本发明专利技术一种压力与位移测控装置涉及一种测控装置，特别是用于质子交换膜燃料电池封装的压力与位移测控装置，尤其适于在监测电池性能参数的情况下，调节封装压力和位移，进行原位封装的装置。该装置包括方形移动支撑平台、矩形机架、动力施加部件、动力传递部件、导向部件、压力测量部件和压缩量测量部件。动力施加部件可采用手动加载或电动加载两种方式，采用手动加载方式时，包括加力手柄、手柄连接块、丝杠、丝杠螺母和压力调整部件，当采用电动加载方式，包括电动机、联轴器、丝杠、丝杠螺母和压力调整部件。本发明专利技术操作简单、测量可靠、实用性强，提高了封装和测试的精度及效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种压力与位移测控装置，特别是用于质子交换膜燃料电 池封装的压力与位移测控装置，尤其是适于在监测电池性能参数的情况下， 调节封装压力和位移，进行原位封装的装置。
技术介绍
燃料电池是一种新型的清洁能源，具有能量密度高、环境有好、操作 简便和安全可靠等优点。其中，质子交换膜燃料电池是近年来重点发展的 燃料电池类型，它以氢气或甲醇水溶液为燃料，以纯氧或空气为氧化剂， 产物为无污染的水及二氧化碳。相对于传统电池，它可以提供更高的电流 密度，燃料更容易更换、储存和获得，因此被认为是便携式电子装置如随 身听、手机、电脑等的理想能源，获得了越来越广泛的重视。质子交换膜燃料电池的关键部件包括流场板(flow field plate, FFP)、气体扩散层(gas diffusion layer, GDL)和膜电极(membrane electrode assembly, MEA)，其他部件还包括集流网、匹配框、电池端板 等。其中，流场板的表面加工有不同形式的沟道，分散反应物的同时收集 电流；膜电极是燃料电池的核心部件，两侧是电化学反应的催化剂，中间 是传导质子的全氟磺酸膜；气体扩散层位于流场板与膜电极之间，是反应 物和生成物的扩散通道，是热量和电流的传导介质，同时MEA还起到机械 支撑作用。燃料电池封装是将上述部件组装并包封为一体的过程，其中封 装压力和压缩量是至关重要的封装参数，因为气体扩散层传质特性和导电 特性，气体扩散层与流场板以及气体扩散层与膜电极之间的接触特性，都 强烈地依赖于施加于其上的封装压力。研究结果表明，增大封装压力可以 降低接触电阻以及GDL的本体电阻，但同时会降低GDL的气液传质特性， 过大的封装压力还可能引起GDL结构的破环；对不同流场板结构、不同电 池材料的直接甲醇燃料电池存在不同的最佳压力值，在此压力下，电池的 性能达到最优。文献Woo-kum Lee， Chien-Hsien Ho, J. W. Van Zee， et al. The effects of compression and gas diffusion layers on the performance of a PEM fuel cell. Journal of Power Sources, 1999(84): 45 - 51.通过螺栓 扭矩表示封装压力，研究了封装压力与燃料电池输出性能之间的关系，其 主要缺点是压力测量数据精度低，且各个螺栓的扭矩很难同时施加，易造 成燃料电池各处压力不均匀，其封装状态难于保证一致。文献V. Mishra， F. Yang, R. Pitchumani. Measurement and Prediction of ElectricalContact Resistance Between Gas Diffusion Layers and Bipolar Plate for Applications to PEM Fuel Cells. Journal of Fuel Cell Science and Technology, 2004(1): 2-9.利用万能试验机研究了 GDL的压縮弹性模 量和燃料电池组件间的接触电阻，万能试验机精度较高，但是不便于和燃 料电池封装夹具连接，难于实现燃料电池的在线原位测试。文献Iwao Nitta， Tero Hottinen， Olli Himanen， et al. Inhomogeneous compression of PEMFC gas diffusion layer Part I. Experimental . Journal of Power Sources, 2007(171): 26-36.采用一系列不同厚度的刚性垫圈来限制GDL 的压縮量，结合自行设计的夹具，研究了封装压力对GDL机械变形、电阻、 透气特性的影响，采用刚性垫圈限制GDL压缩量，可以较好地控制封装压 縮量，但是得不到封装压力信息，并且刚性垫圈的厚度不能连续变化，高 精度的垫圈加工困难。以上文献集中于封装压力及压縮量对燃料电池特性 或其部件特性的影响研究，虽然取得了一定成果，但是由于存在上述缺点 和困难，影响了测试的精度和效率；更为关键的是以上研究所采用的装置 均不能实现燃料电池的原位封装，即在监测电池性能参数的情况下，调节 封装压力和位移，对燃料电池进行可靠封装。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服以上缺陷提供一种压力与位移测控装 置，满足质子交换膜燃料电池原位封装中对压力和位移的测量与控制要求， 尤其适于在监测电池性能参数的情况下，调节封装压力和位移，进行原位 封装，具有测量可靠、操作简单、实用性强的特点。该装置还可用于与封 装压力和位移相关的电池特性或其组件特性的测试。本专利技术采取的技术方案是 一种压力与位移测控装置，其特征在于，包括方形移动支撑平台38、矩形机架、动力施加部件、动力传递部件、导 向部件、压力测量部件和压缩量测量部件，其中方形移动支撑平台38底部 安装有四个万向脚轮39;矩形机架固定于方形移动支撑平台38之上，包括 底板3、顶板13、侧板28和顶承压模板26，其中侧板28有两块，用机架 连接螺钉14固定在底板3之上，顶板13用机架连接螺钉14固定在两块侧 板28之上，顶承压模板26用模板固定螺钉22固定在顶板13之上；动力 施加部件可采用手动加载或电动加载两种方式，采用手动加载方式时，包 括加力手柄la、手柄连接块37a、丝杠2、丝杠螺母5和压力调整部件，其 中丝杠螺母5用螺母固定螺钉6固定在底板3的螺母安装孔内，三根加力 手柄la的螺纹端旋入手柄连接块37a内并且沿圆周均匀分布，手柄连接块 37a旋紧在丝杠2的下端，丝杠2的另一端穿过丝杠螺母5并插入压力调整 部件内，压力调整部件由用调整块连接螺钉36连接在一起的上调整块33、中调整块34和两块下调整块35组成；动力传递部件包括下承压模板7、可调整弹性元件32、中承压模板8、上承压模板ll、上夹具连接板25和下夹 具连接板27，其中上夹具连接板25和下夹具连接板27分别用夹具连接板 螺钉24固定在顶承压模板26和上承压模板11之上，用于提高位移控制精 度的可调整弹性元件32放置在下承压模板7之上；导向部件包括导柱12、 导向导套10、下紧固导套4、上紧固导套18和导柱固定块16，其中导柱 12有四根，均布在装置四角，上端插入嵌入在顶板13内的上紧固导套18 内，下端插入嵌入在底板3内的下紧固导套4内，顶端用导柱固定螺钉17 与导柱固定块16连接，导柱固定块16用沿圆周分布的四根导柱固定块螺 钉15固定在顶板13之上，与导柱12配合的导向导套10共十二个，分别 用导套固定螺钉9固定于下承压模板7、中承压模板8和上承压模板11的 相应的导套安装孔内；压力测量部件布置于中承压模板8之上，包括称重 传感器29和四个夹持块31，其中四个夹持块31呈十字状布置并分别用两 根夹持块限位螺钉30固定在中承压模板8之上；压缩量测量部件包括位移 传感器19、位移测量杆23和位移传感器固定块21，其中位移传感器固定 块21安装在顶板13的方形豁口 a或方形槽b内并用两根固本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压力与位移测控装置，其特征在于，包括方形移动支撑平台（３８）、矩形机架、动力施加部件、动力传递部件、导向部件、压力测量部件和压缩量测量部件，其中方形移动支撑平台（３８）底部安装有四个万向脚轮（３９）；矩形机架固定于方形移动支撑平台（３８）之上，包括底板（３）、顶板（１３）、侧板（２８）和顶承压模板（２６），其中侧板（２８）有两块，用机架连接螺钉（１４）固定在底板（３）之上，顶板（１３）用机架连接螺钉（１４）固定在两块侧板（２８）之上，顶承压模板（２６）用模板固定螺钉（２２）固定在顶板（１３）之上；动力施加部件采用手动加载或电动加载两种方式，采用手动加载方式时，包括加力手柄（１ａ）、手柄连接块（３７ａ）、丝杠（２）、丝杠螺母（５）和压力调整部件，其中丝杠螺母（５）用螺母固定螺钉（６）固定在底板（３）的螺母安装孔内，三根加力手柄（１ａ）的螺纹端旋入手柄连接块（３７ａ）内并且沿圆周均匀分布，手柄连接块（３７ａ）旋紧在丝杠（２）的下端，丝杠（２）的另一端穿过丝杠螺母（５）并插入压力调整部件内，压力调整部件由用调整块连接螺钉（３６）连接在一起的上调整块（３３）、中调整块（３４）和两块下调整块（３５）组成；动力传递部件包括下承压模板（７）、可调整弹性元件（３２）、中承压模板（８）、上承压模板（１１）、上夹具连接板（２５）和下夹具连接板（２７），其中上夹具连接板（２５）和下夹具连接板（２７）分别用夹具连接板螺钉（２４）固定在顶承压模板（２６）和上承压模板（１１）之上，用于提高位移控制精度的可调整弹性元件（３２）放置在下承压模板（７）之上；导向部件包括导柱（１２）、导向导套（１０）、下紧固导套（４）、上紧固导套（１８）和导柱固定块（１６），其中导柱（１２）有四根，均布在装置四角，上端插入嵌入在顶板（１３）内的上紧固导套（１８）内，下端插入嵌入在底板（３）内的下紧固导套（４）内，顶端用导柱固定螺钉（１７）与导柱固定块（１６）连接，导柱固定块（１６）用沿圆周分布的四根导柱固定块螺钉（１５）固定在顶板（１３）之上，与导柱（１２）配合的导向导套（１０）共十二个，分别用导套固定螺钉（９）固定于下承压模板（７）、中承压模板（８）和上承压模板（１１）的相应的导套安装孔内；压力测量部件布置于中承压模板（８）之上，包括称重传感器（２９）和四个夹持块（３１），其中四个夹持块（３１）呈十字状布置并分别用两根夹持块限位螺钉（３０）固定在中承压模板...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王立鼎，刘冲，梁军生，马天亮，施维枝，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。