CN115360385A - 一种基于燃料电池的测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及清洁能源技术领域，具体涉及一种基于燃料电池的测试装置及方法。其中一种基于燃料电池的测试装置，其特征在于，包括：电源单元，用以输出一直流测试电压，所述电源单元输出的直流测试电压匹配一被测电堆的被测工作电压，所述电源单元的内阻的数值至少百倍于所述被测工作电压的数值；被测电堆，所述被测电堆的两端分别连接所述电源单元的两端以形成一测试回路；测试装置，并联连接所述被测电堆，用以获取被测电堆于所述直流测试电压作用下的工作状态。

Description

一种基于燃料电池的测试装置及方法
技术领域
本发明涉及清洁能源测试技术领域，具体涉及一种基于燃料电池的测试装置及方法。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，具体地将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。质子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。氢燃料电池可应用于汽车、飞机等装置中，氢燃料电池在接通气体之前需要进行电堆的连接测试，主要用以确定电堆中是否存在短路、断路(虚焊)等异常情况，对于电堆短路、断路的异常测试通常采用高压测试和低压测试两种方法。高压测试的方法是对电堆的施加400V高压，通过读取电堆中每个单电池的数据以判断是否存在短路、断路情况，高压测试存在有较大的安全风险，例如电堆中存在有短路的单电池，则对测试人员造成较大的人身安全风险，另外高电压会影响膜电极中氢离子(质子)的分布，进而影响整个电堆的整体性能和使用寿命。低压测试通常对电堆施加24V或者50V的低电压，该电压值相对较小，施加至电堆中每个单电池的电压就较小，数值的精度较小无法准确判断是否出现故障，故需要将电堆中的单电池做单独测试，例如每3个单电池一起测试或每5个单电池一起测试，这种测试效率相对较低，不适合量产过程中的测试。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于燃料电池的测试装置及方法，具体地：
一方面，本发明提供一种基于燃料电池的测试装置，其中，包括：
电源单元，用以输出一直流测试电压，所述电源单元输出的直流测试电压匹配一被测电堆的被测工作电压，所述电源单元的内阻的数值至少百倍于所述被测工作电压的数值；
被测电堆，所述被测电堆的两端分别连接所述电源单元的两端以形成一测试回路；
测试装置，并联连接所述被测电堆，用以获取被测电堆于所述直流测试电压作用下的工作状态。
优选地，上述的基于燃料电池的测试装置，其中，所述电源单元由若干个纽扣电池串联形成，所述纽扣电池的电压为1.5V，内阻为15.7KΩ。
优选地，上述的基于燃料电池的测试装置，其中，还包括一控制开关，所述控制开关连接于所述电源单元与所述被测电堆之间。
优选地，上述的基于燃料电池的测试装置，其中，所述被测电堆由至少两个单电池串联形成，每个单电池由双极板、气体扩散层、膜电极层依次堆叠形成。
优选地，上述的基于燃料电池的测试装置，其中，上一个单电池的膜电极与下一个电池的双极板之间设置一密封圈。
另一方面，本发明再提供一种基于燃料电池的测试方法，其中，包括上述任一项所述的基于燃料电池的测试装置，还包括：
于所述的基于燃料电池的测试装置的测试回路形成的状态下，读取所述测试装置中当前的测试数据；
判断所述测试数据是否匹配预制的标准数据；
于所述测试数据匹配预制的所述标准数据状态下，所述被测电堆处于正常状态，反之被测电堆处于异常状态。
优选地，上述的一种基于燃料电池的测试方法，其中，判断所述测试数据是否匹配预制的标准数据之前还包括：
于测试数据为当前被测电堆的被测电堆中每个单电池电压数据状态下，所述标准数据当前被测电堆的被测电堆中每个单电池标准电压数据。
再一方面，本发明再提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的基于燃料电池的测试方法。
最后，本发明再提供一种计算机程序产品，其中，包括计算机可读代码，或者承载有计算机可读代码的可读存储介质，当计算机可读代码在电子设备的处理器中运行时，所述电子设备中的处理器执行用于实现上述任一项所述的基于燃料电池的测试方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，由于本申请采用的是高压低能电源，电源单元的内阻较大，在电能单元与被测电堆形成回路直流电流的情况下，其回路直流电流相对较小，示意性地，回路直流电流最大为10mA，该回路直流电流为人体不敏感，完全符合安全直流电流的范围，另外高压低能电源不会造成电池堆中的双极板氧化、同时也不会造成电堆内部发生电化学反应，保障了电堆的整体性能和使用寿命。420V高压均匀施加于被测电堆两端，保证电堆中每个单电池均能获取到可识别的电压信号。若某个单电池的电压远远小于1v，则可以判定当前的单电池的处于断路状态。在保障电堆性能安全、测试人员安全的情况下仍可以一次测量整个电堆，其测试效率相对较高。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种基于燃料电池的测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供一种基于燃料电池的测试方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，一方面，本发明提供一种基于燃料电池的测试装置，其中，包括：
电源单元，电源单元，用以输出一直流测试电压，所述电源单元输出的直流测试电压匹配一被测电堆的被测工作电压，所述电源单元的内阻的数值至少百倍于所述被测工作电压的数值；其中，当直流测试电压与被测电堆的被测工作电压的匹配关系接近1：1至1.05：1；示意性地，当所述被测工作电压为400V的状态下，所述直流测试电压可为400V至420V，当所述被测工作电压为420V的状态下，所述电源单元的内阻为42000Ω。
被测电堆，两端分别连接所述电源单元的两端；进一步地，所述被测电堆由至少两个单电池串联形成，每个单电池由双极板、气体扩散层、膜电极层依次堆叠形成。进一步地，上述的基于燃料电池的测试装置，其中，上一个单电池的膜电极与下一个电池的双极板之间设置一密封圈。通常单电池(氢氧燃料电池单体电池的工作电压为0.8～0.97V)。被测电堆由根据被测共组电压的需要由若干个单电池串联形成。例如要形成一个400V工作电压的被测电堆，则需要至少410个单电池串联形成。
测试装置，并联连接所述被测电堆，用以获取被测电堆于所述直流测试电压的作用下的工作状态。进一步地，所述测试装置可为CVM测试装置，所述CVM测试装置由36V直流电压供电，所述CVM测试装置并联于所述被测电堆两端，用于获取被测电堆的工作状态，并将该工作状态反馈至显示装置(例如计算机)。
本发明中，所述电源单元输出的直流测试电压匹配一被测电堆的被测工作电压，所述电源单元的内阻的数值至少百倍于所述被测工作电压的数值；则所述电源单元为一高压低能电源，直流测试电压信号被施加于被测电堆两端，通过测试被测电堆两端的工作状态即可获取被测电堆是否出现了短路或者断路等异常情况。示意性地，当被测电路出现断路状态下，测试装置无法形成测试回路。当被测电路出现了短路状态下，被测电堆中单个电池的电压值较小或者被测电堆中电池的平均电压较大。通过上述短路或者断路的特点可以准确判断被测电堆的工作状态。
由于本申请采用的是高压低能电源，电源单元的内阻较大，在电能单元与被测电堆形成回路直流电流的情况下，其回路直流电流相对较小，示意性地，回路直流电流最大为10mA(420V/42kΩ)，该回路直流电流为人体不敏感，完全符合安全直流电流的范围，另外高压低能电源不会造成电池堆中的双极板氧化、同时也不会造成电堆内部发生电化学反应，保障了电堆的整体性能和使用寿命。420V高压均匀施加于被测电堆两端，保证电堆中每个单电池均能获取到可识别的电压信号(1V左右)。若某个单电池的电压远远小于1v，则可以判定当前的单电池的处于断路状态。在保障电堆性能安全、测试人员安全的情况下仍可以一次测量整个电堆，其测试效率相对较高。
作为进一步优选实施方案，上述的基于燃料电池的测试装置，其中，所述电源单元由若干个纽扣电池串联形成，所述纽扣电池的电压为1.5V，内阻为15.7KΩ，例如可为A76/LR44AG13纽扣电池。若形成420V的直流测试电压，则需要280节纽扣电池相互串联形成所述电源单元，该电源单元的内阻为4396KΩ。该电源单元的内阻非常大，即使420V的高压施加于检测人员，检测人员也没有任何不适感，充分保障了检测人员的安全性。
作为进一步优选实施方式，上述的基于燃料电池的测试装置，其中，还包括一控制开关，所述控制开关连接于所述电源单元与所述被测电堆之间。该控制开关用于控制测试装置的通断。通过设置该控制开关进一步保障整个测试的安全性。
实施例二
如图2所示，另一方面，本发明再提供一种基于燃料电池的测试方法，其中，包括上述任一项所述的基于燃料电池的测试装置，还包括：
步骤S110、于所述的基于燃料电池的测试装置的测试回路形成的状态下，读取所述测试装置中当前的测试数据；
步骤S120、判断所述测试数据是否匹配预制的标准数据；
步骤S130、于所述测试数据匹配预制的所述标准数据状态下，所述被测电堆处于正常状态，反之被测电堆处于异常状态。
上述测试方法中，通过读取当前的测试数据，根据测试数据与标准数据比较即可判断当前被测电堆是否处于正常状态。操作方式相对简单。
作为进一步优选实施方案，上述的一种基于燃料电池的测试方法，其中，步骤S120、判断所述测试数据是否匹配预制的标准数据之前还包括：
步骤S1101、于测试数据为当前被测电堆的被测电堆中每个单电池电压数据状态下，所述标准数据当前被测电堆的被测电堆中每个单电池标准电压数据。
示意性地，当存在有短路的单电池状态下，短路的单电池电压为接近于0V，通过CVM系统反馈的数据可知该单电池为短路电池。或者也可以通过单电池的平均电池可知，例如某一个单电池或某几个单电池存在有短路，那么直流测试电压被施加于剩余的单电池中，剩余的单电池的电压则与标准的电压数据不相同，故而也能判断出电堆中存在有短路故障。通过第一种方案可以获知具体出现短路的单电池，通过第二种方案仅能确定电堆中出现了短路现象。当存在有断路的单电池状态下，测试回路的回路电流为零。
实施例三
本申请实施例提供了一种电子设备，图3是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图3所示，本实施例提供了一种电子设备，其包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器运行，使得所述一个或多个处理器实现：
于所述的基于燃料电池的测试装置的测试回路形成的状态下，读取所述测试装置中当前的测试数据；
判断所述测试数据是否匹配预制的标准数据；
于所述测试数据匹配预制的所述标准数据状态下，所述被测电堆处于正常状态，反之被测电堆处于异常状态。
如图3所示，该电子设备包括处理器、存储装置、输入装置和输出装置；电子设备中处理器的数量可以是一个或多个，图3中以一个处理器为例；电子设备中的处理器、存储装置、输入装置和输出装置可以通过总线或其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
存储装置作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可运行程序以及模块单元。
存储装置可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储装置可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储装置可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置可用于接收输入的数字、字符信息或语音信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置可包括显示屏、扬声器等设备。
实施例四
在一些实施例中，以上所描述的方法可以被实现为计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。具体地：
所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行：
于所述的基于燃料电池的测试装置的测试回路形成的状态下，读取所述测试装置中当前的测试数据；
判断所述测试数据是否匹配预制的标准数据；
于所述测试数据匹配预制的所述标准数据状态下，所述被测电堆处于正常状态，反之被测电堆处于异常状态。
上述的计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
本文所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言，以及常规的过程式编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种基于燃料电池的测试装置，其特征在于，包括：
电源单元，用以输出一直流测试电压，所述电源单元输出的直流测试电压匹配一被测电堆的被测工作电压，所述电源单元的内阻的数值至少百倍于所述被测工作电压的数值；
被测电堆，所述被测电堆的两端分别连接所述电源单元的两端以形成一测试回路；
测试装置，并联连接所述被测电堆，用以获取被测电堆于所述直流测试电压作用下的工作状态。
2.根据权利要求1所述的基于燃料电池的测试装置，其特征在于，所述电源单元由若干个纽扣电池串联形成，所述纽扣电池的电压为1.5V，内阻为15.7KΩ。
3.根据权利要求1所述的基于燃料电池的测试装置，其特征在于，还包括一控制开关，所述控制开关连接于所述电源单元与所述被测电堆之间。
4.根据权利要求1所述的基于燃料电池的测试装置，其特征在于，所述被测电堆由至少两个单电池串联形成，每个单电池由双极板、气体扩散层、膜电极层依次堆叠形成。
5.根据权利要求4所述的基于燃料电池的测试装置，其特征在于，上一个单电池的膜电极与下一个电池的双极板之间设置一密封圈。
6.一种基于燃料电池的测试方法，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的基于燃料电池的测试装置，还包括：
于所述的基于燃料电池的测试装置的测试回路形成的状态下，读取所述测试装置中当前的测试数据；
判断所述测试数据是否匹配预制的标准数据；
于所述测试数据匹配预制的所述标准数据状态下，所述被测电堆处于正常状态，反之被测电堆处于异常状态。
7.根据权利要求6所述的一种基于燃料电池的测试方法，其特征在于，判断所述测试数据是否匹配预制的标准数据之前还包括：
于测试数据为当前被测电堆的被测电堆中每个单电池电压数据状态下，所述标准数据当前被测电堆的被测电堆中每个单电池标准电压数据。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求6～7中任一项所述的基于燃料电池的测试方法。
9.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机可读代码，或者承载有计算机可读代码的可读存储介质，当计算机可读代码在电子设备的处理器中运行时，所述电子设备中的处理器执行用于实现如权利要求6～7中任一项所述的基于燃料电池的测试方法。
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