CN110828845A - 流场优化验证装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃料电池检测技术领域，涉及流场优化验证装置及方法。通过将传感器嵌设于检测板上，将检测板与流场板贴合组装成检测复合板，并将检测复合板设于燃料电池堆中，实现对燃料电池内部任意位置温度、湿度或压力的在线检测，嵌入式安装方式对膜电极和反应气体流道无任何影响。将传感器及流道分别设于检测板及流场板中，且检测板与流场板贴合连接，结构拆装方便，如此，检测板可与具有不同流道的流场板进行组装配合形成不同的检测复合板，以实现对不同流道双极板的在线检测，从而可以使用同一块检测板对不同流场设计的双极板进行优化验证，具有很好的实用性、通用性和可靠性，制造成本低，可以实现一板多用，节约双极板的优化和验证成本。

Description

流场优化验证装置及方法

技术领域

本发明属于燃料电池检测技术领域，更具体地说，是涉及一种流场优化验证装置及方法。

背景技术

传统的化石能源储量有限，而且化石能源的消耗也带来了一系列的环境问题，因此，寻找一种新的清洁高效的能源利用方式无疑成为了热点。燃料电池是一种电化学电池，其主要原理是将燃料和氧化剂中的化学能经氧化还原反应直接转化为电能。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为燃料电池领域的重要分枝，除了拥有燃料电池一般性特点如能量转换效率高、环境友好之外，还具有室温下启动速度快、体积小、无电解液损失、容易排水、寿命长、比功率和比能量高等突出优点。它不仅适用于分散式电站的建设，而且适用于移动供电。它是一种新型的军用和民用移动电源。因此，质子交换膜燃料电池具有非常广阔的应用前景。

作为燃料电池核心部件之一，双极板的功能主要是提供气体流道，分散反应气体，阻隔电池内部氢气与氧气，并起到收集电流和充当燃料电池骨架的作用。双极板流道的设计对于燃料电池内部反应气体的浓度分布、压强分布及速度分布等有着重大的影响。合理的双极板流场设计应对具有良好反应气体分布均匀性，较小的压力降和良好的排水能力，这样电池内部的反应才比较均匀，燃料电池供气的空压机功率也可相应减少，同时可大大避免由于水淹导致的电池反极现象出现，进而减缓燃料电池的衰减，延长电池的使用寿命。

当前，双极板流场的优化设计主要通过仿真手段进行评估，随着精细化流场的涌现，仿真对计算机的要求越来越高，仿真需要的时间也越来越长，并且很多时候由于网格数目过多，解算过程常常出现收敛性发散，求解失败的情况。少部分人在流场设计时采用上测试台进行性能实测来评估双极板设计的好坏，通常为将传感器内嵌在具有特定设计流场的双极板中，对双极板内部的物理量(如压强、温度、湿度等)进行检测，这种方法每次只能检测一种流场结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流场优化验证装置，以解决现有技术中存在的将传感器嵌在双极板中对双极板内部的物理量进行检测，导致每次只能检测一种流场结构的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种流场优化验证装置，包括燃料电池堆、设于所述燃料电池堆内的检测复合板、与所述检测复合板电连接的上位机；所述检测复合板包括内嵌设有传感器的检测板及具有流道的流场板，所述检测板可与具有不同流道的流场板贴合连接；所述检测板包括具有中心活性区的板体，所述中心活性区划分为矩阵分布的多个分区；所述板体一侧面开设有沿所述板体的宽度方向延伸的若干安装槽，每一所述安装槽经过沿所述板体的宽度方向分布的至少两个所述分区，且所述安装槽穿过所述板体的其中一个侧边；所述检测板还包括一一对应安装于各个所述安装槽并与所述上位机电连接的分支电路板，所述分支电路板的数量与所述安装槽的数量相同；所述传感器的数量与所述分区的数量相同，所述传感器一一对应分布于所述分区，且所述传感器设于所述分支电路板上；所述板体于所述安装槽的底面对应于各个所述分区处分别开设有安装孔，所述传感器位于对应的所述安装孔中；安装于同一所述分支电路板上的所述传感器的数量等于一个所述安装槽经过所述分区的数量，安装于同一所述分支电路板上的传感器共用电源线和底线；所述安装孔及所述安装槽内填充有用于绝缘所述传感器的绝缘件；所述板体位于所述安装孔的底面对应于各个所述分区处分别开设有第一检测孔，所述第一检测孔延伸至所述板体另一侧面，所述第一检测孔与所述传感器的感应探头相对应；所述流场板一侧面与所述板体另一侧面贴合设置，所述流道开设于所述流场板的另一侧面；所述流场板开设有贯穿两侧面的第二检测孔，所述第二检测孔的数量与所述第一检测孔的数量相同，所述传感器的感应探头、所述第一检测孔及所述第二检测孔一一对应相通设置，且所述流道贯穿各所述第二检测孔。

进一步地，所述检测板还包括设于所述板体侧边外的控制电路板；靠近于所述板体的同一侧边的所述分支电路板分别通过排针电连接于同一个所述控制电路板，所述分支电路板开设有第一插接孔，所述控制电路板开设有第二插接孔，所述排针的两端分别插接于所述第一插接孔与所述第二插接孔；

其中，所述流场优化验证装置还包括与所述上位机电连接的无线接收装置；所述控制电路板上设有电源、与所述无线接收装置配合以无线传送信号的无线发射装置、及用于控制所述传感器将信号传送至所述无线发射装置并控制所述无线发射装置发射信号到所述无线接收装置的控制器；

或者，所述控制电路板上设有电源、与所述分支电路板电连接并可通过数据线与上位机电连接的电连接器、及用于控制所述传感器将信号传送至所述电连接器并控制所述电连接器将信号传送至所述上位机的控制器。

进一步地，所述传感器为温度传感器、湿度传感器、温湿度传感器、压力传感器及气体成分传感器中的一种。

进一步地，所述板体及所述流场板均采用石墨材料制成，所述板体另一侧面及所述流场板一侧面的平面度误差均小于0.02mm。

进一步地，所述板体具有两排所述安装槽，两排所述安装槽对应安装有两排所述分支电路板；所述控制电路板的数量为二，两个所述控制电路板分别位于所述板体的两个侧边外，一排所述分支电路板电连接于同一个所述控制电路板。

进一步地，所述安装槽的外形尺寸比所述分支电路板的外形尺寸大0.5mm-1mm，所述安装孔的外形尺寸比所述传感器的外形尺寸大0.5mm-1mm；所述绝缘件为绝缘热固化树脂，所述传感器及所述分支电路板通过绝缘热固化树脂封装连接于所述板体上；所述分支电路板为柔性电路板；所述第一检测孔及所述第二检测孔的直径为0.5mm～3mm。

进一步地，所述板体另一侧面开设有第一密封槽，所述第一密封槽沿所述板体宽度方向延伸并沿所述板体长度方向分布，所述第一密封槽的数量与沿所述板体长度方向分布的所述分区数量相同，所述第一密封槽围设于沿所述板体宽度方向分布的各所述第一检测孔的外围，所述第一密封槽上安装有第一密封圈，所述第一密封圈抵持于所述第一密封槽底部与所述流场板一侧面之间。

进一步地，所述流场板的两端还开设有主流道口，所述流场板一侧面开设有供所述主流道口的反应气体进入所述流道的沟槽。

进一步地，所述流场板另一侧面设置有包围各所述主流道口的第二密封槽，所述第二密封槽中设有第二密封圈。

本发明提供的流场优化验证装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的流场优化验证装置结构简单可靠，且检测复合板容易拆装。通过将传感器嵌设于检测板上，将检测板与流场板贴合组装成检测复合板，并将检测复合板设于燃料电池堆中，实现对燃料电池内部任意位置温度、湿度或压力的在线检测，嵌入式安装方式对膜电极和反应气体流道无任何影响，由于检测复合板电阻很少，对燃料电池产生的影响可以忽略，避免外置安装时引起气体扩散层和燃料电池芯片反应区域的结构改变对电化学反应的影响。通过将传感器及流道分别设于检测板及流场板中，且检测板与流场板贴合连接，结构拆装方便，如此，检测板可与具有不同流道的流场板进行组装配合形成不同的检测复合板，以实现对不同流道双极板的在线检测，从而可以使用同一块检测板对不同流场设计的双极板进行优化验证，具有很好的实用性和通用性，且可靠性高，制造成本低，可以实现一板多用，节约双极板的优化和验证成本。

本发明还提供了一种流场优化验证方法，包括以下步骤：

S10：将传感器焊接于分支电路板上形成传感器模块，检测传感器与分支电路板导通情况；

S20：在一石墨板上开安装槽、安装孔及第一检测孔，且安装孔及第一检测孔按分区数等距排列，形成板体；

S30：将所述传感器模块安装在所述板体上，并通过绝缘热固化树脂将传感器封装固定于板体中，然后将板体一侧面加工铣平，形成检测板；

S40：再次检测已安装好的传感器模块，确保传感器模块在封装过程中无损坏；

S50：对检测板进行检测，确保检测板不漏气；

S60：将另一相同尺寸的石墨板加工流道，并在与传感器的感应探头的对应位置开第二检测孔，形成流场板；

S70：将检测板与流场板按照检测板另一侧面与流场板的背流场面贴合装配，然后进行测试验证；

S80：将装配好的检测复合板按照燃料电池的装堆顺序装入电堆，传感器与外部电脑连接，采集数据；

S90：将采集的压力或温湿度数据作图，得到不同区域的物理量分布情况；

S100：根据检测结果，做出检测量的分布云图或者等高线，验证不同流场的物理量分布均匀情况，进而优化流场设计。

本发明提供的流场优化验证方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的流场优化验证方法，可以通过同一检测板与具有不同流道的流场板结合形成检测复合板，实现一板多用的功能，节约检测复合板的成本。

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为本发明实施例一提供的流场优化验证装置的分解示意图；

图2为图1中流场优化验证装置的局部放大图；

图3为图1中检测板的正面示意图；

图4为图1中板体的一侧面示意图；

图5为图1中板体的另一侧面示意图；

图6为图1中流场板的一侧面示意图；

图7为图1中流场板的另一侧面示意图；

图8为图1中传感器与分支电路板的安装示意图；

图9为图1中第一密封圈的结构示意图；

图10为本发明实施例二提供的检测板的正面示意图。

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。

实施例一：

请一并参阅图1至图9，现对本发明提供的流场优化验证装置进行说明。该流场优化验证装置包括燃料电池堆、设于燃料电池堆内的检测复合板100、与检测复合板100电连接的上位机；检测复合板100包括内嵌设有传感器120的检测板10及具有流道210的流场板20，检测板10可与具有不同流道210的流场板20贴合连接；检测板10包括具有中心活性区的板体110，中心活性区划分为矩阵分布的多个分区111；板体110一侧面开设有沿板体110的宽度方向延伸的若干安装槽112，每一安装槽112经过沿板体110的宽度方向分布的至少两个分区111，且安装槽112穿过板体110的其中一个侧边；检测板10还包括一一对应安装于各个安装槽112并与上位机电连接的分支电路板130，分支电路板130的数量与安装槽112的数量相同；传感器120的数量与分区111的数量相同，传感器120一一对应分布于分区111，且传感器120设于分支电路板130上；板体110于安装槽112的底面对应于各个分区111处分别开设有安装孔113，传感器120位于对应的安装孔113中；安装于同一分支电路板130上的传感器120的数量等于一个安装槽112经过分区111的数量，安装于同一分支电路板130上的传感器120共用电源线和底线；安装孔113内填充有用于绝缘传感器120的绝缘件；板体110位于安装孔113的底面对应于各个分区111处分别开设有第一检测孔114，第一检测孔114延伸至板体110另一侧面，第一检测孔114与传感器120的感应探头相对应；流场板20一侧面与板体110另一侧面贴合设置，流道210开设于流场板20的另一侧面；流场板20开设有贯穿两侧面的第二检测孔220，第二检测孔220的数量与第一检测孔114的数量相同，传感器120的感应探头、第一检测孔114及第二检测孔220一一对应相通设置，且流道210贯穿各第二检测孔220。

本发明提供的流场优化验证装置结构简单可靠，且检测复合板100容易拆装。通过将传感器120嵌设于检测板10上，将检测板10与流场板20贴合组装成检测复合板100，并将检测复合板100设于燃料电池堆中，实现对燃料电池内部任意位置温度、湿度或压力的在线检测，嵌入式安装方式对膜电极和反应气体流道210无任何影响，由于检测复合板100电阻很少，对燃料电池产生的影响可以忽略，避免外置安装时引起气体扩散层和燃料电池芯片反应区域的结构改变对电化学反应的影响。每个分支电路板130安装有至少两个传感器120，传感器120共用底线和电源线，有效减少布线面积，布线更加精简和方便，同时非常方便对发生故障的传感器120进行拆装和替换。通过将传感器120及流道210分别设于检测板10及流场板20中，且检测板10与流场板20贴合连接，结构拆装方便，如此，检测板10可与具有不同流道210的流场板20进行组装配合形成不同的检测复合板100，以实现对不同流道210双极板的在线检测，从而可以使用同一块检测板10对不同流场设计的双极板进行优化验证，具有很好的实用性和通用性，且可靠性高，制造成本低，可以实现一板多用，节约双极板的优化和验证成本。通过对电池内部局部电化学反应进行监测，然后通过调节外部输入参数可以避免燃料电池的不良反应发生，进而达到优化性能和提高寿命的效果。同时通过采集的燃料电池内部数据，可以为燃料电池的建模者提供完备的测试数据，进而对燃料电池的模型进行完善。

进一步地，在本实施例中，流场优化验证装置还包括与上位机电连接的无线接收装置；检测板10还包括设于板体110侧边外的控制电路板150；靠近于板体110的同一侧边的分支电路板130分别通过排针电连接于同一个控制电路板150，分支电路板130开设有第一插接孔131，控制电路板150开设有第二插接孔，排针的两端分别插接于第一插接孔131与第二插接孔；控制电路板150上设有电源151、与无线接收装置配合以无线传送信号的无线发射装置152、及用于控制传感器120将信号传送至无线发射装置152并控制无线发射装置152发射信号到无线接收装置的控制器。采用无线传输方式有效减少了繁琐的接线，非常方便检测检测复合板100的装配，有效避免了错接和断路现象。

板体110及流场板20均采用石墨材料制成。具体为，板体110及流场板20均为石墨板，其容易成型流道210、安装槽112及安装孔113，且导电性能好。流道210用于阳极片的氢气传输或者阴极片的氧气传输，流道210结构与电堆实际用的标准单电池流场完全一致。此外，板体110另一侧面及流场板20一侧面均经过精密加工，平面度误差小于0.02mm，保证板体110与流场板20之间良好的贴合连接，防止气漏。

板体110的中心活性区面积为186cm²，被分为4*9个分区111，可以根据活性区尺寸以及测量需求来自行确定分区111的个数和形状。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111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。可以理解，根据实际测量需要，上述分区111分布也可以为其他矩阵方式，此处不做唯一限定。

在本实施例中，请参阅图4，板体110具有两排安装槽112，两排安装槽112对应安装有两排分支电路板130；控制电路板150的数量为二，两个控制电路板150分别位于板体110的相对两个侧边外，一排分支电路板130电连接于同一个控制电路板150。控制电路板150充当了板体110两侧的加强筋，不仅可以增强板体110的机械强度同时非常方便对传感器120进行数据传输。

在本实施例中，分支电路板130的长度方向与控制电路板150的长度方向相互垂直。该结构便于分支电路板130安装于控制电路板150，结构紧凑，占用空间小。

分支电路板130为印刷电路板，且可为柔性的印刷电路板，也可为非柔性的印刷电路板，柔性的印刷电路板占用体积小，且结构为柔性，便于嵌入板体110中。

传感器120为温度传感器、湿度传感器、压力传感器及气体传感器中的一种，即可根据检测需要将温度传感器、湿度传感器、温湿度传感器、压力传感器及气体传感器中任一项嵌入板体110中，以进行在线检测。温度传感器、湿度传感器、温湿度传感器、压力传感器分别用于电堆中温度、湿度、温湿度及压力的检测，而气体传感器则用于H2、O2、CO或者CO2等气体的浓度。

安装槽112的外形尺寸比分支电路板130的外形尺寸大0.5mm-1mm，安装孔113的外形尺寸比传感器120的外形尺寸大0.5mm-1mm；其中留有用于填充绝缘件的间隙，以保证传感器120及分支电路板130在板体110上安装牢固，且各传感器120之间相互绝缘，互补干扰。

绝缘件为绝缘热固化树脂，传感器120及分支电路板130通过绝缘热固化树脂封装连接于板体110上。此外，板体110填充有绝缘热固化树脂后需要用夹具夹住烘干以使绝缘热固化树脂固化。板体110填充有绝缘热固化树脂的一侧面在绝缘热固化树脂固化后经过铣削得到工作面，精铣平面操作保证其平面度小于0.01mm。

安装槽112、安装孔113及第一检测孔114从板体110一侧面到另一侧面依次相通连接，传感器120的感应探头紧贴板体110另一侧安装，可以对流道210内的反应气体温湿度及压力进行原位测量。

优选地，在本实施例中，第一检测孔114及第二检测孔220的直径为3mm。第一检测孔114及第二检测孔220均正对传感器120的感应探头设置，且略大于传感器120的感应探头的直径，以保证传感器120的感应探头能够精确的检测到流道210中气体的温度、湿度、压力及气体分布情况。可以理解地，在本发明的其他实施例中，根据传感器120的感应探头的实际大小，上述第一检测孔114及第二检测孔220的直接也可为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm等，只要在0.5mm～3mm范围内均可，此处不做唯一限定。

在本实施例中，请参阅图4，板体110另一侧面开设有第一密封槽115，第一密封槽115沿板体110宽度方向延伸并沿板体110长度方向分布，第一密封槽115的数量与沿板体110长度方向分布的分区111数量相同，第一密封槽115围设于沿板体110宽度方向分布的各第一检测孔114的外围，第一密封槽115上安装有第一密封圈140，第一密封圈140抵持于密度槽底部与流场板20一侧面之间。通过第一密封圈140对各传感器120之间进行密封，并防止流场板20内的反应气体泄漏，避免传感器120之间相互干扰。

请参阅图6及图7，流场板20的两端还开设有主流道口250，流场板20一侧面开设有供主流道口250的反应气体进入流动210的沟槽230。流场板20另一侧面设置有包围各主流道口250的第二密封槽240，第二密封槽240中设有第二密封圈(图中未示出)，通过第二密度圈防止不同主流道口250的气体互串。

传感器120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。传感器120的布置方式采用IIC总线结构。传感器120采用类似IIC信号的其它数字信号传感器120进行嵌入式安装。传感器120两个或多个一组安装在一个分支电路板130上，可以共用电源线和地线，减少布线面积。并且将传感器120的信号线布置在地线中间，可以防止传感器120的信号受到外界的干扰。分支电路板130的末端通过排针连接于控制电路板150，结构紧凑，容易装拆。非常方便对失效或发生故障的传感器120进行拆装与替换。

控制器为单片机或其它控制器，能控制传感器120、无线发射装置等相关器件。进行检测时控制器控制无线发射装置对传感器120进行发送，传感器120数据发送频率不少于100HZ。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120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。上位机采用labview进行界面设计，并采用事件触发结构对传感器120历史数据进行查看。经过现有技术的数据处理可得到图7的温度检测结果拟合云图、图8的湿度检测结果拟合云图。

在本实施例中，控制电路板150上设有用于对电源充电的充电装置，方便对控制电路板150对电源进行充电；或者，控制电路板150上设有用于通过直流源对控制电路板150和传感器120供电的电源接口。

本发明还提供了一种流场优化验证方法，包括以下步骤：

S10：将传感器120焊接于分支电路板130上形成传感器模块，检测传感器120与分支电路板130导通情况；

S20：在一石墨板上开安装槽112、安装孔113及第一检测孔114，且安装孔113及第一检测孔114按分区数等距排列，形成板体110；

S30：将传感器模块安装在所述板体110上，并通过绝缘热固化树脂将传感器封装固定于板体110中，然后将板体110一侧面加工铣平，形成检测板10；

S40：再次检测已安装好的传感器模块，确保传感器模块在封装过程中无损坏；

S50：对检测板10进行密封性测试，确保检测板10不漏气；

S60：将另一相同尺寸的石墨板加工流道，并在与传感器120的感应探头的对应位置开第二检测孔220，形成流场板20；

S70：将检测板10与流场板20按照检测板10另一侧面与流场板20的背流场面贴合装配，然后进行测试验证；

S80：将装配好的检测复合板100按照燃料电池的装堆顺序装入电堆，传感器120与外部电脑连接，采集数据；

S90：将采集的压力或温湿度数据作图，得到不同区域的物理量分布情况；

S100：根据检测结果，做出检测量的分布云图或者等高线，验证不同流场的物理量分布均匀情况，进而优化流场设计。

本发明的流场优化验证方法，可以通过同一检测板与具有不同流道的流场板结合形成检测复合板100，实现一板多用的功能，节约检测复合板的成本。

实施例二：

本实施例中流场优化验证装置的技术特征与实施例一中流场优化验证装置的技术特征基本相同，其区别在于：在本实施例中，请参阅图10，上述流场板是通过数据线连接的方式将传感器120a检测的结果发送至上位机。具体的，控制电路板150a上设有电源151a、与分支电路板130a电连接并可通过数据线与上位机电连接的电连接器153、及用于控制传感器120a将信号传送至电连接器153并控制电连接器153将信号传送至上位机的控制器，实际验证时，需先通过数据线将电连接器153与上位机形成电连接，传感器120a检测的结果先传送至分支电路板130a，然后从分支电路板130a传送至控制电路板150a，最后通过电连接器153传送至上位机。

优选地，在本实施例中，电连接器153为第一排针，对应的，数据线上具有第二排针，第一排针与第二排针形成插接配合，以实现控制电路板150a与上位机的电连接。可以理解地，在本发明的其他实施例中，上述电连接器153也可以是其他结构，如USB座，此处不做唯一限定。

以上所述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.流场优化验证装置，其特征在于，包括燃料电池堆、设于所述燃料电池堆内的检测复合板、与所述检测复合板电连接的上位机；所述检测复合板包括内嵌设有传感器的检测板及具有流道的流场板，所述检测板可与具有不同流道的流场板贴合连接；所述检测板包括具有中心活性区的板体，所述中心活性区划分为矩阵分布的多个分区；所述板体一侧面开设有沿所述板体的宽度方向延伸的若干安装槽，每一所述安装槽经过沿所述板体的宽度方向分布的至少两个所述分区，且所述安装槽穿过所述板体的其中一个侧边；所述检测板还包括一一对应安装于各个所述安装槽并与所述上位机电连接的分支电路板，所述分支电路板的数量与所述安装槽的数量相同；所述传感器的数量与所述分区的数量相同，所述传感器一一对应分布于所述分区，且所述传感器设于所述分支电路板上；所述板体于所述安装槽的底面对应于各个所述分区处分别开设有安装孔，所述传感器位于对应的所述安装孔中；安装于同一所述分支电路板上的所述传感器的数量等于一个所述安装槽经过所述分区的数量，安装于同一所述分支电路板上的传感器共用电源线和底线；所述安装孔及所述安装槽内填充有用于绝缘所述传感器的绝缘件；所述板体位于所述安装孔的底面对应于各个所述分区处分别开设有第一检测孔，所述第一检测孔延伸至所述板体另一侧面，所述第一检测孔与所述传感器的感应探头相对应；所述流场板一侧面与所述板体另一侧面贴合设置，所述流道开设于所述流场板的另一侧面；所述流场板开设有贯穿两侧面的第二检测孔，所述第二检测孔的数量与所述第一检测孔的数量相同，所述传感器的感应探头、所述第一检测孔及所述第二检测孔一一对应相通设置，且所述流道贯穿各所述第二检测孔。

2.如权利要求1所述的流场优化验证装置，其特征在于，所述检测板还包括设于所述板体侧边外的控制电路板；靠近于所述板体的同一侧边的所述分支电路板分别通过排针电连接于同一个所述控制电路板，所述分支电路板开设有第一插接孔，所述控制电路板开设有第二插接孔，所述排针的两端分别插接于所述第一插接孔与所述第二插接孔；

其中，所述流场优化验证装置还包括与所述上位机电连接的无线接收装置；所述控制电路板上设有电源、与所述无线接收装置配合以无线传送信号的无线发射装置、及用于控制所述传感器将信号传送至所述无线发射装置并控制所述无线发射装置发射信号到所述无线接收装置的控制器；

或者，所述控制电路板上设有电源、与所述分支电路板电连接并可通过数据线与上位机电连接的电连接器、及用于控制所述传感器将信号传送至所述电连接器并控制所述电连接器将信号传送至所述上位机的控制器。

3.如权利要求1所述的流场优化验证装置，其特征在于，所述传感器为温度传感器、湿度传感器、温湿度传感器、压力传感器及气体成分传感器中的一种。

4.如权利要求1所述的流场优化验证装置，其特征在于，所述板体及所述流场板均采用石墨材料制成，所述板体另一侧面及所述流场板一侧面的平面度误差均小于0.02mm。

5.如权利要求2所述的流场优化验证装置，其特征在于，所述板体具有两排所述安装槽，两排所述安装槽对应安装有两排所述分支电路板；所述控制电路板的数量为二，两个所述控制电路板分别位于所述板体的两个侧边外，一排所述分支电路板电连接于同一个所述控制电路板。

6.如权利要求5所述的流场优化验证装置，其特征在于，所述安装槽的外形尺寸比所述分支电路板的外形尺寸大0.5mm-1mm，所述安装孔的外形尺寸比所述传感器的外形尺寸大0.5mm-1mm；所述绝缘件为绝缘热固化树脂，所述传感器及所述分支电路板通过绝缘热固化树脂封装连接于所述板体上；所述分支电路板为柔性电路板；所述第一检测孔及所述第二检测孔的直径为0.5mm～3mm。

7.如权利要求1所述的流场优化验证装置，其特征在于，所述板体另一侧面开设有第一密封槽，所述第一密封槽沿所述板体宽度方向延伸并沿所述板体长度方向分布，所述第一密封槽的数量与沿所述板体长度方向分布的所述分区数量相同，所述第一密封槽围设于沿所述板体宽度方向分布的各所述第一检测孔的外围，所述第一密封槽上安装有第一密封圈，所述第一密封圈抵持于所述第一密封槽底部与所述流场板一侧面之间。

8.如权利要求1所述的流场优化验证装置，其特征在于，所述流场板的两端还开设有主流道口，所述流场板一侧面开设有供所述主流道口的反应气体进入所述流道的沟槽。

9.如权利要求8所述的流场优化验证装置，其特征在于，所述流场板另一侧面设置有包围各所述主流道口的第二密封槽，所述第二密封槽中设有第二密封圈。

10.流场优化验证方法，其特征在于，使用如权利要求1至9任一项所述的流场优化验证装置，所述流场优化验证方法包括以下步骤：

S10：将传感器焊接于分支电路板上形成传感器模块，检测传感器与分支电路板导通情况；

S20：在一石墨板上开安装槽、安装孔及第一检测孔，且安装孔及第一检测孔按分区数等距排列，形成板体；

S30：将所述传感器模块安装在所述板体上，并通过绝缘热固化树脂将传感器封装固定于板体中，然后将板体一侧面加工铣平，形成检测板；

S40：再次检测已安装好的传感器模块，确保传感器模块在封装过程中无损坏；

S50：对检测板进行密封性检测，确保检测板不漏气；

S60：将另一相同尺寸的石墨板加工流道，并在与传感器的感应探头的对应位置开第二检测孔，形成流场板；

S70：将检测板与流场板按照检测板另一侧面与流场板的背流场面贴合装配，然后进行测试验证；

S80：将装配好的检测复合板按照燃料电池的装堆顺序装入电堆，传感器与外部电脑连接，采集数据；

S90：将采集的压力或温湿度数据作图，得到不同区域的物理量分布情况；

S100：根据检测结果，做出检测量的分布云图或者等高线，验证不同流场的物理量分布均匀情况，进而优化流场设计。

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