燃料电池组装测试集成平台及系统的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池组装测试集成平台及系统。

背景技术：

目前，由于质子交换膜燃料电池具有可在室温下快速启动、无污染、寿命长、比功率与比能量高等突出特点，适合于作为车辆、船舶等运载工具的动力系统，同时也可以在其它领域扮演着重要角色，如作为备用电源或应急发电机等，其中，质子交换膜燃料电池着重点是在车辆应用上，燃料电池的核心是电堆，主要是由双极板、膜电极、端板和封装件等组装而成，电堆的组装过程中进行压力检测、性能检测等可以提高组装效率并优化组装条件。

然而，本申请实用新型人发现，现有技术中，由于电堆在组装和测试是分开的，并且测试及组装系统未结合实际工况，使得效率低下并且成本居高不下。

因此，如何提供一种燃料电池组装测试集成平台及系统，能够提高组装效率，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池组装测试集成平台及系统，以解决现有技术中燃料电池组装效率低的技术问题。

本实用新型提供一种燃料电池组装测试集成平台，包括：电堆组装装置，所述电堆组装装置用于燃料电池的组装；液压控制装置，所述液压控制装置与所述电堆组装装置连通，并作为动力源；压力分布测试装置，所述压力分布测试装置匹配在所述电堆组装装置内，用于判断压力的均一性；性能检测装置，所述性能检测装置与所述电堆组装装置连通，并进行性能检测。

实际应用时，所述电堆组装装置包括：底座，所述底座上设有旋转平台、角度调节机构，所述旋转平台上设有底部绝缘定位块、液压固定板、动力液压缸、液压缸固定座、压板、固定支座、柔性压力调节机构、第一绝缘板、第一集流板、多节单电池堆叠的层叠体、第二集流板、第二绝缘板和气口端板。

其中，所述柔性压力调节机构包括：金属波纹件，所述金属波纹件通过法兰和密封件以及定位杆连接在盲端端板和浮动端板之间；所述盲端端板上设有液压油进出口，并通过所述压力分布测试装置的实时监测，调节压力的均一性，对堆叠时产生的累积尺寸误差进行修正。

具体地，所述固定支座、所述气口端板和所述盲端端板之间安装有两个对称的燕尾结构的侧面绝缘定位板；所述盲端端板和所述气口端板上的燕尾槽相对于侧向绝缘定位板能够滑动。

进一步地，所述旋转平台上装有底部绝缘定位块以及液压固定板，所述底部绝缘定位块液压固定板上设有动力液压缸，所述动力液压缸远离所述柔性压力调节机构的一侧设有液压固定板设有液压缸固定座、靠近所述柔性压力调节机构的一侧设有压板。

更进一步地，所述角度调节机构包括旋转驱动液压缸、旋转轴、旋转支座，所述旋转驱动液压缸通过所述旋转支座连接所述旋转平台，所述旋转平台通过所述旋转轴与所述底座连接，且所述旋转平台临近所述旋转轴处设有角度传感器；旋转驱动液压缸通过旋转支座与所述旋转平台连接，以实现角度调节。

实际应用时，所述液压控制装置包括：油箱，所述油箱通过管路与所述电堆组装装置的所述动力液压缸和所述旋转驱动液压缸连通，且所述管路上设置有油泵、减压阀、压力传感器、液压表、电动球阀和单向阀。

其中，所述压力分布测试装置包括：放置在所述电堆组装装置的所述多节单电池堆叠的层叠体两端的边缘节和中间节位置处的压力测试毯，以及与所述压力测试毯依次连接的压力采集器和上位机。

具体地，所述性能检测装置包括：性能测试台，所述性能测试台上设有测试管路，所述测试管路的自由端设有测试接头，所述测试管路上临近所述测试接头处设有压力传感器和温度传感器。

相对于现有技术，本实用新型所述的燃料电池组装测试集成平台具有以下优势：

本实用新型提供的燃料电池组装测试集成平台中，包括：电堆组装装置，液压控制装置，压力分布测试装置和性能检测装置；其中，电堆组装装置用于燃料电池的组装；液压控制装置与电堆组装装置连通，并作为动力源；压力分布测试装置匹配在电堆组装装置内，用于判断压力的均一性；性能检测装置与电堆组装装置连通，并进行性能检测。由此分析可知，本实用新型提供的燃料电池组装测试集成平台中，由于电堆组装装置能够调节电堆间的压缩的均一性以消除人为误差、模拟车载任意角度下的安装，液压控制装置能够保证组装压力的可调性、电堆间的压力均一性、并调节平台角度，压力分布测试装置能够检测压力的均一性，性能检测装置能够检测电堆在车载角度下以及任意组装参数下的电堆性能，因此燃料电池组装测试集成平台能够提高燃料电池的组装、测试的集成化，并有效提高组装效率。并且，针对任意结构形式的燃料电池堆，设计了组装平台，考虑了电池间压力分布、定位的准确性以及多角度安装下的性能，最终确定合理优化的组装参数并进行封装，实现了电堆组装、检测集成化。

本实用新型还提供一种燃料电池组装测试集成系统，包括：如上述任一项所述的燃料电池组装测试集成平台。

所述燃料电池组装测试集成系统与上述燃料电池组装测试集成平台相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中电堆组装装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中电堆组装装置的第一视角结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中液压控制装置的管路示意图；

图5为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中压力分布测试装置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中性能检测装置的结构示意图；。

图中：1－电堆组装装置；1.1－液压固定板；1.2－动力液压缸；1.3－压板；1.4－柔性压力调节机构；1.4.1－盲端端板；1.4.2－金属波纹件；1.4.3－定位杆；1.4.4－浮动端板；1.5－第一绝缘板；1.6－第一集流板；1.7－多节单电池堆叠的层叠体；1.8－第二集流板；1.9－第二绝缘板；1.10－气口端板；1.11－固定支座；1.12－旋转轴；1.13－底座；1.14－旋转支座；1.15－旋转驱动液压缸；1.16－外封装件；1.17－侧面绝缘定位板；1.18－旋转平台；1.19－底部绝缘定位块；1.21－角度传感器；1.22－液压缸固定座；

2－液压控制装置；2.1－油箱；2.2－油泵；2.3－减压阀；2.4－压力传感器；2.5－液压表；2.6－电动球阀；2.7－单向阀；2.5.1－第一液压表；2.5.2－第二液压表；2.5.3－第三液压表；2.6.1－第一电动球阀；2.6.2－第二电动球阀；2.6.3－第三电动球阀；2.6.4－第四电动球阀；2.6.5－第五电动球阀；2.6.6－第六电动球阀；

3－压力分布测试装置；3.1－压力测试毯；3.2－压力采集器；3.3－上位机；

4－性能检测装置；4.1－测试接头；4.2－测试管；4.3－测试台；4.4－压力传感器；4.5－温度传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此处需要补充说明的是，在电堆组装过程中，电堆的压力均一性以及性能检测都是燃料电池组装提高效率的关键因素。然而，现有技术中，燃料电池的生产检验设备没有系统的进行组装过程中电堆的压力分布分析，也没有进行车载角度下电堆的性能测试，并且只完成部分工序，这样会提高成本，降低装配效率，并且使电堆的性能以及主要参数得不到最准确的评估。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台的结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种燃料电池组装测试集成平台，包括：电堆组装装置1，电堆组装装置1用于燃料电池的组装；液压控制装置2，液压控制装置2与电堆组装装置1连通，并作为动力源；压力分布测试装置3，压力分布测试装置3匹配在电堆组装装置1内，用于判断压力的均一性；性能检测装置4，性能检测装置4与电堆组装装置1连通，并进行性能检测。

相对于现有技术，本实用新型实施例所述的燃料电池组装测试集成平台具有以下优势：

本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中，如图1所示，包括：电堆组装装置1，液压控制装置2，压力分布测试装置3和性能检测装置4；其中，电堆组装装置1用于燃料电池的组装；液压控制装置2与电堆组装装置1连通，并作为动力源；压力分布测试装置3匹配在电堆组装装置1内，用于判断压力的均一性；性能检测装置4与电堆组装装置1连通，并进行性能检测。由此分析可知，本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中，由于电堆组装装置1能够调节电堆间的压缩的均一性以消除人为误差、模拟车载任意角度下的安装，液压控制装置2能够保证组装压力的可调性、电堆间的压力均一性、并调节平台角度，压力分布测试装置3能够检测压力的均一性，性能检测装置4能够检测电堆在车载角度下以及任意组装参数下的电堆性能，因此燃料电池组装测试集成平台能够提高燃料电池的组装、测试的集成化，并有效提高组装效率。并且，针对任意结构形式的燃料电池堆，设计了组装平台，考虑了电池间压力分布、定位的准确性以及多角度安装下的性能，最终确定合理优化的组装参数并进行封装，实现了电堆组装、检测集成化。

图2为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中电堆组装装置的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中电堆组装装置的第一视角结构示意图。

实际应用时，如图2和图3所示，上述电堆组装装置1可以包括：底座1.13，底座1.13上可以设有角度调节机构、旋转平台1.18，旋转平台1.18上可以设有底部绝缘定位块1.19、液压固定板1.1、动力液压缸1.2、液压缸固定座1.22、压板1.3、柔性压力调节机构1.4、第一绝缘板1.5、第一集流板1.6、多节单电池堆叠的层叠体1.7、第二集流板1.8、第二绝缘板1.9和气口端板1.10、以及外封装件1.16。

其中，如图2和图3所示，上述柔性压力调节机构1.4可以包括：金属波纹件1.4.2，金属波纹件1.4.2可以通过法兰和密封件以及定位杆1.4.3连接在盲端端板1.4.1和浮动端板1.4.4之间；盲端端板1.4.1上可以设有液压油进出口，并通过压力分布测试装置3的实时监测，调节压力的均一性，对堆叠时产生的累积尺寸误差进行修正。

具体地，如图2和图3所示，上述旋转平台1.18上可以装有固定支座1.11，固定支座1.11、气口端板1.10和盲端端板1.4.1之间可以安装有两个对称的燕尾结构的侧面绝缘定位板1.17；盲端端板1.4.1和气口端板1.10上的燕尾槽相对于侧向绝缘定位板1.17能够滑动，从而良好地保证定位安装的准确性以及绝缘性。

进一步地，如图2和图3所示，上述旋转平台1.18上装有底部绝缘定位块1.19以及液压固定板1.1，液压固定板1.1上设有动力液压缸1.2，动力液压缸1.2远离柔性压力调节机构1.4设有液压缸固定座1.22、靠近柔性压力调节机构1.4的一侧设有压板1.3。

更进一步地，如图2和图3所示，上述角度调节机构包括旋转驱动液压缸1.15，旋转驱动液压缸1.15通过旋转支座1.14连接旋转平台1.18，旋转平台1.18可以通过旋转轴1.12与底座1.13连接，且旋转平台1.18临近旋转轴1.12处可以设有角度传感器1.21；旋转驱动液压缸1.15可以通过旋转支座1.14与旋转平台1.18连接，以实现角度调节，用于模拟电堆在车载任意角度下的性能，从而提高电堆在车载工况下的适应性。

在角度保证的情况下，进行电堆组装，依次将底部绝缘定位块1.19、液压固定板1.1、液压缸固定座1.22和固定支座1.11固定在旋转平台1.18上，然后将动力液压缸1.2固定在液压固定板1.1和液压缸固定座1.22之间，将侧面绝缘定位板1.17一端固定在固定支座1.11上，将浮动端板1.4.4、定位杆1.4.3、金属波纹件1.4.2装配在盲端端板1.4.1上组成柔性压力调节机构1.4，然后将通过侧面绝缘定位板1.17与端板上的燕尾槽连接方式将气口端板1.10和盲端端板1.4.1安装，再依次将第一绝缘板1.5、第一集流板1.6、多节单电池堆叠的层叠体1.7、第二集流板1.8、第二绝缘板1.9通过定位放置在气口端板1.10和浮动端板1.4.4之间，放置绝缘定位板主要是为了保证定位精准以及防止测试性能时发生短路。

图4为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中液压控制装置的管路示意图。

实际应用时，如图4所示，上述液压控制装置2可以包括：油箱2.1，油箱2.1可以通过管路与电堆组装装置1的动力液压缸1.2和旋转驱动液压缸1.15连通，且管路上可以设置有油泵2.2、减压阀2.3、压力传感器2.4、液压表2.5、电动球阀2.6和单向阀2.7。

对于各种车载情况下的燃料电池堆放置角度，可通过液压控制装置2中的油泵2.2提供压力给旋转驱动液压缸1.15推动旋转平台1.18绕旋转轴1.12旋转，并时刻观察第一液压表2.5.1数值，当旋转角度达到车载下的电堆角度时，角度传感器1.21反馈给控制器，控制器控制第一电动球阀2.6.1和第二电动球阀2.6.2关闭以保证角度不变。

图5为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中压力分布测试装置的结构示意图。

其中，如图5所示，上述压力分布测试装置3可以包括：放置在电堆组装装置1的多节单电池堆叠的层叠体1.7两端的边缘节和中间节位置处的压力测试毯3.1，以及与压力测试毯3.1依次连接的压力采集器3.2和上位机3.3，从而通过压力采集器3.2和上位机3.3实时采集压力分布和分析处理数据，直观判断电堆间接触压力的均一性。

在电堆放置过程中，将压力测试毯3.1分别放置在多节单电池堆叠的层叠体1.7的两端和中部，然后液压控制装置2中的减压阀2.3调节管路压力值，通过观察第二液压表2.5.2的数值确定压力，通过控制管路上的第三电动球阀2.6.3打开，关闭第四电动球阀2.6.4和第五电动球阀2.6.5，向柔性压力调节机构1.4充入液压油，油液充斥整个金属波纹件1.4.2并压缩电堆，此时通过上位机3.3实时观测压力测试毯3.1上的数值，对比压力是否保持均一，如若均一，可停止压缩，反之，则继续加压，待浮动端板1.4.4移动到金属波纹件1.4.2的最大伸缩量时，此时浮动端板1.4.4会自动调平，待上位机3.3上的压力值保持均一，控制第三电动球阀2.6.3关闭保压，此时各部件都会被调节平整，消除了人为误差。

图6为本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台中性能检测装置的结构示意图。

具体地，如图6所示，上述性能检测装置4可以包括：性能测试台4.3，性能测试台4.3上可以设有测试管路4.2，测试管路4.2的自由端可以设有测试接头4.1，测试管路4.2上临近测试接头4.1处可以设有压力传感器4.4和温度传感器4.5。

在各部件被准确定位之后，拆除堆内压力测试毯3.1，将压力测试毯3.1分别放置在压板1.3和盲端端板1.4.1之间以及固定支座1.11和气口端板1.10之间，从而在不影响性能检测的情况下检测压力均一性，安装测试接头4.1在固定支座1.11上，将测试管4.2、压力传感器4.4以及温度传感器4.5与测试接头4.1相连，打开第四电动球阀2.6.4和第五电动球阀2.6.5，对动力液压缸1.2进行加载，压板1.3上有定位销和盲端端板1.4.1销孔匹配，在加载的同时，柔性压力调节机构1.4的液压油向外排油，直至排空为止开始压缩整个电堆，在压缩的过程中，可实时检测压力测试毯3.1的压力分布，当组装参数未知的情况下，可设置几组组装参数，当参数到达设置的值时，可停止压缩，关闭第五电动球阀2.6.5和第六电动球阀2.6.6进行保压，通过观察第三液压表2.5.3的数值确定是否泄漏，使电堆承压恒定，在此压力情况下，测试台4.3开始工作，观察各节单池的性能，是否保持均一性，如若均一，则观察性能是否最优，反之，若不均一，则更换有问题单池，继续测试，直至均一性满足；满足了均一性之后，只需要控制测试参数改变观察性能直至性能稳定。在多组组装参数下，需要控制减压阀2.3调节管路压力进行多组测试，对比不同组装参数下的性能曲线，判断在什么样的组装参数下达到性能最优，此时的测试参数即是最优的，最后进行外封装件1.16的封装。

本实用新型实施例还提供一种燃料电池组装测试集成系统，包括：如上述任一项所述的燃料电池组装测试集成平台。

本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台及系统，针对任意结构形式的燃料电池堆，设计了柔性调节装置调节安装误差、压力分布检测装置检测压力均一性、新型定位方式确保定位准确及绝缘性、角度调节装置模拟车载下电堆的多角度安装和性能测试，以达到用很小的空间实现了最多的功能集成；本实用新型实施例提供的燃料电池组装测试集成平台及系统，不仅能确定合理的组装参数及测试参数，而且提高了工作效率以及提高车载工况下电堆的适应性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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。