專利名稱：一種測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種測量極板平整度的裝置及方法，尤其涉及一種測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置和方法。
背景技術：
燃料電池堆是多層串聯的單電池組裝起來的，單電池又是多層薄片疊加而成的，單電池組件包括雙極板、擴散層、膜電極等，均為平面接觸的薄片，因此要求各組件具有極高的平整度，所謂的平整度即板表面凹凸點相差的高度，才能保證單電池表面平整度，只有單電池保證極高的平整度，才能保證電池堆組裝，而在電池堆內具備剛性的組件只有雙極板，因此雙極板的平整度是保證單電池平整度的核心部件，也是保證電池堆組裝的核心部件。
雙極板的加工除按照設計加工出燃料電池所需的流場之外，還必須滿足燃料電池組裝的要求。根據燃料電池性能和組裝的要求，雙極板流場脊平面必須保證極高的平整度，確保雙極板脊平面與擴散層之間接觸各點壓力均勻分布。實際上由于加工，必然存在加工偏差，特別對于模壓或者其他變形加工的雙極板，由于材料變形的差異以及材料本身的不均勻性，將使得加工偏差不可避免，這種偏差超過一定范圍將極大地影響燃料電池性能發揮，特別是對流體運動的影響，同時也必然影響到燃料電池組裝，即局部壓力不均勻容易造成燃料電池其他部件的損壞或者失效，甚至電池堆節數受限，造成不能組裝出設計功率電池堆。因此，雙極板脊平面的平整度需要較高的精度，必須加以監控。測量表面平整度的方法很多，包括許多裝置，如根據光的折射原理制成的平整度測試儀，根據機械平面度的測試方法制成的各種平整度測試儀等，這些裝置主要測試較大平面，由于雙極板表面是溝槽10結構如圖1所示，而且溝槽10寬度都很窄，這樣極板產生的平面就為脊平面，所以對于雙極板的表面測量采用光學、機械的方法檢測方法復雜，而且不精確。
接觸電阻是兩個導體相互接觸通電產生的電阻。當導體為薄板時，薄板平面接觸通電產生的電阻可以用下述經驗表達式表示
Rj＝Kc/Fm式中F--接觸壓力m--與接觸形式有關的系數，對點、線、面接觸分別取0.5、0.7、1；Kc--與接觸材料，表面情況，接觸方式等有關的系數，通常由實驗得出從表達式中可以看出，接觸電阻與接觸壓力有關，而接觸壓力又與薄板表面平整度有關，因此可以采用測試接觸電阻的方法測試雙極板脊平面表面平整度。
采用接觸電阻的方法檢測就避免了因結構復雜帶來的系統和實驗誤差。接觸電阻是平面接觸的導體之間通電時的電阻，產生接觸電阻的原因有兩個方面①由于接觸面的凹凸不平，使導體的實際接觸面積減小，因而流過接觸面的電流要發生嚴重的收縮現象而產生收縮電阻；②在接觸表面生成導電不良的膜而產生膜電阻。增大觸點上的壓力可以增加接觸面上接觸點的數目，使收縮電阻減小。增大觸點壓力還能壓碎表面膜，使膜電阻得到抑制。影響接觸電阻值的主要因素有導電材料的硬度，接觸面的粗糙度，接觸面的顯微幾何形狀，接觸壓力及視在接觸面積和膜層電阻。當導體表面其他狀態一定時，即膜層電阻穩定時，接觸電阻僅與接觸壓力有關，特別是在低壓力下，經實驗證明，接觸電阻對接觸壓力非常敏感，本發明就是利用這一原理，將雙極板表面的不平整度通過壓力的不同用電阻的信號表征出來，即雙極板與標準平整度的碳紙擴散層組裝在平整度標板之間，在較小的組裝壓力下，測試雙極板各部位的接觸電阻，接觸電阻值的差異就是雙極板表面平整度的差異。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，研制一種利用接觸電阻的測試方法和裝置，使測試更為敏感、更加準確。本發明所采用的技術手段如下一種測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置，其特征在于包括測試端板、端板和測試塊，所述的測試端板上設有緊固螺栓孔、測試塊安裝孔和定位孔，所述的定位孔的位置與極板一致，緊固螺栓孔均勻分布在測試端板的周邊，測試塊安裝孔均勻分布在定位孔的區域內；所述的端板同測試端板的相對位置同樣設有緊固螺栓孔和定位孔，將極板和擴散層夾入測試端板和端板中，測試端板和端板上的定位孔同極板上的定位孔位置相對應通過定位銷進行定位，后用緊固螺栓進行固定；所述測試塊為導電材質，固定安裝在測試塊安裝孔內；同時使用的還包括恒流電源、電壓表，恒流電源通過導線連接到測試塊和極板上，然后利用電壓表通過伏安法對其進行測量；所述的測試端板和端板的材料為絕緣材質材料，測試端板和端板的平整度在0.03mm以內。
所述的測試塊可以為金屬件也可以為鍍金屬件，測試塊同極板和擴散層接觸端的表面與測試端板的表面重合且平整度一致，其中測試塊同極板接觸端面面積在3～30cm2之間；所述的測試塊的數量在3～15塊之間；所述的擴散層為標準的碳紙；所述極板4為燃料電池的陰極極板或陽極極板或雙極極板。
一種采用如上所述的測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置的方法，其特征在于包括如下步驟a、取要測試的極板，在上方放上擴散層碳紙作為測試樣；b、將步驟a形成的測試樣放在測試端板與端板之間，通過定位銷將測試端板、端板和極板進行定位，構成組合件；c、將步驟b形成的組合件放在萬能試驗機操作平臺上，按照要求施加一定的壓力；d、保持步驟c的壓力，用緊固螺栓固定夾緊；e、取下組合件，在極板的巡檢接點和觸點鑲件之間連接測試電路，用伏安法進行測試；f、巡檢接點不變，逐個測試各個觸點鑲件處的電阻。
所述步驟e和步驟f中所述的觸點鑲件為緊固在測試端板上的測試塊；所述步驟a中的擴散層碳紙是符合質子交換膜燃料電池質量標準的碳紙，大小與實際使用要求相同。
由于采用了上訴技術方案，本發明提供的一種測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置和方法，通過測試接觸電阻的方法引入測試雙極板平整度的方法，該方法及其裝置簡單、操作簡便、準確性高而且成本低廉非常適于標準燃料電池雙極板平整度的檢測。
圖1為本發明中一個極板的結構示意圖；
圖2為本發明中測試端板的結構示意圖；圖3為圖2的A-A方向剖視圖；圖4為本發明中測試塊(即觸點鑲件)的結構示意圖；圖5為本發明的結構示意圖。
圖中1、測試端板，2、端板，3、測試塊，4、極板，5、緊固螺栓，6、緊固螺栓孔，7、測試塊安裝孔，8、定位孔，9、定位銷，10、溝槽。
具體實施例方式
如圖1～圖5所示，本實用新型按照測試接觸電阻思路設計了檢測薄片狀導體表面平整度的裝置，實施方式如下以兩片平整度基準的平板為測試端板1或端板2，測試端板1的材料為絕緣材質，測試端板1和端板2的平整度應該在0.03mm以內，即板表面凹凸點和厚度相差最大不超過0.03mm。在其中的測試端板1上鑲入導電的測試塊3，測試塊3材質可以是金屬或者是貴金屬鍍件，測試塊3同極板4和擴散層接觸端的表面與測試端板3的表面重合且平整度一致，是電的引入端，即將電流引入極板4中，測試塊3、擴散層、極板4構成電測試回路。測試塊3的另一端為電的引出和測試端，即在此端接入電壓表的一端，測試塊3引入端面的形狀可以是圓、方形等形狀根據試驗需要自行設定，測試塊3引入端面面積可以是3～30cm2，最好在3～9cm2；測試塊3的數量為3～15塊，最好是3～9塊，測試塊的材質、形狀、大小一致，與極板4接觸的面積一致。極板4和擴散層夾入測試端板1和端板2中，在測試端板和端板上設計四個定位孔8，位置與極板上的定位孔一致，并在測試端板和端板組裝極板的外側位置設計加工緊固螺栓孔6用于組裝。其中測試塊3固定安裝在測試塊安裝孔7內作為觸點鑲件；同時使用的還包括恒流電源、電壓表和電流表，恒流電源為其供電，利用電壓表通過伏安法對其進行測量。采用該裝置的方法包括如下步驟a、取要測試的極板4，在上方放上符合質子交換膜燃料電池質量標準，大小與實際使用要求相同的擴散層碳紙作為測試樣；b、將步驟a形成的測試樣放在測試端板1與端板2之間，通過定位銷9將測試端板、端板和極板進行定位，構成組合件；
c、將步驟b形成的組合件放在萬能試驗機操作平臺上，按照要求施加一定的壓力；d、保持步驟c的壓力，用緊固螺栓5固定夾緊；e、取下組合件，在極板1的巡檢接點和觸點鑲件(即緊固在測試端板1上的測試塊3)之間連接測試電路，用伏安法進行測試；f、巡檢接點不變，逐個測試各個觸點鑲件處的電壓通過歐姆定律得出電阻；如上步驟中的極板4為燃料電池的陰極極板或陽極極板或雙極極板，同時也可以離線檢測雙極板接觸電阻。同一塊極板上各點電阻不同即反映了雙極板平整度差異。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置，其特征在于包括測試端板(1)、端板(2)和測試塊(3)，所述的測試端板(1)上設有緊固螺栓孔(6)、測試塊安裝孔(7)和定位孔(8)，所述的定位孔(8)的位置與極板(4)一致，緊固螺栓孔(6)均勻分布在測試端板(1)的周邊，測試塊安裝孔(7)均勻分布在定位孔(8)的區域內；所述的端板(2)同測試端板(1)的相對位置同樣設有緊固螺栓孔(6)和定位孔(8)，將極板(4)和擴散層夾入測試端板(1)和端板(2)中，測試端板(1)和端板(2)上的定位孔同極板(4)上的定位孔位置相對應通過定位銷(9)進行定位，后用緊固螺栓(5)進行固定；所述測試塊(3)為導電材質，固定安裝在測試塊安裝孔(7)內；同時使用的還包括恒流電源、電壓表，恒流電源通過導線連接到測試塊(3)和極板(4)上，然后利用電壓表通過伏安法對其進行測量。
2.根據權力要求1所述的測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置，其特征在于所述的測試端板(1)和端板(2)的材料為絕緣材質材料，測試端板(1)和端板(2)的平整度在0.03mm以內。
3.根據權力要求1所述的測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置，其特征在于所述的測試塊(3)可以為金屬件也可以為鍍金屬件，測試塊(3)同極板(4)和擴散層接觸端的表面與測試端板(3)的表面重合且平整度一致，其中測試塊(3)同極板(4)接觸端面面積在3～30cm2之間。
4.根據權力要求1或3所述的測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置，其特征在于所述的測試塊(3)的數量在3～15塊之間。
5.根據權力要求1所述的測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置，其特征在于所述的擴散層為標準的碳紙。
6.根據權力要求1或3所述的測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置，其特征在于所述極板(4)為燃料電池的陰極極板或陽極極板或雙極極板。
7.一種采用權利要求1所述的測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置的方法，其特征在于包括如下步驟a、取要測試的極板(4)，在上方放上擴散層碳紙作為測試樣；b、將步驟a形成的測試樣放在測試端板(1)與端板(2)之間，通過定位銷(9)將測試端板、端板和極板進行定位，構成組合件；c、將步驟b形成的組合件放在萬能試驗機操作平臺上，按照要求施加一定的壓力；d、保持步驟c的壓力，用緊固螺栓(5)固定夾緊；e、取下組合件，在極板(1)的巡檢接點和觸點鑲件之間連接測試電路，用伏安法進行測試；f、巡檢接點不變，逐個測試各個觸點鑲件處的電阻。
8.根據權力要求7所述的采用權利要求1所述的測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置的方法，其特征在于所述步驟e和步驟f中所述的觸點鑲件為緊固在測試端板(1)上的測試塊(3)。
9.根據權力要求7所述的采用權利要求1所述的測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置的方法，其特征在于所述步驟a中的擴散層碳紙是符合質子交換膜燃料電池質量標準的碳紙，大小與實際使用要求相同。
全文摘要
本發明公開了一種測試燃料電池雙極板表面平整度的裝置和方法，其特征在于該裝置包括測試端板、端板和測試塊，測試端板上設有緊固螺栓孔、測試塊安裝孔和定位孔，端板同測試端板的相對位置同樣設有緊固螺栓孔和定位孔，將極板和擴散層夾入測試端板和端板中，測試端板和端板上的定位孔同極板上的定位孔位置相對應通過定位銷進行定位，后用緊固螺栓進行固定；測試塊固定安裝在測試塊安裝孔內；同時使用的還包括恒流電源、電壓表利用伏安法按照一定的工藝流程來對極板的接觸電阻進行測試，后得出極板的平整度。該裝置和方法具有準確性高、操作方便和機構簡單等特點，適于在極板平整度的測試應用中廣泛推廣。
文檔編號G01R31/36GK101046369SQ20071001114
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月27日 優先權日2007年4月27日
發明者傅云峰, 徐乃濤, 侯中軍, 明平文, 陽貽華, 徐洪峰 申請人:新源動力股份有限公司
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