一种燃料电池单电池测试夹具

技术领域

本发明涉及燃料电池测试技术领域，尤其涉及一种燃料电池单电池测试夹具。

背景技术

膜电极是燃料电池的核心部件，氢气和氧气在其中通过电化学反应释放电能，是燃料电池性能的决定性因素。

燃料电池单电池测试夹具用于测试膜电极放电性能，是研发过程中必备的测试设备。现有的测试夹具通常采用手工组装，操作复杂、耗时较长，膜电极压紧力的均匀性无法得到保证，压缩厚度和压紧力大小也无法灵活的调整和测量，对操作人员的要求也较高，影响了测试效率和准确性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种燃料电池单电池测试夹具，能够实现快速拆装，效率高，测试结果准确可靠。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池单电池测试夹具，包括主体框架，所述主体框架包括底板，所述底板的顶面竖直连接有一组定位销，所述定位销上依次设置有绝缘板、下极板、膜电极及上极板；

所述下极板的顶面开设有S形的下气体通道，侧面开设有分别与所述下气体通道两端连通的下进口及下出口；

所述上极板的内部开设有上下贯通的通孔，所述通孔内可上下活动地设置有活动极板，所述活动极板的底面开设有S形的上气体通道，侧面开设有分别与所述上气体通道两端连通的内进口及内出口；所述上极板的外侧开设有上进口及上出口，测试状态下，所述上进口与所述内进口连通，所述上出口与所述内出口连通；

所述上极板的上方设置有压板，所述主体框架上安装有驱动件，用于驱动所述压板向下移动以压紧所述上极板及所述活动极板。

进一步地，所述压板的底面凸设有可伸入所述通孔内的凸起。

进一步地，所述下极板的顶面开设有环形的下密封槽，所述下密封槽包围所述下气体通道设置，并嵌设有横向密封圈；测试状态下，所述横向密封圈与所述膜电极之间密封接触。

进一步地，所述下极板的侧面开设有热电偶插孔及负载连接孔。

进一步地，所述通孔的内侧面开设有两个环形的纵向密封槽，其中一个所述纵向密封槽位于所述上进口及所述上出口之间，另一个靠近所述通孔的上端口处；两个所述纵向密封槽内均嵌设有密封圈，所述密封圈与所述活动极板之间密封接触。

进一步地，所述上极板的底面开设有环向的上密封槽，所述上密封槽包围所述通孔设置，并嵌设有第二个横向密封圈；测试状态下，第二个所述横向密封圈与所述膜电极之间密封接触。

进一步地，所述驱动件的驱动端通过浮动接头连接所述压板。

进一步地，所述下极板的顶面边缘凸设有下极板凸台，所述上极板的顶面边缘凸设有上极板凸台，测试状态下，所述下极板凸台及所述上极板凸台均与所述膜电极的封边完全贴合。

进一步地，所述绝缘板及所述压板内均集成有电加热器。

进一步地，所述主体框架还包括顶板及两个侧板，两个所述侧板分别连接于所述顶板及所述底板两侧，并且镂空设置。

本发明的有益效果为：

1、本发明的一种燃料电池单电池测试夹具，拆装方便快速，提高了测试效率及测试准确度。

2、通过浮动接头传递压紧力，实现了膜电极压紧力均匀分布。

3、通过更换不同厚度的压板，可以实现膜电极压缩厚度的精准调节。

附图说明

图1为本发明一种燃料电池单电池测试夹具的立体结构示意图；

图2为本发明一种燃料电池单电池测试夹具的爆炸结构爆炸图；

图3为本发明一种燃料电池单电池测试夹具的装配过程示意图；

图4为本发明一种燃料电池单电池测试夹具的膜电极安装过程示意图；

图5为本发明一种燃料电池单电池测试夹具的压板结构示意图；

图6为本发明一种燃料电池单电池测试夹具的下极板结构示意图；

图7为本发明一种燃料电池单电池测试夹具的上极板结构示意图；

图8为本发明一种燃料电池单电池测试夹具的活动极板结构示意图；

图9为本发明一种燃料电池单电池测试夹具的剖视图。

图中：1-底板，2-定位销，3-侧板，4-上板，5-电缸，6-浮动接头，7-压板，71-凸起，8-活动极板，81-内进口，82-上气体通道，9-上极板，90-上极板定位孔，91-通孔，92-上进口，93-纵向密封槽，94-上极板凸台，95-上密封槽，96-负载连接孔，10-纵向密封圈，11-横向密封圈，12-下极板，120-下极板定位孔，121-下进口，122-下气体通道，123-下密封槽，124-下极板凸台，125-热电偶插孔，126-下负载连接孔，13-绝缘板，14-膜电极。

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。

如图1至9所示，一种燃料电池单电池测试夹具，包括主体框架，该主体框架包括底板1，该底板1的顶面竖直连接有一组定位销2，该定位销2上依次设置有绝缘板13、下极板12、膜电极14及上极板9，上极板9的上方设置有压板7，主体框架上安装有用于驱动压板7上下移动的驱动件5。

具体的，该主体框架呈长方体状，还包括顶板4及两个侧板3，这两个侧板3分别连接于顶板4及底板1两侧。其中，底板1的顶面开设有一组沉头螺纹孔，分别用于安装各定位销2；本实施例中，底板1上安装有四个定位销2。这一组定位销2用于固定绝缘板13、下极板12、膜电极14及上极板9的水平位置。优选的，侧板3中间镂空设置，以便于进行拆装操作。

其中，绝缘板13采用绝缘材质，用于隔开底板1和下极板12，起到绝缘作用。其中，绝缘板13的四个角均开设有绝缘板定位孔，用于定位销2从中穿过，以固定绝缘板13的水平位置。该绝缘板13内集成有电加热器，用于控制测试夹具温度。

下极板12在测试过程中起到传导电流的作用。如图6所示，下极板12的四个角均开设有下极板定位孔120，定位销2从下极板定位孔120中穿过，以固定下极板12的水平位置。下极板12的顶面开设有S形的下气体通道122，侧面开设有分别与下气体通道122两端连通的下进口121及下出口。其中，膜电极14的有效区域与下气体通道122所在区域重合，通过下气体通道122可为膜电极14提供反应气体。下极板12的顶面开设有环形的下密封槽123，下密封槽123包围下气体通道122设置，并嵌设有横向密封圈11；测试状态下，横向密封圈11与膜电极14之间密封接触。进一步地，下极板的侧面开设有热电偶插孔125及下负载连接孔126，其中，热电偶插孔125用于在测试过程中为温度控制器反馈实时温度测量值，负载连接孔126用于输出电能和测量单电池放电电压。

上极板9在测试过程中起到传导电流的作用。如图7和8所示，上极板9的四个角均开设有上极板定位孔90，定位销2从上极板定位孔90中穿过，以固定上极板9的水平位置。上极板9的内部开设有上下贯通的通孔91，该通孔91内可上下活动地设置有活动极板8，该活动极板8在测试过程中压紧膜电极14的有效区域。该活动极板8的底面开设有S形的上气体通道82，侧面开设有分别与上气体通道82两端连通的内进口81及内出口；上极板9的外侧开设有上进口92及上出口，测试状态下，上进口92与内进口81连通，上出口与内出口连通。其中，膜电极14的有效区域与上气体通道82所在区域重合，通过上气体通道82可为膜电极14提供反应气体。

进一步地，通孔91的内侧面开设有两个环形的纵向密封槽93，其中一个纵向密封槽93位于上进口92及上出口之间，另一个靠近通孔91的上端口处；两个纵向密封槽93内均嵌设有纵向密封圈10，纵向密封圈10与活动极板8之间密封接触，用于保证竖直方向的气密性。采用该密封结构，可防止气体向环境中泄露，以及隔开上进口92和上出口的气流，使得进入上进口92的气体必须经过活动极板8的上气体通道82后才能到达上极板9的上出口。

上极板9的底面开设有环向的上密封槽95，上密封槽95包围通孔91设置，并嵌设有第二个横向密封圈11；测试状态下，第二个横向密封圈11与膜电极14之间密封接触。上极板9的侧面还开设有上负载连接孔96，用于输出电能和测量单电池放电电压。

优选的，下极板12的顶面边缘凸设有下极板凸台124，上极板9的顶面边缘凸设有上极板凸台94，测试状态下，下极板凸台124及上极板凸台94均与膜电极14的封边完全贴合，两个横向密封圈11被压紧到最佳状态，从而确保夹具在水平方向的气密性。

如图5所示，压板7的底面凸设有可伸入通孔内的凸起71。其中，由于活动极板8具有垂直方向的运动自由度，因此，通过更换不同厚度的压板7，可以实现不同的膜电极压缩厚度。其中，压板7内集成有电加热器，用于控制测试夹具温度。

进一步地，压板7的顶面连接有浮动接头6，该浮动接头6与驱动件5的驱动端连接。由于浮动接头6具有一定范围的运动自由度和刚度，因此可以确保压板7的压紧力分布均匀。其中，在膜电极14拆装过程中，由驱动件驱动压板7上下移动；在测试过程中，驱动件5为压板7提供足够的压力，确保膜电极14达到预定的压缩厚度。优选的，驱动件5为电缸或气缸，在供电方便的试验现场可以使用电缸，在使用高压气体方便的试验现场可以使用气缸。

参照图3，该燃料电池单电池测试夹具的组装过程如下：

1）安装主体框架：在底板1上安装四根定位销2；在底板1上安装2个侧板3；在侧板3顶端安装上板4。

2）在上板4上安装驱动件5；在驱动件5的驱动端安装浮动接头6；将压板7与浮动接头6连接。

3）在定位销2上依次穿设绝缘板13、下极板12、上极板9；在上极板9的通孔91内安装活动极板8。

该燃料电池单电池测试夹具组装完成后，压板7在驱动件5的驱动下可以上下移动。

参考图4，在试验过程中，膜电极14的安装过程如下：

1）驱动件5驱动压板7抬起；取下上极板9和活动极板8。

2）在定位销2上依次穿设膜电极14及上极板9，在上极板9的通孔内安装活动极板8。

3）驱动件5驱动压板7下降，直到上极板9、膜电极14的封边和下极板12贴紧。

膜电极14安装完成后，首先对该测试夹具进行气密性测试，只有气密性测试通过后才可继续进行膜电极性能测试。

在试验过程中，通过更换不同厚度的压板7，可以实现不同的膜电极压缩厚度。膜电极14压缩后的厚度的计算公式为：

H_des=H1+H4+H5-H2-H3

其中，H_des为膜电极14压缩后的厚度，H1为上极板9的厚度，H2为压板7中间凸台的厚度，H3为活动极板8的厚度，H4为膜电极14封边厚度，H5为下极板12边缘凸台的厚度，如图9所示。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。