CN110518270B - 燃料电池单电池测试夹具 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种燃料电池单电池测试夹具。该燃料电池单电池测试夹具包括冲压金属板(1)，冲压金属板(1)包括过桥区(2)、S形流道区(3)和密封垫区(4)，过桥区(2)为两个，分别设置在S形流道区(3)的两端，且两个过桥区(2)通过S形流道区(3)连通，密封垫区(4)位于过桥区(2)和S形流道区(3)的周侧，过桥区(2)和S形流道区(3)周侧设置有金属凸出部(5)，金属凸出部(5)将过桥区(2)和S形流道区(3)与密封垫区(4)隔开。根据本申请的燃料电池单电池测试夹具，能够对金属板电堆进行有效测试。

Description

燃料电池单电池测试夹具

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池单电池测试夹具。

背景技术

质子膜交换燃料电池是当前技术最成熟稳定的燃料电池类型，相对其他类型的燃料电池具有性能高、寿命长、启动条件简单等优点，已经在备用电源、新能源汽车等方面得到了越来越广泛的应用，氢能也被认为是未来能源发展的方向。

随着氢能逐渐受到重视，各种应用于燃料电池方向的新材料、新工艺、新技术不断出现，需要有较为简洁方便的方式来验证膜电极、双极板等零部件的性能，所以就需要设计较小的测试夹具来进行测试。另外为了提供燃料电池的功率密度，双极板的材料由以前的石墨板，逐渐地向金属薄板转移。以往的测试夹具，使用的是石墨双极板来实现流道，雕刻成形较为容易，主要用来测试膜电极的性能。但是石墨测试夹具不能够验证金属薄板成型的双极板的性能。所以需要有别于原石墨板测试夹具，设计一款专门针对金属板电堆的测试夹具。由于石墨板可以两面雕刻成形，设计上比较自由，而冲压金属薄板需要同时考虑正反两面的设计，正面凸出反面就会凹进，在设计思路上与以往的测试夹具有较大不同。目前尚未有成熟的测试夹具，能够对金属板电堆进行有效测试。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种燃料电池单电池测试夹具，能够对金属板电堆进行有效测试。

为了解决上述问题，本申请提供一种燃料电池单电池测试夹具，包括冲压金属板，冲压金属板包括过桥区、S形流道区和密封垫区，过桥区为两个，分别设置在S形流道区的两端，且两个过桥区通过S形流道区连通，密封垫区位于过桥区和S形流道区的周侧，过桥区和S形流道区周侧设置有金属凸出部，金属凸出部将过桥区和S形流道区与密封垫区隔开。

优选地，过桥区内设置有过桥隔片，过桥隔片的厚度与过桥区的深度相同。

优选地，过桥隔片上覆盖有密封隔板，密封隔板的结构与过桥区周侧的金属凸出部的形状相匹配。

优选地，密封隔板焊接或粘接固定于金属凸出部上。

优选地，过桥区设置有通气孔，过桥隔片上包括过气通道以及导流通道，过气通道通过导流通道与S形流道区的流道连通。

优选地，密封垫区内设置有密封垫片，密封垫片的结构与密封垫区的结构相适配，密封垫片的高度与密封垫区的高度一致。

优选地，密封垫片为弹性片。

优选地，燃料电池单电池测试夹具还包括端板，端板上设置有安装槽，安装槽用于设置采电板，冲压金属板通过端板压紧固定。

优选地，端板上设置有外接气口和端板气口，外接气口与端板气口连通，端板气口与过桥区连通。

优选地，冲压金属板的厚度为0.1mm～1mm。

本申请提供的燃料电池单电池测试夹具，包括冲压金属板，冲压金属板包括过桥区、S形流道区和密封垫区，过桥区为两个，分别设置在S形流道区的两端，且两个过桥区通过S形流道区连通，密封垫区位于过桥区和S形流道区的周侧，过桥区和S形流道区周侧设置有金属凸出部，金属凸出部将过桥区和S形流道区与密封垫区隔开。本申请采用冲压金属板作为测试夹具的极板，可以利用一套冲压模具适用同一厚度的不同材料金属板，冲压设计结构简单，能够测试采用不同的金属板基材、不同的表面处理技术与膜电极形成的燃料电池在不同工作条件下的性能，从而对金属板电堆进行有效测试。

附图说明

图1为本申请实施例的燃料电池单电池测试夹具的冲压金属板结构示意图；

图2为本申请实施例的燃料电池单电池测试夹具的过桥隔片结构示意图；

图3为本申请实施例的燃料电池单电池测试夹具的密封隔片结构示意图；

图4为本申请实施例的燃料电池单电池测试夹具的密封垫片结构示意图；

图5为本申请实施例的燃料电池单电池测试夹具的端板结构示意图；

图6为本申请实施例的燃料电池单电池测试夹具的单极板组装结构示意图；

图7为本申请实施例的燃料电池单电池测试夹具的膜电极结构示意图；

图8为本申请实施例的燃料电池单电池测试夹具的单电池组装结构示意图。

附图标记表示为：

1、冲压金属板；2、过桥区；3、S形流道区；4、密封垫区；5、金属凸出部；6、过桥隔片；7、密封隔板；8、通气孔；9、过气通道；10、导流通道；11、端板；12、安装槽；13、外接气口；14、端板气口；15、密封垫片；16、膜电极。

具体实施方式

结合参见图1至图8所示，根据本申请的实施例，燃料电池单电池测试夹具包括冲压金属板1，冲压金属板1包括过桥区2、S形流道区3和密封垫区4，过桥区2为两个，分别设置在S形流道区3的两端，且两个过桥区2通过S形流道区3连通，密封垫区4位于过桥区2和S形流道区3的周侧，过桥区2和S形流道区3周侧设置有金属凸出部5，金属凸出部5将过桥区2和S形流道区3与密封垫区4隔开。

本申请采用冲压金属板1作为测试夹具的极板，可以利用一套冲压模具适用同一厚度的不同材料金属板，冲压设计结构简单，能够测试采用不同的金属板基材、不同的表面处理技术与膜电极形成的燃料电池在不同工作条件下的性能，从而对金属板电堆进行有效测试。

本申请涉及到的冲压金属双极板，氢气流场所在阳极侧双极板和空气流场所在的阴极侧双极板结构上是完全相同的，也就是说使用同一套金属板，可以在阴极和阳极面使用。

本申请中一套模具在阳极与阴极同时使用，模具设计与制造成本较低。与雕刻石墨板相比，冲压技术加工速度更快，一套冲压模具可以适用同一厚度的不同材料的金属板，比如各种型号的不锈钢(304L、316L等)，不同型号的钛合金(TA0、TA1等)。

从结构上来看，本申请金属板冲压设计只有气体流道以及少量进出气口过桥区2和密封垫区4，设计上已经趋于最简。同一形状的金属双极板，扭转方向将膜电极16夹在中间，两个双极板气体进出口错开，分别依靠对面的密封垫片15以及膜电极16的封边，将本方向的进出气口和流场密封。这样不仅只使用了一套冲压模具，同时最大程度地简化了模具设计，降低了测试成本，提高了测试效率。

过桥区2内设置有过桥隔片6，过桥隔片6的厚度与过桥区2的深度相同。过桥隔片6放置于过桥区2的凹槽内，且厚度与过桥区2的凹槽冲压深度一致，尺寸比过桥区2的凹槽略小，从而能够降低组装难度，便于进行组装。

本申请中通过使用过桥隔片6，能够通过多个部件组合的设计来避免复杂的过桥结构，从而降低冲压金属板的成型难度，提高成型效率。

过桥隔片6的作用是保证冲压金属板1和端板11之间气体通道的密封性，如果没有过桥隔片6，单靠冲压金属板1不足以压紧端板气口14的密封垫，在密封性上没有保证。

过桥隔片6上覆盖有密封隔板7，密封隔板7的结构与过桥区2周侧的金属凸出部5的形状相匹配。

密封隔板7焊接或粘接固定于金属凸出部5上。密封隔板7的大小与过桥区2的凹槽外围的凸起重合，以便于实现密封隔板7与金属凸出部5的焊接或者粘接。

密封隔板7可以保证对面密封垫片15的密封性。如果没有密封隔板7，则因为过桥区2所在区域的凹流道，会造成对面密封垫片15外侧不能以平面的形式进行压紧密封，在流道边缘处可能会形成泄露。

本申请中的燃料电池单电池测试夹具，每个双极板包括一个冲压金属板1、两个过桥隔片6和两个密封隔板7，采用这种组合金属双极板的形式，简化了双极板的设计，在小批量制作的时候，具有高进度和低成本的优势。

本申请的密封隔板7对于焊接密封性要求较低，主要是基于结构稳定性的考虑，双极板的密封主要靠密封垫片15和膜电极16的封边实现。

过桥区2设置有通气孔8，过桥隔片6上包括过气通道9以及导流通道10，过气通道9通过导流通道10与S形流道区3的流道连通。

密封垫区4内设置有密封垫片15，密封垫片15的结构与密封垫区4的结构相适配，密封垫片15的高度与密封垫区4的高度一致。密封垫片15能够在双极板之间形成良好密封，有效避免发生气体泄漏，保证测试结果的准确性和可靠性。

金属双极板组合完成后，两个相同的金属双极板组合，加上密封垫片15，将膜电极16夹在中间，组合形成测试的单电池。

优选地，密封垫片15为弹性片。密封垫片15采用弹性片，能够进一步提高金属双极板之间的密封性。

燃料电池单电池测试夹具还包括端板11，端板11上设置有安装槽12，安装槽12用于设置采电板，冲压金属板1通过端板11压紧固定。

端板11上设置有外接气口13和端板气口14，外接气口13与端板气口14连通，端板气口14与过桥区2连通。

冲压金属板1的厚度为0.1mm～1mm。本发明所使用的冲压金属板，应包括各种类型的金属板，优选包括各种不锈钢金属板(304、304L、316、316L等)，钛合金金属板(TA0、TA1)等，但是也包括各种其他的金属板，例如铜板、铝合金板等，其材料应覆盖各种可适用于冲压成形的金属材料。

金属板的厚度优选0.1mm～1mm，在结构强度上和材料重量上相对最优，但是也包括在优选范围以外的其他厚度金属板设计。

金属双极板流道深度优选0.4mm～1mm。

S形流道区3的大小设计值为50mmx50mm。

过桥区2大小设计值为4mmx4mm，通气孔8孔径为1mm。

过桥区2与S形流道区3之间的连接流道长度设计为3mm～5mm。

以上尺寸为设计优选值，超出本设计范围内的数值，应该也在专利覆盖范围内。

金属双极板使用冲压的方式进行加工，可以使用机械冲压的方式，优选使用伺服冲压机床或者油压机进行加工。

过桥隔片6可以使用激光切割的方式进行加工，也可以使用冲压落料的方式加工。

过桥隔片6和密封隔板7的固定方式可以使用焊接或者粘接。

密封垫片15优选硅胶密封垫，也可以使用橡胶等材料。

测试夹具外围还需要有端板11进行紧固，并提供气体的接口。端板的材料优选铝合金(7075等)，或者选择高强度环氧树脂。外围的紧固，可以选择扎带固定，或者使用螺杆固定。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃料电池单电池测试夹具，其特征在于，所述测试夹具包括两个双极板，每个双极板包括一个冲压金属板（1）、两个过桥隔片（6）和两个密封隔板（7），两个所述双极板将膜电极夹在中间，组合形成测试的单电池；所述冲压金属板（1）包括过桥区（2）、S形流道区（3）和密封垫区（4），所述过桥区（2）为两个，分别设置在所述S形流道区（3）的两端，且两个所述过桥区（2）通过所述S形流道区（3）连通，所述密封垫区（4）位于所述过桥区（2）和所述S形流道区（3）的周侧，所述过桥区（2）和所述S形流道区（3）周侧设置有金属凸出部（5），所述金属凸出部（5）将所述过桥区（2）和所述S形流道区（3）与所述密封垫区（4）隔开；

所述过桥区（2）内设置有过桥隔片（6），所述过桥隔片（6）的厚度与所述过桥区（2）的深度相同；

所述过桥隔片（6）上覆盖有密封隔板（7），所述密封隔板（7）的结构与所述过桥区（2）周侧的所述金属凸出部（5）的形状相匹配；

所述过桥区（2）设置有通气孔（8），所述过桥隔片（6）上包括过气通道（9）以及导流通道（10），所述过气通道（9）通过所述导流通道（10）与所述S形流道区（3）的流道连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池单电池测试夹具，其特征在于，所述密封隔板（7）焊接或粘接固定于所述金属凸出部（5）上。

3.根据权利要求1所述的燃料电池单电池测试夹具，其特征在于，所述密封垫区（4）内设置有密封垫片（15），所述密封垫片（15）的结构与所述密封垫区（4）的结构相适配，所述密封垫片（15）的高度与所述密封垫区（4）的高度一致。

4.根据权利要求3所述的燃料电池单电池测试夹具，其特征在于，所述密封垫片（15）为弹性片。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池单电池测试夹具，其特征在于，所述燃料电池单电池测试夹具还包括端板（11），所述端板（11）上设置有安装槽（12），所述安装槽（12）用于设置采电板，所述冲压金属板（1）通过所述端板（11）压紧固定。

6.根据权利要求5所述的燃料电池单电池测试夹具，其特征在于，所述端板（11）上设置有外接气口（13）和端板气口（14），所述外接气口（13）与所述端板气口（14）连通，所述端板气口（14）与所述过桥区（2）连通。

7.根据权利要求1所述的燃料电池单电池测试夹具，其特征在于，所述冲压金属板（1）的厚度为0.1mm~1mm。

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