CN201345376Y - 一种燃料电池的单电池检测装置 - Google Patents

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李超
杨静
赵青鹤
张宝春
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Abstract

一种对燃料电池电堆中的每个单电池进行检测的检测装置。该检测装置安装在燃料电池外壳上，包括安装在所述电池外壳上的壳体，以及安装在所述壳体上或内部的控制接口、电路板、轮询转换电路及柔性取电装置，所述柔性取电装置分别电性连接于所述电路板与所述燃料电池的极板，所述轮询转换电路亦与所述电路板电性连接，所述控制接口通过所述电路板，与所述柔性取电装置及所述轮询转换电路电性连接。

Description

一种燃料电池的单电池检测装置
技术领域
本实用新型涉及一种电子设备，尤其涉及一种对燃料电池电堆中的每个单电池进行检测的检测装置。
背景技术
燃料电池是一种通过电化学反应将化学能直接转化为低压直流电能的装置。燃料电池具有能量效率高、没有或极少产生污染物排放等传统的化石燃料不具备的优点，在当今化石燃料即将耗竭的形势下，燃料电池作为新能源越来越受到重视。质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，具有反应温度低、启动迅速、可小型化等特点，极具产业化发展潜力。
一个质子交换膜燃料电池单体的最大输出电压低于1.2V，一般正常的工作范围在0.5～1V之间，因此一个电池堆往往是由许多电池单体(V＝0.5～1V×n)串联组成的。而每一个电池单体由于工艺、材料、膜电极温湿度状态的不同而具有不同的输出特性。一方面电池单体的特性直接决定了整个电堆的特性，另一方面随着电池单体发电电压的降低而使该电池的极板温度升高、膜电极含水量降低以至加速恶化直至失效。单电池检测系统通过实时监测质子交换膜燃料电池单体的电压和温度，确定各单电池的状态，然后由控制系统采取养水、散热、降低发电功率等措施来保持各单体电池间的一致性，避免单电池性能的下降，提高系统性能。
现在使用较多的单电池检测系统有用于实验室测试的计算机控制检测系统和用于产品配套的在线检测系统，存在以下局限性：
1、测试系统和电堆之间以导线连接，体积大、导线多，存在短路等安全隐患，产品配套时占用体积大；
2、在每个单体电池上均需要设置连接端子和温度传感器，而极板上引出端子非常困难。
实用新型内容
本实用新型所要解决的问题在于提供一种燃料电池的单电池检测装置，该装置可完成对质子交换膜燃料电池多个单电池的测量，且与电堆安装后不占用多余空间，提高实用性、可靠性和安全性。
本实用新型提供的一种燃料电池的单电池检测装置，安装在燃料电池外壳上，该检测装置包括：安装在所述电池外壳上的壳体，以及安装在所述壳体上或内部的控制接口、电路板、轮询转换电路及柔性取电装置，所述柔性取电装置分别电性连接于所述电路板与所述燃料电池的极板，所述轮询转换电路亦与所述电路板电性连接，所述控制接口通过所述电路板，与所述柔性取电装置及所述轮询转换电路电性连接。
本实用新型所提供的燃料电池的单电池检测装置利用质子交换膜燃料电池的叠层结构特点，将电路板通过柔性取电装置与燃料电池极板实体紧密安装在一起，简化了测量设备与燃料电池极板间的连线。采用串行轮询选通切换电路简化了控制接口，使单个装置可以完成对质子交换膜燃料电池电堆多达40-80通道的电压和温度测量，并具有灵活的串行和并行扩展能力。本装置体积小、集成度高、安装简便、接口简单，安装不占用多余空间，实用性强、可靠无安全隐患。
为了能更进一步了解本实用新型为实现预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。
附图说明
图1为本实用新型的一实施例中单电池检测装置与待测燃料电池连接的剖面图；
图2为本实用新型一实施例中单电池检测装置电路图；
图3为本实用新型一实施例中燃料电池的单电池检测装置控制接口时序信号图。
具体实施方式
有关本实用新型的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：
图1为本实用新型的一实施例中单电池检测装置与待测燃料电池连接的剖面图。图1中A所示为柔性取电断面，B所示为温度传感器断面。按照图1方式将检测装置通过固定螺钉6安装在燃料电池壳体2上，使柔性导电橡胶5和温度传感器12与极板9接触良好，并无跨越膜电极8现象，然后通过控制接口1连接测量计算机。
图2为本实用新型一实施例中单电池检测装置电路图，图3为本实用新型一实施例中燃料电池的单电池检测装置控制接口时序信号图。请同时参考图2及图3，本实用新型所涉及的接口信号包括选通有效信号ON/OFF、选通步长信号A及A1、电压测量时钟信号CLK、温度测量时钟信号CLK1、电压反馈信号Vout1和温度反馈信号Vout2。选通有效信号ON/OFF为低电平时所有通道均不选通，以避免多个通道同时选通时引起通道之间断路，CLK和CLK1为上升沿信号有效。
在该单电池检测装置测量单电池电压时，先将信号ON/OFF保持低电平、信号A保持高电平、信号CLK1保持低电平，在经过连续N(大于测量单电池数量)个CLK上升沿信号后，信号A保持低电平，在经过2个CLK上升沿信号后转为高电平，完成电压测量的初始化，信号ON/OFF转换为高电平，此时1#、2#光隔离开关15A接通，1#燃料电池单体16的电流从正极通过柔性导电橡胶流经电路板7、光隔离开关15A、高偏压差分放大器13的正输入端、高偏压差分放大器13的负输入端、光隔离开关15回到负极，1#燃料电池单体16的电压信号Vout1输出。同理，下一个CLK上升沿脉冲后，2#、3#光隔离开关15A接通，2#燃料电池单体16的电流从正极通过柔性导电橡胶流经电路板7、光隔离开关15A、高偏压差分放大器13的负输入端、高偏压差分放大器13的正输入端、光隔离开关15A回到负极，2#燃料电池单体16的电压信号Vout1输出。由此直到完成全部单电池信号测量后重复上述初始化过程即开始下一个循环的测量。
在该单电池检测装置测量单电池温度时，将信号ON/OFF保持低电平、信号A1保持高电平、信号CLK保持低电平，在经过连续N(大于测量单电池数量)个CLK1上升沿信号后，信号A1保持低电平，在经过1个CLK1上升沿后转为高电平，完成温度测量的初始化，信号ON/OFF转换为高电平，此时1#光隔离开关15B接通，1#温度传感器测量信号经电路板7、光隔离开关15B、到达运算放大器18的正输入端，1#温度信号Vout2输出。同理，下一个CLK1上升沿脉冲后，2#光隔离开关15B接通进行2#温度测量，由此直到完成全部温度信号测量后重复上述初始化过程即开始下一个循环的测量。
本装置通过串行接口进行轮询选通，理论上测试通道可以无穷扩展，但考虑测量实时性要求和放大器高偏压的局限，测试通道设计在50通道完全能够达到一般使用要求。同时本装置仅占用测量计算机4路通用IO通道和2路AD通道，本装置采用模块化设计，根据需要可并行安装多个本装置实现更多通道监测。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种燃料电池的单电池检测装置，安装在燃料电池外壳上，其特征在于，该检测装置包括：安装在所述电池外壳上的壳体，以及安装在所述壳体上或内部的控制接口、电路板、第一轮询转换电路及柔性取电装置，所述柔性取电装置分别电性连接于所述电路板与所述燃料电池的极板，所述第一轮询转换电路亦与所述电路板电性连接，所述控制接口通过所述电路板，与所述柔性取电装置及所述第一轮询转换电路电性连接。
2、根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括安装在所述壳体上或内部的温度感测模块及第二轮询转换电路，所述温度感测模块分别电性连接于所述电路板与所述燃料电池的极板，所述第二轮询转换电路亦与所述电路板电性连接，所述控制接口通过所述电路板，与所述温度感测模块及所述第二轮询转换电路电性连接。
3、根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一轮询转换电路包括电压测量时钟电路、第一串并转换器、运算放大器以及多个开关，其中所述第一串并转换器根据所述电压测量时钟电路提供的电压测量时钟信号驱动所述开关动作，控制所述燃料电池的单电池与所述运算放大器顺序电性导通。
4、根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述第二轮询转换电路包括温度测量时钟电路、第二串并转换器、运算放大器、多个开关，其中所述第二串并转换器根据所述温度测量时钟电路提供的温度测量时钟信号驱动所述开关动作，控制所述温度感测模块与所述运算放大器顺序电性导通。
5、根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述温度感测模块包括多个温度传感器及热电阻驱动器，其中所述热电阻驱动器与所述温度传感器电性连接，弹性导热硅胶将所述温度传感器固定在所述燃料电池的极板上，所述温度传感器通过传感器走线通道与所述电路板电性连接。
6、根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述柔性取电装置包括多个柔性导电橡胶。
7、根据权利要求3或4所述的检测装置，其特征在于，所述开关为光隔离开关。
8、根据权利要求4或5所述的检测装置，其特征在于，所述第一串并转换器或第二串并转换器包含一选通步长信号端口，与所述控制接口电性连接。
9、根据权利要求4或5所述的检测装置，其特征在于，所述第一串并转换器或第二串并转换器为多个彼此串联连接的串并转换器。
10、根据权利要求3或5所述的检测装置，其特征在于，所述燃料电池的单电池及所述温度传感器与所述开关一一对应。
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