[发明专利]一种检测燃料电池电流和温度分布的分区测试系统

说明书

该发明公开了一种检测燃料电池电流和温度分布的分区测试系统，属于燃料电池测试领域，特别是对燃料电池电堆的电流和温度分布的测试领域。本发明采集板采用等阻抗布线方式使各分区到采样电阻之间的阻抗尽可能一致；采样电阻布置在采集板外侧，无需埋阻工艺，成本低且实现简单；温敏电阻放置在印刷电路板上，而不是埋在流道中，消除了测温元件对燃料电池结构的破坏，不影响电池中的反应；可实现在线高密度矩阵式分区电流和温度分布测量，对数据进行实时图像化，直观显示分区电流分布和温度特性；本发明可用于高速采集场景，对于研究燃料电池动态特性有重要意义。

技术领域

本发明属于燃料电池测试领域，特别是对燃料电池电堆的电流和温度分布的测试领域。

背景技术

随着人们对环境问题的日渐关注，新型环保能源逐渐走进人们的研究视野。燃料电池作为一种高效清洁的新能源装置，已经逐渐应用在航天，船舶，汽车，备用电源等领域。其中，质子交换膜燃料电池由于其能量转换效率高，工作温度低，启动时间短，功率密度高等特点，被认为是未来新能源的重要发展方向。质子交换膜燃料电池寿命和性能受很多因素的影响，这些因素的影响直接体现在电池内部的电流分布和温度分布上。电流在活性反应区的不均匀分布会产生内部电压的差异及面内电流，导致反应物和电催化剂利用率下降，降低电池效率加速电池老化，最终导致电池的寿命下降。故电流分布是表征燃料电池中反应物分布，电池状态等性质的重要参数。在电池运行过程中，温度对燃料电池电池性能有很重要影响。燃料电池的性能对温度敏感，由于燃料电池结构紧凑，导致内部温度场分布不均，容易影响到电化学反应的进行，不适宜的温度将导致电池性能下降。实时的温度检测能探究电流分布和温度分布的关系，给燃料系统电池控制提供依据，确保系统正常高效工作。

因此需设计一种能够获取燃料电池内部电流和温度分布的分区检测系统，对研究燃料电池内部的电流和温度分布情况，提高电堆性能，优化电堆设计和结构等方面有重要的意义。

目前，分区检测技术按照测试机理进行分类，主要有三种类型：电阻网络技术，电磁感应测试技术，印刷电路板技术。其中电阻网络技术和电磁式感应测试技术实现困难，技术复杂，会破坏电池结构，应用较少。印刷电路板技术成本低，实现简单，被广泛使用。根据采样电阻放置方式可分为埋阻式和外置电阻式。埋阻式是指将电阻介质埋入分区测试板中，通过引出信号线到外部信号采集设备，测试时将燃料电池的阴极板替换为该分区测试板以获得电流分布。然而，目前埋阻技术工艺成本较高，在国内不成熟，导致埋阻工艺电阻精度无法控制，需进行额外电阻标定，增加测试难度。外置电阻采用的是将采样电阻放置在电路板外侧，通过铜箔连接测试分区和采样电阻。虽然结构简单，但是由于设计和工艺的限制，导致各子分区之间的阻抗不同，严重时影响电流分和测量。

对于温度测量，传统方法是将微型温度传感器，热电偶，热电阻等原件埋入燃料电池流道中，或与燃料电池的膜电极热压在一起，这些方法不仅工艺困难，而且随着这些原件的植入破坏了电池的整体结构，可能导致降低电池气密性，减少膜电极的活性面积，进而影响燃料电池的性能。

为了直观表示燃料电池内部化学反应情况，需要对各分区数据进行实时图像化处理。现在普遍的的做法为将采集数据直接在同一台计算机上处理，然后生成图像。然而实时数据处理和图像生成是需要消耗大量计算机内存和处理器资源，特别是在面对高密度分区场景时，这样的做法可能导致本台计算机出现卡顿，严重时造成上位机崩溃，造成系统不可控，发生事故，因此可考虑在局域网内共享数据，由专门的服务器进行数据及可视化处理。

发明内容

本发明针对现有的埋阻技术工艺成本较高，技术不成熟的问题，改进设计了一种结构简单，工艺成熟的检测燃料电池电流和温度分布的采集板。