[發(fā)明專利]一種燃料電池水分布可視化在線檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710631634.0
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107490769B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 鄒見效;蔡璐瑤;彭超;李立英;曹繼申
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;H01M8/04492
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開了一種燃料電池水分布可視化在線檢測系統(tǒng)，包括主控制器、可視化燃料電池、濕度傳感器、圖像采集模塊、圖像處理模和分析診斷模塊、終端顯示設備、終端數(shù)據(jù)庫；根據(jù)燃料電池特性，通過對燃料電池進行圖像采集與處理，從而提取燃料電池液態(tài)水分布數(shù)據(jù)，再通過分析診斷模塊對燃料電池液態(tài)水分布數(shù)據(jù)進行分析診斷，進而建立動態(tài)水分布圖，以用于考察燃料電池的工作狀態(tài)，實時表征顯示燃料電池的水分布信息，分析影響燃料電池性能和壽命的關鍵因素，制定合理的燃料電池水管理策略。

技術領域

本發(fā)明屬于圖像采集與處理技術領域，更為具體地講，涉及一種燃料電池水分布可視化在線檢測系統(tǒng)。

背景技術

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)工作溫度低、啟動快、比功率高，結(jié)構簡單、可靠性高、真正實現(xiàn)“零排放”，是目前公認的便攜式電源、新能源汽車、固定發(fā)電站等的首選發(fā)電能源。

燃料電池在工作過程中的主要產(chǎn)物是水，目前的研究表明，水在燃料電池電化學系統(tǒng)中的含量和分布是影響PEMFC輸出功率、穩(wěn)定性和壽命的主要因素之一。一方面，燃料電池的相對濕度分布情況直接影響到電池的活化程度，進而影響到電池的電流密度和工作效率；另一方面，質(zhì)子交換膜若長時間工作在干燥或水淹的狀態(tài)下，會導致反應物和催化劑的利用率下降，加速電池的老化，降低其使用壽命。

因此，設計一種燃料電池水分布可視化在線檢測系統(tǒng)，對于考察燃料電池的工作狀態(tài)，實時表征顯示燃料電池的水分布信息，分析影響燃料電池性能和壽命的關鍵因素，制定合理的燃料電池水管理策略，具有重要的指導意義。

傳統(tǒng)的燃料電池濕度檢測方法，如：分區(qū)PCB檢測，使用濕度傳感器對燃料電池內(nèi)部濕度分布情況進行檢測，側(cè)重于表征燃料電池局部濕度信息。考慮到濕度傳感器的工作特性，其相對濕度測量范圍為0-100％，對于局部相對濕度超過100％產(chǎn)生液態(tài)水的情況，無法準確檢測其水淹程度，制定水管理策略。現(xiàn)有的部分水分布檢測成像技術，如：中子成像技術、X光成像技術，對檢測環(huán)境要求極高，目前僅適用于實驗室檢測。而現(xiàn)有的可視化水分布檢測，多采用離線分析，且缺乏智能圖像處理分析模塊，以獲取實時水分布信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種燃料電池水分布可視化在線檢測系統(tǒng)，根據(jù)燃料電池特性，通過圖像采集與處理，提取燃料電池液態(tài)水分布數(shù)據(jù)，進而建立動態(tài)水分布圖，實現(xiàn)燃料電池水分布可視化在線檢測。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明為一種燃料電池水分布可視化在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

一主控制器，作為系統(tǒng)的核心控制單元，通過輸出控制指令來控制各模塊的正常運行，同時用于接收濕度傳感器采集的濕度分布信息；

一可視化燃料電池，采用陰極可視化電堆，其陰極端部流道為鏤空流道，外側(cè)端板使用實心聚碳酸酯(PC)透明板，便于采集陰極端部流道內(nèi)的液態(tài)水信息，在各節(jié)電池的陰極/陽極流道內(nèi)均勻嵌入濕度傳感器，用于采集各節(jié)電池的濕度分布信息；

可視化燃料電池通過濕度傳感器，采集各節(jié)電池的濕度分布信息，并傳輸給主控制器，主控制器判斷電堆相對濕度達到90％的時刻時，控制器輸出上傳指令，啟動高速攝像機開始無線上傳拍攝的視頻信息給主控制器；

一圖像采集模塊，包括CPL偏振鏡、高速攝像機、圖傳發(fā)射器、圖傳接收器；利用CPL偏振鏡對部分反射光線進行過濾后，再通過高速攝像機實時拍攝到可視化燃料電池陰極端部流道內(nèi)的液態(tài)水分布，并將視頻信息記錄在攝像機存儲卡內(nèi)，當高速攝像機收到上傳指令后，高速攝像機通過AV輸出線，將采集的視頻傳輸給圖傳發(fā)射器，再通過WHDI的無線通信方式傳輸至圖傳接收器，圖傳接收器再分幀上傳到圖像處理模塊和終端顯示設備；