CN207335769U - 燃料电池三合一检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了燃料电池三合一检测装置及系统，该装置包括基座、直线驱动机构、施力压块、上密封块、下密封块、上导体板、下导体板、位置检测单元、电信号检测单元和直流电源。本实用新型该装置结构可靠，操作简单、安全，具有多种检测功能，节约了经济成本，提高了检测效率，解决了现有技术中迅速发展的燃料电池技术需求与检测设备功能单一、检测精度低的现状之间的矛盾。

Description

燃料电池三合一检测装置及系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池零部件检测领域，尤其涉及燃料电池三合一检测装置及系统。

背景技术

目前，燃料电池关键零部件(包括双极板和MEA(或GDL))的体电阻检测主要依靠四探针法，双极板的气密性检测主要依靠冒泡法。四探针法不能精确地检测电流通过方向的体电阻，冒泡法无法定量检测出气体的透过率。这些检测方法对应的检测设备功能单一，目前测电流流过方向的体电阻也没有商业性化产品。这些功能单一的检测设备存在着检测速度慢，检测功能少，且无法模拟燃料电池内部运行环境，难以满足燃料电池关键零部件的快速检测的需求。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了燃料电池三合一检测装置及系统，用于燃料电池内部关键零部件(包括双极板和MEA(或GDL))的体电阻、压缩率和气体透过率的三合一检测。

具体地，其技术方案如下：

一种燃料电池三合一检测装置，包括基座、直线驱动机构、施力压块、上密封块、下密封块、上导体板、下导体板、位置检测单元、电信号检测单元、直流电源，所述直线驱动机构安装于所述基座上，所述直线驱动机构的移动端连接所述施力压块，所述位置检测单元安装在所述施力压块上，所述施力压块上安装所述上导体板和所述上密封块，所述基座底面安装有所述下导体板和所述下密封块，所述直线驱动机构通过所述施力压块驱使所述上导体板远离及接近所述下导体板，所述直流电源的两极分别电性连接所述上导体板和所述下导体板中的一个；

所述上密封块与所述施力压块可拆卸连接，所述下密封块与所述基座底面可拆卸连接，所述上密封块与所述下密封块的形状相匹配，使得二者扣合时能够形成容纳待检测零件的密封腔，所述上密封块与所述下密封块上都设置有连通所述密封腔和外部气源的接头。

作为对技术方案的进一步改进，所述位置检测单元为千分表，所述施力压块侧面和底面都设有螺纹孔，所述施力压块通过侧面的螺纹孔安装所述千分表的卡座，通过底面螺纹孔安装所述上导体板。

作为对技术方案的进一步改进，所述上密封块为三包围结构，且两侧均开有矩形窗口，所述上密封块的底面有第一密封圈槽，所述第一密封圈槽形成的腔体通过流道连通至设置在所述上密封块上的接头，所述第一密封圈槽中安装有第一密封圈，所述上密封块安装到所述施力压块时与所述施力压块上的所述上导体板间留有预设的间隙；

和/或，所述下密封块顶面有第二密封圈槽，所述第二密封圈槽形成的腔体通过流道连通至设置在所述下密封块上的接头，所述第二密封圈槽中安装有第二密封圈，所述下密封块与所述基座上的所述下导体板间留有预设的间隙。

作为对技术方案的进一步改进，所述基座为大理石基座；

和/或，所述上导体板、所述下导体板为镀金铜板；

和/或，所述电信号检测单元包括万用表。

作为对技术方案的进一步改进，所述上导体板、所述下导体板上均有螺纹孔，所述螺纹孔用于与所述直流电源和所述电信号检测单元的端子连接。

作为对技术方案的进一步改进，所述基座上底面和侧面均为00级表面且垂直度形位公差小于0.005mm，所述基座的左右和背面分别安装有侧面角块和背部角块。

作为对技术方案的进一步改进，所述直线驱动机构为气缸，所述气缸在进气口前端管路装有调压阀和数显压力表，可精确控制所述气缸入口压力使所述气缸通过所述施力压块产生的压力作用在预设的面积上时可产生预设的压强。

作为对技术方案的进一步改进，所述千分表量程支持数据输出和保存，所述千分表的探头直接接触所述基座的上底面。

作为对技术方案的进一步改进，所述气缸进气口和出气口均安装有快插节流阀，用以调节气缸运动速度。

一种燃料电池三合一检测系统，包括控制模块、数据采集模块、气罐、环境模拟腔、气管和前述任一技术方案所述的燃料电池三合一检测装置。

本实用新型至少具有以下有益效果：

1.本实用新型将体电阻率检测、压缩率检测、密封性检测和气体透过率检测集合在一个设备上，上密封块与施力压块可拆卸连接，下密封块与基座可拆卸连接，当需要检测密封性和气体透过率时，装上上密封块和下密封块，当需要检测体电阻率和压缩率，拆下上密封块和下密封块，即可利用上导体板和下导体板进行测试。该装置结构可靠，操作简单，具有多种检测功能，节约了经济成本，提高了检测效率，可以完成燃料电池内部关键零部件双极板、MEA(或GDL)、密封圈的压缩率检测，同时可实现双极板、MEA(或GDL)的体电阻及气体透过率检测，解决了迅速发展的燃料电池技术需求与检测设备功能单一、检测精度低的现状之间的矛盾。

2.本实用新型在进行体电阻检测时可同时实现压缩率的检测并能自动将结果数据输入到计算机并保存，在进行气密性检测时可同时精确算出气体的透过率，根据需要既可以实现定性检测也可以实现定量检测。

3.本实用新型在进行体电阻率检测时，实现了环境模拟、压力模拟和电流模拟，即上导体板、下导体板与待检测元件之间具有预设的接触压强，使待检测元件通过预设的电流，环境模拟腔能精确模拟待检测元件在燃料电池内部的湿度和温度环境，相对传统的检测设备而言，本实用新型进行检测时没有引入外界的干扰环境影响，检测结果更加准确，实现了扰动载荷的全物理仿真。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型实施例中燃料电池三合一检测装置的斜俯视图；

图2是本实用新型实施例中燃料电池三合一检测装置的正视总体结构示意图；

图3是本实用新型实施例中施力压块俯视图；

图4是本实用新型实施例中上密封块俯视图；

图5是本实用新型实施例中上密封块斜俯视图；

图6是本实用新型实施例中下密封块正视图；

图7是本实用新型实施例中下密封块斜俯视图；

图8是本实用新型实施例中上导体板正视图；

图9是本实用新型实施例中下导体板正视图。

主要元件符号说明：

1-基座；2-接头；3-下导体板，4-侧面角块；5-下密封块；6-上密封块；7-施力压块；8-上导体板；9-上角块；10-气缸；11-下角块；12-千分表；13-卡座；14-背部角块；15-螺纹孔。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本实用新型的各种实施例。本实用新型可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本实用新型的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本实用新型理解为涵盖落入本实用新型的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本实用新型的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本实用新型的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本实用新型的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本实用新型的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本实用新型的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：在本实用新型中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者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实用新型的限制。

在本实用新型的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本实用新型的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本实用新型的各种实施例中被清楚地限定。

实施例

请一并参阅图1和图2，本实施例提供了一种燃料电池三合一检测装置，用于燃料电池内部关键零部件(包括双极板和MEA(或GDL))的体电阻、压缩率和气体透过率的三合一检测。

具体地，该燃料电池三合一检测装置包括基座1、直线驱动机构、施力压块7、上密封块6、下密封块5、上导体板8、下导体板3、位置检测单元、电信号检测单元、直流电源。直线驱动机构安装于基座1上，直线驱动机构的移动端连接施力压块7，位置检测单元安装在施力压块7上，施力压块7上安装上导体板8和上密封块6，基座1底面安装有下导体板3和下密封块5，直线驱动机构通过施力压块7驱使上导体板8远离及接近下导体板3，直流电源的两极分别电性连接上导体板8和下导体板3中的一个。

在本实施例中，上密封块6与施力压块7可拆卸连接，下密封块5与基座1底面可拆卸连接，上密封块6与下密封块5的形状相匹配，使得二者扣合时能够形成容纳待检测零件的密封腔，上密封块6与下密封块5上都设置有连通密封腔和外部气源的接头2。优选地，上密封块6与下密封块5上都设置的连通密封腔和外部气源的接头2都是快插接头。关于快插接头的具体结构，所属技术领域的技术人员可参考现有技术，本实施例中不再进一步叙述。

优选地，本实施例中的基座1为大理石基座。由于使基座1为大理石基座，基座1结构稳定，不易变形，能够有效提升检测精度。

进一步优选，大理石基座上底面和侧面均为00级表面且垂直度形位公差小于0.005mm。在本实施例中，00级表面是指大理石表面的平面度公差等级。具体地，平面度公差依：GB4987-85标准：000级＝1×(1+d/1000)um；00级＝2×(1+d/1000)um；0级＝4×(1+d/1000)um；1级＝8×(1+d/1000)um。其中d为对角线mm，测量温度一般在21±2℃。

优选地，本实施例中上导体板8和下导体板3为镀金铜板。镀金铜板具有极低的电阻率，使上导体板8和下导体板3为镀金铜板，提高了上导体板8和下导体板3的导电能力，能够避免上导体板8和下导体板3的电阻影响检测精度。

优选地，位置检测单元为千分表12。进一步优选，为高精度的数显千分表12。如图3所示，施力压块7侧面和底面都设有螺纹孔15，施力压块7通过侧面的螺纹孔15安装千分表12的卡座13，千分表12安装在卡座13上，施力压块7通过底面的螺纹孔15安装上导体板8。优选地，施力压块7采用绝缘的PEEK-GF30材料。

优选地，如图4和图5所示，上密封块6为三包围结构，且两侧均开有矩形窗口，上密封块6的底面有第一密封圈槽，第一密封圈槽形成的腔体通过流道连通至设置在上密封块6上的接头2。优选地，该流道为L形流道。第一密封圈槽中安装有第一密封圈，上密封块6安装到施力压块7时与施力压块7上的上导体板8间留有预设的间隙。优选地，该间隙为1mm。

优选地，如图6和图7所示，下密封块5顶面有第二密封圈槽，第二密封圈槽形成的腔体通过流道连通至设置在下密封块5上的接头2。优选地，该流道为L形流道。第二密封圈槽中安装有第二密封圈，下密封块5与基座1上的下导体板3间留有预设的间隙。优选地，该间隙为1mm。

优选地，第一密封圈和第二密封圈选自锯齿状硅橡胶密封圈。

和/或，电信号检测单元包括万用表。进一步优选，万用表为高精度的台式万用表。

优选地，如图8、图9所示，上导体板8、下导体板3上也均有螺纹孔15，螺纹孔15用于与直流电源和电信号检测单元的端子连接。

优选地，基座1上底面和侧面均为00级表面且垂直度形位公差小于0.005mm，基座1的左右和背面分别安装有侧面角块4和背部角块14。其中，侧面角块4和背部角块14能够将基座1与安装架等外部设施固定。

优选地，直线驱动机构为气缸10，气缸10通过上角块9和下角块11安装在基座1上。气缸10在进气口前端管路装有调压阀和数显压力表，可精确控制气缸10入口压力使气缸10通过施力压块7产生的压力作用在预设的面积上时可产生预设的压强。作为一种示例，可精确控制气缸10入口压力使气缸10通过施力压块7产生的压力作用在5平方厘米的面积上时可产生100PSI的压强。

优选地，千分表12量程支持数据输出和保存，千分表12的探头直接接触基座1的上底面。

优选地，气缸10进气口和出气口均安装有快插节流阀，用以调节气缸10运动速度。

本实施例还提供了一种燃料电池三合一检测系统，包括控制模块、数据采集模块、气罐、环境模拟腔、气管和本实施例中的燃料电池三合一检测装置。

在本实施例中，上密封块6和下密封块5可拆卸，不拆卸上密封块6和下密封块5时可测密封性和气体透过率，拆卸上密封块6和下密封块5后可实现体电阻率和压缩率的测量。

该燃料电池三合一检测装置进一步包括气管开关阀、两位五通阀手动阀，燃料电池三合一检测装置在进行体电阻检测时需要放入环境模拟腔，数据采集模块能采集高精度的数显千分尺和高精度的台式万用表的数据。

本实施例的工作过程具体如下：

进行燃料电池关键零部件体电阻检测和压缩率测量时，将上密封块6和下密封块5拆卸并将燃料电池三合一检测装置放入环境模拟腔。此时将大小为待测零部件放在下导体板3的样品放置区，将高精度的台式万用表和直流电源端子分别通过螺纹连接至上导体板8和下导体板3，然后将气管开关阀打开，高压气体依次通过调压阀、高精度的数显气压表、两位五通手动阀、节流阀后通入气缸10。此时通过观察高精度的台式万用表的示数变化(刚接触时示数突变跳动)调节调压阀使气缸10通过施力压块7作用在待测样品上的压强为0PSI(即上导体板8和下导体板3刚好和待测样品刚接触)，此时将高精度的数显千分表12清零，调节直流电源通过待测样品的电流为预设值(例如5A)并打开数据采集模块。接着调节调压阀至一定气压使气缸10通过施力压块7作用在待测样品上的压强为预设值(例如100PSI)，此时数据采集模块自动采集高精度的数显千分表12和高精度的台式万用表的数据并自动保存至计算机，保持作用在待测样品上对应的压力值不变至足够长时间，根据高精度的台式万用表的数据和欧姆定律可计算出待测零件的体电阻，根据高精度数显千分表12的数据变化可以计算出待测样品的压缩率。

进行燃料电池关键零部件气密性和气体透过率检测时，将上密封块6安装至施力压块7上，将下密封块5安装至基座1上底面，将预设尺寸、规格(例如大小为25平方厘米的正方形)待测样品放置第一密封圈槽和第二密封圈槽围成的区域上。打开气密性测量气路的开关阀，高压气体通过调压阀和高精度的数显气压表减压至预设压力(例如0.2MPA)并通入到上密封块6的快插接头，打开气缸10气路的开关阀，调节气缸10气路的调压阀使上密封块6和下密封块5将待测样品压紧并保证密封圈不漏气。记录与下密封块5相连的气罐(实验中优选取1L，方便计算时消去)上高精度的数显气压表的初始值，保持样品在压紧状态和气密性测量管路进入上密封块6的快插接头的气压预设时间(例如2h)内不变，此时记录高精度的数显气压表的示数，当气罐体积为1L时，通过计算公式(其中P1为气体透过率测试前气罐内的压强值，P2为经过气体透过率测试的设定时间t后气罐内的压强值，Vm为常温常压下气体的摩尔体积，Vm＝22.4L/mol，T为体系温度，单位K。R是气体常量(比例常数)单位是J/(mol·K)，S为待测样品的面积，单位CM2，t为气体透过率测试的设定时间，单位为秒。C为气体透过率，单位为升每平方厘米每秒,即L/(cm2*s))可计算出待测样品单位时间单位面积的气体透过率，当只需检测气密性时只需观察气罐上高精度的数显气压表是否变化即可判断样品的气密性。

本实施例至少具有以下效果：

1.本实施例将体电阻率检测、压缩率检测、密封性检测和气体透过率检测集合在一个设备上，上密封块6与施力压块7可拆卸连接，下密封块5与基座1可拆卸连接，当需要检测密封性和气体透过率时，装上上密封块6和下密封块5，当需要检测体电阻率和压缩率，拆下上密封块6和下密封块5，即可利用上导体板8和下导体板3进行测试。该装置结构可靠，操作简单，具有多种检测功能，节约了经济成本，提高了检测效率，可以完成燃料电池内部关键零部件双极板、MEA(或GDL)、密封圈的压缩率检测，同时可实现双极板、MEA(或GDL)的体电阻及气体透过率检测，解决了迅速发展的燃料电池技术需求与检测设备功能单一、检测精度低的现状之间的矛盾。

2.本实施例在进行体电阻检测时可同时实现压缩率的检测并能自动将结果数据输入到计算机并保存，在进行气密性检测时可同时精确算出气体的透过率，根据需要既可以实现定性检测也可以实现定量检测。

3.本实施例在进行体电阻率检测时，实现了环境模拟、压力模拟和电流模拟，即上导体板8、下导体板3与待检测元件之间具有预设的接触压强，使待检测元件通过预设的电流，环境模拟腔能精确模拟待检测元件在燃料电池内部的湿度和温度环境，相对传统的检测设备而言，本实用新型进行检测时没有引入外界的干扰环境影响，检测结果更加准确，实现了扰动载荷的全物理仿真。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施场景，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池三合一检测装置，其特征在于，包括基座、直线驱动机构、施力压块、上密封块、下密封块、上导体板、下导体板、位置检测单元、电信号检测单元、直流电源，所述直线驱动机构安装于所述基座上，所述直线驱动机构的移动端连接所述施力压块，所述位置检测单元安装在所述施力压块上，所述施力压块上安装所述上导体板和所述上密封块，所述基座底面安装有所述下导体板和所述下密封块，所述直线驱动机构通过所述施力压块驱使所述上导体板远离及接近所述下导体板，所述直流电源的两极分别电性连接所述上导体板和所述下导体板中的一个；

所述上密封块与所述施力压块可拆卸连接，所述下密封块与所述基座底面可拆卸连接，所述上密封块与所述下密封块的形状相匹配，使得二者扣合时能够形成容纳待检测零件的密封腔，所述上密封块与所述下密封块上都设置有连通所述密封腔和外部气源的接头。

2.根据权利要求1所述的燃料电池三合一检测装置，其特征在于，所述位置检测单元为千分表，所述施力压块侧面和底面都设有螺纹孔，所述施力压块通过侧面的螺纹孔安装所述千分表的卡座，通过底面螺纹孔安装所述上导体板。

3.根据权利要求1所述的燃料电池三合一检测装置，其特征在于，所述上密封块为三包围结构，且两侧均开有矩形窗口，所述上密封块的底面有第一密封圈槽，所述第一密封圈槽形成的腔体通过流道连通至设置在所述上密封块上的接头，所述第一密封圈槽中安装有第一密封圈，所述上密封块安装到所述施力压块时与所述施力压块上的所述上导体板间留有预设的间隙；

和/或，所述下密封块顶面有第二密封圈槽，所述第二密封圈槽形成的腔体通过流道连通至设置在所述下密封块上的接头，所述第二密封圈槽中安装有第二密封圈，所述下密封块与所述基座上的所述下导体板间留有预设的间隙。

4.根据权利要求1所述的燃料电池三合一检测装置，其特征在于，所述基座为大理石基座；

和/或，所述上导体板、所述下导体板为镀金铜板；

和/或，所述电信号检测单元包括万用表。

5.根据权利要求1所述的燃料电池三合一检测装置，其特征在于，所述上导体板、所述下导体板上均有螺纹孔，所述螺纹孔用于与所述直流电源和所述电信号检测单元的端子连接。

6.根据权利要求4所述的燃料电池三合一检测装置，其特征在于，所述基座上底面和侧面均为00级表面且垂直度形位公差小于0.005mm，所述基座的左右和背面分别安装有侧面角块和背部角块。

7.根据权利要求1所述的燃料电池三合一检测装置，其特征在于，所述直线驱动机构为气缸，所述气缸在进气口前端管路装有调压阀和数显压力表，可精确控制所述气缸入口压力使所述气缸通过所述施力压块产生的压力作用在预设的面积上时可产生预设的压强。

8.根据权利要求2所述的燃料电池三合一检测装置，其特征在于，所述千分表量程支持数据输出和保存，所述千分表的探头直接接触所述基座的上底面。

9.根据权利要求7所述的燃料电池三合一检测装置，其特征在于，所述气缸进气口和出气口均安装有快插节流阀，用以调节气缸运动速度。

10.一种燃料电池三合一检测系统，其特征在于，包括控制模块、数据采集模块、气罐、环境模拟腔、气管和权利要求1-9中任一项所述的燃料电池三合一检测装置。