穿隧电阻量测系统及其量测装置结构 【技术领域】
本发明涉及一种穿隧电阻量测系统及其量测装置结构，特别是涉及一种应用于量测燃料电池组材料的穿隧电阻量测系统及其量测装置结构。
背景技术
随着人类文明的进步，传统能源例如媒、石油及天然气的消耗量持续不断地升高，因此在倡导节能减碳的同时，各国近来无不致力于研发新的替代能源，而燃料电池组即是其中一种重要且极具发展潜力的替代能源。
燃料电池组是由多个燃料电池单体组合而成，而且在组装燃料电池组时，需要针对每一个燃料电池单体及燃料电池组进行检测。而且，一般在设计与制作燃料电池组完成后，亦必须进行组装性能测试工作，以确保组装完成的燃料电池组已达到较佳的整体性能。
图1是习知技术的燃料电池组的测试装置示意图。如图1所示，在针对燃料电池组进行性能测试时，大多使用锁固螺栓11将多个燃料电池单体12以上下两片夹板13夹持住，并利用调整锁固螺栓11改变上下两片夹板13间所施加的压力，以藉此模拟组装燃料电池组的状态，并量测燃料电池组的整体性能，例如量测燃料电池组的内电阻值。
而且，在测试燃料电池组的性能时，必须不断调整组装方式，例如调整组装时对多个燃料电池单体12施加的压力，并进行测试以得到较佳的组装条件。举例来说，如施加的压力过大时，虽可降低燃料电池组的内电阻值，但却会使得燃料电池单元中的薄膜电极组的孔隙缩小，进而使得薄膜电极组的气体穿透性降低，所以反而降低燃料电池组的性能。因此在组装新的燃料电池组时，需耗费许多的设计及测试时间，才可取得较佳的组装条件。
因此如何有效地取得燃料电池组的组装条件，以使得燃料电池组可具有较佳的性能，实在是欲解决的问题。
由此可见，上述现有的燃料电池组的测试装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般燃料电池组的测试装置又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的穿隧电阻量测系统及其量测装置结构，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
【发明内容】
本发明的目的在于，克服现有的燃料电池组的测试装置存在的缺陷，而提供一种新型的穿隧电阻量测系统，所要解决的技术问题是使其可在固定压力下改变所施加电流或是在固定电流下改变所施加压力，进而有效量测燃料电池组材料的穿隧电阻，以获得较佳燃料电池组的组装条件。
本发明的另一目的在于，克服现有的燃料电池组的测试装置存在的缺陷，而提供一种新型的穿隧电阻量测系统，所要解决的技术问题是使其可获得每一燃料电池组材料在不同条件下的穿隧电阻，并可以建立完整的资料库，以减少设计及测试燃料电池组的时间。
本发明的再一目的在于，克服现有的燃料电池组的测试装置存在的缺陷，而提供一种新型的穿隧电阻的量测装置结构，所要解决的技术问题是使其可利用升降控制单元及压力感测单元准确控制施加于燃料电池组材料地压力，以达到准确控制施加压力的功效。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种穿隧电阻量测系统，其包括：一控制装置；一量测装置，其包括：一座体，其具有一第一板体、一第二板体及至少三支撑杆，其中所述支撑杆是连接支撑该第一板体及该第二板体；一第一夹具，其具有：一第一升降板，其是滑动结合于所述支撑杆；一第一绝缘板，其是设置于该第一升降板上；及一第一导电板，其是设置于该第一绝缘板上；一第二夹具，其具有：一第二升降板，其是滑动结合于所述支撑杆；一第二绝缘板，其是设置于该第二升降板上；及一第二导电板，其是设置于该第二绝缘板上，并与该第一导电板相对应设置；一升降控制单元，其是电讯连接于该控制装置，并连接于该第一夹具以控制该第一夹具的位置；及一压力感测单元，其是电讯连接于该控制装置，并设置于该第二板体及该第二夹具之间；一电源供应模块，其是电讯连接于该控制装置，且电性连接于该第一导电板及该第二导电板；以及一电压/电流量测模块，其是电讯连接于该控制装置，且电性连接于该第一导电板及该第二导电板。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的穿隧电阻量测系统，其中所述的控制装置是为一电脑、一编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)或一单晶片。
前述的穿隧电阻量测系统，其中所述的控制装置是执行下列步骤：输出一电流控制信号至该电源供应模块，以控制该电源供应模块输出一定电流至该第一导电板及该第二导电板；以及执行第n组控制程序，其包括下列步骤：输出一第n组升降控制信号至该升降控制单元，以控制该升降控制单元使该第一夹具位于第n组位置；读取该电压/电流量测模块量测的一电压值；根据该定电流的值及该电压值计算一穿隧电阻值；及记录该定电流的值、该电压值及该穿隧电阻值。
前述的穿隧电阻量测系统，其中所述的控制装置进一步执行下列步骤：读取该压力感测单元量测的一压力值，并记录。
前述的穿隧电阻量测系统，其中所述的控制装置是执行下列步骤：输出一升降控制信号至该升降控制单元，以控制该升降控制单元固定该第一夹具的位置；以及执行第m组控制程序，其包括下列步骤：输出一第m组电流控制信号至该电源供应模块，以控制该电源供应模块输出一电流至该第一导电板及该第二导电板；读取该电压/电流量测模块量测的一电压值及一电流值；根据该电压值及该电流值计算一穿隧电阻值；及记录该电压值、该电流值及该穿隧电阻值。
前述的穿隧电阻量测系统，其中所述的控制装置进一步执行下列步骤：读取该压力感测单元量测的一压力值，并记录。
前述的穿隧电阻量测系统，其中所述的第一绝缘板及该第二绝缘板是为一刚性绝缘板。
前述的穿隧电阻量测系统，其中所述的第一导电板及该第二导电板是为一金属板。
前述的穿隧电阻量测系统，其中所述的升降控制单元是包括：一步进马达，其是电讯连接于该控制装置；以及一螺杆，其是连接于该步进马达，并且制动该第一夹具。
前述的穿隧电阻量测系统，其进一步具有一厚薄计，其是设置于该第一夹具及该第二夹具之间，且电讯连接于该控制装置，又该控制装置是读取该厚薄计所量测的一厚度值。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种穿隧电阻的测装置结构，其包括：一座体，其具有一第一板体、一第二板体及至少三支撑杆，其中所述支撑杆是连接支撑该第一板体及该第二板体；一第一夹具，其具有：一第一升降板，其是滑动结合于所述支撑杆；一第一绝缘板，其是设置于该第一升降板上；及一第一导电板，其是设置于该第一绝缘板上；一第二夹具，其具有：一第二升降板，其是滑动结合于所述支撑杆；一第二绝缘板，其是设置于该第二升降板上；及一第二导电板，其是设置于该第二绝缘板上，并与该第一导电板相对应设置；一升降控制单元，其是连接于该第一夹具；以及一压力感测单元，其是设置于该第二板体及该第二夹具之间。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的穿隧电阻的量测装置结构，其中所述的第一绝缘板及该第二绝缘板是为一刚性绝缘板。
前述的穿隧电阻的量测装置结构，其中所述的第一导电板及该第二导电板是为一金属板。
前述的穿隧电阻的量测装置结构，其中所述的升降控制单元包括：一步进马达；以及一螺杆，其是连接于该步进马达，并且制动该第一夹具。
前述的穿隧电阻的量测装置结构，其进一步具有一厚薄计，其是设置于该第一夹具及该第二夹具之间。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明穿隧电阻量测系统及其量测装置结构至少具有下列优点及有益效果：
一、藉由量测系统的设计，进而有效量测燃料电池组材料在不同条件下的穿隧电阻，以获得较佳燃料电池组的组装条件。
二、藉由升降控制单元及压力感测单元准确控制施加于燃料电池组材料的压力，以达到准确控制施加压力的功效。
三、藉由量测每一燃料电池组材料在不同条件下的穿隧电阻，进而建立完整的资料库，以减少设计及测试燃料电池组的时间。
综上所述，本发明是有关一种穿隧电阻量测系统及其量测装置结构。该穿隧电阻量测系统系包括：控制装置；量测装置；电源供应模块；以及电压/电流量测模块，该量测装置包括：座体；第一夹具；第二夹具；升降控制单元；以及压力感测单元。第一及第二夹具是设置于座体上，并藉由升降控制单元改变第一夹具的位置，进而施加压力于第一及第二夹具间的待测物，而压力感测单元则用以量测待测物所承受的压力。该电源供应模块是提供电流至待测物，并利用电压/电流量测模块量测流经待测物的电流及其电压，进而藉由控制装置计算待测物在不同条件下的穿隧电阻。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【附图说明】
图1是习知技术的燃料电池组的测试装置示意图。
图2是本发明穿隧电阻量测系统的一实施例的立体图。
图3是本发明穿隧电阻量测系统的一实施例的电路方框图。
图4是本发明的穿隧电阻量测装置结构的一实施例的立体图。
图5A是本发明的控制装置的一实施例的控制流程图。
图5B是本发明的执行第n组控制程序的一实施例的流程图。
图5C是本发明的执行第n组控制程序的二实施例的流程图。
图5D是本发明的执行第n组控制程序的三实施例的流程图。
图6A是本发明的控制装置的二实施例的控制流程图。
图6B是本发明的执行第m组控制程序的一实施例的流程图。
图6C是本发明的执行第m组控制程序的二实施例的流程图。
图6D是本发明的执行第m组控制程序的三实施例的流程图。
图7是本发明的穿隧电阻量测系统的二实施例的电路方框图。
11：锁固螺栓 12：燃料电池单体
13：夹板 20：穿隧电阻量测系统
30：控制装置 40：量测装置
50：电源供应模块 60：电压/电流量测模块
41：座体 411：第一板体
412：第二板体 413：支撑杆
42：第一夹具 421：第一升降板
422：第一绝缘板 423：第一导电板
43：第二夹具 431：第二升降板
432：第二绝缘板 433：第二导电板
44：升降控制单元 441：步进马达
442：螺杆 45：压力感测单元
70：待测物 80：厚薄计
【具体实施方式】
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的穿隧电阻量测系统及其量测装置结构其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1至图7所示，图2是本发明穿隧电阻量测系统的一实施例的立体图。图3是本发明穿隧电阻量测系统的一实施例的电路方框图。图4是本发明的穿隧电阻量测装置结构的一实施例的立体图。图5A是本发明的控制装置的一实施例的控制流程图。图5B是本发明的执行第n组控制程序的一实施例的流程图。图5C是本发明的执行第n组控制程序的二实施例的流程图。图5D是本发明的执行第n组控制程序的三实施例的流程图。图6A是本发明的控制装置的二实施例的控制流程图。图6B是本发明的执行第m组控制程序的一实施例的流程图。图6C是本发明的执行第m组控制程序的二实施例的流程图。图6D是本发明的执行第m组控制程序的三实施例的流程图。图7是本发明的穿隧电阻量测系统的二实施例的电路方框图。
请参阅图2所示，本发明一实施例的一种穿隧电阻量测系统20，其包括：一控制装置30；一量测装置40；一电源供应模块50；以及一电压/电流量测模块60。
上述的控制装置30，其可以为一电脑、一编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)或一单晶片...等元件。如图3所示，控制装置30分别与量测装置40中的压力感测单元45及升降控制单元44、电源供应模块50及电压/电流量测模块60电讯连接，用以进行各装置及模块间的信号传输，进而可读取并记录各项量测数值藉以计算出待测物70的穿隧电阻值。
上述的量测装置40，如图4所示，其包括：一座体41；一第一夹具42；一第二夹具43；一升降控制单元44；以及一压力感测单元45。
该座体41，其具有一第一板体411、一第二板体412及至少三支撑杆413，其中第一板体411可以为座体41的顶板，而第二板体412则可以为座体41的底板，并且可利用支撑杆413连接支撑第一板体411及第二板体412，以使得第一板体411及第二板体412间形成一开放的容置空间，用以放置第一夹具42、第二夹具43、升降控制单元44及压力感测单元45。
该第一夹具42，其具有：一第一升降板421、一第一绝缘板422、以及一第一导电板423，其中第一升降板421是以可滑动的方式结合于座体41的支撑杆413上，因此可藉由升降控制单元44控制第一升降板421上升或下降。第一绝缘板422可以为一刚性绝缘板，并且设置于第一升降板421上，而第一导电板423则设置于第一绝缘板422上。又由于第一导电板423可以为一金属板，例如一铜板，而且第一升降板421可能是由金属材质所制造，所以可利用第一绝缘板422使第一导电板423与第一升降板421相互绝缘。
该第二夹具43，其具有：一第二升降板431、一第二绝缘板432、以及一第二导电板433。同样的，第二升降板431亦可滑动地结合于座体41的支撑杆413上，而第二绝缘板432可以为一刚性绝缘板，并且设置于第二升降板431上，第二导电板433则设置于第二绝缘板432上，并与第一导电板423对应设置。同样的，由于第二导电板433亦可以为一金属板，例如一铜板，而且第二升降板431也可能是由金属材质所制造，因此可利用第二绝缘板432使第二导电板433与第二升降板431彼此绝缘。
待量测的待测物70是放置于第二夹具43的第二导电板433上，并可藉由第一夹具42与第二夹具43将待测物70夹持在第一导电板423及第二导电板433之间，藉此可利用第一导电板423及第二导电板433作为待测物70的电极。又可利用第一夹具42施加压力于待测物70上，以使得待测物70与第一导电板423及第二导电板433紧密贴合，并且可压缩待测物70以改变待测物70的结构密度，以达到模拟待测物70于组装状态的功效。
该升降控制单元44，如图3所示，其是电讯连接于控制装置30，并且如图4所示，升降控制单元44是与第一夹具42的第一升降板421相连接，因此可藉由升降控制单元44控制第一夹具42的位置。
该升降控制单元44，如图3及图4所示，可包括：一步进马达441；以及一螺杆442，而螺杆442则与步进马达441相连接，因此可藉由控制装置30控制步进马达441的步数，而使得与步进马达441相连接的螺杆442可制动第一夹具42，以使得第一夹具42可藉由第一夹具42的第一升降板421在支撑杆413上滑动，以达到使第一夹具42上升或下降的功效。
该压力感测单元45，如图3及图4所示，其是电讯连接于控制装置30，且压力感测单元45设置于座体41的第二板体412及第二夹具43之间，可用以感测第二夹具43所承受的压力，也就是相当于可感测放置于第二夹具43上待测物70所承受的压力，而且压力感测单元45亦将所量测到的压力值传回至控制装置30，以供控制装置30作为控制升降控制单元44的依据。
举例来说，可预设欲施加的预定压力值于控制装置30中，而当藉由升降控制单元44控制第一夹具42的位置时，可同时将压力感测单元45所量测到的压力值传回至控制装置30中，并在压力值达到预定压力值时，藉由控制装置30的控制使升降控制单元44停止下降，以固定第一夹具42的位置并且使待测物70承受固定的压力。因此可藉由升降控制单元44及压力感测单元45准确控制施加于待测物70的压力，以达到准确控制施加压力的功效。
上述的电源供应模块50，如图2及图3所示，其是电讯连接于控制装置30，并且与第一夹具42的第一导电板423及第二夹具43的第二导电板433电性连接，用以提供电流至第一导电板423及第二导电板433，进而使得电流可流经放置于第一夹具42及第二夹具43之间的待测物70。
上述的电压/电流量测模块60，如图2及图3所示，其是电讯连接于控制装置30，并且电性连接于第一夹具42的第一导电板423及第二夹具43的第二导电板433，又电压/电流量测模块60可以为一三用电表，可用以量测流经待测物70的电流大小及第一导电板423及第二导电板433间的电压大小。
上述的控制装置30在若以定电流方式量测穿隧电阻时，是执行下列步骤，如图5A所示：输出一电流控制信号至电源供应模块S10；以及执行第n组控制程序S20。
该输出一电流控制信号至电源供应模块S10的步骤是：藉由控制装置30控制电源供应模块50输出一定电流，并将定电流输出至第一夹具42的第一导电板423及第二夹具43的第二导电板433，藉此利用第一导电板423及第二导电板433作为电极，并与待测物70之间形成回路，以使得定电流流经待测物70。
该执行第n组控制程序S20是：在定电流下量测穿隧电阻时，可藉由改变施加于待测物70的压力，进而获得待测物70在不同压力下的穿隧电阻，因此可藉由执行第1组控制程序、第2组控制程序、第3组控制程序至第n组控制程序，以获得在不同压力条件下的穿隧电阻。
该执行第n组控制程序S20是包括下列步骤(如图5B所示)：输出一第n组升降控制信号至升降控制单元S21；读取电压/电流量测模块量测的一电压值S22；计算一穿隧电阻值S23；以及记录量测数值S24。
该输出一第n组升降控制信号至升降控制单元S21：如图2所示，可藉由控制装置30输出一第n组升降控制信号，例如第1组升降控制信号、第2组升降控制信号...等，用以控制升降控制单元44，藉此使得升降控制单元44得以制动第一夹具42，并使第一夹具42位于第n组位置，又由于第一夹具42位于第n组位置即代表第一夹具42施加了第n组压力于待测物70上，因此可藉此施加特定大小的压力于待测物70上。
该读取电压/电流量测模块量测的一电压值S22：由于待测物70可以为软性材料，因此施加不同压力于待测物70上时会压缩待测物70，使待测物70的厚度改变，并进而影响待测物70与第一导电板423及第二导电板433接触面间的电压大小，因此可藉由控制装置30读取电压/电流量测模块60所量测的电压值，以获得待测物70与第一导电板423及第二导电板433接触面间的电压值。
该计算一穿隧电阻值S23：可根据电源供应模块50所输出的定电流的值及电压/电流量测模块60量测的电压值，利用控制装置30计算出待测物70在第n组压力下的穿隧电阻值。
该记录量测数值S24：可利用控制装置30记录定电流的值、电压值及穿隧电阻值，并接着再进行下一组控制程序，最后可汇整各组控制程序下所记录的量测数值，用以建立定电流输入时，各个不同压力条件下的穿隧电阻资料库，所以在组装燃料电池时，可根据穿隧电阻资料库的数值而获得较佳的组装条件。
上述的控制装置30又可进一步执行读取压力感测单元量测的一压力值S25的步骤，并将压力值记录于控制装置30中(如图5C所示)。
如图4所示，为了记录待测物70的厚度，可进一步设置一厚薄计80于第一夹具42及第二夹具43之间，又厚薄计80可以为一指针式厚薄计，因此可直接读取厚薄计80所量测的一厚度值。或者厚薄计80亦可以为一数位式厚薄计，并可与控制装置30相互电讯连接(如图7所示)，因此如图5D所示，控制装置30亦可进一步执行读取厚薄计所量测的厚度值S26的步骤，并记录厚度值。
上述的控制装置30在若以定压力方式量测穿隧电阻时，是执行下列步骤(如图6A所示)：输出一升降控制信号至升降控制单元以固定第一夹具的位置S30；以及执行第m组控制程序S40。
该输出一升降控制信号至升降控制单元以固定第一夹具的位置S30：藉由控制装置30输出一升降控制信号以控制升降控制单元44，藉此制动第一夹具42，并固定第一夹具42的位置，也就是说藉此使第一夹具42施加一固定压力于待测物70上，并让待测物70维持在固定的厚度，进而固定待测物70与第一导电板423及第二导电板433接触面间的电压大小。
该执行第m组控制程序S40：在定压力下量测穿隧电阻时，可藉由改变施加于第一导电板423及第二导电板433的电流，进而获得待测物70在不同电流下的穿隧电阻，因此可藉由执行第1组控制程序、第2组控制程序、第3组控制程序至第m组控制程序，以获得在不同电流条件下的穿隧电阻。
该执行第m组控制程序S40是包括下列步骤(如图6B所示)：输出一第m组电流控制信号至电源供应模块S41；读取电压/电流量测模块量测的一电压值及一电流值S42；计算一穿隧电阻值S43；以及记录量测数值S44。
该输出一第m组电流控制信号至电源供应模块S41：藉由控制装置30输出一第m组电流控制信号，例如第1组电流控制信号、第2组电流控制信号......等，用以控制电源供应模块50输出第m组的电流至第一导电板423及第二导电板433。
该读取电压/电流量测模块量测的一电压值及一电流值S42：由于待测物70可以为软性材料，因此施加压力于待测物70上时，将会压缩待测物70并改变待测物70的厚度，并进而影响待测物70与第一导电板423及第二导电板433接触面间的电压大小，因此可藉由控制装置30读取电压/电流量测模块60所量测的电压值，以获得待测物70与第一导电板423及第二导电板433接触面间的电压值，并且可藉由控制装置30读取电压/电流量测模块60所量测的电流值，以得知流经待测物70的电流大小。
该计算一穿隧电阻值S43：可根据电压/电流量测模块60量测的电压值及电流值，利用控制装置30计算出待测物70在第m组的电流下的穿隧电阻值。
该记录量测数值S44：可利用控制装置30记录电流值、电压值及穿隧电阻值，并接着再进行下一组控制程序，最后可汇整各组控制程序下所记录的量测数值，用以建立在定压力时，各个不同电流条件下的穿隧电阻资料库，所以在组装燃料电池时，可根据穿隧电阻资料库的数值而获得较佳的组装条件。
上述的控制装置30又可进一步执行读取压力感测单元量测的一压力值S45的步骤，并将压力值记录于控制装置30中(如图6C所示)。
如图4所示，同样的为了记录待测物70的厚度，可进一步设置厚薄计80于第一夹具42及第二夹具43之间，当厚薄计80为指针式厚薄计80时，可直接读取厚薄计80所量测的厚度值。或者厚薄计80亦可以为数位式厚薄计80，并可与控制装置30相互电讯连接(如图7所示)，因此如图6D所示，控制装置30亦可进一步执行读取厚薄计所量测的厚度值S46的步骤，并记录厚度值。
表一
电流 (A) 压力 (kg) 电压 (mV) 穿隧电阻 (mΩ) 厚度 (mm) 0.3 0.5 2.6 8.6 180 0.3 1 2.3 7.6 140 0.3 1.5 1.8 6 110 0.5 0.5 5.7 11.4 180 0.5 1 5.4 10.8 140 0.5 1.5 4.9 9.8 110 ... ... ... ... ...
表一是本发明的控制装置记录的量测数据的示意表。如表一所示，举例来说，藉由输入相同电流并施加不同压力大小于待测物70时，可建立在不同测试条件下的穿隧电阻资料库，藉此使用者可得知需以多大的压力组合燃料电池组，才可获得较佳的穿隧电阻，因此可减少设计及测试燃料电池组的时间。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。