[發明專利]一種燃料電池內部電流走線式分布在線檢測裝置

在審

• 申請號: 202110324966.0
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113075444A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 殷聰;蒙奎;湯浩;宋亞婷;魯衛霞;唐棋霖
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R19/08
• 分類號: G01R19/08;G01R31/378;H01M8/04858
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明提供的一種燃料電池內部電流走線式分布在線檢測裝置，包括雙面分區采集板和上位機，雙面分區采集板設置于任意相鄰兩片燃料電池單元之間，由多個采集單元組成，采集單元包括頂層敷銅鍍金分區、頂層信號走線層、中間電阻走線層、底層信號走線層和底層敷銅鍍金分區，相鄰兩層之間為絕緣材料，中間電阻走線層采用埋阻的方式設有走線式采樣電阻，通過導線分別與頂層敷銅鍍金分區、底層敷銅鍍金分區的金屬化過孔連接；信號處理模塊對通過頂層走線層、底層走線層采集的采樣電阻兩端的電勢差進行信號處理，再分析和實時顯示。本發明通過采用電阻材料作為走線式采樣電阻，利于控制走線式采樣電阻的一致性，減小對電堆電流分布的影響。

技術領域

本發明屬于燃料電池領域，具體涉及一種燃料電池內部電流走線式分布在線檢測裝置。

背景技術

燃料電池因其高效率、低污染、無噪音等特點，受到世界各國的廣泛重視。其中，質子交換膜燃料電池(Proton exchange membrane fuel cells，PEMFC)還具備在室溫下能快速啟動、無電解液流失、排水容易、壽命長、功率比和能量比高等優點，已逐步應用在航天船舶、汽車、備用電源燈等領域。

目前質子交換膜燃料電池的壽命和性能是制約其發展的主要短板。質子交換膜燃料電池的壽命和性能受很多因素的影響，這些因素直接影響的是電池內部的電流密度分布。電流密度在活性反應區(MEA)的不均勻分布會導致內部電壓的差異，進而產生面內電流，使反應物和電催化劑的利用率下降，降低電池效率，加速電池老化，最終導致電池的壽命下降。因此，需要設計一種能夠獲取燃料電池運行時內部電流分布變化的在線分區檢測裝置，實時監測電池的性能和預期壽命。

在專利號為CN 202011078944.2的中國專利中，殷聰等人發明了一種燃料電池內部電流分布在線檢測裝置，包括雙面分區采集板，位于雙面分區采集板兩端的信號處理模塊和上位機軟件；其中，雙面分區采集板為多層印刷電路板，通過采集采樣電阻兩端的微小電壓，檢測燃料電池內部的分區電流密度分布。然而該發明使用貼片電阻作為采樣電阻，通過絕緣膠固定在挖空區域內，兩端通過焊錫與敷銅鍍金分區連接，由于采樣電阻本身阻值極小，各通道焊錫等工藝的處理不一致會影響通道整體的電阻，造成各通道阻抗不一致，影響電流分布測量結果的真實性。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明提出了一種燃料電池內部電流走線式分布在線檢測裝置，以解決現有裝置中因焊錫連接工藝而存在的各分區通道阻抗不一致、測量精度不足的問題。

本發明具體技術方案如下：

一種燃料電池內部電流走線式分布在線檢測裝置，其特征在于，包括雙面分區采集板和上位機，雙面分區采集板的中間、與燃料電池電堆活性區域對應的區域為雙面分區采集區，雙面分區采集板的兩端、延伸出燃料電池電堆的區域為信號處理模塊；所述雙面分區采集板為多層印刷電路板，設置于任意相鄰兩片燃料電池單元之間，用于在線檢測燃料電池內部的分區電流密度分布；

所述雙面分區采集區由多個陣列排布的采集單元組成，每個采集單元共有5層，包括自上而下依次設置的頂層敷銅鍍金分區、頂層信號走線層、中間電阻走線層、底層信號走線層和底層敷銅鍍金分區，采集單元中相鄰兩層之間為FR-4環氧玻璃纖維的絕緣材料；相鄰采集單元的頂層敷銅鍍金分區相互電氣隔離，相鄰采集單元的底層敷銅鍍金分區相互電氣隔離；

所述頂層敷銅鍍金分區和底層敷銅鍍金分區均設有金屬化過孔，中間電阻走線層采用埋阻的方式設有走線式采樣電阻，走線式采樣電阻通過導線分別與頂層敷銅鍍金分區、底層敷銅鍍金分區的金屬化過孔連接；

所述信號處理模塊對通過頂層信號走線層、底層信號走線層采集的走線式采樣電阻兩端的電勢差進行信號處理，再將處理后信號傳輸至上位機進行分析和實時顯示。

進一步地，所述走線式采樣電阻采用電阻材料，通過控制電阻材料走線的長度及橫截面積，使得各采集單元中走線式采樣電阻的阻值相等，均為10mΩ，精度為5％。