氢燃料电池电堆及该氢燃料电池电堆的检测系统、方法

技术领域

本发明涉及氢燃料电池电堆技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池电堆及该氢燃料电池电堆的检测系统、方法。

背景技术

燃料电池以其能量转换效率高、对环境影响小等优点而引起了研究机构和政府的极大关注。为了满足使用功率需求，通常将几十甚至上百节单电池以串联的方式层叠组装成一个燃料电池电堆。在燃料电池电堆中各单节电池相对独立工作，输出电流相同，但由于燃料电池电堆为串联结构，单节电池的性能好坏会直接影响到整个燃料电池电堆的性能输出和使用安全性。因此单电池电压检测作为燃料电池检测系统中的一部分，对于燃料电池性能评价分析有着重要意义。

由于电堆中各串联单节电池的差异性，以及其内部环境的复杂性，在电堆运行过程中经常会因为局部过干、水淹、反应活性点不足等问题，导致单电池的电压发生异常变化，则意味着该单电池出现了故障。而单片电池的故障会影响到整个燃料电池电堆的正常运行，因而需要实时采集、监测各片电池电压，作为控制系统决策的重要依据。

传统的单电池电压检测系统需要研究人员手动将探针插入每节单电池，且探针数量固定，只适用于对应数量的电堆，对于单体数量不同的燃料电池电堆，需要重新制作新的极板巡检端。因此，如何满足不同规格的燃料电池堆的单体电压检测需求，且探针能够自动快速准确插入各节单电池，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种能准确测量氢燃料电池的每片单电池的电压及相关参数的氢燃料电池电堆及该氢燃料电池电堆的检测系统、方法。

本发明公开了一种氢燃料电池电堆的检测系统，包括单片机和探针组件，所述氢燃料电池电堆包括若干个单电池；所述单片机控制所述探针组件位移使得所述探针组件与所述单电池的极板对准；还包括接口芯片，所述接口芯片一端与所述探针组件连接、另一端与所述单片机连接，所述单片机通过所述接口芯片获取所述探针组件检测到的所述单电池的电压；还包括上位机，所述上位机与所述单片机连接，所述单片机内存储有若干个预设移动坐标，所述上位机控制所述探针组件按照不同的所述预设移动坐标移动至不同的所述单电池的极板处；还包括传感器接口，氢燃料电池电堆包括传感器组件，所述传感器接口一端与所述传感器组件连接、另一端与所述单片机连接，所述单片机通过所述传感器组件获取所述燃料电池电堆的参数。

优选的，所述单片机和探针组件之间设有直线滑台组件，所述探针组件与所述直线滑台组件固定连接，所述单片机控制所述直线滑台组件位移，进而控制所述探针组件位移。

优选的，所述单片机为型号为STM32F407；所述接口芯片的型号为LTC6813的电池组监测芯片，所述接口芯片包括多个监测接口，用于监测至少一片所述单电池的电压。

优选的，还包括驱动组件，所述驱动组件与所述单片机连接，所述驱动组件包括伺服电机驱动件、风机驱动件和气动组件驱动件；所述直线滑台组件通过所述伺服电机驱动件驱动；所述氢燃料电池电堆设有风机和气动组件，通过所述风机对所述氢燃料电池电堆散热，通过所述气动组件控制对所述氢燃料电池电堆的供气管理；所述风机通过所述风机驱动件驱动；所述气动组件通过所述气动组件驱动件驱动；所述上位机内还存储有若干个风机转速和若干个气流参数；所述单片机获取所述风机转速，并控制所述风机按照不同的所述风机转速运行；所述单片机获取所述气流参数，并控制所述气动组件按所述气流参数运行。

优选的，还包括与所述单片机连接的显示器和操作键盘，通过所述显示器显示所述单片机的数据；通过所述操作键盘向所述单片机发出操作指令。

本发明还公开了一种氢燃料电池电堆的检测方法，应用于上述的一种氢燃料电池电堆检测系统，包括：所述上位机内储存有若干个相邻两所述单电池的极板之间的第一距离x

优选的，还包括与所述氢燃料电池电堆连接的电子负载，所述电子负载通过电子负载控制接口与所述单片机连接。

优选的，所述单片机控制所述接口芯片在第一预设时间段内对同一所述单电池获取预设次数的电压，并取平均值。

本发明还公开了一种氢燃料电池电堆，设有上述的氢燃料电池电堆检测系统。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.通过控制探针的移动来获取氢燃料电池电堆的不同单电池的电压，并通过传感器来获取氢燃料电池电堆的温度、气压，从而实现对电池的各参数测试；

2.在氢燃料电池电堆的工作过程中，还通过获取电池的各参数来获取电池的运行状态，并会根据相应的异常参数对气动组件、风扇等进行控制，以使其回到正常阈值内。

附图说明

图1为本发明提供的氢燃料电池电堆的检测系统的结构原理图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参见附图1，本发明公开了一种氢燃料电池电堆的检测系统，包括：

-氢燃料电池电堆，若干个单电池堆叠组成氢燃料电池电堆主体，由所有单电池共同组成供电源，氢燃料电池电堆主体与传感器组件共同组成氢燃料电池电堆；

-探针组件，与单片机连接，用于检测单电池的电压；

-单片机，控制系统，通常为MCU，用于控制各个组件；

-接口芯片，与单片机连接，用于获取并转换探针组件检测到的数据；

-上位机，与单片机通过单片机接口连接，用于向单片机发送控制指令；单片机接口

通常为USB接口；

-传感器接口，与单片机和传感器组件连接，用于获取氢燃料电池电堆主体的各项参数。

单片机控制探针组件位移使得探针组件与单电池的极板对准，检测单电池的电压，接口芯片一端与探针组件连接、另一端与单片机连接，单片机通过接口芯片获取探针组件检测到的单电池的电压。

单片机在优选实施例中的型号选择为STM32F407。接口芯片在优选实施例中的型号选择为LTC6813的电池组监测芯片，LTC6813芯片包括多个监测接口，可测量18路电压，当接口芯片的数量为2时，即可用于监测最多36个单电池的电压。

上位机与单片机连接，上位机内存储有若干个预设移动坐标，单片机从上位机获取预设移动坐标，并控制探针组件按照不同的预设移动坐标移动至不同的单电池的极板处，以实现探针组件对每个单电池的电压的检测。

需要说明的是，本发明的移动坐标为三维的坐标，即根据该移动坐标进行的位移过程包括三维的三个方向的移动。

上位机还可进行数据分析、报表生成、可视化图形生成等等。

传感器组件一端与燃料电池电堆连接、另一端通过传感器接口与单片机连接，单片机通过传感器组件获取燃料电池电堆的参数。传感器组件包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器。

较佳的，单片机和探针组件之间设有直线滑台组件，探针组件与直线滑台组件固定连接，单片机控制直线滑台组件位移，进而控制探针组件位移。

由于单电池的电压测量需要保证探针组件与单电池的极板精确对准，故需要定时对该直线滑台进行校准，避免测量到错误的单电池、及测量误差的情况。

较佳的，还包括驱动组件，驱动组件与单片机连接，驱动组件包括伺服电机驱动件、风机驱动件和气动组件驱动件。

直线滑台组件通过伺服电机驱动件驱动。氢燃料电池电堆设有风机和气动组件，通过风机对氢燃料电池电堆散热，通过气动组件控制对氢燃料电池电堆的供气管理。风机通过风机驱动件驱动；气动组件通过气动组件驱动件驱动。上位机内还存储有若干个风机转速和若干个气流参数。单片机从上位机获取风机转速，并控制风机按照不同的风机转速运行；单片机获取气流参数，并控制气动组件按气流参数运行。

在单片机通过传感模块获取到氢燃料电池电堆的参数异常时，则控制风机或是气动组件来调整氢燃料电池电堆的运行情况。

需要说明的是，气动组件包括但不限于阀门开度控制器、流量控制器。

较佳的，还包括与单片机连接的显示器和操作键盘，通过显示器显示单片机的数据，可供操作人员更加直观的获取氢燃料电池电堆的运行数据。

本发明还公开了一种氢燃料电池电堆的检测方法，应用于上述的一种氢燃料电池电堆检测系统，包括：上位机内储存有若干个相邻两单电池的极板之间的第一距离x

例如，一氢燃料电池电堆包括4块单电池，分别是一号单电池D1、二号单电池D2、三号单电池D3和四号单电池D4。D1与D2的极板之间的距离为X1，D2与D3的极板之间的距离为X2，D3与D4的极板之间的距离为X3。若当前探针位于二号单电池D2的极板处，目标单电池是四号单电池D4，则移动坐标为X2+X3。若当前探针位于一号单电池D1的极板处，目标单电池是四号单电池D4，则移动坐标为X1+X2+X3。

探针组件每移动一次，则记录当前所位于的单电池的编号，以进行下一次移动的测算。

较佳的，还包括与氢燃料电池电堆主体连接的电子负载，电子负载通过电子负载控制接口与单片机连接，氢燃料电池电堆的电能用于该电子负载。

较佳的，单片机控制接口芯片在第一预设时间段内对同一单电池获取预设次数的电压，并取平均值，使得获取的电压的准确性更高。

本发明还公开了一种氢燃料电池电堆，设有上述的氢燃料电池电堆检测系统，并可通过上述的氢燃料电池电堆的检测方法进行电池检测。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。