CN112904205A - 一种燃料电池测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池测试装置，属于燃料电池技术领域，能够解决现有的燃料电池测试装置操作复杂和测试效率较低的问题。所述装置包括：基板和多个测量单元；基板包括多个测量区域，每个测量区域上均设置有一个测量单元；每个测量单元均包括第一电极、第二电极和测流件；第一电极和第二电极分别位于基板的两侧；测流件的两端分别与第一电极和第二电极电连接；测流件的两端分别连接有第一引线和第二引线；测量单元还包括测温件，测温件的两端分别连接有第三引线和第四引线；基板可插入燃料电池堆的相邻两个单电池中，以使第一电极和第二电极分别与两个单电池的电极接触。本发明用于研究燃料电池内部反应情况。

Description

一种燃料电池测量装置
技术领域
本发明涉及一种燃料电池测量装置，属于燃料电池技术领域。
背景技术
燃料电池是21世纪全新的高效、节能、环境友好型发电的方式之一，燃料电池是一种电化学发电设备，其原理是利用燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气)通过膜电极发生电化学反应，产生电动势，将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，能量转换效率高，对环境无污染，在固定、移动及便携领域具有很好的发展前景。
燃料电池内部的电流密度、电压分布和温度分布是体现燃料电池性能的关键参数，这些关键参数对电池性能的影响，一直是人们关注的焦点。现有的燃料电池测量装置通常只能实现一个装置测试一个参数，无法实现同时对电流密度、电压分布和温度分布三个参数的测试，这就存在燃料电池的测试过程复杂、测试效率较低以及测试精度不高的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种燃料电池测量装置，能够解决现有的燃料电池测试装置操作复杂和测试效率较低的问题。
本发明提供了一种燃料电池测量装置，其特征在于，所述装置包括：基板和多个测量单元；所述基板包括多个测量区域，每个所述测量区域上均设置有一个所述测量单元；每个所述测量单元均包括第一电极、第二电极，以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的测流件；所述第一电极和所述第二电极分别位于所述基板的两侧；所述测流件的两端分别与所述第一电极和所述第二电极电连接；所述测流件的两端分别连接有第一引线和第二引线；所述测量单元还包括测温件，所述测温件位于所述第一电极和所述第二电极之间，所述测温件的两端分别连接有第三引线和第四引线；所述基板可插入燃料电池堆的相邻两个单电池中，以使所述第一电极和所述第二电极分别与所述两个单电池的电极接触。
可选的，所述装置还包括放大电路和第一模数转换模块，所述第一模数转换模块用于将模拟信号转换为数字信号；所述放大电路的一端和所述第一模数转换模块电连接；当测量与所述第一电极相接触的所述待测燃料电池单电池时，所述放大电路的另一端和所述第二引线连接，所述第一模数转换模块的另一端和所述第一引线连接；当测量与所述第二电极相接触的所述待测燃料电池单电池时，所述放大电路的另一端和所述第一引线连接，所述第一模数转换模块另一端和所述第二引线连接。
可选的，所述基板为多个；每个所述基板上均设置有多个所述测量单元；所述装置还包括第二模数转换模块；相邻两个所述基板的相对应区域的所述测量单元组成一个测量组；所述第二模数转换模块的一端与所述测量组中一个所述测量单元的所述第一引线连接；所述第二模数转换模块的另一端与所述测量组中的另一个所述测量单元的所述第二引线连接。
可选的，所述装置还包括测温模块，所述测温模块的两端分别与所述第三引线和所述第四引线连接。
可选的，所述装置还包括多个接线端子；所述接线端子设置在所述基板上，每个所述测量单元中的所述第一引线、所述第二引线、所述第三引线和所述第四引线分别对应一个所述接线端子。
可选的，所述装置还包括导流柱，所述测流件的两端通过所述导流柱分别与所述第一电极和所述第二电极连接。
可选的，所述测流件可以为预埋在所述基板内的定值电阻、线路板的导线电阻或霍尔元件。
可选的，所述测温件可以为：热电偶、热电阻或导线的电阻。
可选的，所述第一电极和所述第二电极为面电极；所述第一电极和所述第二电极分别与两个所述待测燃料电池单电池的电极面接触。
可选的，所述第一电极和所述第二电极上还设置有导电层，所述导电层的材料可以为金、银、锡或碳。
本发明能产生的有益效果包括：
1)本发明提供的燃料电池测量装置包括基板和多个测量单元，每个测量单元均包括第一电极、第二电极、测流件和测温件，在测量燃料电池的电流时，通过将用于测量电压的测量组件与第一引线和第二引线分别连接，利用测量组件测量测流件两端的电压和测流件的阻值，可以得到流经测流件的电流，进而可以得到燃料电池所测区域的电流；在测量燃料电池的电压时，两个基板的相对应区域的测量单元组成一个测量组，通过将用于测量电压的测量组件的一端与测量组中一个测量单元的第一引线连接，另一端与测量组中的另一个测量单元的第二引线连接，通过测量这两个引线之间的电压，就可以得到燃料电池所测区域的电压；在测量燃料电池的温度时，通过将用于测量温度的测量组件分别和第三引线和第四引线连接，通过测得的测温件的温度来得到燃料电池所测区域的温度。在基板上分布有多个测量区域，每个测量区域上均设置有一个测量单元来测量燃料电池的不同区域，这样可以测得燃料电池的电流密度分布、电压分布和温度分布。
相较于现有技术中一个装置只能测试燃料电池一个参数，无法实现同时对电流密度、电压分布和温度分布三个参数的测试，本申请可以实现一个装置对电流密度、电压分布和温度分布三个参数的同时测试，测试过程简单易操作，测试效率高，同时，温度分布的测量对电流密度和电压测试过程有校正作用，提高了测试结果的准确性。
2)本发明提供的燃料电池测量装置中的测流件可以采用预埋在基板内的定值电阻、线路板本身的导线电阻或者采用霍尔元件，同时，测温件可以采用预埋在基板的热电偶、热电阻或者线路板本身的导线电阻，测流件和测温件的选择方式多样，另外，当测流件和测温件选用线路板本身导线电阻时，测量装置的制作工艺简单，成本低，成品率高并且可以大规模应用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的燃料电池测量装置的主视图；
图2为本发明实施例提供的测量单元的结构图；
图3为本发明实施例提供的燃料电池测量装置与燃料电池的装配图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明实施例提供的燃料电池测量装置，如图1和图2所示，包括基板1和多个测量单元2；基板1包括多个测量区域，每个测量区域上均设置有一个测量单元2；每个测量单元2均包括第一电极5、第二电极4，以及设置在第一电极5和第二电极4之间的测流件6；第一电极5和第二电极4分别位于基板1的两侧；测流件6的两端分别与第一电极5和第二电极4电连接；测流件6的两端分别连接有第一引线9和第二引线10；测量单元2还包括测温件7，测温件7位于第一电极5和第二电极4之间，测温件7的两端分别连接有第三引线11和第四引线12；基板1可插入燃料电池堆的相邻两个单电池中，以使第一电极5和第二电极4分别与两个单电池中的电极接触。
其中，基板1为多层的PCB板，测量单元2设置在基板1上，测量单元2的形状优选的为正方形，也可以为圆形或平行四边形，测量单元2的排列方式优选的为矩阵式排列，也可以蜂窝状或其他阵列，本发明对此不做限定。如图3所示，石墨板13、膜电极14和石墨板13组成燃料电池的单电池，基板1插入燃料电池堆的相邻两个单电池中，使第一电极5和第二电极4分别与两个单电池的石墨板13相接触。
在实际应用中，燃料电池测量装置包括基板1和多个测量单元2，每个测量单元2均包括第一电极5、第二电极4、测流件6和测温件7，在测量燃料电池的电流时，通过将用于测量电压的测量组件与第一引线9和第二引线10分别连接，利用测量组件测量测流件6两端的电压和测流件6的阻值，可以得到流经测流件6的电流，进而可以得到燃料电池所测区域的电流；在测量燃料电池的电压时，两个基板1的相对应区域的测量单元2组成一个测量组，通过将用于测量电压的测量组件的一端与测量组中一个测量单元2的第一引线9连接，另一端与测量组中的另一个测量单元2的第二引线10连接，通过测量这两个引线之间的电压，就可以得到燃料电池所测区域的电压；在测量燃料电池的温度时，通过将用于测量温度的测量组件分别和第三引线11和第四引线12连接，通过测得的测温件7的温度来得到燃料电池所测区域的温度。在基板1上分布有多个测量区域，每个测量区域上均设置有一个测量单元1来测量燃料电池的不同区域，这样可以测得燃料电池的电流密度分布、电压分布和温度分布。
相较于现有技术中一个装置只能测试燃料电池一个参数，无法实现同时对电流密度、电压分布和温度分布三个参数的测试，本申请可以实现一个装置对电流密度、电压分布和温度分布三个参数的同时测试，测试过程简单易操作，测试效率高，同时，温度分布的测量对电流密度和电压测试过程有校正作用，提高了测试结果的准确性。
本发明实施例提供的燃料电池测量装置，还包括放大电路和第一模数转换模块，第一模数转换模块用于将模拟信号转换为数字信号；放大电路的一端和第一模数转换模块电连接。
当测量与第一电极5相接触的待测燃料电池单电池时，放大电路的另一端和第二引线10连接，第一模数转换模块的另一端和第一引线9连接；当测量与所第二电极4相接触的待测燃料电池单电池时，放大电路的另一端和第一引线9连接，第一模数转换模块另一端和第二引线10连接。
其中，放大电路和第一模数转换模块，用于测量测流件两端的电压大小，由于测流件6通常的阻值较小，采集到的测流件两端的电信号也比较小，得到的电信号结果不精确，因此采用放大电路用于放大经过测流件6的电信号，经过放大电路放大后的电信号采用第一模数转换模块转换成数字信号，这样会使采集到电压值更精确，通过采集电流流过测流件6时产生的电压信号，再根据测流件6的阻值就可以计算出燃料电池的电流。在实际应用中，第一模数转换模块通常采用高速模数转换芯片。
本发明实施例提供的燃料电池测量装置，基板1为多个；每个基板1上均设置有多个测量单元2；装置还包括第二模数转换模块；相邻两个基板1的相对应区域的测量单元2组成一个测量组；第二模数转换模块的一端与测量组中一个测量单元2的第一引线9连接；第二模数转换模块的另一端与测量组中的另一个测量单元2的第二引线10连接。
其中，第二模数转换模块用于测量燃料电池的电压大小，在测量过程中，相邻两个基板1的相对应区域的测量单元2组成一个测量组；第二模数转换模块的一端与测量组中一个测量单元2的第一引线9连接；第二模数转换模块的另一端与测量组中的另一个测量单元2的第二引线10连接，通过第二模数转换模块可以直接把采集到的电压信号转换为数字信号，在实际应用中，第二模数转换模块通常采用高速模数转换芯片。
本发明实施例提供的燃料电池测量装置还包括测温模块，测温模块的两端分别与第三引线11和第四引线12连接。其中，测温模块可以测量测温件7的温度，进而得到燃料电池内部的温度分布。在实际应用中，测温模块通常为测温芯片。
本发明实施例提供的燃料电池测量装置还包括多个接线端子3；接线端子3设置在基板1上，每个测量单元2中的第一引线9、第二引线10、第三引线11和第四引线12分别对应一个接线端子3。
本发明实施例提供的燃料电池测量装置还包括导流柱8，测流件6的两端通过导流柱8分别与第一电极5和第二电极4连接。其中，导流柱8用于导通测流件6两端与第一电极5和第二电极4之间的电流。
本发明实施例提供的燃料电池测量装置中的测流件6可以为预埋在所述基板1内的定值电阻、线路板的导线电阻或霍尔元件等；测温件可以为热电偶、热电阻或导线的电阻等，本发明实施例对此不做限定。
其中，测流件6和测温件7选用线路板本身导线电阻时，测量装置的制作工艺简单，成本低，成品率高并且可以大规模应用。
本发明实施例提供的燃料电池测量装置中的第一电极5和第二电极4为面电极；第一电极5和第二电极4分别与两个待测燃料电池单电池的电极面接触。
在实际应用中，第一电极5和第二电极4优选的设计为面电极，第一电极5和第二电极4的形状优选的为正方形，也可以为圆形或平行四边形，本发明对此不做限定。
本发明实施例提供的燃料电池测量装置中的第一电极5和第二电极4上还设置有导电层，导电层的材料可以为金、银、锡或碳。
在实际应用中，第一电极5和第二电极4为导电材料即可，可以采用镀金、镀银、镀锡、镀碳等工艺在第一电极5和第二电极4上镀一层导电层，以增加第一电极5和第二电极4的电导率。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池测量装置，其特征在于，所述装置包括：基板和多个测量单元；
所述基板包括多个测量区域，每个所述测量区域上均设置有一个所述测量单元；
每个所述测量单元均包括第一电极、第二电极，以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的测流件；所述第一电极和所述第二电极分别位于所述基板的两侧；
所述测流件的两端分别与所述第一电极和所述第二电极电连接；
所述测流件的两端分别连接有第一引线和第二引线；
所述测量单元还包括测温件，所述测温件位于所述第一电极和所述第二电极之间，所述测温件的两端分别连接有第三引线和第四引线；
所述基板可插入燃料电池堆的相邻两个单电池中，以使所述第一电极和所述第二电极分别与所述两个单电池的电极接触。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括放大电路和第一模数转换模块，所述第一模数转换模块用于将模拟信号转换为数字信号；
所述放大电路的一端和所述第一模数转换模块电连接；
当测量与所述第一电极相接触的所述待测燃料电池单电池时，所述放大电路的另一端和所述第二引线连接，所述第一模数转换模块的另一端和所述第一引线连接；
当测量与所述第二电极相接触的所述待测燃料电池单电池时，所述放大电路的另一端和所述第一引线连接，所述第一模数转换模块另一端和所述第二引线连接。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述基板为多个；每个所述基板上均设置有多个所述测量单元；所述装置还包括第二模数转换模块；
相邻两个所述基板的相对应区域的所述测量单元组成一个测量组；所述第二模数转换模块的一端与所述测量组中一个所述测量单元的所述第一引线连接；所述第二模数转换模块的另一端与所述测量组中的另一个所述测量单元的所述第二引线连接。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括测温模块，所述测温模块的两端分别与所述第三引线和所述第四引线连接。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括多个接线端子；
所述接线端子设置在所述基板上，每个所述测量单元中的所述第一引线、所述第二引线、所述第三引线和所述第四引线分别对应一个所述接线端子。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括导流柱，所述测流件的两端通过所述导流柱分别与所述第一电极和所述第二电极连接。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测流件可以为预埋在所述基板内的定值电阻、线路板的导线电阻或霍尔元件。
8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测温件可以为：热电偶、热电阻或导线的电阻。
9.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极为面电极；
所述第一电极和所述第二电极分别与两个所述待测燃料电池单电池的电极面接触。
10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极上还设置有导电层，所述导电层的材料可以为金、银、锡或碳。
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