一种用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置

技术领域

本发明属于可再生能源与氢能技术领域，具体涉及一种用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置。

背景技术

随着传统化石能源被逐渐消耗，氢能作为一种新型能源产业发展迅速。质子交换膜燃料电池是目前应用最广泛的一种氢能利用装置，制约质子交换膜燃料电池产业化发展的关键因素是其寿命和性能。燃料电池内部电流密度分布的均一性可直接反映燃料电池的运行状态，是判断燃料电池健康程度的重要依据，研究燃料电池电堆内部的电流密度分布对提高其寿命和性能有着非常重要的意义。

目前主要的测试电堆内部电流密度分布的方法是在电堆中插入燃料电池分区采集板，通过燃料电池分区采集板获取电堆内不同区域的实时电流。燃料电池分区采集板的装置示意图如图1～3所示，一侧设有信号采集端口，中间为分区电流采集区域，由多个阵列排布的采集单元组成，各采集单元包括自上而下依次设置的敷铜镀金分区顶层、中间走线层和高精度采样电阻底层，还包括两个贯穿敷铜镀金分区顶层、中间走线层和高精度采样电阻底层、且经金属化处理的电流采集过孔。高精度采样电阻底层的下表面设有采样电阻，采样电阻的正极与电流采集过孔连接。最后利用中间走线层采集采样电阻两端的电势差，并经信号采集端口输出，实现电堆内部任意位置的分区电流分布检测。

随着相关研究的推进，这种电流密度检测方法已经比较完善，可以较精确地测量燃料电池内部电流密度分布。但是受限于制造工艺以及元器件的缺陷，分区采集板中各通道的测量值与期望理论值相比均会存在一定的偏差，为了消除这些偏差，保证采集的数据精确有效，需要在安装前对分区采集板的采集精度进行校准。

现有对分区采集板采集精度的校准方法主要是通过对各分区施加恒定电流，将采集回来的数据与理论值进行对比修正，使修正后得到的数据曲线与理论曲线重合。此方法可靠有效，但存在一定问题，为了不对校准结果造成干扰，需要在校准时对各分区单独施加电流，当分区数量增加时重复工作量很大，且在施加电流时，导线或探针与分区板镀金平面接触易出现虚接，造成测试结果失真。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本发明提出了一种用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置，辅助实验人员对分区采集板进行批量化的采集精度校准，减少因人为操作产生的实验误差，最大程度降低校准工作的工作量。

本发明具体技术方案如下：

一种用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置，其特征在于，包括电流传递板和多个金属探针；所述电流传递板的中间为与燃料电池分区采集板的分区电流采集区域对应的电流传递区域，一侧设有电流输入端口；

所述电流传递区域由多个阵列排布并与采集单元一一对应的校准单元组成；各校准单元包括自上而下依次设置的顶层敷铜镀金分区、走线层和底层敷铜镀金分区，还包括贯穿顶层敷铜镀金分区、走线层和底层敷铜镀金分区的金属化的电流传递过孔；相邻校准单元的顶层敷铜镀金分区相互电气隔离，相邻校准单元的底层敷铜镀金分区相互电气隔离；

外部恒流源通过电流输入端口，流经走线层，为各校准单元的顶层敷铜镀金分区和底层敷铜镀金分区传输校准电流；

所述装置用于校准时，电流传递板平行于燃料电池分区采集板放置，并通过在校准单元的电流传递过孔与对应采集单元的任一个电流采集过孔之间设置金属探针传输校准电流。

进一步地，所述校准单元中电流传递过孔的位置与采集单元中对应电流采集过孔的位置处于同一轴线。

进一步地，所述电流传递板的整体结构与燃料电池分区采集板一致，所述装置用于校准时，二者通过螺杆固定，以确保二者平行放置，并各校准单元与对应采集单元的相对位置一致。

进一步地，所述金属探针为平头弹簧金属探针，以保证电流传递板或燃料电池分区采集板出现弯曲时，各校准单元与对应采集单元仍能保持良好的电气连接。

进一步地，所述装置用于校准时，通过电流传递板为各采集单元传输校准电流，采集采样电阻两端的电势差，电势差处理后与校准电流进行对比修正，获得校准后电流分布。

本发明的有益效果为：

本发明提出了一种用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置，实现燃料电池分区采集板中批量采集单元的精度校准，更加便捷快速，大幅降低校准燃料电池分区采集板采集精度的工作量，减少因人为操作产生的实验误差；同时，通过通过金属探针连接电流传递板与燃料电池分区采集板，可保证二者之间的充分接触，避免因可能存在的接触不良导致的电流检测问题。

附图说明

图1为燃料电池分区采集板的装配及采集原理示意图；

图2为燃料电池分区采集板中敷铜镀金分区顶层的结构俯视图；

图3为燃料电池分区采集板中高精度采样电阻底层的结构俯视图；

图4为本发明实施例1中电流传递板的结构俯视图；

图5为本发明实施例1提出的用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置与燃料电池分区采集板的装配示意图；

图6为本发明实施例1提出的用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置在校准测试时的系统连接示意图；

图7为本发明实施例1中燃料电池分区采集板在校准前后的采集精度对比图。

附图包括以下附图标记：

1：校准单元

2：电流传递过孔

3：电流输入端口

4：采集单元

5：第一电流采集过孔

6：信号采集端口

7：采样电阻

8：电流传递板

9：燃料电池分区采集板

10：金属探针

11：第二电流采集过孔

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，结合以下具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明。

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本方明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

本实施例针对如图1～3所示的燃料电池分区采集板9，提供了一种用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置。

所述燃料电池分区采集板9可设置于任意相邻两片燃料电池单元之间，用于在线检测燃料电池堆内部的分区电流分布。所述燃料电池分区采集板9的一侧设有信号采集端口6，中间为分区电流采集区域，由多个阵列排布的采集单元4组成，各采集单元4包括自上而下依次设置的敷铜镀金分区顶层、中间走线层和高精度采样电阻底层，还包括贯穿敷铜镀金分区顶层、中间走线层和高精度采样电阻底层、且经金属化处理的第一电流采集过孔5和第二电流采集过孔11。高精度采样电阻底层的下表面设有采样电阻7，电阻值为100mΩ，采样电阻7的正极与第一电流采集过孔5连接。第一电流采集过孔5将敷铜镀金分区顶层的电流收集后，流经采样电阻7，利用中间走线层采集采样电阻7两端的电势差，并经信号采集端口6输出，实现电堆内部任意位置的分区电流分布检测。

本实施例提出的用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置包括电流传递板8和多个金属探针10。如图4所示，所述电流传递板8的中间为与燃料电池分区采集板9的分区电流采集区域对应的电流传递区域，一侧设有电流输入端口3。

所述电流传递区域由多个阵列排布并与采集单元4一一对应的校准单元1组成；各校准单元1包括自上而下依次设置的顶层敷铜镀金分区、走线层和底层敷铜镀金分区，还包括贯穿顶层敷铜镀金分区、走线层和底层敷铜镀金分区的金属化的电流传递过孔2；相邻校准单元1的顶层敷铜镀金分区相互电气隔离，相邻校准单元1的底层敷铜镀金分区相互电气隔离。

外部恒流源通过电流输入端口3，流经走线层，为各校准单元1的顶层敷铜镀金分区和底层敷铜镀金分区传输校准电流。

如图5所示，所述电流传递板8的整体结构与燃料电池分区采集板9一致，所述装置用于校准时，电流传递板8与燃料电池分区采集板9通过螺杆固定，以确保电流传递板8平行于燃料电池分区采集板9放置，各校准单元1与对应采集单元4的相对位置一致，即所述校准单元1中电流传递过孔2的位置与对应采集单元4的第一电流采集过孔5的位置处于同一轴线。通过在校准单元1的电流传递过孔2与对应采集单元4的第一电流采集过孔5之间设置金属探针10传输校准电流，金属探针10为平头弹簧金属探针，材质为金，以保证电流传递板或燃料电池分区采集板出现弯曲时，各校准单元与对应采集单元仍能保持良好的电气连接的。

图6为本实施例提出的用于校准燃料电池分区采集板采集精度的装置在校准测试时的系统连接示意图，具体测试过程如下：将电源设置为5V恒压模式，电子负载设置为恒流模式，通过修改电子负载中电流的数值控制回路中电流恒定；将电源连接到电流传递板8的电流输入端口3的各通道上，依次对各通道施加-3A、-2A、-1A、0A、1A、2A和3A的校准电流；燃料电池分区采集板9采集各采样电阻7两端的电势差，经信号采集端口6传输至外部的信号放大模块进行10倍放大处理，数据采集模块采集放大后的电压信号(此时采样电阻7两端电压理论值应与校准电流数值相同)，得到对应采集单元4的校准前电流值。

图7为本实施例中燃料电池分区采集板在校准前后的采集精度对比图；其中，黑色方块曲线为数据采集理论值曲线，根据分区采集板设计，采样电压数值应与设定电流数值(-3A、-2A、-1A、0A、1A、2A和3A)完全相等。深灰色圆形曲线为数据采集模块采集的校准前电流值，可以观察到曲线与理论值有偏差；通过线性回归法对校准前电流值进行校准，得到的校准后电流值为图中的浅灰色三角曲线，校准后电流值曲线与理论值曲线重合。由图7可证明采用本实施例提供的装置进行采集精度校准后，可保证燃料电池分区采集板9采集到的电流精确有效，使得校准后电流值与理论值一一对应。