[發(fā)明專利]一種燃料電池堆內(nèi)部電流高分辨率分區(qū)檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110590355.0
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113363539B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 殷聰;唐棋霖;湯浩;宋亞婷;曹繼申
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01M8/04537
• 分類號: H01M8/04537;H01M8/2465;G01R19/25;G01R1/20
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發(fā)明提供一種燃料電池堆內(nèi)部電流高分辨率分區(qū)檢測系統(tǒng)，包括高分辨率分區(qū)電流采集板、分區(qū)鏤空集流板、多通道信號放大裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、CPU和上位機；高分辨率分區(qū)電流采集板設(shè)置于任意相鄰兩片燃料電池單元之間和陰/陽極端部，由多個采集單元組成，采集單元包括依次設(shè)置的敷銅鍍金分區(qū)頂層、走線層和高精度采樣電阻底層，還有兩個貫穿其中的電流采集過孔；高精度采樣電阻底層的下表面設(shè)有采樣電阻，與兩個電流采集過孔共同構(gòu)成電阻區(qū)域，位于高精度采樣電阻底層一側(cè)的分區(qū)鏤空集流板上與電阻區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域為鏤空區(qū)域。本發(fā)明在不改變電堆結(jié)構(gòu)和不影響電堆內(nèi)部參數(shù)分布的前提下，實時采集電堆內(nèi)部各個點位的電流密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池堆內(nèi)部電流高分辨率分區(qū)檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在過去的幾十年中，隨著工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展，內(nèi)燃機已被廣泛用作陸地車輛、商用船和固定式發(fā)電廠的動力源，但大量使用的化石燃料引起了一系列環(huán)境問題和能源危機。世界各地研究人員一直在努力開發(fā)新的清潔能源，以取代傳統(tǒng)的化石能源，解決能源危機和環(huán)境污染問題。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)由于具有低污染、高功率密度和高效率等優(yōu)點被認(rèn)為是新能源汽車應(yīng)用中最具前景的解決方案。特別是在豐田Mirai和本田Clarity發(fā)布之后，車用質(zhì)子交換膜燃料電池的研究獲得了政府和企業(yè)的大力支持。然而，阻礙質(zhì)子交換膜燃料電池大規(guī)模商業(yè)化的兩個主要因素是電池壽命和性能衰減速率。這兩個主要因素的影響直接體現(xiàn)在電池內(nèi)部的電流分布和溫度分布上。其中，電流在活性反應(yīng)區(qū)的不均勻分布會產(chǎn)生內(nèi)部電壓差及面內(nèi)電流，導(dǎo)致反應(yīng)物和電催化劑利用率下降，降低電池效率，加速電池老化，最終導(dǎo)致電池的壽命下降。故電流分布是表征車用燃料電池電堆中反應(yīng)物分布、電堆狀態(tài)等性質(zhì)的重要參數(shù)。

因此需設(shè)計一種能夠?qū)崟r在線獲取大面積車用燃料電池電堆內(nèi)部電流分布的在線分區(qū)檢測系統(tǒng)，對大面積燃料電池電堆的內(nèi)部電流分布情況進(jìn)行研究，對提高電堆性能，優(yōu)化電堆設(shè)計和優(yōu)化控制策略等方面有重要的意義。

目前，在線分區(qū)檢測技術(shù)主要分為非侵入式和侵入式兩大類。侵入式在線分區(qū)檢測技術(shù)中的印刷電路板技術(shù)因成本低，實現(xiàn)簡單，被廣泛使用，其主要思想是通過在電堆中加裝集成有傳感器的印刷電路板，對內(nèi)部電流密度分布、熱量分布和濕度分布等參數(shù)進(jìn)行測量，集成度高，加裝結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和調(diào)試，在實驗室甚至燃料電池電堆實際工況下都具有很大優(yōu)勢。印刷電路板技術(shù)根據(jù)采樣電阻放置方式可分為埋阻式和外置電阻式。埋阻式是指將電阻介質(zhì)埋入分區(qū)測試板中，通過引出信號線到外部信號采集設(shè)備，測試時將燃料電池的陰極板或陽極板替換為該分區(qū)測試板以獲得電流分布。目前埋阻技術(shù)工藝成本較高，在國內(nèi)不成熟，導(dǎo)致埋阻工藝電阻精度無法控制，需進(jìn)行額外電阻標(biāo)定，增加測試難度，并且在使用過程中不易調(diào)試電阻。外置電阻式是將采樣電阻放置在電路板外側(cè)，通過銅箔連接測試分區(qū)和采樣電阻。外置電阻式成本低，實現(xiàn)簡單，無需進(jìn)行額外電阻標(biāo)定。

在目前的大面積車用燃料電池電堆內(nèi)部電流分布的在線分區(qū)檢測系統(tǒng)中，外置電阻式的印刷電路板技術(shù)設(shè)置的分區(qū)數(shù)較少，不能更具體的表征電堆內(nèi)部各個部分的反應(yīng)情況。而且，大多數(shù)采用導(dǎo)線在敷銅鍍金分區(qū)與采集電阻之間進(jìn)行導(dǎo)流，分區(qū)數(shù)較多時會導(dǎo)致電信號在傳輸過程由于發(fā)熱或者其他功率損耗而增加測量誤差，不適用于大面積車用燃料電池電堆的研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種燃料電池堆內(nèi)部電流高分辨率分區(qū)檢測系統(tǒng)，在不改變電堆結(jié)構(gòu)和不影響電堆內(nèi)部參數(shù)分布的前提下，設(shè)置在大面積燃料電池電堆的陽極端部、陰極端部或中間雙極板之間，實時采集電堆內(nèi)部各個點位的電流密度。

本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：