一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统及方法，该系统包括：测试控制柜，包括测试台面和控制器；测试部件，包括向测试样品施加压力的电极、于测量电极与测试样品压力的压力传感器、测量电极与测试样品间电阻的数字万用表，电极固定在测试台面上并通过执行机构驱动其沿垂直方向运动，压力传感器设置在电极上，数字万用表正负极分别对应连接电极和测试样品；执行机构，连接电极，驱动电极沿垂直方向运动；可调节支架，固定所述执行机构，并调节电极和执行机构在测试台面上的初始位置，可调节支架固定在测试台面上。与现有技术相比，本发明专利技术可以简便、可靠、高效、精准、高可重现性地测得燃料电池双极板的接触电阻。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统及方法
本专利技术属于燃料电池
，尤其是涉及一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统及方法。
技术介绍
燃料电池是把化学能直接连续转化为电能的高效、环保的发电系统,是继水电、火电和核电之后第四种发电装置。其中,质子交换膜燃料电池有着寿命长、比功率和比能量高、室温下启动速度快等优点,可作为移动式电源和固定式电源使用,且在军事、交通、通讯等领域有着广阔的应用前景,被认为是适应未来能源与环境要求的理想动力源之一。双极板是质子交换膜燃料电池核心部件之一,占据了电池组很大一部分的质量和成本,且承担着均匀分配反应气体、传导电流、串联各单电池等功能。为了满足这些功能需要,理想的双极板应具有高的热/电导率、耐蚀性、低密度、良好的力学性能以及低成本、易加工等特点。但目前生产的双极板存在耐蚀性和导电性匹配性差、生产成本高和寿命短等问题。实现双极板材料的导电性和耐蚀性的合理匹配,即在保证导电性合理的前提下,实现高的耐蚀性,保障整个体系的服役寿命,是燃料电池商业化的关键环节之一。对双极板导电性测试的需求越来越多，高效准确地用一种系统测试得到双极板接触电阻参数非常重要。而且，针对不同的电堆设计，即使采用完全一样的材料和部件来组装电堆，其组装力也不可能是完全一样的；因此，双极板与气体扩散层之间的接触电阻随组装压强的变化曲线对于电堆设计非常重要，并对电堆的发电性能与寿命影响巨大。目前关于燃料电池接触电阻测试的专利，如专利文献CN101236221A为测试电器连接件间的接触电阻的电工学的方法；其测试的是两个金属件之间的接触电阻，没有考虑碳纸存在情况下接触电阻的测试与数据处理方法；而且该方法只能手动地得到单个压强影响下的接触电阻数据，无法针对多个压强点进行连续的测试，不符合实际研究和表征燃料电池双极板接触电阻的要求。专利文献CN109557375A是面向工厂生产筛选双极板产品所需，该专利可实现单一压力下自动加压测试，根据测试结果自动甄别产品质量，并进行筛选放置，但没有考虑碳纸存在情况下接触电阻的测试与数据处理方法，测试结果将偏离实际情况较远，无法针对多个压强点进行连续的测试，不能很好地满足研发中对试制样品的测试需求。专利文献CN207502614U以电解、冶金等高能耗行业中的断路器和隔离开关为背景，以解决触头接触电阻测试问题，但并非面向燃料电池领域的双极板接触电阻测试，且需手动改变压力、操作繁琐。专利文献CN105572474A，以精确测量大面积整片双极板的接触电阻为目的，无法满足研发中测量小面积试制样品接触电阻的需求，且此设备需配合外部压力机使用，较为繁琐，不能实现自动测量和记录。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统，该系统包括：测试控制柜：包括用于承载测试样品的测试台面和控制系统工作的控制器；测试部件：包括向测试样品施加压力的电极、用于测量电极与测试样品压力的压力传感器、以及用于测量电极与测试样品间电阻的数字万用表，所述的电极固定在测试台面上并通过执行机构驱动其沿垂直方向运动，所述的压力传感器设置在电极上，所述的数字万用表正负极分别对应连接电极和测试样品；执行机构：执行端连接电极，驱动电极沿垂直方向运动，所述的压力传感器串联于执行机构执行端与电极之间；可调节支架：用于固定所述执行机构，并调节电极和执行机构在测试台面上的初始位置，所述的可调节支架固定在测试台面上；所述的压力传感器、数字万用表和执行机构均连接至所述的控制器。所述的测试台面包括绝缘台面本体和绝缘垫板，所述的绝缘垫板设置在绝缘台面本体上，所述的绝缘垫板用于放置所述的测试样品。所述的电极和执行机构之间串联有用于缓冲的柔性绝缘体。所述的电极包括电极本体、连接夹具和可调夹具，所述的连接夹具通过夹具紧固螺钉固定在执行机构执行端，所述的电极本体通过可调夹具可拆卸式固定在所述的连接夹具上。所述的执行机构包括电机和电动缸，所述的电机连接所述的电动缸，所述的电动缸输出轴连接所述的电极，所述的电动缸固定在可调节支架上。所述的可调支架包括Z轴支撑杆和X轴支撑杆，所述的Z轴支撑杆通过Z轴固定器垂直固定在测试台面上，所述的X轴支撑杆平行于测试台面设置，其中部通过第一可调连接器与Z轴支撑杆连接，所述的Z轴支撑杆可做水平和垂直方向的移动，所述的X轴支撑杆的一端部通过第二可调连接器固定所述的执行机构。所述的测试控制柜上设有用于手动和自动模式切换的切换按钮以及手动控制执行机构运行的控制按钮，所述的切换按钮和控制按钮均连接至控制器。所述的控制器包括PLC控制器。一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试方法，该方法基于上述自动测试系统，该方法包括如下步骤：(1)将待测的燃料电池双极板放置于测试台面上，并将拟测试的位置对准电极在绝缘平台上的投影点；(2)数字万用表的正负极导线通过鳄鱼夹对应连接在电极和燃料电池双极板上；(3)将裁剪好的碳纸搁置于燃料电池双极板的测试点上，碳纸面积大于电极在绝缘平台上的投影面积；(4)启动控制器，控制器控制执行机构驱动电极下移，在每一个设置的压强点采集接触电阻值并保存；(5)完成所有压力点的数据采集后拟合得到第一压强-接触电阻曲线fep-cp/cp-bp(x)，其中，x为压强序列，fep-cp/cp-bp(x)为第一接触电阻值；(6)调取预先拟合的碳纸压强-接触电阻曲线fep-cp(x)，fep-cp(x)为碳纸与电极的接触电阻值；(7)求取燃料电池双极板接触电阻曲线：fcp-bp(x)＝fep-cp/cp-bp(x)-fep-cp(x)，其中，fcp-bp(x)为燃料电池双极板与碳纸的接触电阻。步骤(4)对于单个压力点，在该压力点下多次采集接触电阻，去除最大最小值后取平均得到该压力点下的接触电阻值并保存。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术测试过程为全自动进行，有效减少测试过程中的人为误差，可重复性好；(2)测量精度高：本专利技术利用高精度的压力传感器，并对测试压力进行闭环控制，压力进度非常高；同时利用数字万用表的高频采集数据的优势，实现每个压强点下的多个数据点采集，有效减少随机误差；(3)多压强点连续测量：设置好测试序列后，系统自动依照序列依次测试，保证每个测试点不重复不遗漏，且输出多压强点的测试结果，便于使用者比较分析不同压强点下的接触电阻大小；(4)本专利技术在获取第一压强-接触电阻曲线后利用与电极一致的材料进行重复测试，从而消减电极和碳纸之间的接触电阻，使得最终的测试结果准确度高。附图说明图1是本专利技术测试系统装置轴视图；图2是本专利技术测试系统装置右视图；图3是本专利技术测试系统装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统，其特征在于，该系统包括：/n测试控制柜(4)：包括用于承载测试样品(21)的测试台面和控制系统工作的控制器；/n测试部件(2)：包括向测试样品(21)施加压力的电极(20)、用于测量电极(20)与测试样品(21)压力的压力传感器(18)、以及用于测量电极(20)与测试样品(21)间电阻的数字万用表(5)，所述的电极(20)固定在测试台面上并通过执行机构(1)驱动其沿垂直方向运动，所述的压力传感器(18)设置在电极(20)上，所述的数字万用表(5)正负极分别对应连接电极(20)和测试样品(21)；/n执行机构(1)：执行端连接电极(20)，驱动电极(20)沿垂直方向运动，所述的压力传感器(18)串联于执行机构(1)执行端与电极(20)之间；/n可调节支架(3)：用于固定所述执行机构(1)，并调节电极(20)和执行机构(1)在测试台面上的初始位置，所述的可调节支架(3)固定在测试台面上；/n所述的压力传感器(18)、数字万用表(5)和执行机构(1)均连接至所述的控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统，其特征在于，该系统包括：
测试控制柜(4)：包括用于承载测试样品(21)的测试台面和控制系统工作的控制器；
测试部件(2)：包括向测试样品(21)施加压力的电极(20)、用于测量电极(20)与测试样品(21)压力的压力传感器(18)、以及用于测量电极(20)与测试样品(21)间电阻的数字万用表(5)，所述的电极(20)固定在测试台面上并通过执行机构(1)驱动其沿垂直方向运动，所述的压力传感器(18)设置在电极(20)上，所述的数字万用表(5)正负极分别对应连接电极(20)和测试样品(21)；
执行机构(1)：执行端连接电极(20)，驱动电极(20)沿垂直方向运动，所述的压力传感器(18)串联于执行机构(1)执行端与电极(20)之间；
可调节支架(3)：用于固定所述执行机构(1)，并调节电极(20)和执行机构(1)在测试台面上的初始位置，所述的可调节支架(3)固定在测试台面上；
所述的压力传感器(18)、数字万用表(5)和执行机构(1)均连接至所述的控制器。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统，其特征在于，所述的测试台面包括绝缘台面(23)本体和绝缘垫板(22)，所述的绝缘垫板(22)设置在绝缘台面(23)本体上，所述的绝缘垫板(22)用于放置所述的测试样品(21)。


3.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统，其特征在于，所述的电极(20)和执行机构(1)之间串联有用于缓冲的柔性绝缘体(19)。


4.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统，其特征在于，所述的电极(20)包括电极本体(32)、连接夹具(29)和可调夹具(31)，所述的连接夹具(29)通过夹具紧固螺钉(30)固定在执行机构(1)执行端，所述的电极本体(32)通过可调夹具(31)可拆卸式固定在所述的连接夹具(29)上。


5.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板接触电阻曲线的自动测试系统，其特征在于，所述的执行机构(1)包括电机(16)和电动缸(17)，所述的电机(16)连接所述的电动缸(17)，所述的电动缸(17)输出轴连接所述的电极(20)，所述的电动缸(17)固定在可调节支架(3)上。

【专利技术属性】
技术研发人员：张存满，张若凡，杨代军，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31