检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及燃料电池膜电极的检测技术领域，具体而言，涉及一种检测方法及检测装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂内的化学能直接转化为电能的能源装置，具有能量转换效率高、环境污染少、使用寿命长等优点，适用于交通、电站、可移动电源等多种用途，具有广阔的市场应用前景。其中，膜电极作为燃料电池中的重要组成部分，其生产的成本和效率至关重要。

目前，现有技术中检测膜电极是否合格的方法为：通过对膜电极进行电压检测来分析膜电极的电化学参数，对膜电极进行气密性检测，根据膜电极的电化学参数和气密性来判断膜电极是否合格。

一方面，对分析膜电极的电化学参数所需的电压参数进行检测的装置的结构复杂、且需要在氢气环境中才能检测，导致电压参数检测的操作复杂，检测过程耗时较长，进而导致检测效率低；另一方面，对分析膜电极的电化学参数所需的电压参数进行检测的装置和对膜电极的气密性进行检测的装置为两个独立的装置，难以同时操作进行，从而导致检测效率低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种检测方法及检测装置，以解决现有技术中对膜电极进行检测的效率较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种检测方法，其包括：步骤S1：将膜电极夹设在检测装置的阳极板和阴极板之间，并使膜电极的压缩率控制在预设压缩范围内；压缩率为膜电极的压缩量与膜电极压缩之前的厚度的比值，膜电极的压缩量为膜电极压缩之前的厚度和膜电极压缩之后的厚度的差值；步骤S2：将阳极板和阴极板均与检测装置的电源部件电性连接，并将阳极板和阴极板均与检测装置的电压检测部件电性连接，以使电压检测部件检测膜电极电压值；步骤S3：控制电源部件进行恒流供电，以向膜电极充电；其中，在向膜电极充电过程中的充电时间范围内设置多个检测时间点，使电压检测部件检测在多个检测时间点处的电压值，以拟合出膜电极在充电过程中的电压随时间的变化曲线；在向膜电极充电过程中的充电时间范围内，具有预设时间点；根据膜电极在预设时间点处的电压值，判断膜电极的测试电压是否合格。

进一步地，检测装置包括两个电极板，两个电极板分别为阳极板和阴极板；各个电极板上均设置有流通孔，流通孔的第一端延伸至电极板的朝向膜电极的板面，流通孔的第二端延伸至电极板的外周壁；在控制电源部件向膜电极充电的同时，检测方法还包括：使检测装置的一个电极板的流通孔的第二端口与流量计的气路连接并连通，且向另一个电极板的流通孔的第二端口通入气体；在向另一个电极板的流通孔的第二端口通入气体的过程中，根据流量计的示数判断膜电极的气密性是否合格。

进一步地，通过将阳极板和阴极板对膜电极的压装力控制在预设压装范围内，以使膜电极的压缩率控制在预设压缩范围内。

进一步地，预设压缩范围为大于0且小于或等于40％；和/或预设时间点的取值范围为0.5秒至20秒。

进一步地，判断膜电极的气密性是否合格的方法包括：当流量计的示数小于预设流量时，判定膜电极的气密性合格；当流量计的示数大于或等于预设流量时，判定膜电极的气密性不合格。

进一步地，判断膜电极的测试电压是否合格的方法包括：当膜电极在预设时间点处的电压值大于第一预设电压值，或小于第二预设电压值时，判定膜电极的测试电压不合格；当膜电极在预设时间点处的电压值大于或等于第二预设电压值且小于或等于第一预设电压值时，判定膜电极的测试电压合格；其中，第一预设电压值大于第二预设电压值。

进一步地，第一预设电压值的取值范围为0.3V至1.5V；第二预设电压值的取值范围为0.1V至0.8V。

进一步地，电源部件以预设电流进行供电，预设电流的取值范围为0.01A至5A。

根据本发明的另一方面，提供了一种检测装置，其适用于上述的检测方法，检测装置包括：相对设置的两个电极板，两个电极板分别为阳极板和阴极板，阳极板和阴极板之间形成用于夹设膜电极的夹设空间；电源部件，阳极板和阴极板均与电源部件电性连接，以使电源部件向膜电极恒流供电；电压检测部件，阳极板和阴极板均与电压检测部件电性连接，以使电压检测部件检测膜电极电压值。

进一步地，检测装置还包括恒流电源，恒流电源包括电源部件和电压检测部件。

应用本发明的技术方案，检测方法包括：步骤S1：将燃料电池的膜电极夹设在检测装置的阳极板和阴极板之间，阳极板和阴极板会对膜电极进行压装，膜电极会被压缩；使膜电极的压缩率控制在预设压缩范围内；压缩率为膜电极的压缩量与膜电极压缩之前的厚度的比值，膜电极的压缩量为膜电极压缩之前的厚度和膜电极压缩之后的厚度的差值；步骤S2：将阳极板和阴极板均与检测装置的电源部件电性连接，并将阳极板和阴极板均与检测装置的电压检测部件电性连接，以使电压检测部件检测膜电极电压值；步骤S3：控制电源部件进行恒流供电，以向膜电极充电；其中，在向膜电极充电过程中的充电时间范围内设置多个检测时间点，使电压检测部件检测在多个检测时间点处的电压值，以拟合出膜电极在充电过程中的电压随时间的变化曲线；在向膜电极充电过程中的充电时间范围内，具有预设时间点；根据膜电极在预设时间点处的电压值，判断膜电极的测试电压是否合格。

本申请的检测方法通过对膜电极进行充电的方式来检测膜电极的测试电压是否合格，以用于判断膜电极是否合格；与现有技术中分析膜电极的电化学参数来判断膜电极是否合格的方法相比，本申请的检测方法对膜电极的测试电压进行检测的操作简单，检测过程耗时较短，极大地提高了对膜电极进行检测的效率，解决了现有技术中对膜电极进行检测的效率较低的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的检测装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明的检测装置的电极板的结构示意图；

图3示出了采用本发明的检测方法，五个膜电极在充电过程中电压随时间的变化曲线图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、阳极板；20、阴极板；30、恒流电源；40、电压采集器；50、电极板；51、流通孔；

200、膜电极；201、第一膜电极；202、第二膜电极；203、第三膜电极；204、第四膜电极；205、第五膜电极。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供了一种检测方法，请参考图1和图2，检测方法包括：步骤S1：将燃料电池的膜电极200夹设在检测装置的阳极板10和阴极板20之间，阳极板10和阴极板20会对膜电极200进行压装，膜电极200会被压缩；使膜电极200的压缩率控制在预设压缩范围内；压缩率为膜电极200的压缩量与膜电极200压缩之前的厚度的比值，膜电极200的压缩量为膜电极200压缩之前的厚度和膜电极200压缩之后的厚度的差值；步骤S2：将阳极板10和阴极板20均与检测装置的电源部件电性连接，并将阳极板10和阴极板20均与检测装置的电压检测部件电性连接，以使电压检测部件检测膜电极200电压值；步骤S3：控制电源部件进行恒流供电，以向膜电极200充电；其中，在向膜电极200充电过程中的充电时间范围内设置多个检测时间点，使电压检测部件检测在多个检测时间点处的电压值，以拟合出膜电极200在充电过程中的电压随时间的变化曲线；在向膜电极200充电过程中的充电时间范围内，具有预设时间点；根据膜电极200在预设时间点处的电压值，判断膜电极200的测试电压是否合格。

需要说明的是，沿膜电极200的厚度方向，膜电极200具有阳极侧和阴极侧。膜电极200未被压缩时，膜电极200的阳极侧和阴极侧处于不接触的断开状态；需要对膜电极200进行压缩，以使膜电极200的阳极侧和阴极侧接触，进而使膜电极200的阳极侧和阴极侧导电连通；当作用在膜电极200上的压装力消失后，膜电极200会膨胀，以重新恢复至阳极侧和阴极侧不接触的断开状态。

本申请的检测方法通过对膜电极200进行充电的方式来检测膜电极200的测试电压是否合格，以用于判断膜电极200是否合格；与现有技术中分析膜电极的电化学参数来判断膜电极是否合格的方法相比，本申请的检测方法对膜电极200的测试电压进行检测的操作简单，检测过程耗时较短，极大地提高了对膜电极200进行检测的效率，解决了现有技术中对膜电极进行检测的效率较低的问题。

需要说明的是，现有技术中分析膜电极的电化学参数所需的电压参数和本申请检测的膜电极200的电压属于不同的参数，不能根据现有技术中分析膜电极的电化学参数所需的电压参数直接判断膜电极是否合格。

另外，本申请的检测方法在常规环境中即可进行，不需要在氢气等特殊环境中才能进行，不存在气体安全隐患，使得本申请的检测方法的安全性较高。

具体地，预设压缩范围为大于0且小于或等于40％。

具体地，预设时间点可以是多个检测时间点中的其中一个检测时间点，也可以不是任何一个检测时间点。

具体地，预设时间点的取值范围0.5秒至20秒；预设时间点的取值根据膜电极200的类型来确定。

可选地，预设时间点为2秒，即电源部件向膜电极200充电了2秒时的时间点。

具体地，电源部件以预设电流向膜电极200进行恒流供电，预设电流的取值范围为0.01A至5A。

在本实施例中，在步骤S1中，通过将阳极板10和阴极板20对膜电极200的压装力控制在预设压装范围内，以使膜电极200的压缩率控制在预设压缩范围内。

可选地，预设压装范围为2NM至15NM；其中，NM为扭矩单位，N为牛，M为米。

在本实施例中，判断膜电极200的测试电压是否合格的方法包括：当膜电极200在预设时间点处的电压值大于第一预设电压值，或小于第二预设电压值时，判定膜电极200的测试电压不合格；当膜电极200在预设时间点处的电压值大于或等于第二预设电压值且小于或等于第一预设电压值时，判定膜电极200的测试电压合格；其中，第一预设电压值大于第二预设电压值。

具体地，第一预设电压值的取值范围为0.3V至1.5V；第二预设电压值的取值范围为0.1V至0.8V；第一预设电压值和第二预设电压值均根据膜电极200的类型来确定取值。

可选地，第一预设电压值为0.35V，第二预设电压值为0.25V。

在本实施例中，检测装置包括两个电极板50，两个电极板50分别为阳极板10和阴极板20；各个电极板50上均设置有流通孔51，流通孔51的第一端延伸至电极板50的朝向膜电极200的板面，流通孔51的第二端延伸至电极板50的外周壁。

在控制电源部件向膜电极200充电的同时，检测方法还包括：使检测装置的一个电极板50的流通孔51的第二端口与流量计的气路连接并连通，且向另一个电极板50的流通孔51的第二端口通入气体；在向另一个电极板50的流通孔51的第二端口通入气体的过程中，根据流量计的示数判断膜电极200的气密性是否合格。

可见，本申请的检测方法可以实现同时对膜电极200的测试电压和气密性进行检测，这有利于提高对膜电极200进行检测的效率。

需要说明的是，理论上气体无法穿过膜电极200，所以给膜电极200的一侧充气，另一侧不会收集到气体；如果膜电极200的另一侧有气体，则膜电极200的另一侧的气体量为该膜电极200的串气量；流量计的示数为膜电极200的串气量。

在本实施例中，判断膜电极200的气密性是否合格的方法包括：当流量计的示数小于预设流量时，判定膜电极200的气密性合格；当流量计的示数大于或等于预设流量时，判定膜电极200的气密性不合格。

本发明还提供了一种检测装置，该检测装置用于对燃料电池的膜电极200进行检测，该检测装置适用于上述的检测方法；如图1和图2所示，检测装置包括相对设置的两个电极板50、电源部件和电压检测部件，两个电极板50分别为阳极板10和阴极板20，阳极板10和阴极板20之间形成用于夹设膜电极200的夹设空间；阳极板10和阴极板20均与电源部件电性连接，以使电源部件向膜电极200恒流供电；阳极板10和阴极板20均与电压检测部件电性连接，以使电压检测部件检测膜电极200电压值，进而对膜电极200的测试电压进行检测。

本申请的检测装置的结构简单，以使采用本申请的检测装置对膜电极200的测试电压进行检测的操作简单，这有利于提高对膜电极200进行检测的效率。

具体地，阳极板10的一个板面用于与膜电极200的一个板面接触，阴极板20的一个板面用于与膜电极200的另一个板面接触。

具体地，阳极板10的板面和阴极板20的板面均大于或等于膜电极200的板面。

在本实施例中，检测装置还包括恒流电源30，恒流电源30包括电源部件和电压检测部件，即恒流电源30兼具供电和电压检测的功能。

具体实施过程中，将恒流电源30与阳极板10电性连接并与阴极板20电性连，以实现电源部件与阳极板10和阴极板20均电性连接，并实现电压检测部件与阳极板10和阴极板20均电性连接。

在本实施例中，电压检测部件为两个，两个电压检测部件分别为第一电压检测部件和第二电压检测部件；第一电压检测部件为恒流电源30包括的电压检测部件；第二电压检测部件为电压采集器40；通过设置两个电压检测部件以确保对膜电极200的电压检测结果。

具体实施过程中，将恒流电源30与阳极板10电性连接并与阴极板20电性连接，且将电压采集器40与阳极板10电性连接并与阴极板20电性连接。

在本实施例中，各个电极板50上均设置有流通孔51，流通孔51的第一端延伸至电极板50的朝向膜电极200的板面，流通孔51的第二端延伸至电极板50的外周壁；一个电极板50的流通孔51的第二端口用于与流量计的气路连接并连通，另一个电极板50的流通孔51的第二端口用于通入气体，以对膜电极200的气密性进行检测。可见，本申请的检测装置同时兼顾检测膜电极200的测试电压和气密性的两个功能，可以实现同时对膜电极200的测试电压和气密性进行检测，这有利于提高对膜电极200进行检测的效率。

可选地，如图2所示，流通孔51的第一端延伸至电极板50的朝向膜电极200的板面，流通孔51的第二端延伸至电极板50的另一个板面。

具体地，阳极板10上的流通孔51为第一流通孔，第一流通孔的第一端延伸至阳极板10的朝向膜电极200的板面，第一流通孔的第二端延伸至阳极板10的外周壁。阴极板20上的流通孔51为第二流通孔，第二流通孔的第一端延伸至阴极板20的朝向膜电极200的板面，第二流通孔的第二端延伸至阴极板20的外周壁。

可选地，第一流通孔的第二端口用于通入气体，第二流通孔的第二端口用于与流量计的气路连接并连通。或者，第二流通孔的第二端口用于通入气体，第一流通孔的第二端口用于与流量计的气路连接并连通。

使用本申请的检测方法分别对多个膜电极200进行检测，即使用本申请的检测装置分别对多个膜电极200进行检测，在对一个膜电极200检测完成后，将该膜电极200移送到下一个生产步骤；再对另一个膜电极200进行检测。

例如，使用本申请的检测方法分别对五个膜电极200进行检测，五个膜电极200分别为第一膜电极201、第二膜电极202、第三膜电极203、第四膜电极204和第五膜电极205；图3示出了这五个膜电极200在充电过程中电压随时间的变化曲线图。其中，第二膜电极202在充电2秒处的电压小于0.25V，第四膜电极204在充电2秒处的电压大于0.35V，故第二膜电极202和第四膜电极204均不合格，即第二膜电极202和第四膜电极204为涂层缺失样品；第一膜电极201、第三膜电极203和第五膜电极205在充电2秒处的电压均大于0.25V且均小于0.35V，故第一膜电极201、第三膜电极203和第五膜电极205在充电2秒处的测试电压均合格。

具体实施过程中，在对膜电极200充电结束后，对膜电极200进行放电操作，以当膜电极200的电压降低至第三预设电压时，停止放电并更换下一个膜电极200；或者，也可以直接关闭电源来更换下一个膜电极200。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

在本发明提供的检测方法中，检测方法包括：步骤S1：将燃料电池的膜电极200夹设在检测装置的阳极板10和阴极板20之间，阳极板10和阴极板20会对膜电极200进行压装，膜电极200会被压缩；使膜电极200的压缩率控制在预设压缩范围内；压缩率为膜电极200的压缩量与膜电极200压缩之前的厚度的比值，膜电极200的压缩量为膜电极200压缩之前的厚度和膜电极200压缩之后的厚度的差值；步骤S2：将阳极板10和阴极板20均与检测装置的电源部件电性连接，并将阳极板10和阴极板20均与检测装置的电压检测部件电性连接，以使电压检测部件检测膜电极200电压值；步骤S3：控制电源部件进行恒流供电，以向膜电极200充电；其中，在向膜电极200充电过程中的充电时间范围内设置多个检测时间点，使电压检测部件检测在多个检测时间点处的电压值，以拟合出膜电极200在充电过程中的电压随时间的变化曲线；在向膜电极200充电过程中的充电时间范围内，具有预设时间点；根据膜电极200在预设时间点处的电压值，判断膜电极200的测试电压是否合格。

本申请的检测方法通过对膜电极200进行充电的方式来检测膜电极200的测试电压是否合格，以用于判断膜电极200是否合格；与现有技术中分析膜电极的电化学参数来判断膜电极是否合格的方法相比，本申请的检测方法对膜电极200的测试电压进行检测的操作简单，检测过程耗时较短，极大地提高了对膜电极200进行检测的效率，解决了现有技术中对膜电极进行检测的效率较低的问题。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。