[發明專利]一種用于快速測試膜電極性能的多功能設備及測試方法

在審

• 申請號: 202110488386.5
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113109657A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王天喜;劉亞偉
• 申請（專利權）人: 上海億氫科技有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/385
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

1.一種用于快速測試膜電極性能的多功能設備，其特征在于：包括工裝夾具、控制電路和人機交互部分，其中，

所述工裝夾具包括上電極、下電極、氣缸、導桿、電磁閥，所述氣缸與電磁閥相連接，所述氣缸的活塞端連接導桿，所述導桿另一端安裝有上電極，所述氣缸通過導桿拉動上電極抬起或壓下，所述下電極設于上電極下方，所述上電極與下電極之間夾設有待測試的膜電極，所述上電極和下電極內部均設置有氣體流道和水流道，所述氣體流道用于通入空氣或者氫氣從而為膜電極反應提供反應氣體，所述水流道用于控溫從而使膜電極保持特定的溫度條件；

所述控制電路包括控制信號輸出電路、恒電位輸出電路、電子負載、模擬信號采集電路、開關信號采集電路、通訊電路以及控制芯片，所述控制信號輸出電路的輸出端連接電磁閥，并通過控制電磁閥開閉進而控制氣缸抬起或壓下，所述控制信號輸出電路、恒電位輸出電路、電子負載、模擬信號采集電路、開關信號采集電路、通訊電路分別電連接控制芯片，所述恒電位輸出電路用于輸出恒定電壓信號并測量電流，所述電子負載用于在膜電極反應時快速改變負載電流并實時測量電壓，所述模擬信號采集電路用于采集上電極和下電極傳感器的參數；

所述人機交互部分包括控制開關和顯示設備，所述控制開關連接開關信號采集電路，所述開關信號采集電路用于采集控制開關的狀態，所述顯示設備用于顯示數據和當前的工作狀態，所述顯示設備連接通訊電路，所述通訊電路用于控制芯片與顯示設備的數據交換。

2.如權利要求1所述的用于快速測試膜電極性能的多功能設備，其特征在于：所述氣缸、下電極均固定在此多功能設備的臺架上，臺架為可移動式，所述上電極和下電極中氣體流道和水流道的另一端均連接至燃料電池測試臺，且氣體流道和水流道中的氣體和水均由燃料電池測試臺提供。

3.如權利要求1所述的用于快速測試膜電極性能的多功能設備，其特征在于：所述傳感器為溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器中的一種或幾種。

4.如權利要求1所述的用于快速測試膜電極性能的多功能設備，其特征在于：所述顯示設備為顯示屏或者電腦。

5.一種如權利要求1至4中任一項所述的用于快速測試膜電極性能的多功能設備的極化曲線測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)準備工作：將待測試的膜電極放入上電極與下電極之間，控制電路啟動電磁閥，使上電極下壓壓住膜電極，燃料電池測試臺開啟，向上電極通入氫氣，下電極通入空氣，上電極和下電極同時通入控溫水，在人機交互部分的顯示設備上調節測試條件及測量流程方案，并通過通訊電路將相關參數傳輸給控制芯片，打開控制開關，等待整個系統達到測試條件；

2)監控條件：控制芯片通過模擬信號采集電路讀取上電極和下電極傳感器的數據，等待溫度濕度壓力等參數都達到設置條件，則啟動測試；

3)極化曲線測試：首先開啟電子負載，快速階梯式增加負載電流，同時通過對經驗數據的分析，自由設定電流變化后的測量電壓的時間點，在最穩定的時刻測量，記錄電壓隨電流的變化，存儲于控制芯片中；

4)數據分析：控制芯片通過通訊電路導出測試數據到顯示設備，并在顯示設備上繪制出極化曲線；

5)測試其他測量點數據：斷開燃料電池測試臺供氣開關，抬起上電極，移動膜電極，使待測點在上電極和下電極中間，然后壓下上電極，通入氣體；

6)重復步驟2)至步驟4)，直到將想測量的數據都測試完為止。

6.如權利要求5所述的測試方法，其特征在于：步驟3)中，極化曲線測試在1秒內完成電流變化與電壓測試。

7.一種如權利要求1至4中任一項所述的用于快速測試膜電極性能的多功能設備的電化學特性測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)準備工作：將待測試的膜電極放入上電極與下電極之間，控制電路啟動電磁閥，使上電極下壓壓住膜電極，燃料電池測試臺開啟，向上電極通入氫氣，下電極通入空氣或者氮氣，上電極和下電極同時通入控溫水，在人機交互部分的顯示設備上調節測試條件及測量流程方案，并通過通訊電路將相關參數傳輸給控制芯片，打開控制開關，等待整個系統達到測試條件；

2)監控條件：控制芯片通過模擬信號采集電路讀取上電極和下電極傳感器的數據，等待溫度濕度壓力等參數都達到設置條件，則啟動測試；

3)電化學性能曲線測試：保持電子負載開路狀態，啟動恒電位輸出電路，使電壓按照一定速度遞增，同時實時測量輸出電流，將電流隨電壓變化的數據存儲于控制芯片中；

4)數據分析：控制芯片通過通訊電路導出測試數據到顯示設備，并在顯示設備上繪制出電化學性能曲線；

5)測試其他測量點數據：斷開燃料電池測試臺供氣開關，抬起上電極，移動膜電極，使待測點在上電極和下電極中間，然后壓下上電極，通入氣體；

6)重復步驟2)至步驟4)，直到將想測量的數據都測試完為止。