一种用于电堆测试台的巡检接触器及其巡检方法与流程

1.本发明应用于质子交换膜燃料电池检测领域，具体涉及一种燃料电池检测使用的单电池电压巡检装置和方法。


背景技术：

2.对氢质子交换膜燃料电池的检测包括很多方面，其中单电池电压是一项重要内容。具体地说，在对电堆的检测中，需要对其各个单电池的电压进行监测，称巡检，巡检是通过导电探针，与单电池极板的接触完成电位的获得。对于燃料电池测试台来说，测试台具备的巡检系统可能不是专对一个具体型号的电堆，需要尽可能适应不同型号的电堆检测。
3.在实际检测中，如果被测电堆没有自身巡检装置，或电堆自身巡检装置不能被测试台使用，则需要使用测试台对电堆外加巡检仪，并通过探针实现各单电池电位的获取。
4.各种电堆的巡检需要快速可靠的探针实现，测试台遇到的各种电堆的单电池数量和厚度不同，在生产进行中，又需要大量重复进行该操作。而常规电堆的单电池厚度为毫米级，一般在1～3mm，其趋势也是越来越薄，电堆的单电池间距小，但是重复数量常达数百，特别是由于受极板制造差异和安装压缩变形，整个电堆的单电池厚度形成了具有偶然性的、不重复的微小累积，因此，在电堆单电池达到一定数量之后，具体的探针间距，特别是首尾之间的合计距离不再能保持固定不变，相同型号和工艺的电堆其不同电堆的高度差别可以超过一个单电池的厚度。实际上，总厚度差异接近半个单电池厚度时，固定间距的探针即不能很好地适应该变化，需要人工调节。尤其是当前技术提高，单电池厚度降低到1mm左右，巡检自身对分配这些细小的探针也增加了难度。
5.现有技术包括对特定的、单电池数量和间距固定的电堆进行巡检，也包括非特定巡检器完成对待测电堆的巡检。这里列举几种调整探针间距的技术，以方便对于本技术背景的理解。如，中国专利cn113140762a、cn201910712118.x、cn102938470b、cn202433417u以及cn212342869u等，采用板上插孔固定探针的方法，完成专属特定电堆的电压巡检。专利cn212989415u、cn211653089u、cn201922363039.0、cn202020179251.1等，具有弹性探针、弹力丝接触式探针等形式，以完成非专属电堆的检测，便于拆除，采用固定支架方式不调节间距。专利cn211785982u，使用弹簧调节采集探针的间距，专利cn211603482u，使用平行四边形结构调整探针与极板的距离，检测的单电池数量不做变动。
6.以上技术或者未考虑调整间距，或者未考虑调整数量，使用上还有很多不便。
7.另外，由于各种电堆设计了各自特定的探针在单电池上的接口方式，以及不同的可以使用的探针接触点或区域，所以从测试台方面看，需要采用通用的设计结构来适应各种不同的单电池厚度、接触位置，以及电堆的单电池叠片数量，还要对接触压力进行控制性的保护。


技术实现要素：

8.为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种用于电堆测试台的巡检接触器及
其巡检方法，用于燃料电池巡检探针对于待测电堆的单电池数量和间距的适应性调整。
9.本发明用于适应多种不同型号电堆的巡检测试，有益之处在于使用简单、容易调整，便于观察和记录、接触可靠，有利于快速完成巡检安装，既可以用于少量的不同电堆规格变化的实验性检测，也可以用于电堆规格不变、连续化的生产线上的重复检测，有利于降低研发和生产成本，安全可靠。电势的检测和处理是已知的、常规的技术，是本项发明关联的技术，但是不属于本项发明，因此省略相关内容。
10.本发明的具体技术方案如下：
11.一种用于电堆测试台的巡检接触器，接触器框架内设有探针板组，探针板组底部设有导线引接集流板c电位，然后由下至上依次叠加有弹性元件与探针板，探针板设有探针，探针压接或焊接在探针板上的槽中或孔中，顶部的探针板上面设有盖板，弹簧压在盖板上，盖板通过弹簧上的垫片与板压调节螺帽连接，板压调节螺帽上端设有导线引接集流板a电位，转动轴由上至下依次贯穿导线引接集流板a电位、板压调节螺帽、弹簧，以及各个探针板、弹性元件，直至导线引接集流板c电位，各个探针板分别通过导线与巡检信号处理器连接，导线引接集流板a电位连接电堆的一个集流板a，通过导线a连接到巡检信号处理器，导线引接集流板c电位连接电堆的另一个集流板c，通过导线c连接到巡检信号处理器，绝缘限位器在探针板上的探针同侧，具有可调节的长条孔和固定螺丝，固定螺丝有多只，例如2只，固定螺丝将绝缘限位器固定在检测器框架上，通过长条孔调节探针与绝缘限位器前端的距离。
12.进一步的，所述的探针板设有周期性标识，便于检查和记录，例如具体为每10位或8位等重复数值的位置上的探针板设置记号，记号为板片侧面缺口或凸起或不同的颜色。
13.进一步的，所述的探针板使用薄金属板、高聚物板、硬复合板中的任意一种。
14.进一步的，所述的转动轴使用金属、高聚物材料、复合材料中的任意一种，优选为高聚物材料。
15.进一步的，所述的探针的数量不限，但是以40至200为佳；对于单电池数量超过200的单电堆，使用多套本发明接触器接续完成测试。
16.进一步的，所述的每个探针板之间松弛状态下的间距为1.1～2.2mm，经过压缩后，每个探针的间距为1～2mm，此时厚度达到适配单电池厚度，也可以设置一套1.5～3.0mm间距的探针系列。
17.进一步的，所述的弹性元件为弹簧圈、弹簧片、橡胶板、发泡橡胶板中的任意一种。
18.进一步的，由于探针板组的各组件在克级水平，累计重量为百克级或数百克，因此设置弹性元件15的弹力数倍于探针板总体重量，如压缩弹力在1000～3000g，以消除探针板组各组件的重量对压缩的影响。
19.一种用于电堆测试台的巡检方法，待测电堆单电池数小于等于单组巡检接触器的检测数时，采用一组巡检接触器进行检测，调节螺帽的压力，完成探针板与电堆的单电池一一对应，在绝缘限位器限位保护下，检测器框架在电堆上固定检测器框架，使全部的探针压在各自对应的单电池边缘，导线引接集流板a电位连接电堆的一个集流板a，导线引接集流板c电位连接电堆的另一个集流板c，分别获得阳极和阴极的电位，与探针形成完整的对电堆各单电池电位的检测。
20.待测电堆单电池数介于单组巡检接触器的检测数与两组巡检接触器的检测数之
间时，采用两组巡检接触器进行检测，第一组接触器保持第一组接触器探针原位，仅调整板压调节螺帽以达到探针间距适合电堆单电池间距，第二组接触器与第一组接触器俯视位置错开，根据电堆单电池数量，转动上方的多余片数的探针板，使多余的第二组接触器探针部分转位偏离与电堆极板的接触，剩余的第二接触器探针部分原位接触电堆极板，以达到使用特定数量探针的目的；转动时，参考探针板上的周期性的缺口，便于调整，第二组接触器的最下方第一探针的位置与第一组接触器的最上方探针的位置相邻，第一组接触器导线引接集流板c电位连接电堆下方的集流板，获得电堆最下方电位；第二组接触器导线引接集流板a电位连接电堆上方的集流板，获得电堆最上方电位。
21.本发明与现有技术相比的有益效果是：
22.(1)能够方便地调整探针以适应具体电堆的规格，包括单电池间距、单电池数量；
23.(2)使用简单，周期性的记号有利于调整和观察、记录；
24.(3)既可以用于少量的不同电堆规格变化的实验性检测，也可以用于电堆规格不变、连续化的生产线上的重复检测，提高操作效率，有利于降低研发和生产成本。
附图说明
25.图1是巡检接触器基本结构侧视示意图；
26.图2是巡检器的部分探针转动俯视图；
27.图3是探针板原位的圆角和卡位直边示意图；
28.图4是探针板转动后的圆角和卡位直边示意图；
29.图5是两组接触器配合使用时的俯视图示意图；
30.图6是两组接触器配合使用时的正视图示意图。
31.其中，1.巡检信号处理器；2.导线；3.接触器框架；4.板压调节螺帽；5.转动轴；6.弹簧；7.垫片；8.盖板；9.导线引接集流板a电位；10.绝缘限位器；11.长条孔；12.固定螺丝；13.探针板；14.探针；15.弹性元件；16.导线引接集流板c电位；17.探针原位；18.探针板原位；19.探针板转位；20.探针转位；21.连接线原位；22.连接线转位；23.第一组接触器；24.第二组接触器；25.第二组接触器导线引接集流板a电位；26.第二组接触器探针部分转位；27.第二组接触器探针部分原位；28.第一组接触器探针原位；29.第一组导线引接集流板c电位；30.圆角；31.第一卡位直边；32.第二卡位直边；33.导线a；34.导线c。
具体实施方式
32.下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
33.由于检测信号的处理技术和巡检器在电堆上的固定，非本发明创新点，不做具体叙述。
34.连接到巡检信号处理器1的导线2可以使用线束、端子排线、压线端子、板卡插槽等方式，本说明中以导线代表进行描述。文中上下、俯视和正视是相对而言，仅为描述方便，实际情况根据电堆的极板排列方向而定。
35.实施例1
36.参见图1至图4。
37.用于单电池数量为60的单电堆的检测，电堆的单电池厚度在1.5
±
0.1mm。
38.本发明巡检接触器由巡检信号处理器1、接触器框架3、安装在框架上的探针板组、压紧器、转动轴5、绝缘限位器10等组成，其松弛厚度为3.0mm，压紧厚度为1.2mm。其中，探针板组是重复的探针板单元，该探针板单元由探针板13、与探针板13平面垂直的面上叠加具有弹性的橡胶或片状金属弹簧、探针板13的一侧连接到巡检信号处理器1的导线2、探针板13另一侧的弹性探针组成。探针14与导线2连接，将接触到的单电池电位传递到巡检信号处理器1。探针板13可以使用薄金属板、高聚物板、硬复合板等，探针板13具有中心孔，中心孔安装有共同的转动轴5，该转动轴5与探针板组垂直。
39.探针板13具有圆角30，该圆角30随探针板13一起转动，第一卡位直边31与检测器框架3接触形成的卡位，定义为原位的使用状态；圆角30顺时针转动90
°
后，第二卡位直边32与检测器框架3接触形成的卡位，定义为转位的不使用状态。
40.以具有100个重复的探针板单元为例，该探针板单元由探针板13、与探针板13平面垂直的面上叠加弹性元件15，弹性元件15使用弹性橡胶，探针板13的一侧连接到巡检信号处理器1的导线2、探针板13另一侧连接有的探针14组成。探针14与导线2连接，将接触到的单电池电位传递到巡检信号处理器1。探针板13使用硬复合板，具有中心孔，中心孔安装有共同的转动轴5，该转动轴5与探针板组垂直。
41.其中，压紧器位于探针板组的一端，优选为可以转动的探针板13一侧，由位于探针板13上方保护性的盖板8、盖板8上的弹簧6、弹簧6上的垫片、该垫片上的板压调节螺帽4组成，板压调节螺帽4可以拧动以通过垫片、弹簧6、盖板8改变探针板组的压力，压缩各探针板组的厚度，实现探针板组的间距调整。探针14压接或焊接在探针板上10的槽中或孔中。所述压紧器的盖板8、弹簧6、垫片、板压调节螺帽4的中心都具有同心的孔，转动轴5穿过该孔，板压调节螺帽4压力改变时，各探针板组在转动轴5上滑动而改变距离。
42.解除严压紧器的压力后，探针板13可以绕该转动轴5旋转，根据实际电堆的单电池单元数量，以60个单电池单元为例，则选择靠近压紧器一端的共40个探针板13，按照90
°
旋转以偏离电池表面，其带有的探针14避开与电堆接触，从而实现使用的剩余60个探针板13的数量与单电池数量一致。
43.绝缘限位器10在探针板13的探针14同侧，具有可调节的长条孔11和固定螺丝12，固定螺丝12有多只，例如2只，固定螺丝12将绝缘限位器10固定在检测器框架3上，通过长条孔11调节与探针14松弛状态下露出绝缘限位器10前端的距离。在本发明巡检接触器向电堆靠近时，已经定位的绝缘限位器10限制探针14的伸缩量，从而保护探针14。
44.导线引接集流板a电位9连接电堆的一个集流板a，通过导线a33连接到巡检信号处理器1，导线引接集流板c电位16连接电堆的另一个集流板c，通过导线c34连接到巡检信号处理器1，分别获得阳极和阴极的电位，与探针14形成完整的对电堆各单电池电位的检测。
45.上述导线引接集流板电位共2个电位。
46.根据具体电堆结构，上述导线引接的电堆集流板电位与邻近探针检测电位中有一个是具有一支单电池电位以及各连接元件电阻形成的电势差，另外一个则仅是其中各种元件电阻形成的电势差，此处假设是导线引接集流板c电位16检测到的集流板电势与其邻近的探针获得的电势的差别很小，该值一般远小于单电池电压值。根据具体电堆，该电势差一般是连接电阻、探针接触电阻、集流板板体电阻、集流板与单电池极板电阻、单电池极板与
电极接触电阻等形成的，以及可能包括附加的非发电工作的用于热管理等作用的导电隔板，是电堆的具体特性。测试人员可以根据检测目的要求和巡检信号处理器1的检测精度，决定可以使用或取消一个上述的导线引接集流板电位连接。
47.对探针板13设置周期性标识，从远离板压调节螺帽4的首个探针板13开始，每10位重复数值的位置上的探针板13设置周期性的记号，在其板片侧面使用缺口。
48.实施例2
49.本例与实施例1不同的是，一套接触器的检测数正好等于待测电堆单电池数，不做实施例1的上述转动轴5上的部分探针板转动调整。
50.调节螺帽4的压力，完成探针板13与电堆的单电池一一对应，在绝缘限位器10限位保护下，检测器框架3在电堆上固定检测器框架3，使全部的探针14压在各自对应的单电池边缘。
51.导线引接集流板a电位9连接电堆的一个集流板a，导线引接集流板c电位16连接电堆的另一个集流板c，分别获得阳极和阴极的电位，与探针14形成完整的对电堆各单电池电位的检测。
52.实施例3
53.参见图5和图6。
54.本例用于检测单电池厚度1.5mm，单电池数量160的电堆，使用实施例1的巡检接触器2套。即，在单套巡检接触器的检测数少于待测电堆单电池数时，采用多个巡检接触器的方法。
55.此处俯视图、左视图之“俯视”、“左视”是仅为描述方便相对而言，根据电堆的极板排列方向而定。
56.两套巡检器之间可以做固定连接，并固定到电堆上，也可以独立连接到电堆上而不做相互的固定，仅确定设置其第一套的最末探针与其第二套的起始位置连续。并且优选为独立而两套巡检器相互之间不做连接固定。
57.第一组接触器23保持第一组接触器探针原位28，仅调整板压调节螺帽4以达到探针间距适合电堆单电池间距。
58.第二组接触器24与第一组接触器23俯视位置错开。根据电堆单电池数量160，转动上方的40片探针板，使40只的第二组接触器探针部分转位26偏离与电堆极板的接触，剩余60只的第二接触器探针部分原位27接触电堆极板的接触，以达到使用60片的目的。转动时，参考探针板上的周期性的缺口，便于调整。
59.第二组接触器24的最下方第一探针的位置与第一组接触器的最上方探针的位置相邻。
60.共160只探针获得160个电位。
61.第一组接触器导线引接集流板c电位29连接电堆下方的集流板，获得电堆最下方电位，并通过传送到巡检信号处理器1。
62.第二组接触器导线引接集流板a电位25连接电堆上方的集流板，获得电堆最上方电位，并传送到巡检信号处理器1。
63.以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任
何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。