CN116879774B - 一种燃料电池的平面电流分布测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池的平面电流分布测量装置及方法，涉及电流测量技术领域，该装置多个电流采集点位于待测燃料电池单元的极板上，多个第二电阻的第一端分别与多个电流采集点连接，第二端分别与公共负极连接；多个第一电阻的第一端分别与电势中性点连接，第二端分别与多个电流采集点连接。通过反馈控制调节多个第二电阻的阻值，使得多个电流采集点的电势等于电势中性点的电势，且满足燃料电池达到预设工作状态。其中，经反馈控制调节后流经每个第二电阻的电流值即为平面电流分布测量结果。本发明实施例的方案可以提高分区电流测量精度，同时避免燃料电池测试状态与实际工作状态的偏离。

Description

一种燃料电池的平面电流分布测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电流测量技术领域，尤其涉及一种燃料电池的平面电流分布测量装置及方法。

背景技术

现有车用大功率燃料电池电堆单个电池面积较大，反应均匀性受流场设计影响，也决定了燃料电池整体输出性能与效率。良好的燃料电池流场设计需要对流场反应均匀性进行实际评估，最好的办法就是将反应区分成多个分区，并在反应过程中精确测量各分区的电流量。

现有技术常采用对应各分区设置采样电阻，并根据采样电阻两端的电势差除以采样电阻，得到对应分区的流经电流。但是现有技术存在如下缺陷：一方面，由于设计良好的燃料电池在实际运行状态下的极板各部分电势相近，为避免燃料电池测试状态与实际工作状态的偏离，需要减小不同分区的采样电阻两端的电势差差异，即在各分区电流差异较大的情况下仍需要较小的电势差差异，因此需要采样电流足够小，而现有技术中采用的采样电阻，在分区电流差异较大的情况下，电势差差异也较大，导致与实际工作状态的偏离。另一方面，为提高分区电流测量精度，又必须增大采样电阻，以增大采样电阻两端的电势差，而现有技术的采样电阻产生的电势差较小，导致电流测量精度难以进一步提升。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池的平面电流分布测量装置及方法，可以提高分区电流测量精度，同时避免燃料电池测试状态与实际工作状态的偏离。

第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池的平面电流分布测量装置，包括多个电流采集点、多个第一电阻、多个第二电阻以及信号处理模块；

多个所述电流采集点位于待测燃料电池单元的极板上；

其中，所述极板包括反应区，所述反应区与所述燃料电池单元的活性区对应设置，所述反应区由多个阵列排布的电流测试分区组成，多个所述电流采集点分别位于多个所述电流测试分区内；在测试过程中，每个所述电流测试分区的电流采集点均与所述燃料电池单元的活性区保持连接状态；多个所述第二电阻的第一端分别与多个所述电流采集点连接，多个所述第二电阻的第二端分别与公共负极连接；

多个所述第一电阻的第一端分别与电势中性点连接，多个所述第一电阻的第二端分别与多个所述电流采集点连接；

其中，所述电势中性点只通过多个所述第一电阻分别与多个所述电流采集点连接，多个所述第二电阻均为受控可变电阻或电子负载；

所述信号处理模块与多个所述电流测试分区连接，包括反馈控制调整单元；

所述反馈控制调整单元用于反馈控制调节多个所述第二电阻的阻值，使得多个所述电流采集点的电势等于所述电势中性点的电势，且满足所述燃料电池达到预设工作状态；

其中，经所述反馈控制调整单元反馈控制调节后流经每个所述第二电阻的电流值即为平面电流分布测量结果。

第二方面，本发明实施例还提供了一种燃料电池的平面电流分布测量方法，包括：

控制反馈控制调整单元反馈控制调节第二电阻的阻值，使得电流采集点的电势等于电势中性点的电势，且满足燃料电池达到预设工作状态；

其中，多个第一电阻的第一端分别与电势中性点连接，多个所述第一电阻的第二端分别与多个所述电流采集点连接；所述电势中性点只通过多个所述第一电阻分别与多个所述电流采集点连接；经所述反馈控制调整单元反馈控制调节后流经多个所述第二电阻的电流值即为平面电流分布测量结果。

本发明实施例提供的燃料电池的平面电流分布测量装置的多个电流采集点位于待测燃料电池单元一侧的极板上。在测量过程中，每个电流测试分区的电流采集点均与燃料电池单元的活性区保持连接状态。多个第二电阻的第一端分别与多个电流采集点连接，多个第二电阻的第二端分别与公共负极连接。多个第一电阻的第一端分别与电势中性点连接，多个第一电阻的第二端分别与多个电流采集点连接。反馈控制调整单元用于反馈控制调节多个第二电阻的阻值，使得多个电流采集点的电势等于电势中性点的电势，且满足燃料电池达到预设工作状态；其中，经反馈控制调整单元反馈控制调节后流经每个第二电阻的电流值即为平面电流分布测量结果。本发明实施例在每个分区设置第一电阻，并且每个第一电阻的第一端分别与电势中性点连接，第二端分别与各分区的电流采集点连接，通过调节第二电阻的阻值，使电流采集点和电势中性点的电位相同，且燃料电池达到预设工作状态，从而避免各分区电流差异导致的电势差差异，以及避免燃料电池测试状态与实际工作状态的偏离，可以提高分区电流测量精度。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中燃料电池内部电流走线式分布在线监测装置中单个采集单元的分层剖视图；

图2为相关技术中燃料电池内部电流走线式分布在线监测装置中单个采集单元采集分区电流的原理图；

图3为现有技术中燃料电池单元的部分等效电路原理图；

图4为现有技术中燃料电池单元单个分区的等效电路原理图；

图5为相关技术测量燃料电池单元单个分区的等效电路原理图；

图6为本发明实施例提供的一种燃料电池单元一侧的极板的俯视图；

图7为本发明实施例提供的一种燃料电池的平面电流分布测量装置的电路原理图；

图8为本发明实施例提供的另一种燃料电池的平面电流分布测量装置的电路原理图；

图9为本发明实施例提供的另一种燃料电池的平面电流分布测量装置的电路原理图；

图10为本发明实施例提供的一种电流采集点的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的另一种燃料电池的平面电流分布测量装置的电路原理图；

图12为本发明实施例提供的一种燃料电池的平面电流测量方法的流程图；

图13为本发明实施例提供的另一种燃料电池的平面电流测量方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为相关技术中燃料电池内部电流走线式分布在线监测装置中单个采集单元的分层剖视图，图2为相关技术中燃料电池内部电流走线式分布在线监测装置中单个采集单元采集分区电流的原理图。

相关技术中，采用双面分区采集板设置于相邻两片燃料电池单元之间，双面分区采集板由多个采集单元组成。参考图1，相关技术中的采集单元共有5层，包括顶层覆铜镀金分区CT、顶层信号走线层4、中间电阻走线层5、底层信号走线层6和底层覆铜镀金分区CB。顶层走线LT位于顶层信号走线层4上，底层走线LB位于底层信号走线层6上。其中，采集单元中相邻两层之间为绝缘材料，相邻采集单元的顶层覆铜镀金分区CT相互电气隔离，相邻采集单元的底层覆铜镀金分区CB相互电气隔离。参考图1-2，来自上一片燃料电池单元中各采集单元的电流在流过本片燃料电池单元对应采集单元的顶层覆铜镀金分区CT后，经金属化过孔T、走线式采样电阻7、金属化过孔T，流至底层覆铜镀金分区CB并最终进入下一片燃料电池单元。其中，走线式采样电阻7采用电阻材料，通过控制电阻材料走线的长度及横截面积，使得各采集单元中走线式采样电阻的阻值相等，均为10mΩ，精度为5％。

现有技术中，燃料电池单元包括阴极板、膜电极、阳极板，图3为现有技术中燃料电池单元的部分等效电路原理图，图4为现有技术中燃料电池单元单个分区的等效电路原理图。图5为相关技术测量燃料电池单元单个分区的等效电路原理图，具体为上述相关技术方案单个采集分区对应的燃料电池单元的单个分区的等效电路原理图。

参考图3-5，上述相关技术方案相当于将燃料电池单元和采集板进行分区，每个燃料电池单元的分区对应设置一个采集分区。每个燃料电池单元包括：阴极板分区之间的传导电阻、阴极板与膜电极的分区接触电阻/>、阴极扩散层分区之间的传导电阻/>、膜电极分区内的电化学等效电阻/>、阳极扩散层分区之间的传导电阻/>、阳极板与膜电极的分区接触电阻/>、阳极板分区之间的传导电阻/>、膜电极分区内的电化学电动势/>。其中，两个相邻燃料电池单元分区对应的采集板可以等效为一个阻值为10mΩ，精度为5％的电阻，采集板分区内的采样电阻分别与燃料电池单元阴极板与膜电极的分区接触电阻以及阳极板与膜电极的分区接触电阻/>连接，完成电压采集。

继续参考图2，两个走线式采样电阻7两端的电势差分别为第一电势差VA和第二电势差VB。根据本领域的公知常识可知，该技术由采样电阻两端的电势差除以采样电阻，即可得到对应分区的流经电流。但是该技术存在一些缺陷：一方面，由于设计良好的燃料电池在实际运行状态下的极板各部分电势相近，为避免燃料电池测试状态与实际工作状态的偏离，需要减小不同分区的采样电阻两端的电势差的差异，即在各分区电流差异较大的情况下仍需要较小的电势差差异，因此需要采样电流足够小，而相关技术中采用10mΩ的采样电阻，在分区电流差异较大（5A对比10A）的情况下，电势差差异可以达到50mV对比100mV，导致与实际工作状态的偏离不可忽略。另一方面，为提高分区电流测量精度，又必须增大采样电阻，以增大采样电阻两端的电势差，而采用10mΩ的采样电阻，0.01A的电流差异只产生0.1mV的电势差，导致电流测量精度难以进一步提升。

为了避免燃料电池测试状态与燃料电池实际工作状态偏离，并且提高电流测量精度，本发明提供了一种燃料电池的平面电流分布测量装置及方法。

图6为本发明实施例提供的一种燃料电池单元一侧的极板的俯视图，图7为本发明实施例提供的一种燃料电池的平面电流分布测量装置的电路原理图。

其中，图6中的极板可以是待测燃料电池单元的阴极板也可以是待测燃料电池单元的阳极板，可以根据用户需求选择。

参考图6-7，该装置包括电流采集点-/>、多个第一电阻/>、第二电阻/>-/>以及信号处理模块（未在图中示出）。继续参考图6，本发明实施例中，电流采集点/>-/>位于待测燃料电池单元一侧的极板1上。其中，极板1包括反应区2，本发明实施例中，反应区2与燃料电池单元的活性区对应设置，反应区2由多个阵列排布的电流测试分区/>组成，电流采集点-/>分别位于多个电流测试分区/>内。在测量过程中，每个电流测试分区/>的电流采集点均与燃料电池单元的活性区保持连接状态。

可以理解的是，反应区2由多个阵列排布的电流测试分区组成，相当于反应区2被分为多个电流测试分区/>，每个电流测试分区/>对应的燃料电池单元的活性区也被分区，电流采集点/>-/>均与燃料电池单元的活性区保持连接状态，分别用于采集其对应的燃料电池单元的活性区的分区内的电流，保持良好的连接状态可以保证极板1与膜电极之间的接触电阻处于合适范围。

继续参考图7，第二电阻-/>的第一端分别与电流采集点/>-/>连接，第二电阻-/>的第二端分别与公共负极GND连接。多个第一电阻/>的第一端分别与电势中性点/>连接，多个第一电阻/>的第二端分别与电流采集点/>-/>连接。

其中，电势中性点只通过多个第一电阻/>分别与电流采集点/>-/>连接。

可以理解的是，电势中性点没有连接燃料电池以外的电势点，只通过多个第一电阻/>分别与电流采集点/>-/>连接，使得电势中性点/>的电势为电流采集点/>-/>的电势的加权平均值，当且仅当所有电流采集点/>-/>的电势相等时，电势中性点/>与电流采集点/>-/>的电势相等，即为燃料电池的输出电势。其中，多个第一电阻/>均为高精度标准电阻，第二电阻/>-/>均为受控可变电阻或电子负载。本发明实施例中，与每个电流采集点连接的第一电阻/>实际不需要精确相等，其阻值在预设范围内即可（可选范围1kΩ~1MΩ）。各分区输出电流绝大部分或全部只通过第二电阻/>-/>到公共负极GND，极少经过或不经过第一电阻/>。当电流采集点/>-/>与电势中性点/>电势相等时，没有电流经过第一电阻，也没有电势差，设置第一电阻/>可以将需要测量的电压从燃料电池分区输出电压的伏级减小至各电流采集点与电势中性点之间电势差的毫伏级，从而使测量误差从毫伏级减小至微伏级，从而提高各分区的电势一致性，提高各分区工况的控制精度，减小各分区电势差异导致的输出电流偏差，从而提高分区电流测量的工况控制精度，减小电流分布测量的误差。

本发明实施例中，信号处理模块与电流测试分区-/>连接，包括反馈控制调整单元。

其中，信号处理模块可以位于燃料电池电堆活性区域外的外部设备中。

反馈控制调整单元用于反馈控制调节第二电阻-/>的阻值，使得电流采集点/>-/>的电势等于电势中性点/>的电势，且满足燃料电池达到预设工作状态。

其中，通过反馈控制调整单元反馈控制调节后流经第二电阻-的电流- 即为平面电流分布测量结果。

可以理解的是，反馈控制调整单元用于反馈控制调节第二电阻-/>的阻值使其满足设定条件可以减小电流采集点/>-/>之间的电势差，且满足燃料电池达到预设工作状态，可以避免太大的电流通过造成测试系统或燃料电池的损伤，还可以避免燃料电池测试状态与实际工作状态的偏离，同时可以根据调整后的数据得到电流分布结果。

其中， 反馈控制调整单元通过超精度技术扰动调整第二电阻-/>的阻值。

示例性的，当电流采集点的电势低于电势中性点的电势时，可以增大第二电 阻的阻值，减小其电流。反之，则减小第二电阻的阻值，增大其电流。

本发明实施例在每个电流测试分区分别设置第一电阻/>，并且每个第一电阻/>的第一端分别与电势中性点/>连接，第二端分别与各电流测试分区/>的电流采集点/>-/>连接，通过调节第二电阻/>-/>的阻值，使电流采集点/>-/>和电势中性点/>的电位相同，且满足燃料电池达到预设工作状态，从而避免各电流测试分区/>电流差异导致的电势差差异，以及避免燃料电池测试状态与实际工作状态的偏离。可以提高分区电流测量精度。

可选的，在上述实施例的基础上，信号处理模块还包括计算单元，计算单元用于通过线性插值法，基于每次调整记录的每个第一电阻的电压以及流经第二电阻/>-/>的电流，确定平面电流分布测量结果。

其中，计算单元通过对每个第一电阻的电压以及流经第二电阻/>-/>的电流测量结果进行线性叠加，实现所有第一电阻/>的电压达到0，并且对流经第二电阻/>-/>的电流进行相同的线性叠加，可以提高平面电流分布测量结果的精度。

图8为本发明实施例提供的另一种燃料电池的平面电流分布测量装置的电路原理图，可选的，在上述实施例的基础上，参考图8，该装置还包括：电压传感器-/>、电流传感器/>-/>以及电压表/>。

多个第一电阻分别与电压传感器-并联，电压传感器-用于测量与其 并联的多个第一电阻两端的电压-。第二电阻-分别与电流传感器-串联， 电流传感器-用于测量流经与其串联的第二电阻-的电流-。电压表U用于测 量电势中性点和公共负极GND之间的电压。

可以理解的是，电压表U用于测量电势中性点和公共负极GND之间的电压时，由于电压表内阻较大，流过的电流极小，可以等效为电势中性点/>和公共负极GND之间断路，即使用电压表U测量电势中性点/>和公共负极GND之间的电压并没有导致电势中性点/>和公共负极GND之间的电气连接。电流采集点/>-/>分别通过多个第一电阻/>到电势中性点的电流总和为零或接近于零。与此不同地，电流采集点/>-/>分别通过第二电阻/>-/>到公共负极的电流总和则为燃料电池的输出总电流。其中，采用电压表U测试电势中性点/>与公共负极GND之间的电压时，电流采集点/>-/>通过第一电阻/>到电势中性点/>的电流总和接近于零。采用补偿法测试电势中性点/>与公共负极GND之间的电压时，电流采集点-/>通过第一电阻/>到电势中性点/>的电流总和为零。

本发明实施例中，设置多个第一电阻分别与电压传感器/>-/>并联，并设置电压表/>测量电势中性点/>和公共负极GND之间的电压可以去除电势不平衡的影响，减小电流分布差异的影响，提高电流测量精度。

其中，电压传感器-/>均为高精度电势传感器。

可以理解的是，由电流采集点-分别通过一个第一电阻连接到共同的电势 中性点，每个第一电阻分别并联电压传感器-，电流采集点-分别通过第二 电阻-连接至公共负极GND ，另有总电压表测量电势中性点与公共负极GND之间 的电压。通过反馈控制自动调整第二电阻-的阻值，使得电压传感器-的测量结 果-均达到0，且满足燃料电池达到预设工作状态，由此测得的所有电流即为所测的电 流分布。

可选的，继续参考图8，在上述实施例的基础上，该装置还包括电流表，电流表/>的第一端与电流传感器/>-/>连接，电流表/>的第二端与公共负极GND连接。电流表/>用于测量流经多个电流测试分区/>的电流总和。

可以理解的是，本发明实施例中电流传感器-测得的电流之和为流经多个电 流测试分区的电流-的总和，也可以设置电流表，电流表测得的电流即为多个电 流测试分区的电流总和。

图9为本发明实施例提供的另一种燃料电池的平面电流分布测量装置的电路原理图，具体为一个电流测试分区的电路原理图，参考图9，第一电阻/>的第一端与电势中性点/>连接，第一电阻/>的第二端与电流采集点/>连接。第二电阻/>的第一端和电流采集点连接，第二电阻/>的第二端与公共负极GND连接。

可以理解的是，在每个电流测试分区中，第一电阻/>的第一端与电势中性点/>连接，第一电阻/>的第二端与该分区内的电流采集点连接。每个分区内的第二电阻的第一端和该分区内的电流采集点连接，每个分区内的第二电阻的第二端与公共负极GND连接。

继续参考图9，由于各个电流测试分区之间均存在横向电流，会干扰分区电流 测试结果，本发明实施例的方案通过设置多个第一电阻的第一端分别与电势中性点连 接，多个第一电阻的第二端分别与电流采集点-连接，并监测电势中性点与电流 采集点-之间的横向电流，设置第二电阻-，并且调整第二电阻-的阻值， 使得横向电流等于0，即电流采集点-的电势与电势中性点的电势相等，可以实现 电流采集点-之间等电势，可以避免各分区间横向电流对分区电流测量结果的干 扰，从而避免各分区由于电流差异导致的测量点电势偏离以及测量精度降低。

图10为本发明实施例提供的一种电流采集点的结构示意图，可选的，在上述实施例的基础上，参考图10，电流采集点-/>分别包括电流控制点/>-/>和至少一个电势采集点/>-/>。

本发明实施例中，电流控制点-/>和电势采集点/>-/>相互隔离。

可以理解的是，电势采集点的数量越多，测量的结果越精确。

图11为本发明实施例提供的另一种燃料电池的平面电流分布测量装置的电路原理图，具体为一个电流测试分区的电路原理图，参考图11，第一电阻/>的第一端与电势中性点/>连接，第一电阻/>的第二端与电势采集点/>连接。第二电阻/>的第一端和电流控制点/>连接，第二电阻/>的第二端与公共负极GND连接。

可以理解的是，在每个电流测试分区中，第一电阻/>的第一端与电势中性点/>连接，第一电阻/>的第二端与该分区内的电势采集点连接。每个分区内的第二电阻的第一端和该分区内的电流控制点连接，每个分区内的第二电阻的第二端与公共负极GND连接。

继续参考图11，由于各个电流测试分区之间均存在横向电流，会干扰分区电 流测试结果，本发明实施例的方案通过设置多个第一电阻的第一端分别与电势中性点 连接，多个第一电阻的第二端分别与电势采集点-连接，并监测电势中性点与电 势采集点-之间的横向电流，设置第二电阻-，并且调整第二电阻-的阻 值，使得横向电流等于0，即电势采集点-的电势与电势中性点的电势相等，可 以实现电流采集点-之间等电势，可以避免各分区间横向电流对分区电流测量结果 的干扰，从而避免各分区由于电流差异导致的测量点电势偏离以及测量精度降低。

上述实施例的方案可实现膜电极扩散层上的等电势，可以进一步减小测试板与膜电极扩散层之间的接触电阻对测试结果的影响。该改进方法可用于另一极。

可选的，在上述实施例的基础上，电流控制点在电流测试分区所占面积大于电势采集点在该电流测试分区所占面积。

示例性的，电流控制点-/>面积较大，占电流测试分区/>面积的50%以上，可选占比为90%以上，主要用于传导所在分区的全部分区电流。电势采集点/>-/>面积较小，占电流测试分区/>面积的50%以下，可选占比为10%以下，主要用于监测所在分区的电势。

可选的，在上述实施例的基础上，预设工作状态包括：流经每个电流测试分区的电流总和达到预设值，或电势中性点/>与公共负极GND之间的电压达到预设值，或流经每个电流测试分区/>的电流总和和电势中性点/>与公共负极GND之间的电压的乘积达到预设值，或流经每个电流测试分区/>的电流总和和电势中性点/>与所述公共负极GND之间的电压均保持在预设伏安特性曲线上。

其中，预设伏安特性曲线可以为专利CN115548387A中的预设伏安特性曲线。

可以理解的是，本发明实施例中，通过反馈控制调节第二电阻-/>的阻值使其满足燃料电池达到预设工作状态本质是使燃料电池的测试状态接近实际工作状态，可以避免燃料电池测试状态与实际工作状态的偏离。

可选的，在上述实施例的基础上，多个第一电阻以及第二电阻/>-/>位于燃料电池的活性区外。

图12为本发明实施例提供的一种燃料电池的平面电流测量方法的流程图，该方法由上述实施例提供的燃料电池的平面电流测量装置实现，参考图12，该方法包括：

S110、控制反馈控制调整单元反馈控制调节第二电阻的阻值，使得电流采集点的电势等于电势中性点的电势，且满足燃料电池达到预设工作状态。其中，多个第一电阻的第一端分别与电势中性点连接，多个第一电阻的第二端分别与多个电流采集点连接；电势中性点只通过多个所述第一电阻分别与多个所述电流采集点连接；经反馈控制调节后流经每个第二电阻的电流值即为平面电流分布测量结果。

图13为本发明实施例提供的另一种燃料电池的平面电流测量方法的流程图，可选的，在上述实施例的基础上，参考图13，该方法还包括：

S120、控制计算单元通过线性插值法，基于每次调整记录的每个第一电阻的电压以及流经每个第二电阻的电流，确定平面电流分布测量结果。

可以理解的是，反馈控制调整单元反馈控制调节第二电阻的阻值不一定只经一次调节就达到预设工作状态，可能需要多次测试，通过线性插值法，基于每次调整记录的每个第一电阻的电压以及流经每个所述第二电阻的电流，确定平面电流分布测量结果可以使测量的结果更精确。

具体的，调整第二电阻-的阻值，使电压传感器-的测量结果-均接 近0，并使所有电流传感器-的电流-的总和接近目标电流值，实测值为，标记 第次调整后的电压与电流测试结果如下：

（1）

（2）

其中，-为第次调整后的电流测试结果，构成向量；-为第次调整 后的电压测试结果，构成向量。

通过线性插值求解，假设各变量在目标工况附近近似为线性关系，列出方程如下：

（3）

其中为第次调整后的所有电流总和实测值，和为线性关系的待求解系 数。

式（3）转化为

（4）

调整各第二电阻的阻值，并记录每次的数据，第1次到第次的测试数据标记为如下行列式：

（5）

其中，，即测试次数至少多于测试分区数直到矩阵满秩（也可 继续测量数据以提高结果可信度），其中，

（6）

是的转置矩阵，由此可计算得到逆矩阵

与此对应，第1次到第次的电压测试数据标记为如下行列式：

（7）

将式（5）、式（7）代入式（4）可得

（8）

（9）

（10）

若式（10）所示矩阵不可逆，则继续调整各第二电阻的阻值，并记录每次的数据，重复上述计算过程，直到式（10）所示矩阵可逆，

根据式（4），电流分布结果为：

（11）

应满足

（12）

由于式（10）所示矩阵可逆，则计算可得

（13）

其中，为反馈控制调整单元第次调整后，如式（1）所示的电流测量结果，为反 馈控制调整单元第次调整后，如式（2）所示的电压测量结果，为根据测试结果计算得到 的电流分布高精度测量结果。

由于上述平面电流测量方法由平面电流测量装置实现，因此具备同样的有益效果，在此不再赘述。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的平面电流分布测量装置，其特征在于，包括：多个电流采集点、多个第一电阻、多个第二电阻以及信号处理模块；

多个所述电流采集点位于待测燃料电池单元一侧的极板上；

其中，所述极板包括反应区，所述反应区与所述燃料电池单元的活性区对应设置，所述反应区由多个阵列排布的电流测试分区组成，多个所述电流采集点分别位于多个所述电流测试分区内；在测量过程中，每个所述电流测试分区的电流采集点均与所述燃料电池单元的活性区保持连接状态；

多个所述第二电阻的第一端分别与多个所述电流采集点连接，多个所述第二电阻的第二端分别与公共负极连接；

多个所述第一电阻的第一端分别与电势中性点连接，多个所述第一电阻的第二端分别与多个所述电流采集点连接；

其中，所述电势中性点只通过多个所述第一电阻分别与多个所述电流采集点连接，多个所述第二电阻均为受控可变电阻或电子负载；

所述信号处理模块与多个所述电流测试分区连接，包括反馈控制调整单元；

所述反馈控制调整单元用于反馈控制调节多个所述第二电阻的阻值，使得多个所述电流采集点的电势等于所述电势中性点的电势，且满足所述燃料电池达到预设工作状态；

其中，经所述反馈控制调整单元反馈控制调节后流经每个所述第二电阻的电流值即为平面电流分布测量结果。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的平面电流分布测量装置，其特征在于，所述信号处理模块还包括计算单元，所述计算单元用于通过线性插值法，基于每次调整记录的每个所述第一电阻的电压以及流经每个所述第二电阻的电流，确定平面电流分布测量结果。

3.根据权利要求1所述的燃料电池的平面电流分布测量装置，其特征在于，还包括：多个电压传感器、多个电流传感器以及电压表；

多个所述第一电阻分别与多个所述电压传感器并联，所述电压传感器用于测量与其并联的所述第一电阻两端的电压；

多个所述第二电阻分别与多个所述电流传感器串联，所述电流传感器用于测量流经与其串联的所述第二电阻的电流；

所述电压表用于测量所述电势中性点和所述公共负极之间的电压。

4.根据权利要求1所述的燃料电池的平面电流分布测量装置，其特征在于，多个所述电流采集点均包括电流控制点和至少一个电势采集点，所述电流控制点和所述电势采集点相互隔离；

所述电流控制点用于传导所在电流测试分区的全部分区电流，所述电势采集点用于采集所在电流测试分区的电势。

5.根据权利要求4所述的燃料电池的平面电流分布测量装置，其特征在于，在每个所述电流测试分区中，所述第一电阻的第一端与所述电势中性点连接，所述第一电阻的第二端与所述电势采集点连接；

所述第二电阻的第一端与所述电流控制点连接，所述第二电阻的第二端与所述公共负极连接。

6.根据权利要求4所述的燃料电池的平面电流分布测量装置，其特征在于，所述电流控制点在所述电流测试分区所占面积大于所述电势采集点在所述电流测试分区所占面积。

7.根据权利要求1所述的燃料电池的平面电流分布测量装置，其特征在于，所述预设工作状态包括：流经每个所述电流测试分区的电流总和达到预设值，或所述电势中性点与所述公共负极之间的电压达到预设值，或流经每个所述电流测试分区的电流总和和所述电势中性点与所述公共负极之间的电压的乘积达到预设值或流经每个所述电流测试分区的电流总和和所述电势中性点与所述公共负极之间的电压均保持在预设伏安特性曲线上。

8.根据权利要求1所述的燃料电池的平面电流分布测量装置，其特征在于，多个所述第一电阻以及多个所述第二电阻均位于所述燃料电池的活性区外。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述测量装置的燃料电池平面电流分布测量方法，其特征在于，包括：

控制反馈控制调整单元反馈控制调节第二电阻的阻值，使得电流采集点的电势等于电势中性点的电势，且满足燃料电池达到预设工作状态；

其中，多个第一电阻的第一端分别与电势中性点连接，多个所述第一电阻的第二端分别与多个所述电流采集点连接；所述电势中性点只通过多个所述第一电阻分别与多个所述电流采集点连接；经所述反馈控制调整单元反馈控制调节后流经每个所述第二电阻的电流值即为平面电流分布测量结果。

10.根据权利要求9所述的燃料电池的平面电流分布测量方法，其特征在于，还包括：

控制计算单元通过线性插值法，基于每次调整记录的每个第一电阻的电压以及流经每个所述第二电阻的电流，确定平面电流分布测量结果。