燃料電池單電池裝配與測試工裝的製作方法

2023-07-06 02:19:21

專利名稱：燃料電池單電池裝配與測試工裝的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料電池領域，尤其涉及單電池組裝與測試工裝。
背景技術：
質子交換膜燃料電池的膜電極和雙極板部件在生產過程中，需進行電極性能的檢 驗，目前多採用單電池(一般不超過幾十平方釐米)進行電極性能的初步評價，既可以獲取 電極性能，也有效的節約了成本。但目前單電池測試中，電池的裝配一般採用螺杆進行固 定，裝配效率低，而且每次組裝的力難以保持一致，螺杆之間的力也不均勻，造成電池受力 不均，裝配的電池之間存在裝配導致的性能差別，無法反映電極的真實性能差異，限制了燃 料電池的工業化生產。中國專利申請號200720201319. 6公開了一種質子交換膜燃料電池單片電極快速 測試的氣缸式微型壓機，通過壓縮氣體推動氣缸保證單電極受力均勻、壓力恆定，可以實現 單電池的快速評價，但裝置的運行需要有壓縮氣體供應，而且需要較高的氣體壓力，電池直 接在裝置上評價時，加熱情況下，會造成氣體的膨脹，影響壓力準確性，對使用條件有較高 的要求。中國專利申請號200810228041. 0公開了一種用於質子交換膜燃料電池封裝的壓 力與位移測控裝置，通過手動或電動施加壓力，配合壓力和位移測量裝置，可以在檢測電池 性能參數的條件下，調節封裝壓力和位移，實現原位封裝，但系統結構複雜，體積和重量大， 造成移動不便、成本高，難以滿足批量化單電池的測試需要，而且由於結構的複雜，難以進 行小型化設計。中國專利申請號CN200410066321. 8公開了一種適合燃料電池堆大規模快 速裝配於測試的裝配架，通過活塞式氣缸或液壓千斤頂推動燃料電池堆後端板沿導軌前 進，提供壓力並保證電堆受力均勻。但此裝置體積、重量大，無法適用於單電池測試，即小型 化，仍需有較高壓力壓縮氣體供應或加壓泵，使用不便，而且無法進行可視化測量。發明內容本實用新型的目的是為了克服上述現有技術的不足，提供一種可以在保證單電池 受力均勻的條件下，快速方便的安裝與拆卸的燃料電池單電池裝配與測試工裝，該工裝可 以在檢測電池性能的同時，方便的調節電池組裝壓力，而且通過壓力測量裝置，顯示組裝力 的大小。本實用新型的目的通過以下技術方案實現燃料電池單電池裝配與測試工裝，包括底板、壓力施加裝置，壓力測量裝置和單 電池測試部分，其特徵在於所述底板是一塊長方形平板，平板左側固定有單電池測試固定 平臺，平臺上設有安裝壓力傳感器的凹槽和定位杆安裝孔，凹槽位於平臺中部，定位杆安裝 孔位於與端板、絕緣板、集流板和石墨板上的定位孔相對應的位置；所述壓力施加裝置包括 調節壓力的螺杆、與螺杆配合的固定螺母、調壓螺母、螺杆固定裝置和壓力分配裝置，螺杆 固定裝置是固定在底板上的夾鉗，通過夾鉗底座上的螺孔用螺栓固定在底板上，夾鉗的U 形把手位於底板的上面，夾鉗的手柄位於底板外，調節壓力的螺杆通過固定螺母和調壓螺母連接在螺杆固定裝置的夾鉗U形把手的U形槽內，可沿U形槽水平移動，調節壓力的螺杆 下端與壓力分配裝置接觸，調節壓力的螺杆下端設有緩衝墊，壓力分配裝置是下表面有分 配壓力凹槽的平板，壓力分配裝置有分配壓力凹槽的下表面與電極測試部分接觸，分配壓 力的凹槽是球形凹槽，球形凹槽的球心在壓力分配裝置垂直中心線上，所述壓力測量裝置 包括壓力傳感器和數字壓力顯示錶，壓力傳感器固定於單電池測試平臺上的安裝壓力傳感 器的凹槽內，壓力傳感器通過信號線與數字壓力表連接；所述單電池測試部分4包括石墨板、端板、集流板、絕緣板、定位杆I和定位杆II， 定位杆I、II插裝在單電池測試固定平臺上的定位杆安裝孔內，下端板、下絕緣板、下集流 板、下石墨板、電極、上石墨板、上集流板、上絕緣板、上端板依次安裝在定位杆上，壓力分配 裝置放置在上端板頂面。本實用新型所述的燃料電池單電池裝配與測試工裝，其特徵是所述緩衝墊是橡膠 墊、塑料墊和工程樹脂墊中的一種。本實用新型所述石墨板與電極接觸一側刻有與被測電極相配合的氣體流道和密 封膠線槽，石墨板側面設有安裝加熱棒的孔道、電壓測試接口、反應介質接口和溫度測試接 口，加熱棒的孔道插入加熱棒，電壓測試接口、反應介質接口和溫度測試接口分別連接電壓 測量用銅棒、氣體接口和溫度測量裝置如熱電偶。本實用新型所述的燃料電池單電池裝配與測試工裝，其特徵是所述夾鉗是金屬或 電子零件加工用水平式夾鉗。本實用新型的測試過程是將石墨板密封膠線槽鋪設膠線或用點膠製備點膠，安 裝氣體接口、加熱棒和電壓測量用銅棒，然後按前述組裝順序將測試用電極安裝於單電池 測試部分，安裝壓力分配裝置，然後固定螺杆固定裝置，將壓力調節螺杆移至壓力分配裝置 中心後，調節壓力調節螺母，觀察數顯壓力表上的示數，直至壓力達到設定要求，旋緊固定 螺母將壓力調節螺杆位置固定。更換相同類型電極時，只需鬆開螺杆固定裝置，更換電極後 再次緊固螺杆固定裝置即可。本實用新型的以上技術方案為單電池的快速裝配與測試提供了保證。與現有技術相比，本實用新型具有以下特點1、系統功能完善、但結構相對簡單。可以實時顯示組裝壓力的值並可以在測試電 池性能的同時調整組裝壓力，但系統僅利用夾鉗和調節施壓螺母即可完成對單電池測試裝 置的組裝壓力的調節，便於大規模使用。2、測試完畢後，直接鬆開夾鉗即可進行拆卸，同樣電極組裝後將夾鉗固定後即可 完成組裝，組裝效率高。而且不需要壓縮氣體或液壓裝置的供應。3、加工製作容易，成本低。系統結構相對簡單，而且各部分組件可以分別加工制 備，製作成本低，有利於大規模使用。
圖1為本實用新型結構示意圖；圖2為本實用新型石墨板結構示意圖；圖3為本實用新型單電池測試部分軸測圖。附圖中1、底板，2、可調節壓力施加裝置，2-1、螺杆固定裝置，2-2、調節壓力的螺杆，2-3、壓力分配裝置，2-4、固定螺母，2-5壓力調節螺母，2-6、U形把手，2_7、手柄，2_8、 底座，3、壓力測量裝置，3-1、壓力傳感器，3-2、數顯壓力表，4、單電池測試部分，4-1-1、下端 板，4-2-1、下絕緣片，4-3-1、下集流板，4-1-2、上端板，4-2-2、上絕緣片，4-3-2、上集流板， 4-4、石墨板(雙極板)，4-4-1、分配反應介質的流道，4-4-2、膠線槽，4_4_3、反應介質接口， 4-4-4、溫度測試接口，4-4-5、電壓測試接口，4-4-6、安裝加熱棒的孔道，4_4_7、下石墨板， 4-4-8、上石墨板，4-5、定位杆I，4-6、定位杆II，5、電極。
具體實施方式
實施例1如附圖所示，一種可以在保證單電池受力均勻的條件下，快速方便的安裝與拆卸 的燃料電池單電池裝配於測試工裝，包括底板1、可調節壓力施加裝置2，壓力測量裝置3、 單電池測試部分4。可調節壓力施加裝置固定於底板1之上，位置位於單電池測試部分右 側，由施壓螺杆2-2、螺杆固定裝置2-1、壓力分配裝置2-3、固定螺母2-4、壓力調節螺母2-5 組成；壓力測量部分由壓力傳感器3-1和數顯壓力表3-2組成，壓力傳感器3-1固定於底 板單電池測試固定平臺1-1上，單電池測試部分下部，通過信號線和數顯壓力表3-2連接； 單電池測試部分通過定位杆固定於底板上，位於可調節壓力施加裝置的左側，由端板4-1、 絕緣片4-2、集流板4-3、石墨板4-4、定位杆I 4-5、定位杆II 4_6組成，組裝時按下端板 4-1-1、下絕緣片4-2-1、下集流板4-3-1、下石墨板4_4_7、膜電極、上石墨板4_4_8、上集流 板4-3-2、上絕緣片4-2-2、上端板4-1-2順序進行組裝，石墨板4_4上與膜電極接觸一面有 分配反應介質的流道4-4-1和放置密封介質的膠線槽4-4-2，定位杆I 4-5共2根，用於將 端板4-1、絕緣片4-2和集流板4-3固定於底板上，定位杆II 4-6用於將石墨板與端板固定。 單電池測試裝置安裝完成後，施加壓力，先用螺杆固定裝置2-1固定，將調節壓力螺杆2-2 調節至壓力分配裝置2-3中心位置，然後旋轉壓力調節螺母2-5使螺杆下移從而施加壓力， 待數顯壓力表壓力值達到要求後，停止施壓，將螺杆固定螺母2-4旋緊，固定壓力調節螺杆 2-2位置。此時可以進行單電池的測量。本實施例中，單電池面積為5cm2，組裝壓力40kgf。單電池測試裝置組裝前，將進 出接頭、加熱管和電壓測量裝置接入，組裝完成後將反應介質通過進出管引入，電池溫度達 到指定要求後即可進行單電池的測量。權利要求1.燃料電池單電池裝配與測試工裝，包括底板(1)、壓力施加裝置O)、壓力測量裝置 (3)和單電池測試部分G)，其特徵在於所述底板(1)是一塊長方形平板，平板左側固定有 單電池測試固定平臺(1-1)，平臺上設有安裝壓力傳感器(3-1)的凹槽和定位杆安裝孔，凹 槽位於平臺中部，定位杆安裝孔位於與端板G-1)、絕緣板G-2)、集流板(4-3)和石墨板 (4-4)上的定位孔相對應的位置；所述壓力施加裝置( 包括調節壓力的螺杆0-2)、與螺杆配合的固定螺母0-4)、調 壓螺母0-5)、螺杆固定裝置(2-1)和壓力分配裝置0-3)，螺杆固定裝置是固定在 底板上的夾鉗，通過夾鉗底座(2-8)上的螺孔用螺栓固定在底板上，夾鉗的U形把手(2-6) 位於底板的上面，夾鉗的手柄(2-7)位於底板外，調節壓力的螺杆(2- 通過固定螺母 (2-4)和調壓螺母(2- 連接在螺杆固定裝置(2-1)夾鉗的U形把手的U形槽內，可沿U形 槽水平移動，調節壓力的螺杆(2- 下端與壓力分配裝置(2- 接觸，調節壓力的螺杆下端 設有緩衝墊，壓力分配裝置(2- 是下表面有分配壓力凹槽的平板，壓力分配裝置有分配 壓力凹槽的下表面與電極測試部分(4)接觸，分配壓力的凹槽是球形凹槽，球形凹槽的球 心在壓力分配裝置垂直中心線上。所述壓力測量裝置包括壓力傳感器(3-1)和數字壓力顯示錶，壓力傳感器(3-1)固定 於單電池測試平臺上的安裝壓力傳感器(3-1)的凹槽內，壓力傳感器通過信號線與數字壓 力表連接；所述單電池測試部分(4)包括石墨板(4-4)、端板(4-1)、集流板(4- 、絕緣板(4-2)、 定位杆I (4-5)和定位杆II G-6)，定位杆I、II插裝在單電池測試固定平臺(1-1)上的定 位杆安裝孔內，下端板G-1-1)、下絕緣板G-2-1)、下集流板G-3-1)、下石墨板0-4-7)、 電極(5)、上石墨板(4-4-8)、上集流板(4-3-2)、上絕緣板(4_2_2)、上端板(4_1_2)依次安 裝在定位杆上，壓力分配裝置(2- 放置在上端板(4-1- 頂面。
2.按照權利要求1所述的燃料電池單電池裝配與測試工裝，其特徵是所述緩衝墊是橡 膠墊、塑料墊和工程樹脂墊中的一種。
3.按照權利要求1所述的燃料電池單電池裝配與測試工裝，其特徵是石墨板(4-4)與 電極接觸一側刻有與被測電極相配合的氣體流道(4-4-1)和密封膠線槽0-4-2)，石墨板 (4-4)側面設有安裝加熱棒的孔道0-4-6)、電壓測試接口 0-4-5)、反應介質接口(4-4-3) 和溫度測試接口 G-4-4)，加熱棒的孔道(4-4-6)插入加熱棒，電壓測試接口 0-4-5)、反應 介質接口(4-4- 和溫度測試接口(4-4-4)分別連接電壓測量用銅棒、氣體接口和溫度測 量裝置。
4.按照權利要求1所述的燃料電池單電池裝配與測試工裝，其特徵是所述夾鉗是金屬 或電子零件加工用水平式夾鉗。
專利摘要燃料電池單電池裝配與測試工裝，包括底板、壓力施加裝置，壓力測量裝置和單電池測試部分，壓力施加裝置包括調節壓力的螺杆、固定螺母、調壓螺母、螺杆固定裝置和壓力分配裝置，螺杆固定裝置是固定在底板上的夾鉗，螺杆通過固定螺母固定在螺杆固定裝置的夾鉗U型把手處，螺杆下端與壓力分配裝置接觸，壓力分配裝置的下表面與電極測試部分接觸，壓力測量裝置由通過信號線連接的壓力傳感器與數字壓力表組成，單電池測試部分位於壓力分配裝置和壓力傳感器之間。本實用新型的特點是結構簡單、功能完善，便於大規模使用；拆卸組裝簡便，效率高；而且不需要壓縮氣體或液壓裝置的供應；製作容易，成本低，有利於大規模使用。
文檔編號H01M8/10GK201829568SQ20102053824
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月14日 優先權日2010年9月14日
發明者孫佰文, 朱帥飛, 杜靈娟, 祝寶華, 釗文科, 錢雲 申請人:江蘇新源動力有限公司