[发明专利]一种用于快速测试膜电极性能的多功能设备及测试方法

说明书

本发明涉及一种用于快速测试膜电极性能的多功能设备及测试方法，该设备包括工装夹具、控制电路和人机交互部分，工装夹具包括上电极、下电极、气缸、导杆、电磁阀，气缸与电磁阀相连接；控制电路包括控制信号输出电路、恒电位输出电路、电子负载、模拟信号采集电路、开关信号采集电路、通讯电路以及控制芯片，控制信号输出电路连接电磁阀，恒电位输出电路用于输出恒定电压信号并测量电流，电子负载用于在膜电极反应时快速改变负载电流并实时测量电压，模拟信号采集电路用于采集上电极和下电极传感器的参数；人机交互部分包括控制开关和显示设备；本发明同时具有极化曲线测试和电化学性能曲线测试功能，能够进行两种性能测试，大大加快了测试效率。

[技术领域]

本发明属于氢燃料电池领域，具体地说是一种用于快速测试膜电极性能的多功能设备及测试方法。

[背景技术]

膜电极组件(MEA)是燃料电池电化学反应的组件，是燃料电池的核心部件。膜电极两侧通入空气和氢气，在合适的温湿度情况下，会产生电流和电压。电压随电流的变化曲线称为极化曲线，它是衡量膜电极性能的一个重要参数。目前，主流的测试方法是通过燃料电池测试台，测试台测试的参数比较全面，准确度高，但是仍有如下几个缺点：(1)测试时间比较长，整个流程测试完成根据功率不同需要1-5个小时；(2)只能测试整个膜电极，不能分析膜电极性能的分布情况；(3)灵活性低；(4)成本高，体积大；(5)不能测试电化学性能，必须用另外一台电化学工作站来测试。由于以上缺点，在研发过程中，经常会更改配方，需要迅速测试验证，如果测试时间较长，则不利于迅速迭代升级。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种用于快速测试膜电极性能的多功能设备，该设备同时具有极化曲线测试和电化学性能曲线测试功能，能够直接对膜电极进行两种性能测试，大大加快了测试效率。

为实现上述目的设计一种用于快速测试膜电极性能的多功能设备，包括工装夹具、控制电路和人机交互部分，其中，所述工装夹具包括上电极、下电极、气缸、导杆、电磁阀，所述气缸与电磁阀相连接，所述气缸的活塞端连接导杆，所述导杆另一端安装有上电极，所述气缸通过导杆拉动上电极抬起或压下，所述下电极设于上电极下方，所述上电极与下电极之间夹设有待测试的膜电极，所述上电极和下电极内部均设置有气体流道和水流道，所述气体流道用于通入空气或者氢气从而为膜电极反应提供反应气体，所述水流道用于控温从而使膜电极保持特定的温度条件；所述控制电路包括控制信号输出电路、恒电位输出电路、电子负载、模拟信号采集电路、开关信号采集电路、通讯电路以及控制芯片，所述控制信号输出电路的输出端连接电磁阀，并通过控制电磁阀开闭进而控制气缸抬起或压下，所述控制信号输出电路、恒电位输出电路、电子负载、模拟信号采集电路、开关信号采集电路、通讯电路分别电连接控制芯片，所述恒电位输出电路用于输出恒定电压信号并测量电流，所述电子负载用于在膜电极反应时快速改变负载电流并实时测量电压，所述模拟信号采集电路用于采集上电极和下电极传感器的参数；所述人机交互部分包括控制开关和显示设备，所述控制开关连接开关信号采集电路，所述开关信号采集电路用于采集控制开关的状态，所述显示设备用于显示数据和当前的工作状态，所述显示设备连接通讯电路，所述通讯电路用于控制芯片与显示设备的数据交换。

进一步地，所述气缸、下电极均固定在此多功能设备的台架上，台架为可移动式，所述上电极和下电极中气体流道和水流道的另一端均连接至燃料电池测试台，且气体流道和水流道中的气体和水均由燃料电池测试台提供。

进一步地，所述传感器为温度传感器、湿度传感器、压力传感器中的一种或几种。

进一步地，所述显示设备为显示屏或者电脑。