CN115207428A - 一种燃料电池电堆压装方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池电堆技术领域，具体公开了一种燃料电池电堆压装方法及其系统，包括如下步骤：对气体扩散层进行压紧并测量在不同压强下的所述气体扩散层的接触电阻数值，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线；确定所述接触电阻曲线中曲率最大值的临界点，根据所述临界点获取相对应的目标压紧力；利用所述目标压紧力对燃料电池电堆进行压装，其中所述燃料电池电堆包括所述气体扩散层。通过本发明实现确保压装后的燃料电池电堆性能理想。

Description

一种燃料电池电堆压装方法及其系统
技术领域
本发明涉及燃料电池电堆技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆压装方法及其系统。
背景技术
燃料电池电堆由端板、绝缘板、集流板、双极板和膜电极组件（MEA）组成，通过压装装置对其施加压紧力以压装成型。压紧力对于燃料电池电堆的性能和稳定性影响极大。从电堆结构上看，压紧力对膜电极组件中的气体扩散层（GDL）的影响较大。压紧力既不能太大也不能太小，必须在一个合理的范围内。当压紧力较小时，会导致双极板与气体扩散层之间的接触面积与接触力不够，导致接触电阻上升，电堆性能下降。当压紧力较大时，会导致气体扩散层产生塑性形变从而缩小气体扩散层的孔隙率，进而降低气体扩散层的通水性以及通气性。
在相关技术中，用于燃料电池电堆压装的压装装置无法结合不同供应商所提供的气体扩散层的特性而制定出合适的压紧力，无法有效保证压装是否合理。当发现压装后的燃料电池电堆性能不理想时，重新拆装将耗费大量时间人力，而且在拆装过程中容易对燃料电池电堆各组件造成损坏无法使用，导致资源浪费。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种燃料电池电堆压装方法及其系统，旨在实现确保压装后的燃料电池电堆性能理想。
为实现上述目的，本发明提出一种燃料电池电堆压装方法，包括如下步骤：
对气体扩散层进行压紧并测量在不同压强下的所述气体扩散层的接触电阻数值，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线；
确定所述接触电阻曲线中曲率最大值的临界点，根据所述临界点获取相对应的目标压紧力；
利用所述目标压紧力对燃料电池电堆进行压装，其中所述燃料电池电堆包括所述气体扩散层。
可选地，所述对气体扩散层进行压紧并测量在不同压强下的所述气体扩散层的接触电阻数值，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线的步骤中，包括如下步骤：
将所述气体扩散层夹设于两个双极板之间以形成测试组件；
将所述测试组件放置在压装装置的上压板组件以及下压板组件之间，利用所述上压板组件与所述下压板组件相结合对所述测试组件进行压紧；记录压紧过程中所述气体扩散层所承受的实时压紧力以及所述气体扩散层的实时接触电阻；
结合所述实时压紧力以及所述实时接触电阻以得到所述接触电阻曲线。
可选地，所述将所述测试组件放置在压装装置的上压板组件以及下压板组件之间，利用所述上压板组件与所述下压板组件相结合对所述测试组件进行压紧的步骤之前，包括如下步骤：
调整所述上压板组件与所述下压板组件之间的相对位置，以使所述上压板组件位于所述下压板组件的正上方；
调整所述上压板组件与所述下压板组件之间的平行度，以使所述上压板组件与所述下压板组件相互平行。
可选地，所述将所述测试组件放置在压装装置的上压板组件以及下压板组件之间，利用所述上压板组件与所述下压板组件相结合对所述测试组件进行压紧的步骤中，包括如下步骤：
驱动所述上压板组件下降移动至与所述测试组件的上表面贴合接触；
驱动所述上压板组件以0.01mm/s的速度继续下降以对所述测试组件进行压紧。
可选地，所述结合所述实时压紧力以及所述实时接触电阻以得到所述接触电阻曲线的步骤中，包括如下步骤：
重复多次压紧过程以得到多组所述实时压紧力以及所述实时接触电阻的数据；
对于所述实时压紧力中的同一压力点，去除所述压力点所对应的所述实时接触电阻中的最大值以及最小值后，取平均值以得到所述压力点下的接触电阻数值。
可选地，所述结合所述实时压紧力以及所述实时接触电阻以得到所述接触电阻曲线的步骤中，包括如下步骤：
以所述实时接触电阻为纵坐标，以所述实时压紧力为横坐标，将所述实时压紧力所对应的所述实时接触电阻在坐标图上进行逐一标记以形成标记点；
将所述标记点利用平滑曲线依次连接，以形成所述接触电阻曲线。
为实现上述目的，本发明提出一种燃料电池电堆压装系统，用于执行上述的燃料电池电堆压装方法，包括压装装置以及检测装置；
所述压装装置以及所述检测装置用于对气体扩散层的接触电阻进行测量，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线；再确定所述接触电阻曲线中曲率最大值的临界点，根据所述临界点获取相对应的目标压紧力；并利用所述压装装置以所述目标压紧力对燃料电池电堆进行压装，其中所述燃料电池电堆包括所述气体扩散层。
可选地，所述压装装置包括上压板组件以及下压板组件，其中所述上压板组件与驱动装置驱动连接，所述上压板组件通过所述驱动装置相对于所述下压板组件发生垂直方向上的相互靠近或远离运动；所述压装装置上还设有压力传感器，所述压力传感器用于记录压紧过程中所述气体扩散层所承受的实时压紧力。
可选地，所述上压板组件以及所述下压板组件均包括依次设置的压头、绝缘板以及导电板，所述导电板远离所述绝缘板的一侧用于与包括有所述气体扩散层的测试组件贴合接触；两个所述导电板上均连接有连接线，所述连接线的另一端连接电阻测试仪，所述电阻测试仪用于记录压紧过程中所述气体扩散层的实时接触电阻。
可选地，所述导电板的面积大于所述测试组件在所述导电板上的投影面积。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过先对气体扩散层进行压紧并测量在不同压强下的所述气体扩散层的接触电阻数值，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线；随后确定所述接触电阻曲线中曲率最大值的临界点，根据所述临界点获取相对应的目标压紧力；最后利用所述目标压紧力对燃料电池电堆进行压装，其中所述燃料电池电堆包括所述气体扩散层。由于气体扩散层的接触电阻曲线存在一定的斜率变化，具体的当压紧力较小时，接触电阻数值相对较大；当压紧力逐渐增大时，接触电阻数值相应地减少；当压紧力增大至一定程度时，接触电阻数值的减少速度开始减慢，因此，接触电阻曲线中曲率最大值的临界点为压紧力与接触电阻数值的最佳平衡点，取该平衡点的压紧力作为目标压紧力进行燃料电池电堆压装，能确保压装过程中的压紧力处于合理范围内，既能保证双极板与气体扩散层之间的接触面积与接触力足够，避免因接触电阻上升而引起的电堆性能下降；又能防止气体扩散层产生塑性形变从而缩小气体扩散层的孔隙率，进而避免降低气体扩散层的通水性以及通气性。从而实现确保压装后的燃料电池电堆性能理想的目的，避免因燃料电池电堆重新拆装而造成的人力耗费以及资源浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明燃料电池电堆压装方法第一实施例的流程示意图；
图2为本发明燃料电池电堆压装方法第二实施例的流程示意图；
图3为本发明燃料电池电堆压装方法第三实施例的流程示意图；
图4为本发明燃料电池电堆压装方法第四实施例的流程示意图；
图5为本发明燃料电池电堆压装方法第五实施例的流程示意图；
图6为本发明燃料电池电堆压装方法第六实施例的流程示意图；
图7为本发明燃料电池电堆压装系统一实施例的结构示意图；
图8为本发明燃料电池电堆压装系统一实施例中上压板组件以及下压板组件的结构示意图；
图9为本发明燃料电池电堆压装方法所测得的气体扩散层的接触电阻曲线图。
图中所标各部件的名称如下：
标号 名称 标号 名称
1 压装装置 2 上压板组件
201 压头 202 绝缘板
203 导电板 3 下压板组件
4 驱动装置 5 电阻测试仪
501 连接线 6 测试组件
601 双极板 602 气体扩散层
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对在相关技术中，用于燃料电池电堆压装的压装装置无法结合不同供应商所提供的气体扩散层的特性而制定出合适的压紧力，无法有效保证压装是否合理。当发现压装后的燃料电池电堆性能不理想时，重新拆装将耗费大量时间人力，而且在拆装过程中容易对燃料电池电堆各组件造成损坏无法使用，导致资源浪费的技术问题。
本发明提出一种燃料电池电堆压装方法，在燃料电池电堆压装方法的第一实施例中，参考图1，包括如下步骤：
步骤S10：对气体扩散层进行压紧并测量在不同压强下的所述气体扩散层的接触电阻数值，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线；
步骤S20：确定所述接触电阻曲线中曲率最大值的临界点，根据所述临界点获取相对应的目标压紧力；
步骤S30：利用所述目标压紧力对燃料电池电堆进行压装，其中所述燃料电池电堆包括所述气体扩散层。
本实施例通过先对气体扩散层进行压紧并测量在不同压强下的所述气体扩散层的接触电阻数值，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线；随后确定所述接触电阻曲线中曲率最大值的临界点，根据所述临界点获取相对应的目标压紧力；最后利用所述目标压紧力对燃料电池电堆进行压装，其中所述燃料电池电堆包括所述气体扩散层。参考附图9，由于气体扩散层的接触电阻曲线存在一定的斜率变化，具体的当压紧力较小时，接触电阻数值相对较大；当压紧力逐渐增大时，接触电阻数值相应地减少；当压紧力增大至一定程度时，接触电阻数值的减少速度开始减慢，因此，接触电阻曲线中曲率最大值的临界点为压紧力与接触电阻数值的最佳平衡点，取该平衡点的压紧力作为目标压紧力进行燃料电池电堆压装，能确保压装过程中的压紧力处于合理范围内，既能保证双极板与气体扩散层之间的接触面积与接触力足够，避免因接触电阻上升而引起的电堆性能下降；又能防止气体扩散层产生塑性形变从而缩小气体扩散层的孔隙率，进而避免降低气体扩散层的通水性以及通气性。从而实现确保压装后的燃料电池电堆性能理想的目的，避免因燃料电池电堆重新拆装而造成的人力耗费以及资源浪费。
此外，由于在进行步骤S10和步骤S30的过程中，均采用同一压装装置进行工作，即接触电阻曲线的测量以及燃料电池电堆的装配集成在一起，使设备功能更完善，无需额外配置专门的测量设备，从而有效减少占地面积。
进一步的，基于第一实施例提出本发明燃料电池电堆压装方法的第二实施例，参考图2，在步骤S10中，包括如下步骤：
步骤S11：将所述气体扩散层602夹设于两个双极板601之间以形成测试组件；
步骤S12：将所述测试组件放置在压装装置的上压板组件以及下压板组件之间，利用所述上压板组件与所述下压板组件相结合对所述测试组件进行压紧；记录压紧过程中所述气体扩散层所承受的实时压紧力以及所述气体扩散层的实时接触电阻；
步骤S13：结合所述实时压紧力以及所述实时接触电阻以得到所述接触电阻曲线。
在本实施例中，通过先将所述气体扩散层夹设于两个双极板之间以形成测试组件；再将所述测试组件放置在压装装置的上压板组件以及下压板组件之间，利用所述上压板组件与所述下压板组件相结合对所述测试组件进行压紧；记录压紧过程中所述气体扩散层所承受的实时压紧力以及所述气体扩散层的实时接触电阻；最后结合所述实时压紧力以及所述实时接触电阻以得到所述接触电阻曲线。如此设置，考虑到气体扩散层是配合双极板进行使用，因此在测量气体扩散层的接触电阻曲线时，将气体扩散层夹设在两个双极板之间，以使得测量结果更符合实际。
进一步的，基于第二实施例提出本发明燃料电池电堆压装方法的第三实施例，参考附图3，在步骤S12之前，包括如下步骤：
步骤S14：调整所述上压板组件与所述下压板组件之间的相对位置，以使所述上压板组件位于所述下压板组件的正上方；
步骤S15：调整所述上压板组件与所述下压板组件之间的平行度，以使所述上压板组件与所述下压板组件相互平行。
要说明的是，上述步骤S14和步骤S15之间的顺序可进行任意更改，也就是说，可先进行整所述上压板组件与所述下压板组件之间的相对位置，以使所述上压板组件位于所述下压板组件的正上方，再进行调整所述上压板组件与所述下压板组件之间的平行度，以使所述上压板组件与所述下压板组件相互平行；又或者，可先进行调整所述上压板组件与所述下压板组件之间的平行度，以使所述上压板组件与所述下压板组件相互平行；再进行调整所述上压板组件与所述下压板组件之间的相对位置，以使所述上压板组件位于所述下压板组件的正上方。
在本实施例中，通过调整上压板组件与下压板组件之间的相对位移以及平行度，以确保所得到的接触电阻曲线结果准确，精确性高。
进一步的，基于第二实施例提出本发明燃料电池电堆压装方法的第四实施例，参考附图4，在步骤S12中，包括如下步骤：
步骤S121：驱动所述上压板组件下降移动至与所述测试组件的上表面贴合接触；
步骤S122：驱动所述上压板组件以0.01mm/s的速度继续下降以对所述测试组件进行压紧。
在本实施例中，通过先驱动所述上压板组件下降移动至与所述测试组件的上表面贴合接触；再驱动所述上压板组件以0.01mm/s的速度继续下降以对所述测试组件进行压紧。如此设置，先将上压板组件下降至与测试组件贴合接触，再进行压紧，避免上压板组件直接压紧而对测试组件产生巨大的冲击力。同时，以相对较缓慢的速度（0.01mm/s）进行压紧，以确保检测装置（电阻测试仪）在微小变化的压紧力下的各个接触电阻数值，进一步提高接触电阻曲线的精确度。
进一步的，基于第二实施例提出本发明燃料电池电堆压装方法的第五实施例，参考附图5，在步骤S13中，包括如下步骤：
步骤S131：重复多次压紧过程以得到多组所述实时压紧力以及所述实时接触电阻的数据；
步骤S132：对于所述实时压紧力中的同一压力点，去除所述压力点所对应的所述实时接触电阻中的最大值以及最小值后，取平均值以得到所述压力点下的接触电阻数值。
在本实施例中，先重复多次压紧过程以得到多组所述实时压紧力以及所述实时接触电阻的数据；再将对于所述实时压紧力中的同一压力点，去除所述压力点所对应的所述实时接触电阻中的最大值以及最小值后，取平均值以得到所述压力点下的接触电阻数值。如此设置，可有效减少测试产生的随机误差。
进一步的，基于第二实施例提出本发明燃料电池电堆压装方法的第六实施例，参考附图6，在步骤S13中，包括如下步骤：
步骤S133：以所述实时接触电阻为纵坐标，以所述实时压紧力为横坐标，将所述实时压紧力所对应的所述实时接触电阻在坐标图上进行逐一标记以形成标记点；
步骤S134：将所述标记点利用平滑曲线依次连接，以形成所述接触电阻曲线。
在本实施例中，先以所述实时接触电阻为纵坐标，以所述实时压紧力为横坐标，将所述实时压紧力所对应的所述实时接触电阻在坐标图上进行逐一标记以形成标记点；再将所述标记点利用平滑曲线依次连接，以形成所述接触电阻曲线。从而获得接触电阻曲线，再根据该接触电阻曲线确定燃料电池电堆压装时的压紧力。
为实现上述目的，本发明还提出一种燃料电池电堆压装系统，用于执行上述的燃料电池电堆压装方法，参考附图7-8，包括压装装置1以及检测装置；
压装装置1以及检测装置用于对气体扩散层602的接触电阻进行测量，以获取气体扩散层602的接触电阻曲线；再根据接触电阻曲线中曲率最大值的临界点，并获取临界点所对应的目标压紧力；并利用压装装置1以目标压紧力对燃料电池电堆进行压装，其中燃料电池电堆包括气体扩散层602。
进一步的，压装装置1包括上压板组件2以及下压板组件3，其中上压板组件2与驱动装置4驱动连接，上压板组件2通过驱动装置4相对于下压板组件3发生垂直方向上的相互靠近或远离运动；压装装置1上还设有压力传感器（附图未示出），压力传感器用于记录压紧过程中气体扩散层602所承受的实时压紧力。如此设置，利用压力传感器对驱动装置4所施加的压紧力进行测量，从而测量出气体扩散层602在压紧过程中所承受的实时压紧力，结构简单实用性强。
进一步的，上压板组件2以及下压板组件3均包括依次设置的压头201、绝缘板202以及导电板203，导电板203远离绝缘板202的一侧用于与包括有气体扩散层602的测试组件6贴合接触；两个导电板203上均连接有连接线501，连接线501的另一端连接电阻测试仪5，电阻测试仪5用于记录压紧过程中气体扩散层602的实时接触电阻。如此设置，利用导电板203作为导电媒介，以使电阻测试仪5、导电板203、测试组件6之间能依次电性连通，以确保电阻测试仪5能对气体扩散层602的接触电阻进行有效测量。同时，在压头201与导电板203之间设置绝缘板202，以利用绝缘板202防止电流透过压头201往外传送，导致操作人员触电。
进一步的，导电板203的面积大于测试组件6在导电板203上的投影面积。如此设置，能确保导电板203能全面覆盖测试组件6，对测试组件6进行全方位地压紧，使得测试组件6能均匀地承受来自于导电板203的压紧力。
需要说明的是，本发明公开的燃料电池电堆压装方法及其系统的其它内容为现有技术，在此不再赘述。
另外，需要说明的是，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
此外，需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆压装方法，其特征在于，包括如下步骤：
对气体扩散层进行压紧并测量在不同压强下的所述气体扩散层的接触电阻数值，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线；
确定所述接触电阻曲线中曲率最大值的临界点，根据所述临界点获取相对应的目标压紧力；
利用所述目标压紧力对燃料电池电堆进行压装，其中所述燃料电池电堆包括所述气体扩散层。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆压装方法，其特征在于：所述对气体扩散层进行压紧并测量在不同压强下的所述气体扩散层的接触电阻数值，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线的步骤中，包括如下步骤：
将所述气体扩散层夹设于两个双极板之间以形成测试组件；
将所述测试组件放置在压装装置的上压板组件以及下压板组件之间，利用所述上压板组件与所述下压板组件相结合对所述测试组件进行压紧；记录压紧过程中所述气体扩散层所承受的实时压紧力以及所述气体扩散层的实时接触电阻；
结合所述实时压紧力以及所述实时接触电阻以得到所述接触电阻曲线。
3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆压装方法，其特征在于：所述将所述测试组件放置在压装装置的上压板组件以及下压板组件之间，利用所述上压板组件与所述下压板组件相结合对所述测试组件进行压紧的步骤之前，包括如下步骤：
调整所述上压板组件与所述下压板组件之间的相对位置，以使所述上压板组件位于所述下压板组件的正上方；
调整所述上压板组件与所述下压板组件之间的平行度，以使所述上压板组件与所述下压板组件相互平行。
4.根据权利要求2所述的燃料电池电堆压装方法，其特征在于：所述将所述测试组件放置在压装装置的上压板组件以及下压板组件之间，利用所述上压板组件与所述下压板组件相结合对所述测试组件进行压紧的步骤中，包括如下步骤：
驱动所述上压板组件下降移动至与所述测试组件的上表面贴合接触；
驱动所述上压板组件以0.01mm/s的速度继续下降以对所述测试组件进行压紧。
5.根据权利要求2所述的燃料电池电堆压装方法，其特征在于：所述结合所述实时压紧力以及所述实时接触电阻以得到所述接触电阻曲线的步骤中，包括如下步骤：
重复多次压紧过程以得到多组所述实时压紧力以及所述实时接触电阻的数据；
对于所述实时压紧力中的同一压力点，去除所述压力点所对应的所述实时接触电阻中的最大值以及最小值后，取平均值以得到所述压力点下的接触电阻数值。
6.根据权利要求2所述的燃料电池电堆压装方法，其特征在于：所述结合所述实时压紧力以及所述实时接触电阻以得到所述接触电阻曲线的步骤中，包括如下步骤：
以所述实时接触电阻为纵坐标，以所述实时压紧力为横坐标，将所述实时压紧力所对应的所述实时接触电阻在坐标图上进行逐一标记以形成标记点；
将所述标记点利用平滑曲线依次连接，以形成所述接触电阻曲线。
7.一种燃料电池电堆压装系统，其特征在于，用于执行权利要求1-6任一项所述的燃料电池电堆压装方法，包括压装装置以及检测装置；
所述压装装置以及所述检测装置用于对气体扩散层的接触电阻进行测量，以获取所述气体扩散层的接触电阻曲线；再确定所述接触电阻曲线中曲率最大值的临界点，根据所述临界点获取相对应的目标压紧力；并利用所述压装装置以所述目标压紧力对燃料电池电堆进行压装，其中所述燃料电池电堆包括所述气体扩散层。
8.根据权利要求7所述的燃料电池电堆压装系统，其特征在于：所述压装装置包括上压板组件以及下压板组件，其中所述上压板组件与驱动装置驱动连接，所述上压板组件通过所述驱动装置相对于所述下压板组件发生垂直方向上的相互靠近或远离运动；所述压装装置上还设有压力传感器，所述压力传感器用于记录压紧过程中所述气体扩散层所承受的实时压紧力。
9.根据权利要求8所述的燃料电池电堆压装系统，其特征在于：所述上压板组件以及所述下压板组件均包括依次设置的压头、绝缘板以及导电板，所述导电板远离所述绝缘板的一侧用于与包括有所述气体扩散层的测试组件贴合接触；两个所述导电板上均连接有连接线，所述连接线的另一端连接电阻测试仪，所述电阻测试仪用于记录压紧过程中所述气体扩散层的实时接触电阻。
10.根据权利要求9所述的燃料电池电堆压装系统，其特征在于：所述导电板的面积大于所述测试组件在所述导电板上的投影面积。
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