上设置有温度计（14）和温度调节旋钮（18），所述的样品夹具（19）上连接有电压测试装置（13），电压测试装置（13）上连接有探针（15），温控箱（21）内还设有位于样品夹具（19）下方的加热装置（20），所述温控箱（21）的侧壁上依次设置有操作窗口（16）和线路连接口，所述的样品夹具（19）由通过螺杆（6）连接的上夹具（3）和下夹具（2）组成，所述下夹具（2）的上表面（9）设有多个测试元件（7），位于两端的测试元件（7）连接有直流电流源（17）。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电阻测量装置，其特征在于，所述上夹具（3）的下表面（12）设置有与燃料电池流场结构适配的脊岸（4）和沟槽（5）。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池电阻测量装置，其特征在于，所述的测试元件（7）位于脊岸（4）和沟槽（5）的正下方。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池电阻测量装置，其特征在于，所述沟槽（5）的宽度为0.5-9mm，测试元件（7）宽度为沟槽（5）的1/4—1/2。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池电阻测量装置，其特征在于，所述脊岸（4）的宽度为0.5-3mm，测试元件（7）宽度为沟槽（5）的1/4—1/2。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电阻测量装置，其特征在于，所述上夹具（3）的下表面（12）为平面。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种燃料电池电阻测量装置，其特征在于，所述的上夹具（3）和下夹具（2）之间还设置有不可压缩材料制作的垫片。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池电阻测量装置，其特征在于，所述的测试元件（7）为镶嵌在下夹具（2）上的不锈钢板/镀膜不锈钢板/石墨片或设置在下夹具（2）表面的催化层。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池电阻测量装置，其特征在于，所述的上夹具（3）上设置有多根螺杆（6），所述的下夹具（2）的相应位置上开有螺杆孔（8）。