一种空冷燃料电池快速组装测试夹具的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池测试领域，特别是空冷燃料电池快速组装测试夹具。


背景技术：

2.发展氢能是未来实现低碳、零碳能源的理想路径，而燃料电池是氢能利用的最佳方式，其技术研发和产业化应用正在快速推进。燃料电池膜电极是燃料电池的核心部件，其性能直接决定燃料电池的放电特性，因此膜电极的研发投入最多，相关的测试表征技术也越来越精细化。对于空冷燃料电池的测试，传统的单电池测试与电池实际的工作条件差异较大，无法反映膜电极用于空冷燃料电池的真实性能。组装成空冷电堆进行测试可以更加直接的评价空冷膜电极性能，但是组装过程较为复杂，对人员的要求高，测试成本也较大。
3.现有的燃料电池膜电极性能测试评价通常采用小面积（常见的尺寸有25cm2和50cm2）的单电池测试，通过燃料电池测试仪控制单电池的温度、湿度、气体流量、压力等参数，为膜电极创造良好的工作环境。但是，该方法用于空冷膜电极性能评价时存在诸多困难，空冷膜电极在工作时阴极直接从环境中抽取空气，因此阴极进口气体的压力、湿度、温度都与环境一致，燃料电池测试仪的空气气源通常经过干燥和加湿、加热，无法模拟真实工作环境。空冷膜电极在工作过程中阴极抽取的空气还起到冷却的作用，因此进气量较大，超过了燃料电池测试仪的流量范围。空冷膜电极在工作过程中，阴极需要随着电堆温度的变化调整进气量，使电堆温度保持稳定，这也是燃料电池测试仪无法实现的。如果使用组装电堆的方式来验证空冷膜电极性能，组装过程复杂，一致性难以保证，对操作人员的要求较高，因此需要寻找一种相应的方式和方法以解决相应的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，本实用新型提出了一种空冷燃料电池快速组装测试夹具，用于形成夹具外侧支撑的上端板和下端板，和用于将所述上端板和所述下端板夹持住的工字形支架，和位于所述上端板和所述下端板之间的双极板，和与所述上端板和所述下端板内侧面贴合安装的绝缘板；和位于所述绝缘板内侧的导电板，所述导电板与所述双极板及外部电源联结形成导通回路，所述双极板位于所述导电板之间；和用于组装夹具时保持端板、双极板、导电板、绝缘板对齐的定位销，所述上端板和所述下端板具有氢气进出口气体接头和氢气进出通道，所述氢气进出通道和所述双极板上的氢气流道相通，所述双极板还包括对外开放的空气流道。
5.其中，所述的双极板两侧分别是氢气流道和空气流道，氢气流道封闭、空气流道对外开放。所述的密封圈集成在双极板上，用于密封氢气侧流道，防止氢气泄漏。所述的导电板连接双极板和外部电流，用来将电能释放给负载。所述的绝缘板安装在导电板和端板之间，防止电堆漏电。所述的定位销用于在组装夹具时保持端板、双极板、导电板、绝缘板对齐，所述的工字形支架用来固定堆叠完成的空冷燃料电池快速组装测试夹具，不需要螺栓螺母紧固件，简化了组装方法。
6.通过本实用新型的空冷燃料电池快速组装测试夹具，使用工字形支架来锁紧堆叠完成的夹具，组装过程快速简单，提高了测试效率，运行条件和实际电堆产品一致，能够更准确地评价空冷膜电极性能，将双极板温度作为反馈信号，使用控制器自动调节风扇转速，温度控制更精准，使用磁吸的方式来安装风扇，进一步简化了组装过程。
7.进一步地，所述双极板还包括用于封闭所述氢气流道的密封圈。
8.进一步地，所述上端板和所述下端板具有四个用于所述工字形支架卡住所述上端板和所述下端板的卡槽，所述工字形支架包括两端的头部和中间尺寸小于所述头部的中间支杆，所述头部的内侧面与所述上端板和所述下端板的外侧面贴合。
9.进一步地，所述测试夹具还包括通过联结部件安装在所述上端板和所述下端板侧面的风扇组件。
10.更进一步地，所述风扇组件包括与所述上端板和所述下端板贴合安装的风扇底座和安装在所述风扇底座上的风扇。
11.更进一步地，所述联结部件包括设置在所述上端板和所述下端板的磁吸孔和设置在所述风扇组件上的磁性件。
12.所述的风扇底座上装有磁铁，与所述的风扇通过螺钉固定在一起，在组装过程中风扇底座可以直接吸附到端板上。
13.进一步地，所述测试夹具还包括脉冲阀和与所述脉冲阀联结的控制器。
14.所述的脉冲阀安装在测试夹具氢气出口管道上，在测试过程中周期性的短时间开放，排出反应产生的水分和杂质气体。所述的控制器用来控制脉冲阀和风扇转速，根据测试要求周期性的打开脉冲阀，根据测试夹具温度变化实时调整风扇转速，使测试夹具温度保持稳定。所述的一种空冷燃料电池快速组装测试夹具，其结构介于单电池测试夹具和空冷电堆之间，具备测试夹具快速组装的特点，同时运行状态几乎与实际电堆一致，兼具两者的优点，同时用工字形支架实现了快速组装。
15.本实用新型实施例的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
16.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1为本发明一种空冷燃料电池快速组装测试夹具的工字形支架结构示意图；
18.图2为本发明一种空冷燃料电池快速组装测试夹具的风扇底座和风扇组装结构示意图；
19.图3为本发明一种空冷燃料电池快速组装测试夹具的组装结构（未安装风扇、隐藏双极板）示意图；
20.图4为本发明一种空冷燃料电池快速组装测试夹具的组装结构（安装风扇）示意图；
21.图5为本发明一种空冷燃料电池快速组装测试夹具的控制器控制方法示意图；
22.其中，0测试夹具，1工字形支架，101工字形支架内侧面，102工字形支架头部，103工字形支架中间支杆，201风扇底座，202风扇，203磁性件，301上端板，302下端板，303磁吸
孔，304氢气出口，4定位销，5膜电极，6导电板，7绝缘板，8双极板， 901脉冲阀，902控制器，a氢气排气口，b脉冲阀控制信号，c温度测量信号，d风扇控制信号。
具体实施方式
23.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
24.根据本实用新型的实施例，本实用新型提出了一种空冷燃料电池快速组装测试夹具，用于形成夹具外侧支撑的上端板和下端板，和用于将所述上端板和所述下端板夹持住的工字形支架，和位于所述上端板和所述下端板之间的双极板，和与所述上端板和所述下端板内侧面贴合安装的绝缘板；和位于所述绝缘板内侧的导电板，所述导电板与所述双极板及外部电源联结形成导通回路，所述双极板位于所述导电板之间；和用于组装夹具时保持端板、双极板、导电板、绝缘板对齐的定位销，所述上端板和所述下端板具有氢气进出口气体接头和氢气进出通道，所述氢气进出通道和所述双极板上的氢气流道相通，所述双极板还包括对外开放的空气流道。
25.其中，所述的双极板两侧分别是氢气流道和空气流道，氢气流道封闭、空气流道对外开放。所述的密封圈集成在双极板上，用于密封氢气侧流道，防止氢气泄漏。所述的导电板连接双极板和外部电流，用来将电能释放给负载。所述的绝缘板安装在导电板和端板之间，防止电堆漏电。所述的定位销用于在组装夹具时保持端板、双极板、导电板、绝缘板对齐，所述的工字形支架用来固定堆叠完成的空冷燃料电池快速组装测试夹具，不需要螺栓螺母紧固件，简化了组装方法。
26.根据本实用新型的一些实施例，所述双极板还包括用于封闭所述氢气流道的密封圈。
27.根据本实用新型的一些实施例，所述上端板和所述下端板具有四个用于所述工字形支架卡住所述上端板和所述下端板的卡槽，所述工字形支架包括两端的头部和中间尺寸小于所述头部的中间支杆，所述头部的内侧面与所述上端板和所述下端板的外侧面贴合。
28.根据本实用新型的一些实施例，所述测试夹具还包括通过联结部件安装在所述上端板和所述下端板侧面的风扇组件。
29.根据本实用新型的一个实施例，所述风扇组件包括与所述上端板和所述下端板贴合安装的风扇底座和安装在所述风扇底座上的风扇。
30.根据本实用新型的一些实施例，所述联结部件包括设置在所述上端板和所述下端板的磁吸孔和设置在所述风扇组件上的磁性件。
31.根据本实用新型的一些实施例，所述测试夹具还包括脉冲阀和与所述脉冲阀联结的控制器。
32.根据本实用新型的一个实施例，所述的一种空冷燃料电池快速组装测试夹具，包括端板、工字形支架、双极板、密封圈、导电板、绝缘板、定位销、风扇底座、风扇、脉冲阀、控制器。其组装结构如图3、图4所示，组装过程如下：
33.在下端板上安装4根定位销；在下端板上依次安装绝缘板、导电板，将绝缘板。所述的绝缘板根据膜电极厚度来决定。本实施例中，膜电极样品厚度需要压缩到0.4mm，配套采用5mm厚的绝缘板；依次堆叠双极板和膜电极样品，使定位销穿过双极板和膜电极的内定位
孔，共安装11片双极板和10片膜电极；安装与上端板配套的导电板和绝缘板；安装上端板；上述堆叠过程完成后，使用压机向下压上端板，压缩到预定的厚度后，安装工字形支架；放松压机，取出测试夹具，完成堆叠锁紧过程；安装风扇，如图3所示，将所述的风扇底座和所述的风扇用螺钉锁紧在一起，形成风扇组件。所述的风扇组件只需组装一次，以后可以重复使用。将风扇组件的磁铁对准端板上的磁吸孔，完成测试夹具组装，如图4所示。
34.在使用过程中，所述的一种空冷燃料电池快速组装测试夹具的控制逻辑如下：如图5所示，所述的脉冲阀安装在氢气出口管道上，由控制器周期性的发送脉冲信号，使脉冲阀周期性的开启，排出反应产生的水分和杂质气体。在本实施例中，每15秒开启一次脉冲阀，每次开启300ms后关闭。在测试夹具的双极板上安装由温度传感器，控制器根据温度传感器反馈信号对风扇转速进行pid控制，保持测试夹具温度稳定。在本实施例中，控制测试夹具温度保持在55℃
35.尽管已经示出和描述了本实用新型的液压伺服系统的实验台实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。