[发明专利]一种燃料电池内部温度分布式测控装置及其电堆

权利要求书

1.一种燃料电池内部温度分布式测控装置，其特征在于，包括双面温度测控板和上位机，双面温度测控板的中间、与燃料电池膜电极对应的区域为双面温度测控区，双面温度测控板的两端、延伸出燃料电池电堆的区域为信号处理模块；所述双面温度测控板设置于任意两片相邻燃料电池单元之间；

所述双面温度测控区由多个阵列排布的测控单元组成，各测控单元包括自上而下依次设置的顶层敷铜镀金分区、顶层走线层、顶层电源层、通断控制层、埋阻层、底层电源层、底层走线层和底层敷铜镀金分区；相邻测控单元的顶层敷铜镀金分区相互电气隔离，相邻测控单元的底层敷铜镀金分区相互电气隔离；

所述顶层敷铜镀金分区和底层敷铜镀金分区对应设有金属化过孔和内部设有温度敏感元件的温度采集单元凹槽，温度敏感元件的检测信号通过对应的顶层走线层或底层走线层传输至信号处理模块进行信号处理；所述金属化过孔用于形成相邻两片燃料电池单元之间的电流通道；

所述顶层电源层和底层电源层之间设有由PMOS管和热电阻串联而成的加热支路，PMOS管的源极通过顶层电源层取电，漏极通过设置于埋阻层内的热电阻连接底层电源层，栅极根据通断控制层中来自信号处理模块的电压控制信号，控制PMOS管的导通或截止；

所述信号处理模块包括CPU、温度采集多通道模数转换模块和多支路加热通断控制模块；温度采集多通道模数转换模块将检测信号转换为温度数字信号，并传输至CPU；CPU将温度数字信号传输至上位机进行分析和实时显示，同时根据预设的控制算法对温度数字信号进行处理，通过多支路加热通断控制模块控制各测控单元中PMOS管的通断时间。

2.根据权利要求1所述燃料电池内部温度分布式测控装置，其特征在于，所述多支路加热通断控制模块包括与各测控单元一一对应的加热通断控制单元；所述加热通断控制单元包括第一限流电阻、NPN三极管、下拉电阻和第二限流电阻，CPU经第一限流电阻串联至NPN三极管的基极，下拉电阻并联在CPU和第一限流电阻之间，NPN三极管的集电极连接PMOS管的栅极，第二限流电阻并联在PMOS管的栅极和源极之间。

3.根据权利要求1所述燃料电池内部温度分布式测控装置，其特征在于，所述控制算法为PID算法、自适应算法或模糊控制算法。

4.根据权利要求1所述燃料电池内部温度分布式测控装置，其特征在于，各测控单元内热电阻的阻值相同；根据热力学公式：保持热电阻两端电压和热电阻的阻值不变，通过PMOS管控制热电阻所在加热支路的通断时间，以改变热电阻在一定时间内产生的热量。

5.根据权利要求1所述燃料电池内部温度分布式测控装置，其特征在于，所述埋阻层内还设有一个采样电阻，采样电阻通过导线分别与顶层敷铜镀金分区、底层敷铜镀金分区中的金属化过孔连接；对应地，信号处理模块还包括电流采集多通道模数转换模块，用于对通过顶层走线层、底层走线层采集的各测控单元中的采样电阻两端的电势差进行信号处理，处理后信号经CPU传输至上位机进行分析和实时显示。

6.根据权利要求5所述燃料电池内部温度分布式测控装置，其特征在于，所述采样电阻为高精度贴片电阻，阻值为5～50mΩ，各测控单元内采样电阻的阻值相同；各测控单元中用于连接采样电阻与顶层敷铜镀金分区、底层敷铜镀金分区中间的金属化过孔的导线的阻抗相同。

7.根据权利要求1所述燃料电池内部温度分布式测控装置，其特征在于，所述温度敏感元件为NPN三极管。

8.根据权利要求1所述燃料电池内部温度分布式测控装置，其特征在于，不同测控单元的顶层敷铜镀金分区和底层敷铜镀金分区的面积均相同。

9.根据权利要求1所述燃料电池内部温度分布式测控装置，其特征在于，所述双面温度测控板还设置于燃料电池的端板处，用于补偿端部燃料电池单元的温度。

10.一种应用如权利要求1所述燃料电池内部温度分布式测控装置的电堆，其特征在于，包括燃料电池电堆、双面温度测控板、水隔离板和上位机；所述燃料电池电堆包含多个串联的燃料电池单元；所述双面温度测控板设置于相邻两片燃料电池单元的双极板之间，并在双面温度测控板与朝向双面温度测控板一面设有冷却水流道的双极板之间设有水隔离板。