一种膜电极绝缘性检测装置、方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及电池领域，具体为一种膜电极绝缘性检测装置、方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.膜电极(mea)组件是质子交换膜燃料电池(pemfc)的关键组成部分，直接决定了pemfc的性能。“五合一”mea通常由催化剂涂覆膜(ccm)和上下两层边框膜组成，其中，ccm由阴极催化层、质子交换膜和阳极催化层组成，是h2和o2进行化学反应以及进行质子传输的场所，是mea的核心所在。“五合一”mea的阴阳两极各贴一层气体扩散层(gdl)后，组成“七合一”mea。
3.为了降低内阻，提高燃料电池性能，ccm中的质子交换膜越来越薄，即使制备条件越来越高，但仍然可能在加工或转运过程中受到损伤。质子膜损伤后产生通孔，导致阴极和阳极催化剂在通孔处发生接触，导致ccm的阴阳两极之间形成通路，若不经检查直接装堆，会导致电堆短路。因此急需一种简便、灵敏且高效的方法和装置，应用于mea生产线中，对mea进行快速的绝缘性检测。
4.目前，针对膜电极绝缘性检测的方法较少，有万能表/电阻表测试法、红外热像技术检测法等，但仅适用于实验室操作，操作繁琐，耗时较长。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明公开一种膜电极绝缘性检测装置、方法、设备及存储介质，能够适用于批量生产的膜电极绝缘性自动检测，实现对膜电极绝缘性的快速检测以及无损检测。该装置包括检测控制装置与夹具组件，所述检测控制装置包括两个金属板；
6.所述夹具组件用于在所述两个金属板分别与所述夹具组件相接触时，使得所述两个金属板分别与所述膜电极的两个表面接触；
7.所述检测控制装置用于通过所述两个金属板对所述膜电极输出目标脉冲电压，以及在输出所述目标脉冲电压后，监测目标电容两端的电压变化信息，基于所述电压变化信息确定所述膜电极的绝缘性；所述目标电容基于所述两个金属板以及所述膜电极形成。
8.更进一步地，所述两个金属板与所述膜电极的非接触面设有绝缘外壳。
9.更进一步地，所述金属板为金属圆板，且所述膜电极与所述金属圆板接触时，所述膜电极能够覆盖所述金属圆板。
10.更进一步地，所述膜电极包括催化剂涂覆膜；
11.所述夹具组件用于在所述两个金属板分别与所述夹具组件相接触时，使得所述两个金属板分别与所述催化剂涂覆膜的两个表面接触。
12.另一方面，本技术还提供一种膜电极绝缘性检测方法，该方法是基于如上所述的一种膜电极绝缘性检测装置实现的，所述方法包括：
13.响应于膜电极检测指令，基于所述两个金属板向所述膜电极输出所述目标脉冲电压；
14.监测所述目标电容两端的电压变化信息；
15.基于所述电压变化信息确定所述膜电极的绝缘性检测结果。
16.更进一步地，所述电压变化信息基于与多个检测周期对应的检测电压确定；
17.所述基于所述电压变化信息确定所述膜电极的绝缘性检测结果，包括：
18.将每个所述检测周期对应的所述检测电压与相应所述检测周期的预设电压值进行比较，得到比较结果；
19.基于所述多个检测周期分别对应的所述比较结果，确定所述膜电极的绝缘性检测结果。
20.更进一步地，所述方法还包括：
21.基于所述膜电极的绝缘性检测结果，控制所述夹具组件将所述膜电极移至目标区域，所述目标区域与所述膜电极的绝缘性检测结果相匹配。
22.更进一步地，所述方法还包括：
23.基于所述目标电容的击穿电压，确定所述目标脉冲电压。
24.第三方面，本技术还提供一种电子设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如上所述的一种膜电极绝缘性检测方法。
25.第四方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行如上所述的一种膜电极绝缘性检测方法。
26.实施本发明，具有如下有益效果：
27.本技术通过检测控制装置对膜电极输出目标脉冲电压，在输出脉冲电压后，监测目标电容两端的电压变化信息，基于目标电容两端的电压变化信息确定膜电极的绝缘性，实现膜电极绝缘性的快速检测；通过夹具组件对膜电极直接抓取，在实现自动化测试的同时还能保证在检测过程中不会对膜电极造成损坏，能够适用于批量生产的膜电极绝缘性自动检测。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。
29.图1为本发明实施例提供的膜电极绝缘性检测装置结构示意图；
30.图2为本发明实施例提供的膜电极绝缘性检测装置爆炸图；
31.图3为本发明实施例提供的膜电极绝缘性检测方法流程图；
32.图4为本发明实施例提供的电路测试控制装置的内部结构示意图；
33.图5(a)-(c)为本发明实施例提供的膜电极检测过程电流方向示意图；
34.图6为本发明实施例提供的膜电极绝缘性测试结果示意图；
35.其中，图中附图标记对应为：1-边框膜；2-催化剂涂覆膜；3-金属板；4-绝缘外壳；5-夹具组件；6-检测控制装置。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
37.本实施例中，本发明所要解决的技术问题在于能够适用于批量生产的膜电极绝缘性自动检测，膜电极绝缘性的检测速度快。参照图1-2，该装置包括检测控制装置6与夹具组件5，检测控制装置6包括两个金属板3；夹具组件5用于在两个金属板3分别与夹具组件5相接触时，使得两个金属板3分别与膜电极的两个表面接触；具体地，膜电极包括催化剂涂覆膜2与催化剂涂覆膜2上下两层的边框膜1，边框膜1不导电，但是具有一定的刚性，使膜电极可不经人工处理和操作，能够由夹具组件5进行自动抓取；上下两层边框中间部分均呈镂空结构，将催化剂涂覆膜2位于镂空结构处，两个金属板3分别与催化剂涂覆膜2的两个表面接触。夹具组件5是工装设备的上下两个机械手，金属板3接触催化剂涂覆膜2的一面光滑平整，防止因外力挤压导致催化剂涂覆膜2破损，通过机械手的上下开合来控制金属板3与催化剂涂覆膜2的夹紧程度，通过调试使两个金属板3保持平行，金属板3以一定的压力夹在催化剂涂覆膜2的两个表面，并且不会损坏催化剂涂覆膜2。
38.检测控制装置6通过两个金属板3对膜电极输出目标脉冲电压，具体地，检测控制装置6通过两金属板3对催化剂涂覆膜2输出目标脉冲电压，催化剂涂覆膜2依次包括阴极催化层、质子交换膜以及阳极催化层，催化剂涂覆膜2的两个催化层通常采用pt/c催化剂，具有良好的导电性，因此也可将金属圆板与催化剂涂覆膜2的两个催化剂层作为整体，看作目标电容，质子交换膜看作目标电容中间的绝缘介质。在输出目标脉冲电压后，目标电容一段时间后进行放电，监测目标电容两端的电压变化信息，基于电压变化信息确定膜电极的绝缘性；根据电压变化信息判断催化剂涂覆膜2的是否短路。催化剂涂覆膜2上下两层设有边框膜1，边框膜1具有一定的刚性，能够通过夹具组件5直接抓取，且不损坏催化剂涂覆膜2，两个金属板3与催化剂涂覆膜2构成目标电容，检测控制装置6对目标电容输出目标脉冲电压，一段时间后，检测控制装置6检测目标电容两端的电压变化信息，检测控制装置6基于电压变化信息确定膜电极的绝缘性，检测控制装置6响应时间快，适用于批量生产的膜电极绝缘性自动检测。
39.在一种实施方式中，两个金属板3与膜电极的非接触面设有绝缘外壳4，保证检测控制装置6输出的目标脉冲电压只传输至催化剂涂覆膜2中，防止脉冲电压通过金属板3漏出；金属板3为金属圆板，圆板不带有棱角，不会在检测过程中损坏催化剂涂覆膜2，金属圆板的直径可根据需求调节，为节省成本，金属圆板的大小无需完全覆盖催化剂涂覆膜2，金属圆板的直径不大于催化剂涂覆膜2的长和宽，使得涂覆膜与金属圆板接触时，金属圆板能够覆盖催化剂涂覆膜2。金属圆板过小，目标电容容易被目标脉冲电压击穿，优选地，金属圆
板的直径等于催化剂涂覆膜2的宽，不仅能够节约金属圆板的成本，还能减小目标电容被目标脉冲电压击穿的风险。
40.本实施例还提供一种膜电极绝缘性检测方法，该方法是基于如上所述的膜电极绝缘性检测装置实现的，参照图3所示方法包括：
41.s110：响应于膜电极检测指令，基于两个金属板向膜电极输出目标脉冲电压；
42.执行主体为检测控制装置，检测控制装置包括脉冲电压发生模块、电压监测模块以及控制面板，操作人员在控制面板上输入膜电极检测指令，脉冲电压发生模块响应于膜电极检测指令，通过两个金属板向膜电极输出目标脉冲电压；检测控制装置内部电路如图4所示，检测控制装置还包括电阻r和开关，脉冲电压发生模块产生脉冲后，经过二极管传递给外部电路连接的目标电容，电压监测模块与目标电容并联，用于监测目标电容的两端电压变化，电阻r分别与开关串联、与目标电容并联，电阻r、开关与目标电容构成目标电容的放电回路。
43.s120：监测目标电容两端的电压变化信息；
44.两个金属板与膜电极的催化剂涂覆膜形成目标电容，目标电容在被施加目标脉冲电压后，目标电容会进行放电，目标电容的两端的电压会发生变化，通过电压监测模块对目标电容的两端电压进行实时监测。
45.s130：基于电压变化信息确定膜电极的绝缘性检测结果；
46.绝缘性检测结果包括绝缘性检测合格与绝缘性检测不合格，基于电压变化信息与预设电压变化信息进行比对，由于电容是基于两个金属板以及膜电极形成的，从而根据电容两端电压的变化来确定膜电极是否短路，从而判断膜电极绝缘性是否合格。
47.在一种实施方式中，电压变化信息基于与多个检测周期对应的检测电压确定；在本实施方式中，将检测周期分为三个周期，第一周期为施加目标脉冲电压阶段，如图5(a)所示，电流通过二极管到达目标电容，开关呈打开状态；第二周期为施加目标脉冲电压后至目标电容放电前的一段时间，如图5(b)所示，此时目标电容的电压上升，第三周期为目标电容放电阶段，如图5(c)所示，开关闭合，目标电容、开关、电阻r形成放电回路，目标电容在第三周期完成放电；相应地，电压监测模块对每个检测周期的目标电容两端的电压进行监测，每个检测周期也对应一个预设电压值，预设电压值代表膜电极能够通过绝缘性检测的电压值；整个检测过程无需人工参与，通过检测控制模块自动检测膜电极的绝缘性，能够适用于批量生产的膜电极绝缘性自动检测，通过脉冲电压对膜电极绝缘性的检测，检测速度快。其中步骤s130，包括：
48.s131：将每个检测周期对应的检测电压与相应检测周期的预设电压值进行比较，得到比较结果；
49.s132：基于多个检测周期分别对应的比较结果，确定膜电极的绝缘性检测结果。
50.将每个检测周期对应的检测电压与相应检测周期的预设电压值进行比较，参照图6，图中u0为目标电容在第一周期被施加目标脉冲电压后的第一预设电压值，u1为第二周期结束后目标电容两端的实际电压值，如ng料波形2所示，目标电容在第一周期被施加目标脉冲电压后，没有达到第一预设电压值，则ng料波形2对应的膜电极存在严重短路情况，进而可以判定该膜电极为不合格产品，参照ng料波形1，若目标电容在接收目标脉冲电压后，达到第一周期的预设电压值，但在一段时间内，目标电容两端的电压下降值超过第二周期的
预设电压下降值，则可以判定ng料波形1对应的膜电极存在短路情况，该膜电极的绝缘性还是不满足生产要求；如ok料波形所示，当目标电容两端的电压分别满足第一周期与第二周期对应的预设电压值，待第三周期的检测目标电容放电完成后，则判定ok料波形对应的膜电极无短路现象，该膜电极的绝缘性满足生产需求；需要说明的是，考虑实际因素与误差，各个检测周期对应的预设电压值均为一个范围，判定该目标电容的电压值是否处于该范围之间，若不在该范围之间，可以判断对应的膜电极的绝缘性不满足生成需求；在本实施方式中，目标电容两端电压的变化波形图在控制面板的显示屏上显示，能够实时显示目标电容两端的电压情况；通过多个检测周期的检测结果来判定膜电极的绝缘性，提高膜电极的绝缘性检测精度，还能根据检测结果将膜电极的按照绝缘检测结果进行分类。
51.在一种实施方式中，方法还包括：
52.s210：基于膜电极的绝缘性检测结果，控制夹具组件将膜电极移至目标区域，目标区域与膜电极的绝缘性检测结果相匹配；
53.基于两种不同绝缘性检测结果的膜电极，设置两个对应的膜电极的放置区域，一个为绝缘性合格放置区域，一个是绝缘性不合格放置区域，将膜电极分类放置，检测控制装置连接可编程控制器，可编程控制器可控制夹具组件的移动，检测控制装置将膜电极的绝缘性检测结果发送至可编程控制器，可编程控制器基于膜电极的绝缘性检测结果，将膜电极移动至目标区域，目标区域与该膜电极的绝缘性检测结果相匹配；根据膜电极的绝缘性检测结果实现膜电极的自动分类，无需人工参与。
54.在一种实施方式中，方法还包括：
55.s310：基于目标电容的击穿电压，确定目标脉冲电压；
56.在一般情况下，目标脉冲电压取目标电容的击穿电压的30-40％，也可根据绝缘性检测的实际情况确定目标脉冲电容，目标脉冲电压能够使目标电容正常完成检测，还不会被目标脉冲电压击穿，造成器件的损坏。
57.实施本实施例，具有如下效果：
58.1.本技术通过检测控制装置对膜电极输出目标脉冲电压，在输出脉冲电压后，监测目标电容两端的电压变化信息，基于目标电容两端的电压变化信息确定膜电极的绝缘性，实现膜电极绝缘性的快速检测；夹具组件对膜电极直接抓取，在实现自动化测试的同时，还能保证在检测过程中不会对膜电极造成损坏，能够适用于批量生产的膜电极绝缘性自动检测。
59.2.金属板为圆形设置，在膜电极的检测过程中，能够防止对膜电极的催化剂涂覆膜造成损伤。
60.3.本技术在检测控制装置对目标电容输出目标脉冲电压之后，检测目标电容的两端电压进行监测，将每个检测周期分别对应的检测电压与相应检测周期的预设电压值进行比较，基于不同周期的比较结果，将膜电极按照绝缘性检测结果进行分类，可编程控制器基于分类结果控制夹具组件将膜电极运输至指定目标区域，目标区域与膜电极的绝缘性相匹配，全程无需人工参与，实现自动化测试并自行分拣，适用于大批量生产的产线。
61.本发明的实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如方法实施例中的膜电极绝缘性检测方法。
62.本发明的实施例还提供了一种存储介质，存储介质可设置于服务器之中以保存用于实现方法实施例中膜电极绝缘性检测方法的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的膜电极绝缘性检测方法。
63.可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
64.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
65.上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。