CN109341919A - 燃料电池的压力分布测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池的压力分布测试系统和方法，所述燃料电池的压力分布测试系统包括：夹持装置，所述夹持装置包括第一夹具、第二夹具和感压纸，所述第一夹具为透明部件，所述第二夹具与所述第一夹具相对设置，且用于夹持待测试的燃料电池试件，所述感压纸安装在所述第一夹具的朝向所述第二夹具的一侧，所述感压纸用于抵压待测试的燃料电池试件；扫描仪，所述扫描仪安装于所述第一夹具的背离所述第二夹具的一侧，所述扫描仪用于扫描所述感压纸。本发明的压力分布测试系统，可以在线分析燃料电池的压力分布情况，且检测过程中，单次的装配可以实现多次检测，燃料电池的压力分布的测试效率高。

Description

燃料电池的压力分布测试系统和方法

技术领域

本发明属于燃料电池制造技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池的压力分布测试系统和燃料电池的压力分布测试方法。

背景技术

近年来，氢能作为清洁能源受到了广泛的关注，氢能产业在很多国家得到了大力的支持和发展。氢能产品正在逐渐向市场化迈进。

燃料电池是一种将氢的化学能转变为电能的发电装置，其具有无污染、工作温度低、噪声低等优点，在众多领域得到了广泛的应用。燃料电池作为一种清洁能源产品已经开拓了一个崭新的能源利用方式。

燃料电池压力分布的确定一直以来都是燃料电池产业链中最重要的环节之一，压力分布直接影响燃料电池的密封、电阻、扩散、寿命等性能。众多厂商和研究机构也均在该领域做了深入地研究。

相关技术中，燃料电池的压力分布测试难以全面地实现各个区域的压力分布和压力调节，且测试结果难以分析，需要多次拆装电池，测试完成后无法根据测试结果有目的有针对性地调节压力分布，导致燃料电池压力分布的确定时间较长，存在改进空间。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种燃料电池的压力分布测试系统，所述燃料电池的压力分布测试系统可以在线分析燃料电池的压力分布情况。

根据本发明实施例的燃料电池的压力分布测试系统，包括：夹持装置，所述夹持装置包括第一夹具、第二夹具和感压纸，所述第一夹具为透明部件，所述第二夹具与所述第一夹具相对设置，且用于夹持待测试的燃料电池试件，所述感压纸安装在所述第一夹具的朝向所述第二夹具的一侧，所述感压纸用于抵压待测试的燃料电池试件；扫描仪，所述扫描仪安装于所述第一夹具的背离所述第二夹具的一侧，所述扫描仪用于扫描所述感压纸。

根据本发明实施例的压力分布测试系统，可以在线分析燃料电池的压力分布情况，且检测过程中，单次的装配可以实现多次检测，燃料电池的压力分布的测试效率高。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，还包括：处理器，所述扫描仪与所述处理器通讯连接，所述夹持装置设有用于监测夹持压力的压力监测装置，所述压力监测装置与所述处理器通讯连接。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，所述处理器包括存储有第一计算机程序的计算机可读存储介质，所述第一计算机程序使所述处理器通过分析所述扫描仪输出的信息以实现压力分布分析，以及使所述处理器实现将所述压力监测装置监测的压力与所述感压纸测试的压力分布对应。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，所述处理器包括存储有第二计算机程序的计算机可读存储介质，所述第二计算机程序使所述处理器实现数据采集。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，所述处理器包括存储有第三计算机程序的计算机可读存储介质，所述第三计算机程序使所述处理器实现数据显示。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，所述夹持装置包括多个用于连接所述第一夹具和所述第二夹具的螺纹紧固件，多个所述螺纹紧固件间隔开分布以使所述夹持装置的各处的夹持压力可调，所述压力监测装置包括多个与所述螺纹紧固件一一对应设置的压力传感器。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，所述螺纹紧固件包括螺栓和螺母，所述螺栓贯穿所述第一夹具和所述第二夹具，所述压力传感器为套设在所述螺栓上的垫片压力传感器。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，所述压力监测装置包括信号放大器、数据采集卡、用于检测所述夹持装置的夹持力的压力传感器，所述压力传感器与所述信号放大器的输入端通讯连接，所述信号放大器的输出端与所述数据采集卡的输入端通讯连接，所述数据采集卡的输出端与所述处理器通讯连接。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，所述信号放大器的输出电流为I，所述压力传感器检测的压力为P，满足：4mA≤I≤20mA，0kN≤P≤100kN。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，所述数据采集卡包含多个信号通道，且所述数据采集卡的信号通道的数目不少于所述压力传感器的数目。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，待测试的所述燃料电池试件包括单片电池、多片电池、电池部件中的至少一种。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统，所述感压纸的等级为LW\LLW\LLLW中的一种。

本发明还提出了一种使用上述压力分布测试系统的燃料电池的压力分布测试方法，包括如下步骤：将感压纸和待测试的燃料电池试件安装在第一夹具和第二夹具之间；给所述螺纹紧固件施加预紧力；测试压力分布情况和燃料电池试件性能；若测试结果满足要求，则记录所述螺纹紧固件的预紧力；若测试结果不满足要求，则调节所述螺纹紧固件的预紧力重新测试。

根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试方法，所述步骤给所述螺纹紧固件施加预紧力包括：使用力矩扳手给所述螺纹紧固件施加预紧力，且预紧力的施加步骤包括：0N·m-2N·m步进为0.15N·m-0.25N·m；2N·m-5N·m步进为0.4N·m-0.6N·m；5N·m以后步进为0.8N·m-1.2N·m。

所述压力分布测试方法与上述的压力分布测试系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的压力分布测试系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的夹持装置夹持燃料电池试件的爆炸图；

图3是根据本发明实施例的燃料电池的压力分布测试方法的流程图。

附图标记：

夹持装置1，扫描仪2，信号放大器3，数据采集卡4，处理器5，螺栓6，压力传感器7，第一夹具8，感压纸9，燃料电池试件10，第二夹具11，螺母12。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的

如图1所示，根据本发明一个实施例的燃料电池的压力分布测试系统包括：夹持装置1和扫描仪2。

其中，如图2所示，夹持装置1用于夹持待测试的燃料电池试件10，夹持装置1包括第一夹具8、第二夹具11和感压纸9。第一夹具8和第二夹具11可以均为板体，第二夹具11与第一夹具8相对设置，第一夹具8、第二夹具11用于夹持待测试的燃料电池试件10。第二夹具11与第一夹具8可以为正对设置的板体，待测试的燃料电池试件10被夹持在第一夹具8、第二夹具11之间，感压纸9安装在第一夹具8的朝向第二夹具11的一侧，感压纸9用于抵压待测试的燃料电池试件10。

待测试的燃料电池试件10包括单片电池、多片电池、电池部件中的一种。比如，待测试的燃料电池试件10包括电池部件时，待测试的燃料电池试件10可以为MEA(膜电极，membrane electrode assembly)或双极板等。

第一夹具8为透明部件，在一些实施例中，第一夹具8为透明材料制成的板体，比如透明的玻璃钢等。感压纸9与待测试的燃料电池试件10正对设置，扫描仪2安装于第一夹具8的背离第二夹具11的一侧，比如第一夹具8为下夹具，扫描仪2安装于第一夹具8的下方，扫描仪2用于扫描感压纸9。

可以理解的是，在压力分布测试系统工作时，将第一夹具8、感压纸9、待测试的燃料电池试件10、第二夹具11顺次叠置，以初始预紧力压紧夹持装置1，感压纸9受压后即可发生变色，以反映燃料电池试件10的压力分布情况，且扫描仪2直接透过透明的第一夹具8即可扫描感压纸9，无需拆卸压装在一起的夹持装置1和燃料电池试件10。若检测结果表明压力不足，还可以继续加载，感压纸9可重复利用。

感压纸9的等级为LW\LLW\LLLW中的一种，感压纸9的等级可以根据测试精度选取。

根据本发明实施例的压力分布测试系统，可以在线分析燃料电池的压力分布情况，且检测过程中，单次的装配可以实现多次检测，燃料电池的压力分布的测试效率高。

在一些实施例中，如图1所示，燃料电池的压力分布测试系统还可以包括：处理器5，扫描仪2与处理器5通讯连接，比如扫描仪2与处理器5通过线缆电连接，夹持装置1设有用于监测夹持压力的压力监测装置，压力监测装置与处理器5通讯连接，比如压力监测装置与处理器5通过线缆电连接。

这样，处理器5接收到夹持装置1的夹持压力以及感压纸9测出的压力分布情况，可以将压力分布情况与夹持压力作一一对应，当压力分布情况符合规定，且燃料电池试件10的性能符合要求时，记录夹持压力，即可按照该夹持压力组装燃料电池。

处理器5包括存储有第一计算机程序的计算机可读存储介质，第一计算机程序使处理器5通过分析扫描仪2输出的信息以实现压力分布分析，以及使处理器5实现将压力监测装置监测的压力与感压纸9测试的压力分布对应。

处理器5包括存储有第二计算机程序的计算机可读存储介质，第二计算机程序使处理器5实现数据采集。这样，处理器5可以采集夹持压力数据。

处理器5包括存储有第三计算机程序的计算机可读存储介质，第三计算机程序使处理器5实现数据显示。需要说明的是，压力分布测试系统可以包括显示终端，处理器5与显示终端通讯连接，显示终端可以显示处理器5的处理结果。在一些实施例中，处理器5和显示终端可以分别为计算机主机和计算机显示器。

在一些实施例中，如图1所示，压力监测装置包括信号放大器3、数据采集卡4、压力传感器7，压力传感器7用于检测夹持装置1的夹持力，压力传感器7与信号放大器3的输入端通讯连接，信号放大器3的输出端与数据采集卡4的输入端通讯连接，数据采集卡4的输出端与处理器5通讯连接，比如，压力传感器7与信号放大器3的输入端通过线缆电连接，信号放大器3的输出端与数据采集卡4的输入端通过线缆电连接，数据采集卡4的输出端与处理器5通过线缆电连接。

信号放大器3用于将压力传感器7输出的信号放大，以便于数据采集，数据采集卡4用于采集经过信号放大器3放大后的数据。信号放大器3的输出电流为I，压力传感器7检测的压力为P，满足：4mA≤I≤20mA，0kN≤P≤100kN。压力传感器7检测的压力与信号放大器3输出的电流正相关。

数据采集卡4包含多个信号通道，且数据采集卡4的信号通道的数目不少于压力传感器7的数目。每个压力传感器7检测的数据均被采集在一个信号通道。比如压力传感器7为12个，数据采集卡4包含20个信号通道。

如图2所示，夹持装置1包括多个用于连接第一夹具8和第二夹具11的螺纹紧固件，多个螺纹紧固件间隔开分布以使夹持装置1的各处的夹持压力可调，压力监测装置包括多个与螺纹紧固件一一对应设置的压力传感器7。螺纹紧固件可以沿待测试的燃料电池试件10的外周周向分布。

需要说明的是，螺纹紧固件的布置方式需要参考燃料电池试件10在实际组装过程中的布置方式，螺纹紧固件的布置方式和位置可以与燃料电池试件10在实际组装过程中的布置方式和位置相同。比如燃料电池试件10可以为长方形，螺纹紧固件可以为12个，2个螺纹紧固件分别布置在燃料电池试件10的宽边的外侧，燃料电池试件10的长边的外侧各均布5个螺纹紧固件。

在测试过程中，通过分析感压纸9的显示的压力分布，当某处的压力不足时，可以针对性地单独调节该处的压力，直至压力分布满足要求，且燃料电池试件10的性能满足要求。

如图2所示，螺纹紧固件包括螺栓6和螺母12，螺栓6贯穿第一夹具8和第二夹具11，压力传感器7为套设在螺栓6上的垫片压力传感器。这样，可以方便地调节各处的压力，以及方便地监测各处的压力。螺栓6可以为M12高强螺栓，共12根，垫片压力传感器通孔直径13mm，外径35mm，可承受最大压力100kN。

本发明还公开了一种燃料电池的压力分布测试方法，该压力分布测试方法使用上述压力分布测试系统完成。

本发明实施例的压力分布测试方法包括如下步骤：将感压纸9和待测试的燃料电池试件10安装在第一夹具8和第二夹具11之间；给螺纹紧固件施加预紧力；测试压力分布情况和燃料电池试件10性能；若测试结果满足要求，则记录螺纹紧固件的预紧力；若测试结果不满足要求，则调节螺纹紧固件的预紧力重新测试。

可以理解的是，在将待测试的燃料电池试件10装配带夹紧装置中后，除了监测压力分布外，还可以进行性能测试，包括电阻、密封等性能测试，当燃料电池试件10的性能和压力分布同时满足要求时，才认定测试结果满足要求。

若测试结果不满足要求，比如某些区域的压力较小，可以不必拆卸夹紧装置，直接拧紧对应的螺母12，直至测试结果满足要求。也就是说，感压纸9在压力逐渐上升过程中，可以多次使用。

步骤给螺纹紧固件施加预紧力包括：使用力矩扳手给螺纹紧固件施加预紧力，且预紧力的施加步骤包括：0N·m-2N·m步进为0.15N·m-0.25N·m；2N·m-5N·m步进为0.4N·m-0.6N·m；5N·m以后步进为0.8N·m-1.2N·m。

在一些实施例中预紧力的施加步骤包括：0N·m-2N·m步进为0.2N·m；2N·m-5N·m步进为0.5N·m；5N·m以后步进为1N·m。采用上述范围内的步进拧紧方式，可以防止单次拧紧过程中，施加的预紧力过大，尽可能确保感压纸9受到的压力逐渐上升，使得感压纸9可以多次使用。

如图3所示，确定要测试的燃料电池试件，根据螺栓6、垫片压力传感器、第一夹具8、感压纸9、燃料电池试件10、第二夹具11、螺母12的顺序组装；利用力矩扳手给螺栓6施加初始预紧力；测试电池性能及压力分布情况，电池性能主要包括气密性、电阻值、流阻和流量；如测试结果不满足既定要求，调整螺栓6预紧力，重复上述工作；如测试结果满足要求，记录数据，主要记录力矩扳手施加的力、垫片压力传感器显示的数据、感压纸9数据、气密性、流阻、流量、电阻等。螺栓6预紧力的施加步骤为，0N·m-2N·m步进为0.2N·m；2N·m-5N·m步进为0.5N·m；5N·m以后步进为1N·m。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种燃料电池的压力分布测试系统，其特征在于，包括：

夹持装置，所述夹持装置包括第一夹具、第二夹具和感压纸，所述第一夹具为透明部件，所述第二夹具与所述第一夹具相对设置，且用于夹持待测试的燃料电池试件，所述感压纸安装在所述第一夹具的朝向所述第二夹具的一侧，所述感压纸用于抵压待测试的燃料电池试件；

扫描仪，所述扫描仪安装于所述第一夹具的背离所述第二夹具的一侧，所述扫描仪用于扫描所述感压纸。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的压力分布测试系统，其特征在于，还包括：

处理器，所述扫描仪与所述处理器通讯连接，所述夹持装置设有用于监测夹持压力的压力监测装置，所述压力监测装置与所述处理器通讯连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的压力分布测试系统，其特征在于，所述处理器包括存储有第一计算机程序的计算机可读存储介质，所述第一计算机程序使所述处理器通过分析所述扫描仪输出的信息以实现压力分布分析，以及使所述处理器实现将所述压力监测装置监测的压力与所述感压紙测试的压力分布对应。

4.根据权利要求3所述的燃料电池压力分布在线测控系统，其特征在于，所述处理器包括存储有第二计算机程序的计算机可读存储介质，所述第二计算机程序使所述处理器实现数据采集。

5.根据权利要求4所述的燃料电池压力分布在线测控系统，其特征在于，所述处理器包括存储有第三计算机程序的计算机可读存储介质，所述第三计算机程序使所述处理器实现数据显示。

6.根据权利要求2所述的燃料电池的压力分布测试系统，其特征在于，所述夹持装置包括多个用于连接所述第一夹具和所述第二夹具的螺纹紧固件，多个所述螺纹紧固件间隔开分布以使所述夹持装置的各处的夹持压力可调，所述压力监测装置包括多个与所述螺纹紧固件一一对应设置的压力传感器。

7.根据权利要求6所述的燃料电池的压力分布测试系统，其特征在于，所述螺纹紧固件包括螺栓和螺母，所述螺栓贯穿所述第一夹具和所述第二夹具，所述压力传感器为套设在所述螺栓上的垫片压力传感器。

8.根据权利要求2所述的燃料电池的压力分布测试系统，其特征在于，所述压力监测装置包括信号放大器、数据采集卡、用于检测所述夹持装置的夹持力的压力传感器，所述压力传感器与所述信号放大器的输入端通讯连接，所述信号放大器的输出端与所述数据采集卡的输入端通讯连接，所述数据采集卡的输出端与所述处理器通讯连接。

9.根据权利要求8所述的燃料电池压力分布在线测控系统，其特征在于，所述信号放大器的输出电流为I，所述压力传感器检测的压力为P，满足：4mA≤I≤20mA，0kN≤P≤100kN。

10.根据权利要求8所述的燃料电池压力分布在线测控系统，其特征在于，所述数据采集卡包含多个信号通道，且所述数据采集卡的信号通道的数目不少于所述压力传感器的数目。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的燃料电池的压力分布测试系统，其特征在于，待测试的所述燃料电池试件包括单片电池、多片电池、电池部件中的一种。

12.根据权利要求1-10中任一项所述的燃料电池的压力分布测试系统，其特征在于，所述感压纸的等级为LW\LLW\LLLW中的一种。

13.一种使用如权利要求6或7所述的压力分布测试系统的燃料电池的压力分布测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

将感压纸和待测试的燃料电池试件安装在第一夹具和第二夹具之间；

给所述螺纹紧固件施加预紧力；

测试压力分布情况和燃料电池试件性能；

若测试结果满足要求，则记录所述螺纹紧固件的预紧力；若测试结果不满足要求，则调节所述螺纹紧固件的预紧力重新测试。

14.一种如权利要求13所述的燃料电池的压力分布测试方法，其特征在于，所述步骤给所述螺纹紧固件施加预紧力包括：使用力矩扳手给所述螺纹紧固件施加预紧力，且预紧力的施加步骤包括：

0N·m-2N·m步进为0.15N·m-0.25N·m；

2N·m-5N·m步进为0.4N·m-0.6N·m；

5N·m以后步进为0.8N·m-1.2N·m。