[发明专利]一种集成式燃料电池多功能在线测试装置

说明书

本发明涉及一种集成式燃料电池多功能在线测试装置，包括依次层叠设置的第一测试板(1)、冷却板(2)、第二测试板(3)和第三测试板(4)，其中第一测试板(1)带有燃料电池的端部极板，第三测试板(4)贴合燃料电池堆的端板；在线测试燃料电池装配力、GDL压缩率、电流密度、阻抗、气体温湿度、积水分布。与现有技术相比，本发明实现燃料电池装配压力分布测试、GDL压缩率测试、电流密度分布测试、阻抗分布测试、气体温湿度分布测试和积水分布测试等多物理场的在同步线测试，测试装置体积小，集成度高，且操作简便，适用范围广。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种集成设计的燃料电池多功能在线测试装置。

背景技术

能源是人类生存发展的物质基础，传统的化石燃料在使用过程中带来了大气污染、热污染等不利影响。氢能源是一种二次能源，具有燃烧热值高、清洁无污染的优点，被认为是二十一世纪最具发展潜力的清洁能源。

质子交换膜燃料电池是氢能的高效转换装置，由于其功率密度高、操作温度低、设计简单等特点，在汽车、固定电站等方面得到了一定应用。典型的单元质子交换膜燃料电池是由膜电极、双极板和密封元件组成。在实际应用中，为了满足用电设备对高功率、高电压的要求，通常会将多个单元电池串联起来，并由端板夹持成为电堆。

质子交换膜燃料电池具有多场耦合的工作特点，电池内部应力、电流、温度、湿度等的分布状态直接影响燃料电池输出性能。对于大面积燃料电池而言，装配时存在夹紧力分布不均匀的现象，工作时存在电、热、力、水分布不均匀的现象，导致在长久运行中局部区域率先出现性能衰减的现象，进而限制了电堆寿命的提升。因此，开发实时监测质子交换膜燃料电池内部多物理场分布的装置成为本领域亟需解决的难题。

中国发明专利CN103245920B公开了一种燃料电池多功能在线测试印刷电路板，包含温度测试层、阻抗测试层、电流密度测试层，成功测得燃料电池内部的温度、阻抗和电流密度分布。但缺少装配力和湿度分布的测试，装置的集成度也有待提高。中国发明专利CN104916855B公开了一种燃料电池测试装置，其在测试电流密度分布的基础上，在流道区域开设通孔，通过温湿度传感器成功测得不同反应区域的气体温湿度分布。但缺少装配力和阻抗分布的测试，且在流道区域开设通孔后需要设置额外的密封装置保证其密封性。中国发明专利CN109301289A公开了一种大面积燃料电池内部温度与压力分布的测试装置，通过温压一体传感器测得了燃料电池的温度与压力分布。但缺少电流密度、阻抗、湿度等的测试，且没有冷却装置。上述三种方法都实现了燃料电池内部多个物理量的测量，但测量的物理量不够全面，装置的集成度也有待提高。

发明内容

本发明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集成式燃料电池多功能在线测试装置，集成度高，且能够在线测试燃料电池装配力、GDL压缩率、电流密度、阻抗、气体温湿度、积水分布的装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种集成式燃料电池多功能在线测试装置，包括依次层叠设置的第一测试板、冷却板、第二测试板和第三测试板，其中第一测试板带有燃料电池的端部极板，第三测试板贴合燃料电池堆的端板；在线测试燃料电池装配力、GDL压缩率、电流密度、阻抗、气体温湿度、积水分布。

所述的第一测试板由分区流道层、电阻层和电流收集层组成，

所述的分区流道层为将燃料电池阴极板或阳极板的流道划分成若干个相互绝缘的区域，通过采集不同区域的电流、电压和气体温湿度信号获得燃料电池内部多物理量的分布状况；

所述的电阻层设置在分区流道层和电流收集层之间，电阻层通过局部铺铜的方式设置电阻；

所述电流收集层为铺满反应区的纯金镀层。

所述的一种集成式燃料电池多功能在线测试装置，其特征在于，所述的燃料电池一端为阴极板，该阴极板为第一测试板的分区流道层，燃料电池另一端为阳极板，所述的分区流道层和阳极板在部分流道底部对应位置均铺设镀金铜片，两者形成电容；