一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置的制作方法

本发明属于电池领域领域，具体地说是一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置。

背景技术

燃料电池是一种能量转化装置，它是按电化学原理，即原电池工作原理，把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。在现有的燃料电池结构中，一般为双极板与膜电极依次叠合，形成多节甚至数十节的电池电堆，从而形成功率较高的发电装置。但这种方式会造成不一致的局部反应条件与膜电极工作环境，导致膜电极在不同区域的性能以及不同区域的性能衰减分布不均，而限制燃料电池性能与寿命的关键则是性能最低以及性能衰减最快的局部区域。因此，如何实时监测电池内部各局部区域的实际反应性能分布及反应条件分布，从而改善电池的设计与操作参数，优化电池性能与寿命，成为本领域亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明提供一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置，包括电池组，电池组由数节电池并联组成，每节电池的顶面和底面分别固定安装连接块，连接块以电池组的中心线对称，其中一侧的连接块的一侧分别开设第一通孔，另一侧的连接块的一侧分别开设第二通孔，第一通孔分别与对应的第二通孔的中心线共线，第二通孔的直径小于第一通孔的直径，电池组的一侧上方和下方分别设有第一气管，第一气管的一端开口，第一气管分别从对应的第一通孔内穿过，且第一气管的外周分别同时与对应的第一通孔的内壁紧密接触配合，电池组的另一侧上方和下方分别设有第二气管，第二气管的一端开口，第二气管分别从对应的第二通孔内穿过，且第二气管的外周分别同时与对应的第二通孔的内壁紧密接触配合，第一气管和第二气管的开口端相对，第二气管能够分别插入至对应的第一气管内，且第二气管的外周能够分别与对应的第一气管的内壁紧密接触配合，每个第一气管的内壁顶面和底面分别开设条形槽，每个第一气管的顶面和底面分别开设齿轮槽，齿轮槽分别与对应的条形槽内部相通，条形槽内分别活动安装齿条，齿条能够分别沿对应的条形槽水平滑动，齿条的内端分别固定连接拨杆的一端，拨杆的另一端分别朝向对应的第一气管内，拨杆的另一端外侧能够分别同时与对应的第二气管的开口端接触配合，齿轮槽内分别固定安装齿轮，每个第一气管的顶面和底面分别固定安装两个导向环，导向环分别位于对应的齿轮的两侧，每个第一气管的上方和下方分别设有同样的齿条，齿条分别从对应的导向环内穿过，且齿条能够分别沿对应的导向环水平移动，齿轮能够分别同时与对应的两个齿条啮合，每个第一气管的开口端顶部和底部分别固定安装支撑块，支撑块的一侧分别开设透槽，位于第一气管外的齿条的外端分别固定连接楔形块的一侧，楔形块能够分别从对应的透槽内穿过，每个第一气管上的两个楔形块的楔形面相对，每个第一气管上方的支撑块的底面开设导向孔，每个第一气管下方的支撑块的顶面开设同样的导向孔，导向孔分别与对应的透槽内部相通，导向孔内分别穿过一根竖杆，竖杆的外周分别与对应的导向孔的内壁接触配合，竖杆的内端分别位于透槽内且能够与对应的楔形块的楔形面接触配合，竖杆的下端分别固定安装弧形板，第二气管能够分别从对应的两个弧形板之间穿过，弧形板的凹面分别朝向对应的第二气管，且弧形板的凹面能够分别同时与对应的第二气管的外周紧密接触配合，每个第一气管上的两个弧形板之间能够接触配合，每个弧形板和对应的支撑块之间设有弹簧，弹簧分别与对应的弧形板、支撑块固定连接，竖杆分别从对应的弹簧内穿过，第一气管的内壁顶面分别固定连接第一隔板的顶面，第一隔板的底面分别固定连接对应的第一气管的内壁底面，第一隔板的外侧分别固定连接对应的第一气管的内壁外侧，第一隔板的内侧能够分别与对应的拨杆的内侧接触配合，每个第一气管的开口端的前面和背面分别开设气孔，气孔分别与第一气管内部相通，上方的气孔内分别可拆卸安装进气管，下方的气孔内分别可拆卸安装出气管，进气管和出气管分别与对应的第一气管内部相通，第二气管的内壁顶面分别固定连接第二隔板的顶面，第二隔板的底面分别固定连接对应的第二气管的内壁底面，第二隔板的外侧分别固定连接对应的第二气管的内壁外侧，第二隔板的内侧伸出第二气管外，且第二隔板的内侧能够分别与对应的第一隔板的内侧紧密接触配合，第二隔板的外侧顶面和底面能够分别同时与对应的拨杆的另一端接触配合，电池组上方的第一通孔的内壁底面分别开设两个竖向的第三通孔，电池组上方的第二通孔的内壁底面分别开设两个同样的第三通孔，电池组下方的第一通孔的内壁顶面分别开设两个同样的第三通孔，电池组下方的第二通孔的内壁顶面分别开设两个同样的第三通孔，第三通孔分别与对应的电池内的气体流道内部相通，上方的第一气管的底面开设数个第四通孔，上方的第二气管的底面开设数个同样的第四通孔，下方的第一气管的顶面开设数个同样的第四通孔，下方的第二气管的顶面开设数个同样的第四通孔，第四通孔与第三通孔一一对应，且第四通孔能够分别同时与对应的第三通孔中心线共线；电池组外固定安装实时监测装置。

如上所述的一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置，所述的进气管和出气管的外周分别固定安装锥形橡胶帽，锥形橡胶帽的外周分别与对应的气孔的内壁紧密接触配合。

如上所述的一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置，上方所述的第一隔板的前面和背面分别固定安装分流块，分流块均为等腰楔形结构，分流块的尖端分别朝向对应的气孔。

如上所述的一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置，上方所述的第四通孔内分别固定安装开关阀，第一气管的内部外端分别固定安装两个气压计，气压计分别位于第一隔板的前后两侧，第二气管的内部外端分别固定安装两个同样的气压计，气压计分别位于第二隔板的前后两侧，位于前侧的两个气压计分别同时与位于前侧的开关阀电路连接，位于后侧的两个气压计分别同时与位于后侧的开关阀电路连接。

如上所述的一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置，所述的条形槽的外侧分别固定连接拉簧的一端，拉簧的另一端分别固定连接对应的齿条的一端。

如上所述的一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置，所述的竖杆的上端为楔形结构，竖杆的楔形面能够分别同时与对应的楔形块的楔形面接触配合。

本发明的优点是：安装时先将第一气管和第二气管从对应的第一通孔、第二通孔内穿过，第一气管的外周与第一通孔的内壁紧密接触配合，第二气管的外周与第二通孔的内壁紧密接触配合，然后分别将第二气管插入至对应的第一气管内，第一气管和第二气管接头处两侧的电池数量相等，第二气管的外周分别与对应的第一气管的内壁接触配合，直至第二气管与拨杆接触配合，第二气管能够带动拨杆向第一气管的外端运动，拨杆分别与对应的齿条固定连接，从而能够带动第一气管内的齿条向第一气管的外端运动，由于齿轮能够分别同时与对应的两个齿条啮合，使得第一气管外的齿条分别同时向第一气管的开口端运动，导向环能够保证齿条沿水平方向运动，能够带动楔形块分别同时向对应的透槽内运动，楔形块的楔形面能够分别同时与对应的竖杆的一端接触配合，能够带动竖杆向第二气管运动，竖杆能够分别带动对应的弧形板向第二气管运动，此时弹簧处于拉伸状态，直至弧形板的凹面与第二气管的外周紧密接触配合，从而使得第一气管与对应的第二气管内部相通，且弧形板的外侧分别与第一气管的开口侧接触配合，能够保证第一气管和第二气管的连接紧密性，避免气体从第一气管和第二气管的连接处漏出，同时，第一隔板的内侧与对应的第二隔板的内侧紧密接触配合，从而将第一气管和第二气管分隔成两个储气空间，通过进气管分别同时向第一气管内通入氢气和空气，且进气管内设有加压装置，氢气和空气分别经过加压装置加压后进入第一气管内，第四通孔分别与对应的第三通孔内部相通，第一气管内的氢气和空气依次通过第四通孔、第三通孔进入电池内的气体流道，同时在出气管内设置负压装置，从而使得空气和氢气能够快速通过电池内的气体流道，使得每节电池内的氢气和空气的浓度、湿度、温度较为相近，使每节电池内的反应条件和膜电极工作环境较为相近，膜电极的性能和性能衰减分布较为均匀，从而延长电池组的使用寿命。本发明通过实时监测装置来监测电池组各局部区域的实际反应性能分布及反应条件分布，从而有目的性的改善电池的设计与操作参数，优化燃料电池性能与寿命，并大幅提高燃料电池研发效率，通过第一气管和第二气管的相互配合，在其中一节电池损坏时，能够便于拆开电池组更换损坏的电池，更换后将第二气管重新插入至对应的第一气管内即可，且能够减小电池组装配时的工作空间，有利于减小电池组装配车间的占地面积，从而能够减少电池组的装配费用，通过拨杆、齿条、齿轮、楔形块、竖杆和弧形板之间的相互配合，能够使得弧形板紧密贴合第二气管的外周，拨杆的两侧分别固定连接薄膜的一端，薄膜的另一端分别固定连接对应的条形槽的一侧，从而能够使第一气管和第二气管内处于密闭状态，避免漏气影响电池组的性能，通过第一隔板和第二隔板之间的相互配合，能够实现同时向第一气管内充入氢气和空气，能够简化结构，降低燃料电池的制造成本，在下方的第三通孔内设置气体监测装置，能够监测气体流出电池外的各项参数，配合实时监测装置使用，能够更加准确地得出电池组各电池组件的实际反应性能，更有利于优化燃料电池性能与寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；图2是图1的ⅰ局部放大图；图3是图1的a向视图的放大图；图4是沿图1的b-b线的剖视图的放大图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种质子交换膜燃料电池性能实时监测装置，如图所示，包括电池组1，电池组1由数节电池并联组成，电池数量为偶数，每节电池的顶面和底面分别固定安装连接块2，连接块2以电池组1的中心线对称，其中一侧的连接块2的一侧分别开设第一通孔3，另一侧的连接块2的一侧分别开设第二通孔4，第一通孔3分别与对应的第二通孔4的中心线共线，第二通孔4的直径小于第一通孔3的直径，电池组1的一侧上方和下方分别设有第一气管5，第一气管5的一端开口，第一气管5分别从对应的第一通孔3内穿过，且第一气管5的外周分别同时与对应的第一通孔3的内壁紧密接触配合，电池组1的另一侧上方和下方分别设有第二气管6，第二气管6的一端开口，第二气管6分别从对应的第二通孔4内穿过，且第二气管6的外周分别同时与对应的第二通孔4的内壁紧密接触配合，第一气管5和第二气管6的开口端相对，第二气管6能够分别插入至对应的第一气管5内，且第二气管6的外周能够分别与对应的第一气管5的内壁紧密接触配合，每个第一气管5的内壁顶面和底面分别开设条形槽7，每个第一气管5的顶面和底面分别开设齿轮槽8，齿轮槽8分别与对应的条形槽7内部相通，条形槽7内分别活动安装齿条9，齿条9能够分别沿对应的条形槽7水平滑动，齿条9的内端分别固定连接拨杆12的一端，拨杆12的另一端分别朝向对应的第一气管5内，拨杆12的另一端外侧能够分别同时与对应的第二气管6的开口端接触配合，齿轮槽8内分别固定安装齿轮10，每个第一气管5的顶面和底面分别固定安装两个导向环11，导向环11分别位于对应的齿轮10的两侧，每个第一气管5的上方和下方分别设有同样的齿条9，齿条9分别从对应的导向环11内穿过，且齿条9能够分别沿对应的导向环11水平移动，齿轮10能够分别同时与对应的两个齿条9啮合，每个第一气管5的开口端顶部和底部分别固定安装支撑块13，支撑块13的一侧分别开设透槽14，位于第一气管5外的齿条9的外端分别固定连接楔形块15的一侧，楔形块15能够分别从对应的透槽14内穿过，每个第一气管5上的两个楔形块15的楔形面相对，每个第一气管5上方的支撑块13的底面开设导向孔16，每个第一气管5下方的支撑块13的顶面开设同样的导向孔16，导向孔16分别与对应的透槽14内部相通，导向孔16内分别穿过一根竖杆17，竖杆17的外周分别与对应的导向孔16的内壁接触配合，竖杆17的内端分别位于透槽14内且能够与对应的楔形块15的楔形面接触配合，竖杆17的下端分别固定安装弧形板18，第二气管6能够分别从对应的两个弧形板18之间穿过，弧形板18的凹面分别朝向对应的第二气管6，且弧形板18的凹面能够分别同时与对应的第二气管6的外周紧密接触配合，每个第一气管5上的两个弧形板18之间能够接触配合，每个弧形板18和对应的支撑块13之间设有弹簧19，弹簧19分别与对应的弧形板18、支撑块13固定连接，竖杆17分别从对应的弹簧19内穿过，第一气管5的内壁顶面分别固定连接第一隔板20的顶面，第一隔板20的底面分别固定连接对应的第一气管5的内壁底面，第一隔板20的外侧分别固定连接对应的第一气管5的内壁外侧，第一隔板20的内侧能够分别与对应的拨杆12的内侧接触配合，每个第一气管5的开口端的前面和背面分别开设气孔21，气孔21分别与第一气管5内部相通，上方的气孔21内分别可拆卸安装进气管，下方的气孔21内分别可拆卸安装出气管，进气管和出气管分别与对应的第一气管5内部相通，第二气管6的内壁顶面分别固定连接第二隔板22的顶面，第二隔板22的底面分别固定连接对应的第二气管6的内壁底面，第二隔板22的外侧分别固定连接对应的第二气管6的内壁外侧，第二隔板22的内侧伸出第二气管6外，且第二隔板22的内侧能够分别与对应的第一隔板20的内侧紧密接触配合，第二隔板22的外侧顶面和底面能够分别同时与对应的拨杆12的另一端接触配合，电池组1上方的第一通孔3的内壁底面分别开设两个竖向的第三通孔24，电池组1上方的第二通孔4的内壁底面分别开设两个同样的第三通孔24，电池组1下方的第一通孔3的内壁顶面分别开设两个同样的第三通孔24，电池组1下方的第二通孔4的内壁顶面分别开设两个同样的第三通孔24，第三通孔24分别与对应的电池内的气体流道内部相通，上方的第一气管5的底面开设数个第四通孔25，上方的第二气管6的底面开设数个同样的第四通孔25，下方的第一气管5的顶面开设数个同样的第四通孔25，下方的第二气管6的顶面开设数个同样的第四通孔25，第四通孔25与第三通孔24一一对应，且第四通孔25能够分别同时与对应的第三通孔24中心线共线；电池组1外固定安装实时监测装置。安装时先将第一气管5和第二气管6从对应的第一通孔3、第二通孔4内穿过，第一气管5的外周与第一通孔3的内壁紧密接触配合，第二气管6的外周与第二通孔4的内壁紧密接触配合，然后分别将第二气管6插入至对应的第一气管5内，第一气管5和第二气管6接头处两侧的电池数量相等，第二气管6的外周分别与对应的第一气管5的内壁接触配合，直至第二气管6与拨杆12接触配合，第二气管6能够带动拨杆12向第一气管5的外端运动，拨杆12分别与对应的齿条9固定连接，从而能够带动第一气管5内的齿条9向第一气管5的外端运动，由于齿轮10能够分别同时与对应的两个齿条9啮合，使得第一气管5外的齿条9分别同时向第一气管5的开口端运动，导向环11能够保证齿条9沿水平方向运动，能够带动楔形块15分别同时向对应的透槽14内运动，楔形块15的楔形面能够分别同时与对应的竖杆17的一端接触配合，能够带动竖杆17向第二气管6运动，竖杆17能够分别带动对应的弧形板18向第二气管6运动，此时弹簧19处于拉伸状态，直至弧形板18的凹面与第二气管6的外周紧密接触配合，从而使得第一气管5与对应的第二气管6内部相通，且弧形板18的外侧分别与第一气管5的开口侧接触配合，能够保证第一气管5和第二气管6的连接紧密性，避免气体从第一气管5和第二气管6的连接处漏出，同时，第一隔板20的内侧与对应的第二隔板22的内侧紧密接触配合，从而将第一气管5和第二气管6分隔成两个储气空间，通过进气管分别同时向第一气管5内通入氢气和空气，且进气管内设有加压装置，氢气和空气分别经过加压装置加压后进入第一气管5内，第四通孔25分别与对应的第三通孔24内部相通，第一气管5内的氢气和空气依次通过第四通孔25、第三通孔24进入电池内的气体流道，同时在出气管内设置负压装置，从而使得空气和氢气能够快速通过电池内的气体流道，使得每节电池内的氢气和空气的浓度、湿度、温度较为相近，使每节电池内的反应条件和膜电极工作环境较为相近，膜电极的性能和性能衰减分布较为均匀，从而延长电池组1的使用寿命。本发明通过实时监测装置来监测电池组1各局部区域的实际反应性能分布及反应条件分布，从而有目的性的改善电池的设计与操作参数，优化燃料电池性能与寿命，并大幅提高燃料电池研发效率，通过第一气管5和第二气管6的相互配合，在其中一节电池损坏时，能够便于拆开电池组1更换损坏的电池，更换后将第二气管6重新插入至对应的第一气管5内即可，且能够减小电池组1装配时的工作空间，有利于减小电池组1装配车间的占地面积，从而能够减少电池组1的装配费用，通过拨杆12、齿条9、齿轮10、楔形块15、竖杆17和弧形板18之间的相互配合，能够使得弧形板18紧密贴合第二气管6的外周，拨杆12的两侧分别固定连接薄膜的一端，薄膜的另一端分别固定连接对应的条形槽7的一侧，从而能够使第一气管5和第二气管6内处于密闭状态，避免漏气影响电池组1的性能，通过第一隔板20和第二隔板22之间的相互配合，能够实现同时向第一气管5内充入氢气和空气，能够简化结构，降低燃料电池的制造成本，在下方的第三通孔24内设置气体监测装置，能够监测气体流出电池外的各项参数，配合实时监测装置使用，能够更加准确地得出电池组1各电池组件的实际反应性能，更有利于优化燃料电池性能与寿命。

具体而言，如图所示，本实施例所述的进气管和出气管的外周分别固定安装锥形橡胶帽，锥形橡胶帽的外周分别与对应的气孔21的内壁紧密接触配合。该结构能够增加气孔21和进气管、出气管之间的连接紧密性，防止漏气。

具体的，如图2所示，本实施例上方所述的第一隔板20的前面和背面分别固定安装分流块23，分流块23均为等腰楔形结构，分流块23的尖端分别朝向对应的气孔21。空气和氢气分别通过进气管进入第一气管5内，进气管分别朝向对应的分流块23，分流块23能够将空气和氢气均匀分流并引导向第一气管5、第二气管6，从而使空气和氢气均匀的进入电池内，有利于电池性能衰减分布均匀，从而延长电池组1的使用寿命。

进一步的，当通过进气管向对应的第一气管5内通入气体时，由于第四通孔25和进气管之间的间距不等，可能会使得进入电池内的气体流速不同，为了克服上述问题，本实施例上方所述的第四通孔25内分别固定安装开关阀，第一气管5的内部外端分别固定安装两个气压计，气压计分别位于第一隔板20的前后两侧，第二气管6的内部外端分别固定安装两个同样的气压计，气压计分别位于第二隔板22的前后两侧，位于前侧的两个气压计分别同时与位于前侧的开关阀电路连接，位于后侧的两个气压计分别同时与位于后侧的开关阀电路连接。当位于第一气管5内的气压计和第二气管6内的气压计检测到的气压相同时，此时第一气管5和第二气管6内的气压相等，控制开关阀开启，气体能够同时通过第四通孔25和第三通孔24进入电池内，每节电池内的气体流速大致相等，使得每节电池的衰减分布均匀，有利于延长电池的使用寿命。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的条形槽7的外侧分别固定连接拉簧26的一端，拉簧26的另一端分别固定连接对应的齿条9的一端。当第二气管6从第一气管5内抽出时，在拉簧26的拉力作用下，使得第一气管5内的齿条9向第一气管5的开口端运动，从而有利于弧形板18和第二气管6分离。

更进一步的，如图所示，本实施例所述的竖杆17的上端为楔形结构，竖杆17的楔形面能够分别同时与对应的楔形块15的楔形面接触配合。该结构有利于楔形块15推动竖杆17向第二气管6运动，竖杆17和楔形块15之间的配合更加顺畅，也有利于竖杆17背离第二气管6运动，能够增强本发明的运行流畅性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。