[发明专利]一种燃料电池局部电流密度-温度分布测试装置及方法

权利要求书

1.一种燃料电池局部电流密度-温度分布测试装置，其特征在于，所述装置包括：PCB基板和分布在基板上的多个测量采集单元；每个测量采集单元均包括一个采样霍尔元件和一个测量采集端；

每个测量采集端沿PCB基板的厚度方向均设有顶层电流收集区、中间PCB基板绝缘区、金属电流导通过孔和底层电流导线；顶层电流收集区通过贯穿PCB基板的金属电流导通过孔与底层电流导线连接，底层电流导线的另一端与采样霍尔元件的电流流入端连接，电流流过采样霍尔元件后，由采样霍尔元件的电流输出端汇集至电流公共端，电流公共端与电池外部负载相连；电流在采样霍尔元件中通过霍尔效应将电流信号转换成其它电信号，每个采样霍尔元件的电信号输出端与多通道数据采集设备相连；

所述顶层电流收集区的下方设有温度测量通孔，所述温度测量通孔测温时插入测温元件，用于对燃料电池内部局部温度变化进行实时在线监测；

所述测试装置使用时密封固定于待测燃料电池阴极流场或阳极流场的背侧，取代对应侧集流板。

2.根据权利要求1所述的局部电流密度-温度分布测试装置，其特征在于，所述顶层电流收集区和底层电流导线均由铜片构成；所述金属电流导通过孔的四周也覆有铜片；所述铜片厚度为30～150um，在铜片表面有金或银镀层。

3.根据权利要求1所述的局部电流密度-温度分布测试装置，其特征在于，每个测量采集单元的顶层电流收集区的覆铜面积均相同；各个测量采集单元的顶层电流收集区之间相互独立且彼此绝缘。

4.根据权利要求1所述的局部电流密度-温度分布测试装置，其特征在于，所述底层电流导线宽度大于等于1mm，各个测量采集单元的底层电流导线的长度保持一致，允许大电流通过。

5.根据权利要求1所述的局部电流密度-温度分布测试装置，其特征在于，多个测量采集端阵列分布于PCB基板的中下方，称为测量区域，所述测试装置使用时，测量区域与燃料电池中流场的位置相对应，多个采样霍尔元件通过焊接方式固定在PCB板上测量区域的上方，所述采样霍尔元件为高精度霍尔效应电流传感器，阻值小于1mΩ，各测量采集单元内使用的霍尔元件相同。

6.根据权利要求1所述的局部电流密度-温度分布测试装置，其特征在于，所述PCB基板的采样霍尔元件上方覆有铜片，作为每个测量采集单元电流汇入的公共端。

7.根据权利要求1所述的局部电流密度-温度分布测试装置，其特征在于，所述PCB基板上设有供电电压电路，并在供电电路旁路中设有电容元件，为采样霍尔元件提供稳定的供电电压；电容元件电容值由供电电压范围确定。

8.根据权利要求1所述的局部电流密度-温度分布测试装置，其特征在于，所述采样霍尔元件的电信号输出端的电路连接定值电阻，并在输出端电路的旁路中设有电容元件，保证输出电信号的均匀性和准确性；定值电阻阻值和电容元件的电容值由霍尔元件的具体规格参数决定。

9.根据权利要求1所述的局部电流密度-温度分布测试装置，其特征在于，所述温度测量通孔位于顶层电流收集区的中心位置，贯穿或不贯穿顶层电流收集区；所述测温元件为热电偶丝。

10.一种应用于权利要求1～9中任一项所述的局部电流密度-温度分布测试装置的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在所述测试装置的温度测量通孔中插入测温元件并固定；将所述测试装置密封固定于待测燃料电池阴极流场或阳极流场的背侧，取代对应侧集流板；

将PCB基板上的电流公共端与外部负载线连接，对电池进行测试，测试过程中，每个测量采集单元的顶层电流收集区采集燃料电池不同位置的电流，采集的电流通过金属电流导通过孔与底层电流导线输入采样霍尔元件，采样霍尔元件通过霍尔效应将电流信号转换成其它电信号进行输出，通过多通道数据采集设备同步采集采样霍尔元件输出的电信号；利用霍尔元件对应的输出特性，将对应的电信号转换成电流信号，得到燃料电池局部电流密度分布情况；

通过测温元件对燃料电池内部不同位置的温度进行测量，并利用数据采集卡进行实时记录，得到燃料电池局部温度数据。