CN110061268A - 燃料电池内部分区检测双极板 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料电池测量技术领域,涉及燃料电池内部分区检测双极板。采用两块印刷电路板的通孔内安装电阻,电阻两端分别连接于两印刷电路板通孔侧面,将印刷电路板嵌入安装在两个绝缘边框中,得到燃料电池内部分区检测双极板。电阻体积小、精度高且温度系数小,能提高测量精度;气体压强传感器穿设于导电片,获得气体压强。嵌入式安装能避免对电池结构产生影响,可减少测试双极板厚度,方便安装在电堆任意位置;采用印刷电路板使布线整齐、可靠,能避免出现各区短路现象,减少装配复杂性;印刷电路板上安装导电片可实现流道加工。实现对电池内部三维空间任意位置电流密度与气体压强分布的同步在线监测。

Description

燃料电池内部分区检测双极板
技术领域
本发明属于燃料电池测量技术领域,更具体地说,是涉及一种燃料电池内部分区检测双极板。
背景技术
质子交换膜燃料电池(以下简称燃料电池)具有许多潜在的用途,比如便携式电源小型社区发电站等,也被认为是交通工具中最有发展前景的洁净动力源之一。为此世界各国投入大量资金和人力研究高效率、高可靠性的燃料电池系统。电流密度及反应气体压强是质子交换膜燃料电池运行最关键的操作条件,对燃料电池的性能有很重要的意义,实时监测燃料电池内部多物理量可以更好地了解电堆内化学反应分布情况,十分有助于进一步理解燃料电池运行时的化学物理过程,对完善燃料电池的建模,燃料电池的诊断与优化设计具有重要意义。
目前电流密度的测试主要有惰性网络电阻法、印刷电路板法和霍尔传感器法,惰性网络电阻法主要用于单电池电流密度测试,印刷电路板法由于印刷厚度限制无法加工流道故不能作为双极板放置电堆内部任意位置进行电流密度测量;霍尔传感器在极板内部安装步骤繁琐且检测精度不高,均不合适电堆内部任意位置的电流密度检测。
对于燃料电池内部气体压强的原位测量目前尚没有较适用的监测方法,一般只在电堆外部进气口与出气口的气体管路处测量,并没有涉及到电池内部活性区的气体压强分布在线测量。
总之,现有公开的技术和装置只能用于燃料电池单电池的参量分布测试,不能用于燃料电池堆内部各个电池各不同位置的在线分布测试。而实际上,电堆层面的在线测试对于燃料电池开发应用更具意义、必不可少,要求对不同单电池以及同一单电池不同位置进行全方位检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池内部分区检测双极板,以解决现有技术的电流密度测试装置只能用于单电池电流密度测试、不能作为双极板放置电堆内部任意位置进行电流密度测量、安装步骤繁琐且检测精度不高、难以对燃料电池内部气体压强原位测量的技术问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:提供一种燃料电池内部分区检测双极板,包括:
层叠设置的两块印刷电路板,所述印刷电路板具有呈矩阵分布的焊接区,两块所述印刷电路板的焊接区一一对应分布,所述印刷电路板开设有与所述焊接区一一对应的通孔,两块所述印刷电路板的通孔对应相连通;所述印刷电路板设有与各个所述焊接区对应电连接的电路走线;
呈矩阵分布的电阻,所述电阻的数量与一个所述印刷电路板的焊接区的数量相等,所述电阻分别安装于两块所述印刷电路板对应的所述通孔内,且所述电阻的两端分别电连接于两块所述印刷电路板的通孔侧面;
呈矩阵分布的两组导电片,每组所述导电片对应电连接于一个所述印刷电路板的各个所述焊接区的外侧面,所述导电片覆盖于对应的所述通孔;
层叠设置的两个绝缘边框,每一所述绝缘边框均具有用于容纳一个所述印刷电路板的安装槽,两个所述绝缘边框夹设两块所述印刷电路板,所述绝缘边框于所述安装槽的底面开设有用于一一对应容纳所述导电片的安装孔,所述安装孔与所述焊接区一一对应设置,一个所述绝缘边框的安装孔的数量与一个所述印刷电路板的焊接区的数量相等,所述绝缘边框与所述导电片的其中一个共同外侧面开设有流道,所述绝缘边框开设有流道孔;
其中一组所述导电片中的一个所述导电片、对应的所述印刷电路板的焊接区、对应的所述电阻、另外一个所述印刷电路板对应的所述焊接区、另外一组所述导电片中对应的所述导电片串联连接,在两个所述导电片所在区域形成一个分区;所述燃料电池内部分区检测双极板具有呈矩阵分布的多个分区;以及
呈矩阵分布的气体压强传感器,所述气体压强传感器的数量与所述分区的数量相等,所述气体压强传感器一一对应分布于各个所述分区,所述气体压强传感器穿设于具有所述流道的所述导电片,所述气体压强传感器电连接所述印刷电路板。
进一步地,相邻所述导电片之间填充有绝缘胶;
所述绝缘边框与所述印刷电路板之间填充有绝缘胶。
进一步地,所述印刷电路板设有与各个所述焊接区对应电连接的两根电路走线;所述电阻采用四线测量,对应的两个所述焊接区分别设置两个测试点形成两对测试点,其中一对所述测试点作为电流供给接入两个所述焊接区,另外一对所述测试点用于测量电压而分别设于两个所述焊接区。
进一步地,所述印刷电路板具有安装臂,所述电路走线延伸至所述安装臂;所述绝缘边框开设有供所述安装臂穿过的过孔。
进一步地,所述安装臂上设有电源、用于向外部无线传送信号的无线发射装置、及用于控制所述无线发射装置发射信号到外部的控制器。
进一步地,所述安装臂上设有用于对电源充电的充电装置;或者,所述安装臂上设有用于通过直流源对所述印刷电路板供电的电源接口。
进一步地,所述印刷电路板开设有与所述焊接区一一对应的填充槽,所述填充槽内填充有焊锡。
进一步地,靠近于所述流道的所述导电片开设有第一放置孔,所述气体压强传感器位于对应的所述第一放置孔。
进一步地,所述导电片为依次镀镍层和金层的铜片,镍层的厚度范围是0.1um至3um,金层的厚度范围是0.1um至3um。
进一步地,还包括安装于靠近于所述流道的所述印刷电路板上的温湿度传感器,所述温湿度传感器的数量与所述分区的数量相同,且所述温湿度传感器一一对应分布于所述分区;靠近于所述流道的所述导电片开设有第二放置孔,所述温湿度传感器位于对应的所述第二放置孔。
本发明相对于现有技术的技术效果是:采用两块印刷电路板的通孔内安装电阻,并且电阻两端分别连接于两印刷电路板的通孔侧面,将印刷电路板嵌入安装在两个绝缘边框中形成一个复合板,即可得到燃料电池内部分区检测双极板。采用的电阻具有体积小、精度高且温度系数非常小的优点,能大大提高电流密度的测量精度,此外电阻安装步骤简单,操作难度小;气体压强传感器穿设于导电片,结构紧凑,通过气体压强传感器获得气体压强。嵌入式的安装能避免对电池结构产生影响,同时可以大大减少燃料电池内部分区检测双极板的厚度,非常方便安装在电堆的任意位置,测量稳定可靠;采用印刷电路板可以使布线整齐、可靠,能避免出现各区短路现象,大大减少了装配复杂性,制作成本低;印刷电路板上安装导电片可以实现流道的加工,很好解决直接用印刷电路板时铜箔太薄不能加工流道的问题。实现对电池内部三维空间任意位置的电流密度与气体压强分布的同步在线监测,真实形象的反映电池运行过程中电流密度与气体压强分布状况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的燃料电池内部分区检测双极板的立体装配图;
图2为图1的燃料电池内部分区检测双极板的主视图;
图3为图1的燃料电池内部分区检测双极板的立体分解图;
图4为图3的燃料电池内部分区检测双极板中应用的绝缘边框的主视图;
图5为图3的燃料电池内部分区检测双极板中应用的印刷电路板的主视图;
图6为图5的印刷电路板的局部放大图;
图7为图1的燃料电池内部分区检测双极板的局部剖视图;
图8为用图1的燃料电池内部分区检测双极板得到的电流密度测试结果图;
图9为由图1的燃料电池内部分区检测双极板得到的气体压强分布在线监测数据表;
图10为由图1的燃料电池内部分区检测双极板得到的气体压强分布在线监测三维图;
图11为由图1的燃料电池内部分区检测双极板得到的气体压强分布在线监测二维图;
图12为由图1的燃料电池内部分区检测双极板得到的温度检测结构拟合云图;
图13为由图1的燃料电池内部分区检测双极板得到的湿度检测结构拟合云图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1至图7,先对本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板进行说明。燃料电池内部分区检测双极板包括印刷电路板10、电阻20、导电片30、绝缘边框40、气体压强传感器50。
两块印刷电路板10层叠设置,印刷电路板10具有呈矩阵分布的焊接区11,两块印刷电路板10的焊接区11一一对应分布,印刷电路板10开设有与焊接区11一一对应的通孔12,两块印刷电路板10的通孔12对应相连通;印刷电路板10设有与各个焊接区11对应电连接的电路走线13;
电阻20呈矩阵分布,电阻20的数量与一个印刷电路板10的焊接区11的数量相等,电阻20分别安装于两块印刷电路板10对应的通孔12内,且电阻20的两端分别电连接于两块印刷电路板10的通孔12侧面;
两组导电片30呈矩阵分布,每组导电片30对应电连接于一个印刷电路板10的各个焊接区11的外侧面,导电片30覆盖于对应的通孔12;
两个绝缘边框40层叠设置,每一绝缘边框40均具有用于容纳一个印刷电路板10的安装槽41,两个绝缘边框40夹设两块印刷电路板10,绝缘边框40于安装槽41的底面开设有用于一一对应容纳导电片30的安装孔42,安装孔42与焊接区11一一对应设置,一个绝缘边框40的安装孔42的数量与一个印刷电路板10的焊接区11的数量相等,绝缘边框40与导电片30的其中一个共同外侧面开设有流道44,绝缘边框40开设有流道孔45;
其中一组导电片30中的一个导电片30、对应的印刷电路板10的焊接区11、对应的电阻20、另外一个印刷电路板10对应的焊接区11、另外一组导电片30中对应的导电片30串联连接,在两个导电片30所在区域形成一个分区P;燃料电池内部分区检测双极板具有呈矩阵分布的多个分区P;
气体压强传感器50呈矩阵分布,气体压强传感器50的数量与分区P的数量相等,气体压强传感器50一一对应分布于各个分区P,气体压强传感器50穿设于具有流道的导电片30,气体压强传感器50电连接印刷电路板10。
采用两块印刷电路板10的通孔12内安装电阻20,并且电阻20两端分别连接于两印刷电路板10的通孔12侧面,将印刷电路板10嵌入安装在两个绝缘边框40中形成一个复合板,即可得到燃料电池内部分区检测双极板。采用的电阻20具有体积小、精度高且温度系数非常小的优点,能大大提高电流密度的测量精度,此外电阻20安装步骤简单,操作难度小;气体压强传感器50穿设于导电片30,结构紧凑,通过气体压强传感器50获得气体压强。嵌入式的安装能避免对电池结构产生影响,同时可以大大减少燃料电池内部分区检测双极板的厚度,非常方便安装在电堆的任意位置,测量稳定可靠;采用印刷电路板10可以使布线整齐、可靠,能避免出现各区短路现象,大大减少了装配复杂性,制作成本低;印刷电路板10上安装导电片30可以实现流道44的加工,很好解决直接用印刷电路板时铜箔太薄不能加工流道的问题。实现对电池内部三维空间任意位置的电流密度与气体压强分布的同步在线监测,真实形象的反映电池运行过程中电流密度与气体压强分布状况。
进行电流密度检测时,将燃料电池内部分区检测双极板安装在电堆中待测位置,然后将上位机与印刷电路板10通讯连接,通过现有的控制电路快速切换分别检测各分区P上下对应的两个导电片30间的电压降,用电压降除以各分区P的电阻20和面积即可计算出各分区P的电流密度大小,即采用以下公式:
其中,J为电流密度,I为各分区P电流,U为各分区P电压降,R为各分区P的电阻20,A为各分区P面积大小。
通过现有技术数据处理后得到图8所示的电流密度测试结果图。
印刷电路板10具有定位孔15,将两块印刷电路板10的定位孔15对齐并焊接定位,这样可以防止其他零件焊接时印刷电路板10发生错位现象。印刷电路板10的通孔12为方形孔或者圆形孔,容易加工,便于电阻20端部的焊接于印刷电路板10的通孔12侧面。
导电片30呈矩形,焊接区11的外形呈矩形,容易成型,可以非常方便导电片30焊接时的定位。焊接区11包括矩形部111与连接于矩形部111的一侧边的框形部112,矩形部111内开设有用于填充焊锡的填充区,通孔12开设于框形部112内,该结构容易成型,便于导电片30连接于焊接区11。气体压强传感器50安装于印刷电路板10的安装位,温湿度传感器60安装于印刷电路板10的安装位均位于框形部112内,结构紧凑。
电阻20可以为贴片电阻或者色环电阻,具有体积小、精度高且温度系数非常小的优点。电阻20尺寸不大于10mm*10mm*2mm,电阻阻值在5~10毫欧,电阻功率大于1W,可以承受至少10A的大电流,同时温度在25℃~120℃变化时电阻的温度系数不大于1%。贴片电阻体积为5mm*3mm*0.6mm。
两组导电片30互不相连。导电片30可以为导电性导热性良好的铜片、铝片、银片或石墨片。绝缘边框40采用耐高温、抗腐蚀且无污染物释放的绝缘高强度塑料制作,材料可以为PEI(聚醚酰亚胺)、玻纤板等。其中一个绝缘边框40上表面在三个流道孔45周围加工有防止气体互漏的填胶槽46。
气体压强传感器50尺寸很小,可置于导电片30的流道44内,感知流经的气体压强。
流道44可以为阳极流场也可以为阴极流场,加工的流道44类型可以为任意形式。对安装完的复合板进行加工后镀金即可得到燃料电池内部分区检测双极板。
绝缘边框40采用高强度绝缘材料,能防止各个分区P电流密度的横线流动,排除各区电流的横线流动造成的电流密度检测误差,此外高强度塑料绝缘边框40能增强燃料电池内部分区检测双极板的强度,保证燃料电池内部分区检测双极板装配时密封圈槽处不被压溃。两个绝缘边框40通过粘接将印刷电路板10封装在安装槽4141中间并形成复合结构板。两块印刷电路板10与两个对应的上下导电片30的总厚度之和等于两个绝缘边框40厚度之和,这样可以保证印刷电路板10嵌入安装后导电片30外表面与对应的绝缘边框40外侧平齐,使得整体结构厚度小。
采用labview设计上位机,测试时上位机发送指令给控制电路,控制电路可以根据指令采集模拟信号,通过调用labview内置万用表对模拟信号进行测量,实时采集各分区P的电流密度/气体压强传感器50的电压信号,然后将数据传送至上位机程序中进行计算后可得出电池内部的电流密度和气体压强分布情况。
运行时电堆中通入氧气/空气、氢气、水。将各传感器导线连接外部数据采集设备,并进行分析计算转换成电堆操作的各关键物理参数,然后将数据画图为三维分布图。
针对全分区的电堆,采用电阻20阵列测量高分辨率的电流面密度分布。采用原位、非破坏性的技术测量气体压强分布。可对电堆分区进行原位电化学测试,通过阻抗谱解析技术分析局部物理化学状态,对照多物理量测量数据相互验证,同时考察电堆测试后对应区域的材料成分和微结构变化,从而对电堆不均性与衰减规律获得深入、全面而直观的认识。可同时获得电极平面的电位分布。在电堆中一块或多块单电池进行物理量测量,获得三维分布图。
进一步地,作为本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板的一种具体实施方式,相邻导电片30之间填充有绝缘胶;绝缘边框40与印刷电路板10之间填充有绝缘胶。绝缘胶粘合力强、耐高温、抗腐蚀,实现绝缘和密封。绝缘胶采用粘接牢固、耐高温(适用温度-40℃~140℃)、抗腐蚀性的单组分环氧树脂或者其它结构胶水,能实现燃料电池内部分区检测双极板各分区P间的绝缘和燃料电池内部分区检测双极板的两侧的隔气功能。
进一步地,作为本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板的一种具体实施方式,印刷电路板10设有与各个焊接区11对应电连接的两根电路走线13;电阻20采用四线测量,对应的两个焊接区11分别设置两个测试点形成两对测试点,其中一对测试点作为电流供给接入两个焊接区11(即电阻20的两端),另外一对测试点用于测量电压而分别设于两个焊接区11且靠近电阻20的两端设置。作为测量电压的测试点比作为电流供给的测试点更靠近电阻20的端部,作为测量电压的一对测试点在内,作为电流供给的一对测试点在外。上下对应的印刷电路板10各引出两根电路走线13,方便对安装后各分区P电阻20进行精确标定。电阻20的阻值随温度变化,采用四线法测量电阻20的阻值,排除了测量线阻的影响。由于测量电压回路的阻抗很高,流过电压引线的电流非常小,可以忽略不计,因而被测电阻20的阻值就等于电压引线测量到的电压除以通过电流引线的电流,有效的消除引线电阻20带来的误差,实现被测电阻20阻值的精确测量。此法随时精确校准用于电流密度测量的各个电阻20在任意操作温度下的电阻20值,保证精确测量电阻20两端电压降,避免温度干扰导致电流密度计算误差。
进一步地,请参阅图5、图6,作为本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板的一种具体实施方式,印刷电路板10具有安装臂16,电路走线13延伸至安装臂16,绝缘边框40开设有供安装臂16穿过的过孔47。该结构便于装配其它元器件,便于安装臂16装配于绝缘边框40,使得整体结构厚度小。
进一步地,作为本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板的一种具体实施方式,安装臂16上设有电源、用于向外部无线传送信号的无线发射装置、及用于控制无线发射装置发射信号到外部的控制器。采用无线传输方式有效减少了繁琐的接线,非常方便检测双极板的装配,有效避免了错接和断路现象。控制器为单片机或其它控制器,能控制无线发射装置等相关器件。无线传输可以采用rigbee或PTR2000或其它低能耗、安全可靠的无线传输装置,属于现有技术。进行燃料电池测试时,控制器控制传感器将信号传送给无线发射装置,同时控制无线发射装置发射数字信号到无线接收装置,无线接收装置则将接收数据通过串口传输到计算机的上位机进行处理后显示。
进一步地,作为本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板的一种具体实施方式,安装臂16上设有用于对电源充电的充电装置,方便对电源供电;或者,安装臂16上设有用于通过直流源对印刷电路板10供电的电源接口。
进一步地,请参阅图1、图6、图7,作为本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板的一种具体实施方式,电阻20的两端通过焊接分别电连接于两块印刷电路板10的通孔12侧面;该结构容易成型,实现两者电连接。每组导电片30通过焊接对应电连接于一个印刷电路板10的各个焊接区11的外侧面。该结构容易成型,实现两者电连接。印刷电路板10开设有与焊接区11一一对应的填充槽17,填充槽17内填充有焊锡。填充槽17呈工字型,焊锡涂在填充槽17远离电阻20的一端,方便容纳足够的焊锡焊接导电片30,同时填充槽17内填锡可以增加各分区P承受的最大电流值。用电烙铁对填充槽17中的焊锡进行加热至熔融态,然后迅速将导电片30盖上并对齐印刷电路板10上预先布置的焊接区11,并用电烙铁调节至400℃在导电片30的上表面填充槽17对应处进行加热,直至导电片30完全贴合焊接至印刷电路板10。
进一步地,请参阅图1至图3,作为本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板的一种具体实施方式,靠近于流道44的导电片30开设有第一放置孔31,气体压强传感器50位于对应的第一放置孔31。在导电片30垂直于流场方向钻第一放置孔31,用于安装气体压强传感器50,气体压强传感器50将信号转换为电信号,传输至控制器,再传输至上位机,直接将气体压强大小以图表形式展现出来。
进一步地,作为本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板的一种具体实施方式,导电片30为依次镀镍层和金层的铜片,镍层的厚度范围是0.1um至3um,金层的厚度范围是0.1um至3um。镀镍可以增加金与导电片30的结合力,镀18K金可以增加金层的耐磨性。镀金铜片替代石墨进行集流具有很好的导热和导电性,性能甚至优于石墨双极板。具体地,先镀3um厚的镍层,然后镀1um厚的18K金层,能有效提高结合力与耐磨性。
经过现有技术的数据处理,如图9至图11所示,电堆内气体压强分布可以实时以数据表、二维图、三维图等多种形式表现出来,生动形象,直观具体。
如图9、图10所示,将一块测量极板100置于一个三电池电堆的中部,在阳极通入103kPa、60℃、过量系数2.0的空气,阴极通入100kPa、60℃、过量系数1.2的氢气,并以100kPa、60℃的去离子水进行冷却的运行状况下,进行158A的恒电流测试。结果发现由入口至出口,气体压强逐渐下降,最大压降约为20kPa,在接近出口处气压下降较快,这可能是由于氧气消耗以及积水导致氧气传输受阻导致的。(图9、图10显示的为绝对压强,测试条件103kPa与100kPa为相对压强)。
如图11所示,在上述测试条件下,观察电池内部各部位气体压强随时间的变化。由于分区P较多,此处仅在电池的进气口、出气口和中间部位各选取4个分区P进行绘图。可以看出,由进气口至出气口压强逐渐降低,这主要是由于氧还原反应消耗氧气所致。随着时间增加,各部位气体压强都比较稳定,说明在装配有燃料电池内部分区测量极板100的情况下电池运行良好。
如图8所示,在上述测试条件下,发现电堆内部电流密度分布明显不均匀。进口处的电流密度明显高于出口处,这与气体压强分布测试结果一致。电流密度最高点出现在氢气进口处,这是因为此时燃料充足,温度、湿度、气体压强状态俱佳,且无积水等原因导致的。
进一步地,作为本发明提供的燃料电池内部分区检测双极板的一种具体实施方式,还包括安装于靠近于流道44的印刷电路板10上的温湿度传感器60,温湿度传感器60的数量与分区P的数量相同,且温湿度传感器60一一对应分布于分区P;靠近于流道44的导电片30开设有第二放置孔32,温湿度传感器60位于对应的第二放置孔32。温湿度传感器60的温度精度可达0.1℃,湿度精度可达1.5%,实现温度和湿度的高精度检测。温湿度传感器60数据发送频率不少于100HZ。温湿度传感器60的探头紧贴板体流道44底部安装,可以对流道44内的反应气体温湿度进行原位测量。温湿度传感器60安装前在其裸露引脚处喷涂三防漆(耐高温、防水、绝缘)进行引脚保护。采用一体式温湿度传感器60矩阵分布安装在板体中,可同时对燃料电池内部不同区域的同一位点进行温湿度检测,为燃料电池建模提供高精度的原位检测数据。经过现有技术的数据处理可得到图12的温度检测结果拟合云图、图13的湿度检测结果拟合云图。
温湿度传感器60具有防水防尘保护膜,并且能在弱酸环境中进行工作,最优的温湿度传感器60为瑞士SHT31-DIS-F型号传感器,传感器尺寸不大于5mm*5mm*2mm,温湿度传感器60的输出信号为IIC数字信号或者其它形式数字信号。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,包括:
层叠设置的两块印刷电路板,所述印刷电路板具有呈矩阵分布的焊接区,两块所述印刷电路板的焊接区一一对应分布,所述印刷电路板开设有与所述焊接区一一对应的通孔,两块所述印刷电路板的通孔对应相连通;所述印刷电路板设有与各个所述焊接区对应电连接的电路走线;
呈矩阵分布的电阻,所述电阻的数量与一个所述印刷电路板的焊接区的数量相等,所述电阻分别安装于两块所述印刷电路板对应的所述通孔内,且所述电阻的两端分别电连接于两块所述印刷电路板的通孔侧面;
呈矩阵分布的两组导电片,每组所述导电片对应电连接于一个所述印刷电路板的各个所述焊接区的外侧面,所述导电片覆盖于对应的所述通孔;
层叠设置的两个绝缘边框,每一所述绝缘边框均具有用于容纳一个所述印刷电路板的安装槽,两个所述绝缘边框夹设两块所述印刷电路板,所述绝缘边框于所述安装槽的底面开设有用于一一对应容纳所述导电片的安装孔,所述安装孔与所述焊接区一一对应设置,一个所述绝缘边框的安装孔的数量与一个所述印刷电路板的焊接区的数量相等,所述绝缘边框与所述导电片的其中一个共同外侧面开设有流道,所述绝缘边框开设有流道孔;
其中一组所述导电片中的一个所述导电片、对应的所述印刷电路板的焊接区、对应的所述电阻、另外一个所述印刷电路板对应的所述焊接区、另外一组所述导电片中对应的所述导电片串联连接,在两个所述导电片所在区域形成一个分区;所述燃料电池内部分区检测双极板具有呈矩阵分布的多个分区;以及
呈矩阵分布的气体压强传感器,所述气体压强传感器的数量与所述分区的数量相等,所述气体压强传感器一一对应分布于各个所述分区,所述气体压强传感器穿设于具有所述流道的所述导电片,所述气体压强传感器电连接所述印刷电路板。
2.如权利要求1所述的燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,相邻所述导电片之间填充有绝缘胶;
所述绝缘边框与所述印刷电路板之间填充有绝缘胶。
3.如权利要求1所述的燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,所述印刷电路板设有与各个所述焊接区对应电连接的两根电路走线;所述电阻采用四线测量,对应的两个所述焊接区分别设置两个测试点形成两对测试点,其中一对所述测试点作为电流供给接入两个所述焊接区,另外一对所述测试点用于测量电压而分别设于两个所述焊接区。
4.如权利要求1所述的燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,所述印刷电路板具有安装臂,所述电路走线延伸至所述安装臂;所述绝缘边框开设有供所述安装臂穿过的过孔。
5.如权利要求4任一项所述的燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,所述安装臂上设有电源、用于向外部无线传送信号的无线发射装置、及用于控制所述无线发射装置发射信号到外部的控制器。
6.如权利要求5所述的燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,所述安装臂上设有用于对电源充电的充电装置;或者,所述安装臂上设有用于通过直流源对所述印刷电路板供电的电源接口。
7.如权利要求1至6任一项所述的燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,所述印刷电路板开设有与所述焊接区一一对应的填充槽,所述填充槽内填充有焊锡。
8.如权利要求1至6任一项所述的燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,靠近于所述流道的所述导电片开设有第一放置孔,所述气体压强传感器位于对应的所述第一放置孔。
9.如权利要求1至6任一项所述的燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,所述导电片为依次镀镍层和金层的铜片,镍层的厚度范围是0.1um至3um,金层的厚度范围是0.1um至3um。
10.如权利要求1至6任一项所述的燃料电池内部分区检测双极板,其特征在于,还包括安装于靠近于所述流道的所述印刷电路板上的温湿度传感器,所述温湿度传感器的数量与所述分区的数量相同,且所述温湿度传感器一一对应分布于所述分区;靠近于所述流道的所述导电片开设有第二放置孔,所述温湿度传感器位于对应的所述第二放置孔。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110828845A (zh) * 2019-09-18 2020-02-21 南方科技大学 流场优化验证装置及方法
CN111600050A (zh) * 2020-05-27 2020-08-28 上海汉翱新能源科技有限公司 一种多功能质子交换膜燃料电池测试台架
CN112234233A (zh) * 2020-10-10 2021-01-15 电子科技大学 一种燃料电池内部电流分布在线检测装置
CN112229537A (zh) * 2020-09-17 2021-01-15 电子科技大学 一种检测燃料电池电流和温度分布的分区测试系统
CN113363539A (zh) * 2021-05-28 2021-09-07 电子科技大学 一种燃料电池堆内部电流高分辨率分区检测系统
CN114220996A (zh) * 2021-10-28 2022-03-22 上海神力科技有限公司 一种燃料电池多功能在线检测装置
CN117723117A (zh) * 2023-12-21 2024-03-19 律致新能源科技(上海)有限公司 基于接触式平衡电阻的双极板分区电流、阻抗及温度湿度压力的检测装置及其方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1761093A (zh) * 2004-10-11 2006-04-19 南亚电路板股份有限公司 薄型化的平板燃料电池及其电极板的制造方法
CN104597407A (zh) * 2015-01-07 2015-05-06 同济大学 一种双功能燃料电池分区阻抗测试设备及测试方法
CN104619114A (zh) * 2015-02-15 2015-05-13 歌尔声学股份有限公司 一种具有埋阻的pcb板以及埋阻的测试方法
CN105529478A (zh) * 2014-09-29 2016-04-27 上海恒劲动力科技有限公司 一种燃料电池双极板及其组成的电堆
CN206322771U (zh) * 2016-11-30 2017-07-11 惠州比亚迪实业有限公司 一种采样线排
CN107004815A (zh) * 2014-11-10 2017-08-01 泰连公司 用于电池连接器系统的汇流条
CN107949944A (zh) * 2015-01-21 2018-04-20 美国电化学动力公司 自加热燃料电池系统
CN108134109A (zh) * 2017-12-29 2018-06-08 上海神力科技有限公司 一种燃料电池的双极板结构

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1761093A (zh) * 2004-10-11 2006-04-19 南亚电路板股份有限公司 薄型化的平板燃料电池及其电极板的制造方法
CN105529478A (zh) * 2014-09-29 2016-04-27 上海恒劲动力科技有限公司 一种燃料电池双极板及其组成的电堆
CN107004815A (zh) * 2014-11-10 2017-08-01 泰连公司 用于电池连接器系统的汇流条
CN104597407A (zh) * 2015-01-07 2015-05-06 同济大学 一种双功能燃料电池分区阻抗测试设备及测试方法
CN107949944A (zh) * 2015-01-21 2018-04-20 美国电化学动力公司 自加热燃料电池系统
CN104619114A (zh) * 2015-02-15 2015-05-13 歌尔声学股份有限公司 一种具有埋阻的pcb板以及埋阻的测试方法
CN206322771U (zh) * 2016-11-30 2017-07-11 惠州比亚迪实业有限公司 一种采样线排
CN108134109A (zh) * 2017-12-29 2018-06-08 上海神力科技有限公司 一种燃料电池的双极板结构

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110828845A (zh) * 2019-09-18 2020-02-21 南方科技大学 流场优化验证装置及方法
CN111600050A (zh) * 2020-05-27 2020-08-28 上海汉翱新能源科技有限公司 一种多功能质子交换膜燃料电池测试台架
CN111600050B (zh) * 2020-05-27 2022-03-29 上海汉翱新能源科技有限公司 一种多功能质子交换膜燃料电池测试台架
CN112229537A (zh) * 2020-09-17 2021-01-15 电子科技大学 一种检测燃料电池电流和温度分布的分区测试系统
CN112229537B (zh) * 2020-09-17 2021-12-03 电子科技大学 一种检测燃料电池电流和温度分布的分区测试系统
CN112234233A (zh) * 2020-10-10 2021-01-15 电子科技大学 一种燃料电池内部电流分布在线检测装置
CN113363539A (zh) * 2021-05-28 2021-09-07 电子科技大学 一种燃料电池堆内部电流高分辨率分区检测系统
CN114220996A (zh) * 2021-10-28 2022-03-22 上海神力科技有限公司 一种燃料电池多功能在线检测装置
CN117723117A (zh) * 2023-12-21 2024-03-19 律致新能源科技(上海)有限公司 基于接触式平衡电阻的双极板分区电流、阻抗及温度湿度压力的检测装置及其方法

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