專(zhuān)利名稱(chēng)：一種測(cè)試燃料電池雙極板表面平整度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量極板平整度的裝置及方法，尤其涉及一種測(cè)試燃料電池雙極板表面平整度的裝置和方法。
背景技術(shù)：
燃料電池堆是多層串聯(lián)的單電池組裝起來(lái)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(kuò)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(diǎn)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(nèi)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(shè)計(jì)加工出燃料電池所需的流場(chǎng)之外，還必須滿足燃料電池組裝的要求。根據(jù)燃料電池性能和組裝的要求，雙極板流場(chǎng)脊平面必須保證極高的平整度，確保雙極板脊平面與擴(kuò)散層之間接觸各點(diǎn)壓力均勻分布。實(shí)際上由于加工，必然存在加工偏差，特別對(duì)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(guò)一定范圍將極大地影響燃料電池性能發(fā)揮，特別是對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響，同時(shí)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(jié)數(shù)受限，造成不能組裝出設(shè)計(jì)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(jiān)控。測(cè)量表面平整度的方法很多，包括許多裝置，如根據(jù)光的折射原理制成的平整度測(cè)試儀，根據(jù)機(jī)械平面度的測(cè)試方法制成的各種平整度測(cè)試儀等，這些裝置主要測(cè)試較大平面，由于雙極板表面是溝槽10結(jié)構(gòu)如圖1所示，而且溝槽10寬度都很窄，這樣極板產(chǎn)生的平面就為脊平面，所以對(duì)于雙極板的表面測(cè)量采用光學(xué)、機(jī)械的方法檢測(cè)方法復(fù)雜，而且不精確。
接觸電阻是兩個(gè)導(dǎo)體相互接觸通電產(chǎn)生的電阻。當(dāng)導(dǎo)體為薄板時(shí)，薄板平面接觸通電產(chǎn)生的電阻可以用下述經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式表示
Rj＝Kc/Fm式中F--接觸壓力m--與接觸形式有關(guān)的系數(shù)，對(duì)點(diǎn)、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(guān)的系數(shù)，通常由實(shí)驗(yàn)得出從表達(dá)式中可以看出，接觸電阻與接觸壓力有關(guān)，而接觸壓力又與薄板表面平整度有關(guān)，因此可以采用測(cè)試接觸電阻的方法測(cè)試雙極板脊平面表面平整度。
采用接觸電阻的方法檢測(cè)就避免了因結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶來(lái)的系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)誤差。接觸電阻是平面接觸的導(dǎo)體之間通電時(shí)的電阻，產(chǎn)生接觸電阻的原因有兩個(gè)方面①由于接觸面的凹凸不平，使導(dǎo)體的實(shí)際接觸面積減小，因而流過(guò)接觸面的電流要發(fā)生嚴(yán)重的收縮現(xiàn)象而產(chǎn)生收縮電阻；②在接觸表面生成導(dǎo)電不良的膜而產(chǎn)生膜電阻。增大觸點(diǎn)上的壓力可以增加接觸面上接觸點(diǎn)的數(shù)目，使收縮電阻減小。增大觸點(diǎn)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(dǎo)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(dāng)導(dǎo)體表面其他狀態(tài)一定時(shí)，即膜層電阻穩(wěn)定時(shí)，接觸電阻僅與接觸壓力有關(guān)，特別是在低壓力下，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，接觸電阻對(duì)接觸壓力非常敏感，本發(fā)明就是利用這一原理，將雙極板表面的不平整度通過(guò)壓力的不同用電阻的信號(hào)表征出來(lái)，即雙極板與標(biāo)準(zhǔn)平整度的碳紙擴(kuò)散層組裝在平整度標(biāo)板之間，在較小的組裝壓力下，測(cè)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，研制一種利用接觸電阻的測(cè)試方法和裝置，使測(cè)試更為敏感、更加準(zhǔn)確。本發(fā)明所采用的技術(shù)手段如下一種測(cè)試燃料電池雙極板表面平整度的裝置，其特征在于包括測(cè)試端板、端板和測(cè)試塊，所述的測(cè)試端板上設(shè)有緊固螺栓孔、測(cè)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(cè)試端板的周邊，測(cè)試塊安裝孔均勻分布在定位孔的區(qū)域內(nèi)；所述的端板同測(cè)試端板的相對(duì)位置同樣設(shè)有緊固螺栓孔和定位孔，將極板和擴(kuò)散層夾入測(cè)試端板和端板中，測(cè)試端板和端板上的定位孔同極板上的定位孔位置相對(duì)應(yīng)通過(guò)定位銷(xiāo)進(jìn)行定位，后用緊固螺栓進(jìn)行固定；所述測(cè)試塊為導(dǎo)電材質(zhì)，固定安裝在測(cè)試塊安裝孔內(nèi)；同時(shí)使用的還包括恒流電源、電壓表，恒流電源通過(guò)導(dǎo)線連接到測(cè)試塊和極板上，然后利用電壓表通過(guò)伏安法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量；所述的測(cè)試端板和端板的材料為絕緣材質(zhì)材料，測(cè)試端板和端板的平整度在0.03mm以內(nèi)。
所述的測(cè)試塊可以為金屬件也可以為鍍金屬件，測(cè)試塊同極板和擴(kuò)散層接觸端的表面與測(cè)試端板的表面重合且平整度一致，其中測(cè)試塊同極板接觸端面面積在3～30cm2之間；所述的測(cè)試塊的數(shù)量在3～15塊之間；所述的擴(kuò)散層為標(biāo)準(zhǔn)的碳紙；所述極板4為燃料電池的陰極極板或陽(yáng)極極板或雙極極板。
一種采用如上所述的測(cè)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(cè)試的極板，在上方放上擴(kuò)散層碳紙作為測(cè)試樣；b、將步驟a形成的測(cè)試樣放在測(cè)試端板與端板之間，通過(guò)定位銷(xiāo)將測(cè)試端板、端板和極板進(jìn)行定位，構(gòu)成組合件；c、將步驟b形成的組合件放在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)操作平臺(tái)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(diǎn)和觸點(diǎn)鑲件之間連接測(cè)試電路，用伏安法進(jìn)行測(cè)試；f、巡檢接點(diǎn)不變，逐個(gè)測(cè)試各個(gè)觸點(diǎn)鑲件處的電阻。
所述步驟e和步驟f中所述的觸點(diǎn)鑲件為緊固在測(cè)試端板上的測(cè)試塊；所述步驟a中的擴(kuò)散層碳紙是符合質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的碳紙，大小與實(shí)際使用要求相同。
由于采用了上訴技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種測(cè)試燃料電池雙極板表面平整度的裝置和方法，通過(guò)測(cè)試接觸電阻的方法引入測(cè)試雙極板平整度的方法，該方法及其裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確性高而且成本低廉非常適于標(biāo)準(zhǔn)燃料電池雙極板平整度的檢測(cè)。


圖1為本發(fā)明中一個(gè)極板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中測(cè)試端板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的A-A方向剖視圖；圖4為本發(fā)明中測(cè)試塊(即觸點(diǎn)鑲件)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、測(cè)試端板，2、端板，3、測(cè)試塊，4、極板，5、緊固螺栓，6、緊固螺栓孔，7、測(cè)試塊安裝孔，8、定位孔，9、定位銷(xiāo)，10、溝槽。
具體實(shí)施例方式
如圖1～圖5所示，本實(shí)用新型按照測(cè)試接觸電阻思路設(shè)計(jì)了檢測(cè)薄片狀導(dǎo)體表面平整度的裝置，實(shí)施方式如下以兩片平整度基準(zhǔn)的平板為測(cè)試端板1或端板2，測(cè)試端板1的材料為絕緣材質(zhì)，測(cè)試端板1和端板2的平整度應(yīng)該在0.03mm以內(nèi)，即板表面凹凸點(diǎn)和厚度相差最大不超過(guò)0.03mm。在其中的測(cè)試端板1上鑲?cè)雽?dǎo)電的測(cè)試塊3，測(cè)試塊3材質(zhì)可以是金屬或者是貴金屬鍍件，測(cè)試塊3同極板4和擴(kuò)散層接觸端的表面與測(cè)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(cè)試塊3、擴(kuò)散層、極板4構(gòu)成電測(cè)試回路。測(cè)試塊3的另一端為電的引出和測(cè)試端，即在此端接入電壓表的一端，測(cè)試塊3引入端面的形狀可以是圓、方形等形狀根據(jù)試驗(yàn)需要自行設(shè)定，測(cè)試塊3引入端面面積可以是3～30cm2，最好在3～9cm2；測(cè)試塊3的數(shù)量為3～15塊，最好是3～9塊，測(cè)試塊的材質(zhì)、形狀、大小一致，與極板4接觸的面積一致。極板4和擴(kuò)散層夾入測(cè)試端板1和端板2中，在測(cè)試端板和端板上設(shè)計(jì)四個(gè)定位孔8，位置與極板上的定位孔一致，并在測(cè)試端板和端板組裝極板的外側(cè)位置設(shè)計(jì)加工緊固螺栓孔6用于組裝。其中測(cè)試塊3固定安裝在測(cè)試塊安裝孔7內(nèi)作為觸點(diǎn)鑲件；同時(shí)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(guò)伏安法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。采用該裝置的方法包括如下步驟a、取要測(cè)試的極板4，在上方放上符合質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，大小與實(shí)際使用要求相同的擴(kuò)散層碳紙作為測(cè)試樣；b、將步驟a形成的測(cè)試樣放在測(cè)試端板1與端板2之間，通過(guò)定位銷(xiāo)9將測(cè)試端板、端板和極板進(jìn)行定位，構(gòu)成組合件；
c、將步驟b形成的組合件放在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)操作平臺(tái)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(diǎn)和觸點(diǎn)鑲件(即緊固在測(cè)試端板1上的測(cè)試塊3)之間連接測(cè)試電路，用伏安法進(jìn)行測(cè)試；f、巡檢接點(diǎn)不變，逐個(gè)測(cè)試各個(gè)觸點(diǎn)鑲件處的電壓通過(guò)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(yáng)極極板或雙極極板，同時(shí)也可以離線檢測(cè)雙極板接觸電阻。同一塊極板上各點(diǎn)電阻不同即反映了雙極板平整度差異。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試燃料電池雙極板表面平整度的裝置，其特征在于包括測(cè)試端板(1)、端板(2)和測(cè)試塊(3)，所述的測(cè)試端板(1)上設(shè)有緊固螺栓孔(6)、測(cè)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(cè)試端板(1)的周邊，測(cè)試塊安裝孔(7)均勻分布在定位孔(8)的區(qū)域內(nèi)；所述的端板(2)同測(cè)試端板(1)的相對(duì)位置同樣設(shè)有緊固螺栓孔(6)和定位孔(8)，將極板(4)和擴(kuò)散層夾入測(cè)試端板(1)和端板(2)中，測(cè)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(duì)應(yīng)通過(guò)定位銷(xiāo)(9)進(jìn)行定位，后用緊固螺栓(5)進(jìn)行固定；所述測(cè)試塊(3)為導(dǎo)電材質(zhì)，固定安裝在測(cè)試塊安裝孔(7)內(nèi)；同時(shí)使用的還包括恒流電源、電壓表，恒流電源通過(guò)導(dǎo)線連接到測(cè)試塊(3)和極板(4)上，然后利用電壓表通過(guò)伏安法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的測(cè)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(cè)試端板(1)和端板(2)的材料為絕緣材質(zhì)材料，測(cè)試端板(1)和端板(2)的平整度在0.03mm以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的測(cè)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(cè)試塊(3)可以為金屬件也可以為鍍金屬件，測(cè)試塊(3)同極板(4)和擴(kuò)散層接觸端的表面與測(cè)試端板(3)的表面重合且平整度一致，其中測(cè)試塊(3)同極板(4)接觸端面面積在3～30cm2之間。
4.根據(jù)權(quán)力要求1或3所述的測(cè)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(cè)試塊(3)的數(shù)量在3～15塊之間。
5.根據(jù)權(quán)力要求1所述的測(cè)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(kuò)散層為標(biāo)準(zhǔn)的碳紙。
6.根據(jù)權(quán)力要求1或3所述的測(cè)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(yáng)極極板或雙極極板。
7.一種采用權(quán)利要求1所述的測(cè)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(cè)試的極板(4)，在上方放上擴(kuò)散層碳紙作為測(cè)試樣；b、將步驟a形成的測(cè)試樣放在測(cè)試端板(1)與端板(2)之間，通過(guò)定位銷(xiāo)(9)將測(cè)試端板、端板和極板進(jìn)行定位，構(gòu)成組合件；c、將步驟b形成的組合件放在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)操作平臺(tái)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(diǎn)和觸點(diǎn)鑲件之間連接測(cè)試電路，用伏安法進(jìn)行測(cè)試；f、巡檢接點(diǎn)不變，逐個(gè)測(cè)試各個(gè)觸點(diǎn)鑲件處的電阻。
8.根據(jù)權(quán)力要求7所述的采用權(quán)利要求1所述的測(cè)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(diǎn)鑲件為緊固在測(cè)試端板(1)上的測(cè)試塊(3)。
9.根據(jù)權(quán)力要求7所述的采用權(quán)利要求1所述的測(cè)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(kuò)散層碳紙是符合質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的碳紙，大小與實(shí)際使用要求相同。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)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(cè)試端板、端板和測(cè)試塊，測(cè)試端板上設(shè)有緊固螺栓孔、測(cè)試塊安裝孔和定位孔，端板同測(cè)試端板的相對(duì)位置同樣設(shè)有緊固螺栓孔和定位孔，將極板和擴(kuò)散層夾入測(cè)試端板和端板中，測(cè)試端板和端板上的定位孔同極板上的定位孔位置相對(duì)應(yīng)通過(guò)定位銷(xiāo)進(jìn)行定位，后用緊固螺栓進(jìn)行固定；測(cè)試塊固定安裝在測(cè)試塊安裝孔內(nèi)；同時(shí)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(lái)對(duì)極板的接觸電阻進(jìn)行測(cè)試，后得出極板的平整度。該裝置和方法具有準(zhǔn)確性高、操作方便和機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適于在極板平整度的測(cè)試應(yīng)用中廣泛推廣。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101046369SQ20071001114
公開(kāi)日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者傅云峰, 徐乃濤, 侯中軍, 明平文, 陽(yáng)貽華, 徐洪峰 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司