CN110061242B - 燃料电池电流密度测试双极板及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃料电池测试技术领域，涉及燃料电池电流密度测试双极板及其加工方法。采用两块印刷电路板的通孔内安装电阻，电阻两端分别连接于两印刷电路板通孔侧面，将印刷电路板嵌入安装在两个绝缘边框中，得到电流密度测试双极板。电阻体积小、精度高且温度系数小，能提高测量精度；嵌入式安装能避免对电池结构产生影响，可减少测试双极板厚度，方便安装在电堆任意位置，实现电堆内部三维空间任意位置的电流密度测量；采用印刷电路板使布线整齐、可靠，能避免出现各区短路现象，减少装配复杂性，印刷电路板上开设插针插口方便电流密度测量时的电压采集接线；印刷电路板上安装导电片可实现流道加工。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池测试技术领域，更具体地说，是涉及燃料电池电流密度测试双极板及其加工方法。
背景技术
燃料电池是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置。燃料电池从发明至今已经经历了100多年的历程。由于能源与环境已成为人类社会赖以生存的重点问题，近20年以来，燃料电池这种高效、洁净的能量转化装置得到了各国政府、开发商及研究机构的普遍重视，在交通运输、便携式电源、分散电站、航空航天及水下潜器等民用与军用领域展现出广阔的应用前景。
燃料电池内部的电流密度是电池中反应物、温度和水分布等因素作用下的电化学反应的综合体现，如果电流密度分布不均匀，则表明活性面积各区域利用率不均衡，从而产生局部电压的差异及面内电流，造成电势损失。此外膜电极过孔时，电流密度会发生反转现象。
在线分区电流密度测试技术可以实时、准确地测试燃料电池局部的电流密度分布，从而反映电池内部的电化学反应的差异，对改进电池流场设计和避免由于膜电极衰减过孔引发的重大安全事故具有重要意义。
目前电流密度的测试主要有惰性网络电阻法、印刷电路板法和霍尔传感器法，惰性网络电阻法主要用于单电池电流密度测试，印刷电路板法由于印刷厚度限制无法加工流道故不能作为双极板放置电堆内部任意位置进行电流密度测量；霍尔传感器在极板内部安装步骤繁琐且检测精度不高，均不合适电堆内部任意位置的电流密度检测。
发明内容
本发明的目的在于提供燃料电池电流密度测试双极板及其加工方法，以解决现有技术的电流密度测试装置只能用于单电池电流密度测试、不能作为双极板放置电堆内部任意位置进行电流密度测量、安装步骤繁琐且检测精度不高的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种燃料电池电流密度测试双极板，包括：
层叠设置的两块印刷电路板，所述印刷电路板具有呈矩阵分布的焊接区，两块所述印刷电路板的焊接区一一对应分布，所述印刷电路板开设有与所述焊接区一一对应的通孔，两块所述印刷电路板的通孔对应相连通；所述印刷电路板设有与各个所述焊接区对应电连接的电路走线，所述印刷电路板于所述电路走线的末端处开设有插针插口；
呈矩阵分布的电阻，所述电阻的数量与一个所述印刷电路板的焊接区的数量相等，所述电阻分别安装于两块所述印刷电路板对应的所述通孔内，且所述电阻的两端分别电连接于两块所述印刷电路板的通孔侧面；
呈矩阵分布的两组导电片，每组所述导电片对应电连接于一个所述印刷电路板的各个所述焊接区的外侧面，所述导电片覆盖于对应的所述通孔；以及
层叠设置的两个绝缘边框，每一所述绝缘边框均具有用于容纳一个所述印刷电路板的安装槽，两个所述绝缘边框夹设两块所述印刷电路板，所述绝缘边框于所述安装槽的底面开设有用于一一对应容纳所述导电片的安装孔，所述安装孔与所述焊接区一一对应设置，一个所述绝缘边框的安装孔的数量与一个所述印刷电路板的焊接区的数量相等，所述绝缘边框于相邻所述安装孔之间形成有用于使相邻所述导电片绝缘的绝缘筋，所述绝缘筋的外侧面与所述导电片的外侧面共同开设有流道，所述绝缘边框开设有流道孔；
其中一组所述导电片中的一个所述导电片、对应的所述印刷电路板的焊接区、对应的所述电阻、另外一个所述印刷电路板对应的所述焊接区、另外一组所述导电片中对应的所述导电片串联连接，在两个所述导电片所在区域形成一个分区；所述燃料电池电流密度测试双极板具有呈矩阵分布的多个分区。
进一步地，所述导电片与所述绝缘筋之间填充有绝缘胶；
所述绝缘边框与所述印刷电路板之间填充有绝缘胶。
进一步地，在每块所述印刷电路板中，各个所述焊接区均对应电连接两根电路走线，所述电路走线设于所述印刷电路板上；每个所述电阻采用四线测量，与所述电阻对应的两个所述焊接区均设置两个测试点，共形成两对测试点，其中一对所述测试点作为电流供给接入两个所述焊接区，另外一对所述测试点用于测量电压而分别设于两个所述焊接区。
进一步地，所述印刷电路板具有安装臂，所述电路走线延伸至所述安装臂，所述插针插口开设于所述安装臂；所述绝缘边框开设有供所述安装臂穿过的过孔。
进一步地，所述印刷电路板具有至少两个所述安装臂；两块所述印刷电路板的安装臂错开设置。
进一步地，所述电阻的两端通过焊接分别电连接于两块所述印刷电路板的通孔侧面；
每组所述导电片通过焊接对应电连接于一个所述印刷电路板的各个所述焊接区的外侧面。
进一步地，所述印刷电路板开设有与所述焊接区一一对应的填充槽，所述填充槽内填充有焊锡。
本发明提供一种燃料电池电流密度测试双极板的加工方法，包括以下步骤：
S1)印刷电路板焊接定位：所述印刷电路板具有定位孔，将两块所述印刷电路板的定位孔对齐并焊接定位；
S2)电阻焊接：将电阻的两端分别焊接在两块所述印刷电路板对应的所述通孔侧面；
S3)导电片焊接：在焊接区设置焊锡，用电烙铁对焊锡加热至熔融态，将导电片盖上并对齐于所述焊接区，用电烙铁在导电片的外表面处加热，直至导电片焊接于所述焊接区，重复以上动作直到所有所述导电片焊接完毕；
S4)将印刷电路板安装于其中一个所述绝缘边框：将焊接有导电片和电阻的印刷电路板安装于其中一个所述绝缘边框的安装槽内；
S5)在绝缘边框的配合面涂胶并多次抽真空：在两个绝缘边框的配合面涂上绝缘胶，并在真空干燥箱多次抽真空排出绝缘胶中的气泡；
S6)装配另外一个绝缘边框并放入夹具中夹平后固定烘干：将另外一个所述绝缘边框装配至已装配有所述印刷电路板的所述绝缘边框，用夹具将两个所述绝缘边框夹平贴合，并将夹具锁紧放入烘箱中烘干；
S7)对两个绝缘边框中的其中一个绝缘边框的外侧面涂胶并多次抽真空：在导电片与绝缘边框之间填充绝缘胶，并抽真空排出绝缘胶中的气泡，形成装配体；
S8)将抽真空后的装配体放入夹具中夹平后固定烘干：在夹具夹持侧表面贴一层防粘胶带，将一侧涂有绝缘胶且完成抽真空的装配体放入夹具中夹平，将夹具锁紧后放入烘箱中烘干；
S9)对装配体的另一外侧面涂胶并多次抽真空：将步骤S7)中装配体的未涂胶面的导电片与绝缘边框之间填充绝缘胶并多次抽真空；
S10)将抽真空后的装配体放入夹具中夹平后固定烘干：操作同步骤S8)；
S11)对装配体两面进行铣平面加工至预定尺寸；
S12)对铣平面后的装配体加工流道与流道孔；
S13)对加工后的燃料电池电流密度测试双极板镀金。
进一步地，在步骤S7)中，采用胶枪配合针头对导电片与绝缘边框之间填充绝缘胶；抽真空后若绝缘胶不足，将对局部进行补胶并再次进行抽真空，直至绝缘胶填满且不再出现气泡。
进一步地，在步骤S13)中，先镀厚度范围是0.1um至3um的镍层，然后镀厚度范围是0.1um至3um的18K金层。
本发明相对于现有技术的技术效果是：采用两块印刷电路板的通孔内安装电阻，并且电阻两端分别连接于两印刷电路板的通孔侧面，将印刷电路板嵌入安装在两个绝缘边框中形成一个复合板，即可得到电流密度测试双极板。采用的电阻具有体积小、精度高且温度系数非常小的优点，能大大提高电流密度的测量精度，此外电阻安装步骤简单，操作难度小；嵌入式的安装能避免对电池结构产生影响，同时可以大大减少电流密度测试双极板的厚度，非常方便安装在电堆的任意位置，实现电堆内部三维空间任意位置的电流密度测量，测量稳定可靠；采用印刷电路板可以使布线整齐、可靠，能避免出现各区短路现象，大大减少了装配复杂性，制作成本低，印刷电路板上开设插针插口非常方便电流密度测量时的电压采集接线；印刷电路板上安装导电片可以实现流道的加工，很好解决直接用印刷电路板时铜箔太薄不能加工流道的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的燃料电池电流密度测试双极板的立体装配图；
图2为图1的燃料电池电流密度测试双极板的主视图；
图3为图1的燃料电池电流密度测试双极板的立体分解图；
图4为图3的燃料电池电流密度测试双极板中应用的绝缘边框的主视图；
图5为图3的燃料电池电流密度测试双极板中应用的印刷电路板的主视图；
图6为图5的印刷电路板的局部放大图；
图7为图1的燃料电池电流密度测试双极板的局部剖视图；
图8为用图1的燃料电池电流密度测试双极板得到的电流密度测试结果图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1至图7，先对本发明提供的燃料电池电流密度测试双极板进行说明。燃料电池电流密度测试双极板包括印刷电路板10、电阻20、导电片30、绝缘边框40。两块印刷电路板10层叠设置，印刷电路板10具有呈矩阵分布的焊接区11，两块印刷电路板10的焊接区11一一对应分布，印刷电路板10开设有与焊接区11一一对应的通孔12，两块印刷电路板10的通孔12对应相连通；印刷电路板10设有与各个焊接区11对应电连接的电路走线13，印刷电路板10于电路走线13的末端处开设有插针插口14；电阻20呈矩阵分布，电阻20的数量与一个印刷电路板10的焊接区11的数量相等，电阻20分别安装于两块印刷电路板10对应的通孔12内，且电阻20的两端分别电连接于两块印刷电路板10的通孔12侧面；两组导电片30呈矩阵分布，每组导电片30对应电连接于一个印刷电路板10的各个焊接区11的外侧面，导电片30覆盖于对应的通孔12；两个绝缘边框40层叠设置，每一绝缘边框40均具有用于容纳一个印刷电路板10的安装槽41，两个绝缘边框40夹设两块印刷电路板10，绝缘边框40于安装槽41的底面开设有用于一一对应容纳导电片30的安装孔42，安装孔42与焊接区11一一对应设置，一个绝缘边框40的安装孔42的数量与一个印刷电路板10的焊接区11的数量相等，绝缘边框40于相邻安装孔42之间形成有用于使相邻导电片30绝缘的绝缘筋43，绝缘筋43的外侧面与导电片30的外侧面共同开设有流道44，绝缘边框40开设有流道孔45；其中一组导电片30中的一个导电片30、对应的印刷电路板10的焊接区11、对应的电阻20、另外一个印刷电路板10对应的焊接区11、另外一组导电片30中对应的导电片30串联连接，在两个导电片30所在区域形成一个分区P；燃料电池电流密度测试双极板具有呈矩阵分布的多个分区P。
采用两块印刷电路板10的通孔12内安装电阻20，并且电阻20两端分别连接于两印刷电路板10的通孔12侧面，将印刷电路板10嵌入安装在两个绝缘边框40中形成一个复合板，即可得到电流密度测试双极板。采用的电阻20具有体积小、精度高且温度系数非常小的优点，能大大提高电流密度的测量精度，此外电阻20安装步骤简单，操作难度小；嵌入式的安装能避免对电池结构产生影响，同时可以大大减少电流密度测试双极板的厚度(最薄可以做到2mm以下)，非常方便安装在电堆的任意位置，实现电堆内部三维空间任意位置的电流密度测量，测量稳定可靠；采用印刷电路板10可以使布线整齐、可靠，能避免出现各区短路现象，大大减少了装配复杂性，制作成本低，印刷电路板10上开设插针插口14非常方便电流密度测量时的电压采集接线；印刷电路板10上安装导电片30可以实现流道44的加工，很好解决直接用印刷电路板时铜箔太薄不能加工流道的问题。
进行电流密度检测时，将电流密度测试双极板安装在电堆中待测位置，然后将上位机的检测接口(图未示)***印刷电路板10的插针插口14，通过现有的控制电路快速切换分别检测各分区P上下对应的两个导电片30间的电压降，用电压降除以各分区P的电阻20和面积即可计算出各分区P的电流密度大小，即采用以下公式：
其中，J为电流密度，I为各分区电流，U为各分区电压降，R为各分区的电阻，A为各分区面积大小。
通过现有技术数据处理后得到图8所示的电流密度测试结果图。燃料电池电流密度测试双极板巧妙结合惰性网络电阻法和印刷电路板法。
印刷电路板10具有定位孔15，将两块印刷电路板10的定位孔15对齐并焊接定位，这样可以防止其他零件焊接时印刷电路板10发生错位现象。印刷电路板10的通孔12为方形孔或者圆形孔，容易加工，便于电阻20端部的焊接于印刷电路板10的通孔12侧面。
导电片30呈矩形，焊接区11的外形呈矩形，容易成型，可以非常方便导电片30焊接时的定位。焊接区11包括矩形部111与连接于矩形部111的一侧边的框形部112，矩形部111内开设有用于填充焊锡的填充区，通孔12开设于框形部112内，该结构容易成型，便于导电片30连接于焊接区11。
电阻20可以为贴片电阻或者色环电阻，具有体积小、精度高且温度系数非常小的优点。电阻尺寸不大于10mm*10mm*2mm，电阻阻值在5～10毫欧，电阻功率大于1W，可以承受至少10A的大电流，同时温度在25℃～120℃变化时电阻的温度系数不大于1％。贴片电阻体积为5mm*3mm*0.6mm。
两组导电片30互不相连。导电片30可以为导电性导热性良好的铜片、铝片、银片或石墨片。绝缘边框40采用耐高温、抗腐蚀且无污染物释放的绝缘高强度塑料制作，材料可以为PEI(聚醚酰亚胺)、玻纤板等。其中一个绝缘边框40上表面在三个流道孔45周围加工有防止气体互漏的填胶槽46。各个分区P通过绝缘边框40的绝缘筋43隔开，相邻导电片30相互绝缘。
流道44可以为阳极流场也可以为阴极流场，加工的流道44类型可以为任意形式。对安装完的复合板进行加工后镀金即可得到电流密度测试双极板。
绝缘边框40采用高强度绝缘材料，能防止各个分区P电流密度的横线流动，排除各区电流的横线流动造成的电流密度检测误差，此外高强度塑料绝缘边框能增强电流密度测试双极板的强度，保证电流密度测试双极板装配时密封圈槽处不被压溃。两个绝缘边框40通过粘接将印刷电路板10封装在安装槽41中间并形成复合结构板。两块印刷电路板10与两个对应的上下导电片30的总厚度之和等于两个绝缘边框40厚度之和，这样可以保证印刷电路板10嵌入安装后导电片30外表面与对应的绝缘边框40外侧平齐，使得整体结构厚度小。
进一步地，作为本发明提供的燃料电池电流密度测试双极板的一种具体实施方式，导电片30与绝缘筋43之间填充有绝缘胶，绝缘边框40与印刷电路板10之间填充有绝缘胶。绝缘胶粘合力强、耐高温、抗腐蚀，实现绝缘和密封。绝缘胶采用粘接牢固、耐高温(适用温度-40℃～140℃)、抗腐蚀性的单组分环氧树脂或者其它结构胶水，能实现电流密度测试双极板各分区P间的绝缘和电流密度测试双极板的两侧的隔气功能。
进一步地，请参阅图5、图6，作为本发明提供的燃料电池电流密度测试双极板的一种具体实施方式，在每块印刷电路板10中，各个焊接区11均对应电连接两根电路走线13，电路走线13设于印刷电路板10上；每个电阻20采用四线测量，与电阻20对应的两个焊接区11均设置两个测试点，共形成两对测试点，其中一对测试点作为电流供给接入两个焊接区11(即电阻20的两端)，另外一对测试点用于测量电压而分别设于两个焊接区11且靠近电阻20的两端设置。作为测量电压的测试点比作为电流供给的测试点更靠近电阻20的端部，作为测量电压的一对测试点在内，作为电流供给的一对测试点在外。上下对应的印刷电路板10各引出两根电路走线13到插针插口14，方便对安装后各分区P电阻20进行精确标定。电阻20的阻值随温度变化，采用四线法测量电阻20的阻值，排除了测量线阻的影响。由于测量电压回路的阻抗很高，流过电压引线的电流非常小，可以忽略不计，因而被测电阻的阻值就等于电压引线测量到的电压除以通过电流引线的电流，有效的消除引线电阻带来的误差，实现被测电阻阻值的精确测量。此法随时精确校准用于电流密度测量的各个电阻20在任意操作温度下的电阻值，保证精确测量电阻20两端电压降，避免温度干扰导致电流密度计算误差。
进一步地，请参阅图1、图3、图5、图6，作为本发明提供的燃料电池电流密度测试双极板的一种具体实施方式，印刷电路板10具有安装臂16，电路走线13延伸至安装臂16，插针插口14开设于安装臂16；绝缘边框40开设有供安装臂16穿过的过孔47。该结构便于将上位机的检测接口***印刷电路板10的插针插口14，便于安装臂16装配于绝缘边框40，使得整体结构厚度小。
进一步地，作为本发明提供的燃料电池电流密度测试双极板的一种具体实施方式，印刷电路板10具有至少两个安装臂16。两块印刷电路板10的安装臂16错开设置。该结构容易成型，容易装配，便于将上位机的检测接口***印刷电路板10的插针插口14，对更多分区P进行电流密度测试。于印刷电路板10的两侧边均分布有安装臂16，便于将上位机的检测接口***印刷电路板10的插针插口14，对更多分区P进行电流密度测试。
进一步地，作为本发明提供的燃料电池电流密度测试双极板的一种具体实施方式，电阻20的两端通过焊接分别电连接于两块印刷电路板10的通孔12侧面；该结构容易成型，实现两者电连接。每组导电片30通过焊接对应电连接于一个印刷电路板10的各个焊接区11的外侧面。该结构容易成型，实现两者电连接。
进一步地，请参阅图5及图6，作为本发明提供的燃料电池电流密度测试双极板的一种具体实施方式，印刷电路板10开设有与焊接区11一一对应的填充槽17，填充槽17内填充有焊锡。填充槽17呈工字型，焊锡涂在填充槽17远离电阻20的一端，方便容纳足够的焊锡焊接导电片30，同时填充槽17内填锡可以增加各分区P承受的最大电流值。用电烙铁对填充槽17中的焊锡进行加热至熔融态，然后迅速将导电片30盖上并对齐印刷电路板10上预先布置的焊接区11，并用电烙铁调节至400℃在导电片30的上表面填充槽17对应处进行加热，直至导电片30完全贴合焊接至印刷电路板10。
本发明还提供上述任一实施例燃料电池电流密度测试双极板的加工方法，包括以下步骤：
S1)印刷电路板10焊接定位：印刷电路板10具有定位孔15，将两块印刷电路板10的定位孔15对齐并焊接定位；这样可以防止其他零件焊接时印刷电路板10发生错位现象。
S2)电阻20焊接：将电阻20的两端分别焊接在两块印刷电路板10对应的通孔12侧面，确保电阻20不被短路；
S3)导电片30焊接：在焊接区11设置焊锡，用电烙铁对焊锡加热至熔融态，将导电片30盖上并对齐于焊接区11，用电烙铁调节至400℃在导电片30的外表面处加热，直至导电片30焊接于焊接区11，重复以上动作直到所有导电片30焊接完毕；
S4)将印刷电路板10安装于其中一个绝缘边框40：将焊接有导电片30和电阻20的印刷电路板10安装于其中一个绝缘边框40的安装槽41内，并保证无干涉；
S5)在绝缘边框40的配合面48涂胶并多次抽真空：在两个绝缘边框40的配合面48涂上绝缘胶，并在真空干燥箱多次抽真空排出绝缘胶中的气泡，直至不再有气泡产生为止；
S6)装配另外一个绝缘边框40并放入夹具中夹平后固定烘干：将另外一个绝缘边框40装配至已装配有印刷电路板10的绝缘边框40，用夹具将两个绝缘边框40夹平贴合，并将夹具锁紧放入烘箱中烘干；烘箱设定参数为在80℃下烘4h或100℃下烘2h或120℃下烘30min；
S7)对两个绝缘边框40中的其中一个绝缘边框40的外侧面涂胶并多次抽真空：在导电片30与绝缘边框40之间填充绝缘胶，并抽真空排出绝缘胶中的气泡，形成装配体；
S8)将抽真空后的装配体放入夹具中夹平后固定烘干：在夹具夹持侧表面贴一层防粘胶带，将一侧涂有绝缘胶且完成抽真空的装配体放入夹具中夹平，将夹具锁紧后放入烘箱中烘干；烘干的工艺参数同步骤S6)。防粘胶带为聚四氟乙烯防粘胶带。夹具夹平能有效防止烘干过程中由于绝缘胶热胀冷缩引起的装配体弯曲。多次抽真空及烘干操作有效避免的涂胶带来的内部缺陷，增加了电流密度测试双极板的强度。
S9)对装配体的另一外侧面涂胶并多次抽真空：将步骤S7)中装配体的未涂胶面的导电片30与绝缘边框40之间填充绝缘胶并多次抽真空；具体操作与步骤S7)相同。
S10)将抽真空后的装配体放入夹具中夹平后固定烘干：操作同步骤S8)，因为绝缘胶烘干过程中会经历流动性非常好的阶段，装配体两侧涂胶会导致朝下面绝缘胶流失，故无法对装配体两面的间隙同时进行涂胶，只能对装配体朝上的面进行涂胶操作，涂完烘干后将朝下的面翻至朝上重复步骤S7)、S8)；
S11)对装配体两面进行铣平面加工至预定尺寸；用机床将涂胶烘干后表面残留多余绝缘胶的电流密度测试双极板装配体先进行平面粗铣加工，再进行平面精铣加工，直至装配体厚度达到预定尺寸；组装后的电流密度测试双极板表面经过精铣加工，平面度不大于0.02mm。
S12)对铣平面后的装配体加工流道44与流道孔45；用真空吸盘对精铣平面后的装配体进行装夹，然后用雕铣机在其表面加工流道44和流道孔45等特征，加工流道孔45时不要铣穿，否则会造成吸盘漏气无法装夹，流道孔45的加工应从两侧往中间加工并留0.2mm余量，待装配体从真空吸盘取下后用小刀将流道44口的加工余量割下。
S13)对加工后的燃料电池电流密度测试双极板镀金。镀金操作可以防止电流密度测试过程中导电片30的腐蚀。
采用两块印刷电路板10的通孔12内安装电阻20，并且电阻20两端分别连接于两印刷电路板10的通孔12侧面，将印刷电路板10嵌入安装在两个绝缘边框40中形成一个复合板，即可得到电流密度测试双极板。采用的电阻20具有体积小、精度高且温度系数非常小的优点，能大大提高电流密度的测量精度，此外电阻20安装步骤简单，操作难度小；嵌入式的安装能避免对电池结构产生影响，同时可以大大减少电流密度测试双极板的厚度，非常方便安装在电堆的任意位置，实现电堆内部三维空间任意位置的电流密度测量，测量稳定可靠；采用印刷电路板10可以使布线整齐、可靠，能避免出现各区短路现象，大大减少了装配复杂性，制作成本低，印刷电路板10上开设插针插口14非常方便电流密度测量时的电压采集接线；印刷电路板10上安装导电片30可以实现流道44的加工，很好解决直接用印刷电路板时铜箔太薄不能加工流道的问题。
进一步地，作为本发明提供的燃料电池电流密度测试双极板的加工方法的一种具体实施方式，在步骤S7)中，采用胶枪配合针头对导电片30与绝缘边框40之间填充绝缘胶；抽真空后若绝缘胶不足，将对局部进行补胶并再次进行抽真空，直至绝缘胶填满且不再出现气泡，容易操作，填充效果好。抽真空的时间一般为15min～30min左右。
进一步地，作为本发明提供的燃料电池电流密度测试双极板的加工方法的一种具体实施方式，在步骤S13)中，先镀厚度范围是0.1um至3um的镍层，然后镀厚度范围是0.1um至3um的18K金层。镀镍可以增加金与导电片30的结合力，镀18K金可以增加金层的耐磨性。镀金铜片替代石墨进行集流具有很好的导热和导电性，性能甚至优于石墨双极板。具体地，先镀3um厚的镍层，然后镀1um厚的18K金层，能有效提高结合力与耐磨性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.燃料电池电流密度测试双极板，其特征在于，包括：
层叠设置的两块印刷电路板，所述印刷电路板具有呈矩阵分布的焊接区，两块所述印刷电路板的焊接区一一对应分布，所述印刷电路板开设有与所述焊接区一一对应的通孔，两块所述印刷电路板的通孔对应相连通；所述印刷电路板设有与各个所述焊接区对应电连接的电路走线，所述印刷电路板于所述电路走线的末端处开设有插针插口；
呈矩阵分布的电阻，所述电阻的数量与一个所述印刷电路板的焊接区的数量相等，所述电阻分别安装于两块所述印刷电路板对应的所述通孔内，且所述电阻的两端分别电连接于两块所述印刷电路板的通孔侧面；
呈矩阵分布的两组导电片，每组所述导电片对应电连接于一个所述印刷电路板的各个所述焊接区的外侧面，所述导电片覆盖于对应的所述通孔；以及
层叠设置的两个绝缘边框，每一所述绝缘边框均具有用于容纳一个所述印刷电路板的安装槽，两个所述绝缘边框夹设两块所述印刷电路板，所述绝缘边框于所述安装槽的底面开设有用于一一对应容纳所述导电片的安装孔，所述安装孔与所述焊接区一一对应设置，一个所述绝缘边框的安装孔的数量与一个所述印刷电路板的焊接区的数量相等，所述绝缘边框于相邻所述安装孔之间形成有用于使相邻所述导电片绝缘的绝缘筋，所述绝缘筋的外侧面与所述导电片的外侧面共同开设有流道，所述绝缘边框开设有流道孔；
其中一组所述导电片中的一个所述导电片、对应的所述印刷电路板的焊接区、对应的所述电阻、另外一个所述印刷电路板对应的所述焊接区、另外一组所述导电片中对应的所述导电片串联连接，在两个所述导电片所在区域形成一个分区；所述燃料电池电流密度测试双极板具有呈矩阵分布的多个分区。
2.如权利要求1所述的燃料电池电流密度测试双极板，其特征在于，所述导电片与所述绝缘筋之间填充有绝缘胶；
所述绝缘边框与所述印刷电路板之间填充有绝缘胶。
3.如权利要求1所述的燃料电池电流密度测试双极板，其特征在于，在每块所述印刷电路板中，各个所述焊接区均对应电连接两根电路走线，所述电路走线设于所述印刷电路板上；每个所述电阻采用四线测量，与所述电阻对应的两个所述焊接区均设置两个测试点，共形成两对测试点，其中一对所述测试点作为电流供给接入两个所述焊接区，另外一对所述测试点用于测量电压而分别设于两个所述焊接区。
4.如权利要求1所述的燃料电池电流密度测试双极板，其特征在于，所述印刷电路板具有安装臂，所述电路走线延伸至所述安装臂，所述插针插口开设于所述安装臂；所述绝缘边框开设有供所述安装臂穿过的过孔。
5.如权利要求4所述的燃料电池电流密度测试双极板，其特征在于，所述印刷电路板具有至少两个所述安装臂；两块所述印刷电路板的安装臂错开设置。
6.如权利要求1至5任一项所述的燃料电池电流密度测试双极板，其特征在于，所述电阻的两端通过焊接分别电连接于两块所述印刷电路板的通孔侧面；
每组所述导电片通过焊接对应电连接于一个所述印刷电路板的各个所述焊接区的外侧面。
7.如权利要求1至5任一项所述的燃料电池电流密度测试双极板，其特征在于，所述印刷电路板开设有与所述焊接区一一对应的填充槽，所述填充槽内填充有焊锡。
8.如权利要求1至7任一项所述的燃料电池电流密度测试双极板的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)印刷电路板焊接定位：所述印刷电路板具有定位孔，将两块所述印刷电路板的定位孔对齐并焊接定位；
S2)电阻焊接：将电阻的两端分别焊接在两块所述印刷电路板对应的所述通孔侧面；
S3)导电片焊接：在焊接区设置焊锡，用电烙铁对焊锡加热至熔融态，将导电片盖上并对齐于所述焊接区，用电烙铁在导电片的外表面处加热，直至导电片焊接于所述焊接区，重复以上动作直到所有所述导电片焊接完毕；
S4)将印刷电路板安装于其中一个所述绝缘边框：将焊接有导电片和电阻的印刷电路板安装于其中一个所述绝缘边框的安装槽内；
S5)在绝缘边框的配合面涂胶并多次抽真空：在两个绝缘边框的配合面涂上绝缘胶，并在真空干燥箱多次抽真空排出绝缘胶中的气泡；
S6)装配另外一个绝缘边框并放入夹具中夹平后固定烘干：将另外一个所述绝缘边框装配至已装配有所述印刷电路板的所述绝缘边框，用夹具将两个所述绝缘边框夹平贴合，并将夹具锁紧放入烘箱中烘干；
S7)对两个绝缘边框中的其中一个绝缘边框的外侧面涂胶并多次抽真空：在导电片与绝缘边框之间填充绝缘胶，并抽真空排出绝缘胶中的气泡，形成装配体；
S8)将抽真空后的装配体放入夹具中夹平后固定烘干：在夹具夹持侧表面贴一层防粘胶带，将一侧涂有绝缘胶且完成抽真空的装配体放入夹具中夹平，将夹具锁紧后放入烘箱中烘干；
S9)对装配体的另一外侧面涂胶并多次抽真空：将步骤S7)中装配体的未涂胶面的导电片与绝缘边框之间填充绝缘胶并多次抽真空；
S10)将抽真空后的装配体放入夹具中夹平后固定烘干：操作同步骤S8)；
S11)对装配体两面进行铣平面加工至预定尺寸；
S12)对铣平面后的装配体加工流道与流道孔；
S13)对加工后的燃料电池电流密度测试双极板镀金。
9.如权利要求8所述的燃料电池电流密度测试双极板的加工方法，其特征在于，在步骤S7)中，采用胶枪配合针头对导电片与绝缘边框之间填充绝缘胶；抽真空后若绝缘胶不足，将对局部进行补胶并再次进行抽真空，直至绝缘胶填满且不再出现气泡。
10.如权利要求8所述的燃料电池电流密度测试双极板的加工方法，其特征在于，在步骤S13)中，先镀厚度范围是0.1um至3um的镍层，然后镀厚度范围是0.1um至3um的18K金层。
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