液压控制的燃料电池夹具及燃料电池装置的制作方法

1.本实用新型涉及能源装置领域，具体而言，涉及一种液压控制的燃料电池夹具及燃料电池装置。


背景技术：

2.质子膜氢燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂内的化学能直接转化为电能的能源装置，具有能量转换效率高、环境污染少、使用寿命长等优点，适用于交通、电站、可移动电源等多种用途，具有广阔的市场应用前景。
3.膜电极组件是质子膜燃料电池的核心组件，其性能的好坏可直接影响质子膜燃料电池的整体性能。而燃料电池夹具能够为膜电极组件的性能检测提供测试数据。
4.相关技术中的燃料电池夹具对质子膜燃料电池施加的轴向力较小，使得质子膜燃料电池的拆装速度较慢，导致膜电极组件检测效率较低。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种液压控制的燃料电池夹具及燃料电池装置，以解决相关技术中的膜电极组件的检测效率较低的问题。
6.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种液压控制的燃料电池夹具，包括：基座；液压泵，设置于基座外；液压缸，设置于基座，液压缸包括与液压泵连通的缸体以及可移动地设置在缸体内的活塞杆；容纳框，与缸体连接，容纳框包括第一限位件，第一限位件与缸体之间具有间隔以形成容纳空间；换向阀，设置于基座，换向阀连通设置在液压泵和液压缸之间；移动板，与活塞杆连接，并位于容纳空间内，移动板朝向或者远离第一限位件移动并与第一限位件之间形成用于夹持燃料电池的夹持空间。
7.进一步地，液压控制的燃料电池夹具还包括连通设置在液压泵和换向阀之间的流量控制阀。
8.进一步地，容纳框还包括与缸体连接的第二限位件，第二限位件位于容纳空间内并与第一限位件之间具有间隔，移动板在第一限位件和第二限位件之间进行移动。
9.进一步地，容纳框还包括连接在第一限位件和第二限位件之间的挡板，挡板垂直于移动板，移动板、部分挡板以及第一限位件围成夹持空间。
10.进一步地，液压控制的燃料电池夹具还包括固定在第一限位件朝向第二限位件的一侧的固定板，移动板、部分挡板以及固定板围成夹持空间。
11.进一步地，第一限位件上设置有第一定位孔，固定板上设置有与第一定位孔对应的第二定位孔，移动板上设置有与第二定位孔对应的第三定位孔，液压控制的燃料电池夹具还包括可插拔地穿设于第一定位孔、第二定位孔以及第三定位孔内的定位柱。
12.进一步地，液压控制的燃料电池夹具还包括第一绝缘件和第二绝缘件，第一绝缘件设置于固定板朝向第二限位件的表面，第二绝缘件设置于移动板朝向第一限位件的表面；或者，移动板为第一绝缘板，固定板为第二绝缘板。
13.进一步地，第二限位件上设置有避让活塞杆的避让孔，移动板通过紧固件与活塞杆朝向移动板的一端连接。
14.进一步地，基座为罩设在缸体外侧的外壳，缸体的伸出活塞杆的一端位于外壳的开口处，换向阀固定设置于基座的外侧。
15.根据本实用新型的另一方面，提供了一种燃料电池装置，包括燃料电池夹具及与燃料电池夹具配合的燃料电池，燃料电池夹具为上述的液压控制的燃料电池夹具，燃料电池包括依次设置的第一集流板、第一极板、膜电极组件、第二极板以及第二集流板，第一集流板朝向移动板，第一集流板固定于移动板，第一极板固定于第一集流板，第二集流板朝向第一限位件，第二集流板固定于第一限位件，第二极板固定于第二集流板；和/或，膜电极组件包括膜电极及围设在膜电极边沿处的边框，边框为绝缘件，边框朝向第一极板的表面上设置有第一密封件，边框朝向第二极板的表面上设置有第二密封件。
16.应用本实用新型的技术方案，液压控制的燃料电池夹具包括：基座、液压泵、液压缸、容纳框、换向阀以及移动板。液压泵设置于基座外。液压缸设置于基座。液压缸包括与液压泵连通的缸体以及可移动地设置在缸体内的活塞杆。容纳框与缸体连接。容纳框包括第一限位件。第一限位件与缸体之间具有间隔以形成容纳空间。换向阀设置于基座，换向阀连通设置在液压泵和液压缸之间。移动板与活塞杆连接，并位于容纳空间内。移动板朝向或者远离第一限位件移动并与第一限位件之间形成用于夹持燃料电池的夹持空间。液压泵通过换向阀的换向将液压油泵送至缸体的右腔，液压油推动活塞杆向左移动，同时活塞杆带动移动板向远离第一限位件的方向移动，此时夹持空间逐渐变大能够容纳燃料电池，这样，可以将燃料电池放置在夹持空间内。液压泵通过换向阀的换向将液压油泵送至缸体的左腔，液压油推动活塞杆向右移动，同时活塞杆带动移动板向朝向第一限位件的方向移动，此时夹持空间逐渐变小能够夹持住燃料电池，这样，由于采用液压油推动活塞杆移动并产生较大的轴向力，能够较快地压缩燃料电池(如质子膜氢燃料电池)成型，以提高拆装速度，有利于提高膜电极组件的检测效率。因此，本技术的技术方案能够解决相关技术中的膜电极组件的检测效率较低的问题。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1示出了根据本实用新型的液压控制的燃料电池夹具的实施例的油路原理图；
19.图2示出了图1的液压控制的燃料电池夹具夹持燃料电池的分解结构示意图；
20.图3示出了图2的液压控制的燃料电池夹具夹持燃料电池的立体结构示意图；
21.图4示出了图2的液压控制的燃料电池夹具夹持燃料电池的主视示意图；
22.图5示出了图2的液压控制的燃料电池夹具夹持燃料电池的俯视示意图。
23.其中，上述附图包括以下附图标记：
24.10、液压泵；11、油箱；12、过滤器；20、液压缸；21、缸体；22、活塞杆；30、换向阀；41、第二限位件；42、第一限位件；43、移动板；44、挡板；45、固定板；50、流量控制阀；60、燃料电池；61、第一集流板；62、第一极板；63、膜电极组件；631、膜电极；632、边框；64、第二极板；
65、第二集流板；70、基座。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
28.如图1至图3所示，本实施例的液压控制的燃料电池夹具包括：基座70、液压泵10、液压缸20、容纳框、换向阀30以及移动板43。液压泵10设置于基座70外。液压缸20设置于基座70。液压缸20包括与液压泵10连通的缸体21以及可移动地设置在缸体21内的活塞杆22。容纳框与缸体21连接。容纳框包括第一限位件42。第一限位件42与缸体21之间具有间隔以形成容纳空间。换向阀30设置于基座70，换向阀30连通设置在液压泵10和液压缸20之间。移动板43与活塞杆22连接，并位于容纳空间内。移动板43朝向或者远离第一限位件42移动并与第一限位件42之间形成用于夹持燃料电池60的夹持空间。
29.应用本实施例的技术方案，液压缸20包括与液压泵10连通的缸体21以及可移动地设置在缸体21内的活塞杆22。容纳框与缸体21连接。容纳框包括第一限位件42。第一限位件42与缸体21之间具有间隔以形成容纳空间。换向阀30设置于基座70，换向阀30连通设置在液压泵10和液压缸20之间。移动板43与活塞杆22连接，并位于容纳空间内。移动板43朝向或者远离第一限位件42移动并与第一限位件42之间形成用于夹持燃料电池60的夹持空间。液压泵10通过换向阀30的换向将液压油泵送至缸体21的右腔，液压油推动活塞杆22向左移动，同时活塞杆22带动移动板43向远离第一限位件42的方向移动，此时夹持空间逐渐变大能够容纳燃料电池60，这样，可以将燃料电池60放置在夹持空间内。液压泵10通过换向阀30的换向将液压油泵送至缸体21的左腔，液压油推动活塞杆22向右移动，同时活塞杆22带动移动板43向朝向第一限位件42的方向移动，此时夹持空间逐渐变小能够夹持住燃料电池60，这样，由于采用液压油推动活塞杆22移动并产生较大的轴向力，能够较快地压缩燃料电池60(如质子膜氢燃料电池)成型，以提高拆装速度，有利于提高膜电极组件的检测效率。因
此，本实施例的技术方案能够解决相关技术中的膜电极组件的检测效率较低的问题。
30.在本实施例中，活塞杆22上的移动板43沿横向移动能够夹持燃料电池，此时液压控制的燃料电池夹具为卧式的液压控制的燃料电池夹具，此时第一限位件42为左限位件，第二限位件41(见下文)为右限位件，两个挡板44(见下文)分别为上挡板和下挡板。当然，在图中未示出的实施例中，活塞杆上的移动板可以沿竖向移动能够夹持燃料电池，此时液压控制的燃料电池夹具为立式的液压控制的燃料电池夹具。此时第一限位件(见下文)为上限位件，第二限位件(见下文)为下限位件，两个挡板(见下文)分别为左挡板和右挡板。立式的液压控制的燃料电池夹具能够排除重力对膜电极不同位置水分布的影响，可更精准地推测出膜电极在某一工况下的本征性能；还能够增强膜电极上层(阳极侧)保水能力，降低加湿器工作的强度，增强加湿器的使用寿命；还能够增强膜电极下层(阴极侧)排水能力，降低膜电极高电密下的水淹风险，增强膜电极使用寿命和性能。上述的换向阀30优选为三位四通手动换向阀。
31.如图1至图3所示，液压控制的燃料电池夹具还包括连通设置在液压泵10和换向阀30之间的流量控制阀50。这样，在测试过程中，流量控制阀50可随时调节液压泵10泵送至缸体21内的液压油的压力或者速度，使得活塞杆22上的移动板43向燃料电池60施加的轴向力的大小可调，加压精度高，能够延长维护周期，保压时间长，并且能够精准地在线调整膜电极组件的压缩率，并可根据实验要求在燃料电池上设计不同的流场，为膜电极组件的性能检测提供真实准确的测试数据。这样，本实施例的液压控制的燃料电池夹具形成模块化，具有低成本、高精度、高效率、优秀耐久性、较好均匀性的优点。流量控制阀50优选为节流阀。这样，在节流阀调节液压泵10泵送至缸体21内的液压油的速度情况下，使得活塞杆22传动平稳，驱动刚性大，控制精度高，响应速度快。
32.如图1所示，本实施例的液压控制的燃料电池夹具还包括油箱11和过滤器12。油箱11和过滤器12均位于基座70外，液压泵10与油箱11接通，换向阀30的第一个接口与缸体21的左腔接通，换向阀30的第二个接口与缸体21的右腔接通，换向阀30的第三个接口与节流阀接通，换向阀30的第四个接口与油箱11接通。过滤器12连通于液压泵10和节流阀之间。在本实施例中，燃料电池装置中所有的连通方式均通过高压油管连接。
33.如图1至图3所示，容纳框还包括与缸体21连接的第二限位件41。第二限位件41位于容纳空间内并与第一限位件42之间具有间隔，移动板43在第一限位件42和第二限位件41之间进行移动。其中，移动板43远离第一限位件42移动并与第二限位件41接触时，第二限位件41对移动板43进行止挡，限制了移动板43的移动范围，此时形成最大的夹持空间。具体地，第一限位件42为第一限位板，第二限位件41为第二限位板。
34.如图1至图3所示，容纳框还包括连接在第一限位件42和第二限位件41之间的挡板44。挡板44垂直于移动板43，移动板43、部分挡板44以及第一限位件42围成夹持空间。挡板44能够挡住位于夹持空间内的燃料电池60，防止燃料电池60脱出夹持空间。
35.在本实施例中，挡板44的数量为平行设置的两个，这样，两个挡板44从燃料电池60的两侧挡住燃料电池60，并且，燃料电池60在实现压缩的过程中，两个挡板44对燃料电池60进行导向，以使燃料电池60在两个挡板44相向的两个表面上移动，能够提高活塞杆22上的移动板43向燃料电池60施加的加压精度。
36.如图1至图5所示，为了便于固定燃料电池60，液压控制的燃料电池夹具还包括固
定在第一限位件42朝向第二限位件41的一侧的固定板45。移动板43、部分挡板44以及固定板45围成夹持空间。这样，便于将燃料电池60固定在固定板45上。
37.如图1至图5所示，第一限位件42上设置有第一定位孔，固定板45上设置有与第一定位孔对应的第二定位孔，移动板43上设置有与第二定位孔对应的第三定位孔。液压控制的燃料电池夹具还包括可插拔地穿设于第一定位孔、第二定位孔以及第三定位孔内的定位柱。这样，将燃料电池60固定在夹持空间内的过程中，使用定位柱固定在第一定位孔内，以将第一限位件42套在定位柱上，定位柱穿过第二定位孔以将固定板45固定在第一限位件42上，再将燃料电池60套在定位柱上，进而将穿有第一限位件42、固定板45以及燃料电池60的定位柱穿入第三定位孔内，移动板43朝向第一限位件42移动，定位柱和第一定位孔、第二定位孔以及第三定位孔之间的配合，使得安装便捷，有利于提高拆装速度。
38.如图2和图3所示，为了起到绝缘效果，液压控制的燃料电池夹具还包括第一绝缘件和第二绝缘件。第一绝缘件设置于固定板45朝向第二限位件41的表面，第二绝缘件设置于移动板43朝向第一限位件42的表面。这样，第一绝缘件能够绝缘固定板45和燃料电池60，第二绝缘件能够绝缘移动板43和燃料电池60。在本实施例中，第一绝缘件和第二绝缘件均优选为绝缘垫，当然，在图中未示出的实施例中，第一绝缘件和第二绝缘件包括但不限于阳极氧化层和绝缘涂层。或者移动板为第一绝缘板，固定板为第二绝缘板。具体地，第一绝缘板和第二绝缘板均为阳极氧化铝或者陶瓷或者peek或者pi或者环氧树脂或者玻璃钢或者碳纤维件。
39.如图2所示，第二限位件41上设置有避让活塞杆22的避让孔，移动板43通过紧固件与活塞杆22朝向移动板43的一端连接。这样，能够将移动板43固定在活塞杆22朝向移动板43的一端上。上述的紧固件优选为螺纹柱。
40.如图1至图5所示，为了能够收纳缸体21、液压泵10以及换向阀30之间的高压油管，基座为罩设在缸体21外侧的外壳，缸体21的伸出活塞杆22的一端位于外壳的开口处，换向阀30固定设置于基座的外侧。这样，上述的管线能够装入至缸体21与外壳内壁之间的空隙里，避免管线在外壳外凌乱放置。
41.具体地，如图2和图3所示，在移动板43和固定板45的上侧上均设置有加热棒插孔，可插入加热棒，协同热电偶进行控温。
42.进一步地，容纳框、移动板43以及固定板45均由较高强度的合金制成。第一限位件42和第二限位件41分别使用螺栓与两个挡板44进行固定。固定板45与第一限位件42使用螺栓进行固定，第二限位件41与缸体21的端部使用螺栓进行固定，缸体21的外侧与外壳使用螺栓进行固定。
43.本技术还提供了一种燃料电池装置，如图2至图5所示，本实施例的燃料电池装置包括燃料电池夹具及与燃料电池夹具配合的燃料电池60。燃料电池夹具为上述的液压控制的燃料电池夹具。由于上述的液压控制的燃料电池夹具能够解决相关技术中的膜电极组件的检测效率较低的问题，使得具有该燃料电池夹具的燃料电池装置能够解决同样的技术问题。
44.如图2至图5所示，燃料电池60包括依次设置的第一集流板61、第一极板62、膜电极组件63、第二极板64以及第二集流板65。第一集流板61朝向移动板43，第一集流板61固定于移动板43，第一极板62固定于第一集流板61。第二集流板65朝向第一限位件42，第二集流板
65固定于第一限位件42，第二极板64固定于第二集流板65。这样，待燃料电池夹具被第二限位件41挡住并关闭液压泵后，可以依次取下第一集流板61和第一极板62，便可取出膜电极组件63。当然，也可先将第一集流板61和移动板43通过绝缘胶固定，再将第一集流板61和第一极板62使用导电胶粘接，便无需取下第一集流板61和第一极板62，这样，能够省略取下第一集流板61和第一极板62的步骤，同样亦可省略放入第一集流板61和第一极板62的步骤，有利于提高拆装速度。也可先将第二集流板65和第一限位件42通过绝缘胶固定，再将第二集流板65和第二极板64使用导电胶粘接，便无需取下第二集流板65和第二极板64，这样，能够省略取下第二集流板65和第二极板64的步骤，同样亦可省略放入第二集流板65和第二极板64的步骤，这样，燃料电池60拆装时间从20分钟以上缩短到3分钟以内，极大地提升了燃料电池的检测效率。
45.其中，上述的固定板45已经固定在第一限位件42上，先将第二集流板65和第一限位件42通过绝缘胶固定，是指先将第二集流板65和固定板45通过绝缘胶以固定在第一限位件42上。第一集流板61和第二集流板65均优选由紫铜镀金材料制成。第一集流板61和第二集流板65均具有导电接头。
46.如图2至图5所示，膜电极组件63包括膜电极631及围设在膜电极631边沿处的边框632，边框632为绝缘件。这样，可依据边框632的厚度使用不同的边框632以控制膜电极631的压缩率。边框632由绝缘耐热较高强度的薄膜材料裁切制成。
47.在本实施例中，为了提高边框632的两侧分别与第一极板62和第二极板64的密封效果，边框632朝向第一极板62的表面上设置有第一密封件，边框632朝向第二极板64的表面上设置有第二密封件。第一密封件和第二密封件均优选为弹性密封材料。这样，可以使用燃料电池夹具中的液压油的压力来控制膜电极631的压缩率。为了使得活塞杆22上的移动板43向燃料电池60施加的轴向力更加的均匀，移动板43朝向第一限位件42的表面为第一平面，固定板45朝向第二限位件41的表面为第二平面。
48.具体地，第一极板62和第二极板64均由石墨板铣削加工而成，保证燃料电池装置自身具有耐久性的协同结构。第一极板62具有相对设置的第一侧面和第二侧面，第一极板62的第一侧面上设置有第一气体进口，第一极板62的第二侧面上设置有第一气体出口。同样的第二极板64上设置有第二气体进口和第二气体出口。这样，从燃料电池60的侧面进出气，尽可能减少第一极板62和第二极板64的密封行程，保障燃料电池装置具有可靠性的结构。
49.在本实施例中，第一极板62和第二极板64的上侧面均设置有热电偶插孔，可插入热电偶进行控温。第一极板62和第二极板64相向设置的两个表面上均设置有铣削加工形成的气路流道，第一气体进口、第二气体出口、第一气体出口以及第二气体出口均为接口。具体地，打开燃料电池夹具时，先转动换向阀30调至开启位置，开启液压泵10，使燃料电池夹具进入工作状态，再调节节流阀，使液压油的流量达到合适值，使液压油进入缸体21的右腔，使活塞杆22向左移动，同时将缸体21右腔中的液压油通过换向阀30的第四个接口挤回油箱11。通过螺纹柱带动移动板43向左移动，待打开燃料电池夹具完全打开后即可关闭液压泵10，然后依次取下第一集流板61和第一极板62，便可取出膜电极组件63。在本实施例的所有零件安装到位之后，将换向阀30拧动至闭合位置，启动液压泵10，调整节流阀使液压油流量至合适值，使液压油进入缸体21的左腔，使活塞杆22向右移动，同时将缸体21的右腔内
的液压油通过换向阀的第四个接口挤回油箱11，同时推动移动板43压紧燃料电池60，液压泵10，完成燃料电池装置的整体安装。
50.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
51.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
52.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
53.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。