CN111122331A - 一种膜电极测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池测试技术领域，具体公开了一种膜电极测试装置，该膜电极测试装置包括：电池机构，用于承载待测件，电池机构包括间隔设置的第一定位杆和第二定位杆；下静垫板，用于承载电池机构，并设置有用于为电池机构在第一方向上定位的定位机构；上动压板，沿竖直方向与下静垫板间隔且相对设置，用于抵压电池机构；第一定位杆和第二定位杆位于上动压板沿第二方向的两侧，并与上动压板设有间隙；第二方向、第一方向和竖直方向相互垂直；压力机构，与上动压板传动连接，能够向上动压板施加向下的压力。该膜电极测试装置能够保证电池机构与上动压板的相对位置的稳定性，提高电池机构受力的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种膜电极测试装置。
背景技术
膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，设计开发性能优异的膜电极产品，往往需要长时间的试验验证。对于单片膜电极的试验测试，通常采用较简易的膜电极测试装置，膜电极测试装置是否精确、稳定对测试结果具有非常大的影响。
现有技术中的膜电极测试装置包括上夹具和下夹具，待测试的膜电极夹设在上夹具和下夹具之间，通过驱动组件下压上夹具，对待测试的膜电极进行测试。
现有技术的缺陷在于上、下夹具受力不均，且驱动组件与上夹具的相对位置不稳定，导致不同的待测试的膜电极的测试结果存在差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膜电极测试装置，以保证电池机构与上动压板的相对位置的稳定性，提高电池机构受力的均匀性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种膜电极测试装置，包括：
电池机构，用于承载待测件，所述电池机构包括间隔设置的第一定位杆和第二定位杆；
下静垫板，用于承载所述电池机构，并设置有用于为所述电池机构在第一方向上定位的定位机构；
上动压板，沿竖直方向与所述下静垫板间隔且相对设置，用于抵压所述电池机构；所述第一定位杆和所述第二定位杆位于所述上动压板沿第二方向的两侧，并与所述上动压板设有间隙；所述第二方向、所述第一方向和所述竖直方向相互垂直；
压力机构，与所述上动压板传动连接，能够向所述上动压板施加向下的压力。
作为优选，所述压力机构包括：
第一传动杆和第二传动杆，沿第一方向间隔设置，且均与所述上动压板连接，用于驱动所述上动压板沿竖直方向上下运动，所述电池机构位于所述第一传动杆和所述第二传动杆之间；
驱动组件，与所述第一传动杆和所述第二传动杆传动连接。
作为优选，所述第一传动杆和所述第二传动杆均为螺杆，所述上动压板上开设有两个螺纹孔，两个所述螺杆分别与两个所述螺纹孔螺接，所述螺杆的下端转动连接于所述下静垫板；所述驱动组件用于驱动所述螺杆旋转。
作为优选，所述驱动组件包括：
壳体，所述螺杆转动穿设于所述壳体；
驱动轴，转动穿设于所述壳体；
主动齿轮，与所述驱动轴连接；
两个从动齿轮，分别与所述主动齿轮啮合，一所述螺杆与一所述从动齿轮连接。
作为优选，所述定位机构包括两个第一上挡片，两个所述第一上挡片分别固定套设于所述第一传动杆和所述第二传动杆上，并抵接于所述下静垫板的上表面，所述电池机构位于两个所述第一上挡片之间，并与所述第一上挡片设有间隙。
作为优选，所述第一传动杆和所述第二传动杆上还固定套设有两个第一下挡片，且两个所述第一下挡片位于所述下静垫板的下侧。
作为优选，所述上动压板的下表面设置有两个凸台，两个所述凸台上均开设有所述螺纹孔，所述电池机构位于两个所述凸台之间。
作为优选，所述第一传动杆和所述第二传动杆上均套设有弹性件，且所述弹性件位于所述驱动组件和所述上动压板之间。
作为优选，所述电池机构还包括上夹具、下夹具和用于承载所述上夹具和所述下夹具的底板，所述第一定位杆和所述第二定位杆间隔连接于所述底板，所述待测件位于所述上夹具和所述下夹具之间，所述上夹具和所述下夹具上沿其第二方向的两端分别设置有缺口，所述第一定位杆和所述第二定位杆穿设于所述缺口。
作为优选，所述夹具朝向所述待测件的一侧均设置有气体流场区，所述气体流场区上开设有气体流道，所述夹具的上表面和下表面之间开设有用于容置加热垫片的容置腔，所述容置腔与所述气体流场区平行，且所述容置腔的横截面面积与所述气体流场区的面积相等。
本发明的有益效果：将待测件设置于电池机构中，将电池机构放置于下静垫板上，并通过定位机构实现电池机构沿第一方向上的定位，通过第一定位杆与第二定位杆实现电池机构第二方向上的定位，从而保证上动压板与电池机构的相对位置稳定，进而使得待测件的位置稳定。压力机构与上动压板传动连接，即压力机构与上动压板的相对位置稳定，上动压板的受力位置稳定。压力机构通过上动压板向电池机构施加压力，使得电池机构受力均匀，进而使得待测件表面受力均匀。
附图说明
图1是本发明实施例提供的膜电极测试装置移除电池机构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的膜电极测试装置的立体图；
图3是本发明实施例提供的膜电极测试装置的结构示意图。
图中：
1、电池机构；11、第一定位杆；12、第二定位杆；13、上夹具；131、上极板；132、上集流板；133、上绝缘垫片；14、下夹具；141、下绝缘垫片；142、下集流板；143、下极板；15、气体流道；16、容置腔；17、热电偶插口；18、气道口；19、底板；
2、下静垫板；21、第一上挡片；
3、上动压板；31、凸台；
4、压力机构；41、螺杆；42、壳体；421、上壁；422、下壁；43、驱动组件；431、驱动轴；432、主动齿轮；433、从动齿轮；434、压力调节旋钮；44、第一下挡片；45、第二下挡片；46、第二上挡片；47、第三上挡片；48、第三下挡片；49、第四下挡片；401、弹性件；
6、垫片。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
本发明中限定了一些方位词，在未作出相反说明的情况下，所使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”这些方位词是为了便于理解而采用的，因而不构成对本发明保护范围的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
本实施例提供了一种膜电极测试装置，用于燃料电池的测试，特别是电池膜电极的测试、定位和固定，以保证电池机构1与上动压板3的相对位置的稳定性，提高电池机构1受力的均匀性。
如图1和图2所示，本实施例提供的膜电极测试装置包括电池机构1、下静垫板2、上动压板3和压力机构4。其中，电池机构1用于承载待测件，电池机构1包括间隔设置的第一定位杆11和第二定位杆12。下静垫板2用于承载电池机构1，并设置有用于为电池机构1在第一方向上定位的定位机构。上动压板3沿竖直方向与下静垫板2间隔且相对设置，用于抵压电池机构1，第一定位杆11和第二定位杆12位于上动压板3沿第二方向的两侧，从而实现电池机构1沿第二方向上的定位。第一定位杆11和第二定位杆12与上动压板3设有间隙，从而使得电池机构1不会影响上动压板3上下移动。第二方向、第一方向和竖直方向相互垂直。压力机构4与上动压板3传动连接，能够向上动压板3施加向下的压力。
将待测件设置于电池机构1中，将电池机构1放置于下静垫板2上，并通过定位机构实现电池机构1沿第一方向上的定位，通过第一定位杆11与第二定位杆12实现电池机构1第二方向上的定位，从而保证上动压板3与电池机构1的相对位置稳定，进而使得待测件的位置稳定。压力机构4与上动压板3传动连接，即压力机构4与上动压板3的相对位置稳定，上动压板3的受力位置稳定。压力机构4通过上动压板3向电池机构1施加压力，使得电池机构1受力均匀，进而使得待测件表面受力均匀。
压力机构4包括第一传动杆、第二传动杆和驱动组件43。其中，第一传动杆和第二传动杆沿第一方向间隔设置，且均与上动压板3连接，用于驱动上动压板3沿竖直方向上下运动，电池机构1位于第一传动杆和第二传动杆之间。驱动组件43与第一传动杆和第二传动杆传动连接。上动压板3通过两个传动杆连接，提高上动压板3运动稳定性及受力均匀性。
优选地，在本实施例中，第一传动杆和第二传动杆均为螺杆41，上动压板3上开设有两个螺纹孔，两个螺杆41分别与两个螺纹孔螺接，驱动组件43用于驱动螺杆41旋转，螺杆41正转、反转带动上动压板3上下往复运动，从而压紧或放开电池机构1。第一传动杆和第二传动杆与上动压板3通过螺纹连接，传动精度高。螺杆41的下端转动连接于下静垫板2，从而使得压力机构4通过下静垫板2实现定位。
更进一步地，上动压板3的下表面设置有两个凸台31，两个凸台31上均开设有螺纹孔，即凸台31延长了螺纹孔的长度，从而提高螺杆41与上动压板3传动稳定性。同时，电池机构1位于两个凸台31之间，两个凸台31还可以为电池机构1在第一方向上定位。
优选地，上动压板3的上表面也设置有两个凸台31，两个凸台31上均开设有螺纹孔，从而进一步延长了螺纹孔的长度。
如图1所示，为了实现螺杆41的旋转，驱动组件43包括壳体42、驱动轴431、主动齿轮432和两个从动齿轮433。螺杆41和驱动轴431转动穿设于壳体42，壳体42用于容纳驱动轴431、主动齿轮432和从动齿轮433，同时实现螺杆41和驱动轴431的固定。
在本实施例中，壳体42包括上壁421和下壁422，上壁421和下壁422上均开设有用于使螺杆41和驱动轴431穿过的通孔。螺杆41的上端通过焊接等方式固定连接第二上挡片46和第二下挡片45。第二上挡片46位于上壁421的上侧，第二下挡片45位于上壁421的下侧，从而实现螺杆41的连接。驱动轴431的下端通过焊接等方式固定连接第三上挡片47和第三下挡片48。第三上挡片47位于下壁422的上侧，第三下挡片48位于下壁422的下侧，从而实现驱动轴431的固定。
当然，在其他实施例中，还可以是在上壁421和下壁422的通孔上设置轴承，螺杆41和驱动轴431通过轴承与壳体42转动连接。为了便于旋转驱动轴431，驱动轴431的上端还可以连接压力调节旋钮434，当然，在其他实施例中，驱动轴431还可以与伺服电机等驱动件连接，以能够驱动驱动轴431旋转。
主动齿轮432与驱动轴431连接，两个从动齿轮433分别与主动齿轮432啮合，一个螺杆41与一个从动齿轮433连接。驱动轴431旋转，带动主动齿轮432旋转，主动齿轮432驱动两个从动齿轮433旋转，进而主动齿轮432带动螺杆41旋转，以实现上动压板3的上下运动。
当然，在其他实施例中，第一传动杆和第二传动杆还可以为光杆，光杆固定连接于上动压板3上，光杆与气缸或油缸的活塞杆连接，以驱动上动压板3上下运动。
在本实施例中，下静垫板2上开设有两个用于使螺杆41穿过的通孔。定位机构包括两个第一上挡片21，两个第一上挡片21分别通过焊接等方式固定套设于螺杆41的下端，并抵接于下静垫板2的上表面，电池机构1位于两个第一上挡片21之间。第一上挡片21既可以限制螺杆41向下运动，还可以实现电池组件在第一方向上的定位。优选地，电池机构1与第一上挡片21设有间隙，从而使得电池机构1不会影响螺杆41转动，优选地，两个第一上挡片21的间距与两个凸台31的间距相等。
为了进一步提高螺杆41的稳定性，螺杆41的下端还可以通过焊接等方式固定套设第一下挡片44，第一下挡片44位于下静垫板2的下侧，第一上挡片21和第一上挡片21共同作用限制螺杆41上下移动。当然，在其他实施例中，还可以在下静垫板2的通孔中设置轴承，螺杆41通过轴承转动连接于下静垫板2。
为了使上动压板3抵压于电池机构1上时具有缓冲效果，螺杆41上均套设有弹性件401，且弹性件401位于驱动组件43和上动压板3之间。优选地，螺杆41上固定套设有第四下挡片49，第四下挡片49位于壳体42的下壁422与弹性件401之间，从而使弹性件401可以抵压于第四下挡片49，进而减小螺杆41旋转的阻力。弹性件401优选为螺旋弹簧。
为了更进一步地提高上动压板3抵压于电池机构1时的缓冲效果，下静垫板2的下端设置有至少两个垫片6，且垫片6的高度大于第一下挡片44的高度，其中垫片6优选为橡胶垫。
如图2和图3所示，电池机构1还包括上夹具13、下夹具14和用于承载上夹具13和下夹具14的底板19，第一定位杆11和第二定位杆12间隔连接于底板19，待测件位于上夹具13和下夹具14之间，上夹具13和下夹具14上沿其第二方向的两端分别设置有缺口，第一定位杆11和第二定位杆12穿设于缺口。通过缺口和定位杆实现待测件与电池机构1的定位，电池机构1再通过定位机构、定位杆和上动压板3实现定位，进而实现待测件与上动压板3的定位。
优选地，上夹具13包括由上自下依次叠加设置的上绝缘垫片133、上集流板132及上极板131，上绝缘垫片133、上集流板132及上极板131均为长方体结构。其中，上绝缘垫片133防止出现导电的情况，起到了对待测件和上动压板3之间绝缘的作用，上极板131抵接于待测件的一侧，上极板131用于为待测件提供有效的测试环境。
在上夹具13的每个部件的第二方向的两端均设置有相同尺寸的缺口，缺口优选为长方体缺口，第一定位杆11和第二定位杆12的横截面优选为长方形，该长方体缺口的尺寸和定位杆相适配，使得缺口能够相对定位杆滑动，以将每个部件安装于第一定位杆11和第二定位杆12上。
进一步地，下夹具14包括由下至上依次叠加设置的下绝缘垫片141、下集流板142及下极板143。其中，下绝缘垫片141防止出现导电的情况，起到了对待测件和下静垫板2之间绝缘的作用，下极板143抵接于待测件的另一侧，下极板143用于为待测件提供有效的测试环境。下绝缘垫片141、下集流板142及下极板143均为长方体结构，且尺寸相同。上绝缘垫片133和下绝缘垫片141的材质优选为聚四氟乙烯。上集流板132和下集流板142的材质优选为镀金黄铜。上极板131和下极板143的材质优选为导电导热石墨板。
在下夹具14的每个部件的第二方向的两端均设置有相同尺寸的缺口，下夹具14上的缺口形状和尺寸与上夹具13的缺口形状和尺寸相同。
由于燃料电池是通过氢气和氧气燃烧产生的气体力作为动力输出，为了实现对待测件进行性能测试，下极板143朝向待测件的一侧设置有导气排水的气体流场区，气体流场区上开设有气体流道15，从气体流道15的气道口18通入氢气或空气，以为待测件的性能测试提供原始能源。可选地，气体流道15的布置形状可以为直线形结构。优选为螺旋状结构、折线状结构或蛇形结构等，采用这些结构的目的是，可以增加气体流道15和下极板143之间的接触面积，从而保证了气体流道15通入气体的流量。
为了使待测件测试时受热面积更均匀，上夹具13的上表面和下表面之间开设有用于容置加热垫片6的容置腔16，容置腔16与气体流场区平行，使得待测件的测试区域内每个点与加热垫片6的垂直距离相同。容置腔16的横截面面积与气体流场区的面积相等，使得待测件的测试区域内每个点均与加热垫片6相对应。
进一步地，为了保证对下极板143中的温度进行监控，在下极板143的一侧还开设有热电偶插口17，热电偶插口17内可以插入温度传感器，温度传感器用于检测下极板143内部的温度。
进一步地，为了保证待测件和下极板143之间的密封效果，在下极板143朝向上极板131的一侧设置有密封圈(图中未示出)，密封圈环设于气体流道15周围。当待测件进行测试时，密封圈的两侧分别抵压于待测件和下极板143，保证待测件和下极板143之间的密封性，测试效果好。
上极板131和下极板143的结构类似，区别仅在于，上极板131和下极板143对称设置于待测件的两侧，使得上极板131的气体流道15朝向下极板143的一侧设置，且在上极板131的气体流道15和下极板143的气体流道15中，其中一个气体流道15用于通入氢气，另一个气体流道15用于通入空气，因此对气体流道15中通入气体的种类不作限定，只要两者通入不同的气体即可。
膜电极测试装置的装配过程如下：
1、通过第一定位杆11和第二定位杆12，从下至上依次在底板19上叠放下绝缘垫片141、下集流板142、下极板143、待测件、上极板131、上集流板132、上绝缘垫片133，完成电池机构1的装配；
2、旋转压力调节旋钮434，使上动压板3向上移动至所需高度，将装配好的电池机构1放在下静垫片6的两个第一上挡片21之间；
3、旋转压力调节旋钮434，使上动压板3向下移动，移动期间，调整并确保上动压板3位于第一定位杆11和第二定位杆12之间，直至达到待测件的测试间隙要求，即完成待测件的设计压缩量；
4、将上集流板132和下集流板142与外接正负极导线连接固定，将气道口18与相应气道接口稳固连接，将加热垫片6放入容置腔16中，将热电偶插入热电偶插口17中，准备燃料电池膜电极的试验测试。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种膜电极测试装置，其特征在于，包括：
电池机构(1)，用于承载待测件，所述电池机构(1)包括间隔设置的第一定位杆(11)和第二定位杆(12)；
下静垫板(2)，用于承载所述电池机构(1)，并设置有用于为所述电池机构(1)在第一方向上定位的定位机构；
上动压板(3)，沿竖直方向与所述下静垫板(2)间隔且相对设置，用于抵压所述电池机构(1)；所述第一定位杆(11)和所述第二定位杆(12)位于所述上动压板(3)沿第二方向的两侧，并与所述上动压板(3)设有间隙；所述第二方向、所述第一方向和所述竖直方向相互垂直；
压力机构(4)，与所述上动压板(3)传动连接，能够向所述上动压板(3)施加向下的压力。
2.根据权利要求1所述的膜电极测试装置，其特征在于，所述压力机构(4)包括：
第一传动杆和第二传动杆，沿第一方向间隔设置，且均与所述上动压板(3)连接，用于驱动所述上动压板(3)沿竖直方向上下运动，所述电池机构(1)位于所述第一传动杆和所述第二传动杆之间；
驱动组件(43)，与所述第一传动杆和所述第二传动杆传动连接。
3.根据权利要求2所述的膜电极测试装置，其特征在于，所述第一传动杆和所述第二传动杆均为螺杆(41)，所述上动压板(3)上开设有两个螺纹孔，两个所述螺杆(41)分别与两个所述螺纹孔螺接，所述螺杆(41)的下端转动连接于所述下静垫板(2)；所述驱动组件(43)用于驱动所述螺杆(41)旋转。
4.根据权利要求3所述的膜电极测试装置，其特征在于，所述驱动组件(43)包括：
壳体(42)，所述螺杆(41)转动穿设于所述壳体(42)；
驱动轴(431)，转动穿设于所述壳体(42)；
主动齿轮(432)，与所述驱动轴(431)连接；
两个从动齿轮(433)，分别与所述主动齿轮(432)啮合，一所述螺杆(41)与一所述从动齿轮(433)连接。
5.根据权利要求2所述的膜电极测试装置，其特征在于，所述定位机构包括两个第一上挡片(21)，两个所述第一上挡片(21)分别固定套设于所述第一传动杆和所述第二传动杆上，并抵接于所述下静垫板(2)的上表面，所述电池机构(1)位于两个所述第一上挡片(21)之间，并与所述第一上挡片(21)设有间隙。
6.根据权利要求2所述的膜电极测试装置，其特征在于，所述第一传动杆和所述第二传动杆上还固定套设有两个第一下挡片(44)，且两个所述第一下挡片(44)位于所述下静垫板(2)的下侧。
7.根据权利要求3所述的膜电极测试装置，其特征在于，所述上动压板(3)的下表面设置有两个凸台(31)，两个所述凸台(31)上均开设有所述螺纹孔，所述电池机构(1)位于两个所述凸台(31)之间。
8.根据权利要求2所述的膜电极测试装置，其特征在于，所述第一传动杆和所述第二传动杆上均套设有弹性件(401)，且所述弹性件(401)位于所述驱动组件(43)和所述上动压板(3)之间。
9.根据权利要求1所述的膜电极测试装置，其特征在于，所述电池机构(1)还包括上夹具(13)、下夹具(14)和用于承载所述上夹具(13)和所述下夹具(14)的底板(19)，所述第一定位杆(11)和所述第二定位杆(12)间隔连接于所述底板(19)，所述待测件位于所述上夹具(13)和所述下夹具(14)之间，所述上夹具(13)和所述下夹具(14)上沿其第二方向的两端分别设置有缺口，所述第一定位杆(11)和所述第二定位杆(12)穿设于所述缺口。
10.根据权利要求9所述的膜电极测试装置，其特征在于，所述夹具朝向所述待测件的一侧均设置有气体流场区，所述气体流场区上开设有气体流道(15)，所述夹具的上表面和下表面之间开设有用于容置加热垫片(6)的容置腔(16)，所述容置腔(16)与所述气体流场区平行，且所述容置腔(16)的横截面面积与所述气体流场区的面积相等。
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