燃料电池空间信息分布测试系统及多方位在线诊断平台技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池空间信息分布测试系统及多方位在线诊断平台，其中分布测试系统包括单通道电流传感器、多通道电流传感器、PXI数据收集处理中心、电子负载和单电池测试平台；燃料电池堆中的隔断电池与单通道电流传感器一一对应连接，各个单通道电流传感器集中接入多通道电流传感器，多通道电流传感器与PXI数据收集处理中心连接，PXI数据收集处理中心与电子负载连接；单电池测试平台同步分析PXI数据收集处理中心输入的控制信号，并根据控制信号进行原位检测分析。本发明专利技术不仅可以给出电堆整体信息，还可原位多线程获取电池内部电化学反应、传质以及内阻变化等信息，从而准确给出电堆及隔断电池内部信息的实时变化情况。

Fuel Cell Spatial Information Distribution Testing System and Multi-Directional Online Diagnosis Platform

The invention relates to a fuel cell spatial information distribution testing system and a multi-direction on-line diagnostic platform, in which the distributed testing system includes a single channel current sensor, a multi-channel current sensor, a PXI data collection and processing center, an electronic load and a single battery testing platform; the disconnecting batteries in the fuel cell stack are connected with a single channel current sensor one by one, and each single channel electric current sensor is connected one by one. Flow sensors are centrally connected with multi-channel current sensors, multi-channel current sensors are connected with PXI data collection and processing center, and PXI data collection and processing center is connected with electronic load. Single battery test platform synchronously analyses the control signals input by PXI data collection and processing center, and carries out in-situ detection and analysis according to the control signals. The invention can not only give the overall information of the stack, but also obtain the information of the electrochemical reaction, mass transfer and internal resistance change in the battery by in-situ multithreading, so as to accurately give the real-time change of the internal information of the stack and the interrupting battery.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池空间信息分布测试系统及多方位在线诊断平台
本专利技术涉及燃料电池
，特别是涉及一种燃料电池空间信息分布测试系统及多方位在线诊断平台。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMenmbraneFuelCell,PEMFC)是一种具有广阔应用前景的发电装置，其可以不经过燃烧而直接将化学能转换为电能，其能量的产出过程不受卡诺循环限制，其理论能量转化率可高达85％～90％。此外，其产能过程具有优异的连续性且环境友好，即只要保证外部燃料供给，电池即可进行连续发电，且整个过程不产生氮氧化物和硫氧化物，因此必将在今后的能源体系中占据重要的位置。PEMFC技术目前在国际上已趋于成熟并已经进行了一定的商业化推广，如丰田Mirai、本田ClarityFCV等均采用PEMFC作为供电系统。在我国，PEMFC性能比肩到国际先进水平，但是电池寿命仍存在较大的提升空间，其已经成为制约我国PEMFC进行产业化推广的瓶颈问题。PEMFC电堆由多个单体电池/隔断电池以串联方式层叠组合而成，其性能和效率受电池温度、水管理、操作压力、反应物加湿、气体流量和硬件设计等诸多因素的影响。这些主要影响因素会引起电池内部产生活化极化、欧姆极化以及传质极化，其产生原因分别对应着催化剂活性下降、薄膜以及电池原件电阻升高以及反应物在电极中的传输受阻。运用精密分析手段对电堆及单电池的性能以及主要衰减机制进行诊断方可有针对性地对电池电堆进行优化，其对提高PEMFC的寿命有着至关重要的意义。此外，电池的性能衰减是在线过程，只有对电池信号进行原位检测才能够实时对电池内部的理化变化进行准确判断，并克服离线分析检测手段的滞后性、破坏性、信息量小、准确性低等各种缺点。目前，燃料电池分析评价测试系统的开发已得到国外诸多公司的重视，包括TesSol(美国)、MorphicTechnologies(瑞典)、FuelCellTechnologies(美国)、Scribner(美国)、GreenLight(加拿大)、Arbin(美国)、Electro-Chem(美国)等公司已开发出成熟的测试系统。但目前的燃料电池分析测试系统仅能够给出电流-电压曲线和电堆整体信息，无法实现对电堆以及隔断电池的原位检测，难以准确给出电池内部信息的实时变化情况以及对电池性能衰减机理的深入解析。理想的PEMFC分析诊断系统应实现在线获取电池过程的准确电化学反应、物质传递、电子传输和电池各部件衰减的动态信息，实现对电池衰减机理的准确认知和深入剖析。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前的燃料电池分析测试系统仅能够给出电流-电压曲线和电堆整体信息，无法实现对电堆以及隔断电池的原位检测，难以准确给出电池内部信息的实时变化情况以及对电池性能衰减机理的深入解析的问题，提供一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统，包括单通道电流传感器、多通道电流传感器、PXI数据收集处理中心、电子负载和单电池测试平台；燃料电池堆中的隔断电池与所述单通道电流传感器一一对应连接，各个所述单通道电流传感器集中接入所述多通道电流传感器，所述多通道电流传感器与所述PXI数据收集处理中心连接，所述PXI数据收集处理中心采集各个所述隔断电池的电流信息和相位信息并输入控制信号至所述电子负载；所述单电池测试平台同步分析所述PXI数据收集处理中心输入的所述控制信号，并根据所述控制信号对所述隔断电池的内部信息进行原位检测分析。同时，本专利技术还提出一种燃料电池多方位在线诊断平台，包括上述的硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统，还包括物料供给系统、温度控制系统、数据采集和控制系统以及安全保障系统；所述物料供给系统用于在所述数据采集和控制系统的反馈调节下控制进入燃料电池堆的燃料、氧气和水的压力以及流量；所述温度控制系统用于在所述数据采集和控制系统的反馈调节下控制进入所述燃料电池堆的燃料、氧气和水的温度以及燃料、氧气的湿度；所述硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统用于实现所述燃料电池堆的电流、电化学阻抗的多通道同步测试、隔断电池诊断以及同步测量分析所述燃料电池堆的电化学阻抗以及电化学活性面积；所述数据采集和控制系统用于对所述硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统、所述物料供给系统和所述温度控制系统进行调控以及将所述燃料电池堆在测试过程中的理化参数转换为数字信号并通过友好界面实时显示；所述安全保障系统用于保证所述燃料电池堆在测试过程中的安全性和对测试过程中的排出物进行系统管理。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提出的一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统不仅可以给出电堆整体信息，还可原位多线程获取电池内部电化学反应、传质以及内阻变化等信息，从而为准确给出电堆及隔断电池内部信息的实时变化情况并系统地实现PEMFC电堆的精密多方位在线分析诊断奠定了坚实基础。同时，本专利技术所提出的燃料电池多方位在线诊断平台的开发不仅弥补了相关领域的研究空白，并且对实现我国燃料电池实用化及产业化推广起到了积极的促进作用。附图说明图1为本专利技术中硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统的结构示意图；图2为本专利技术中多方位在线诊断平台的结构示意图；图3为本专利技术中多方位在线诊断平台的另一个结构示意图。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。在其中一个实施例中，如图1所示，本专利技术公开一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统，该系统包括单通道电流传感器1、多通道电流传感器2、PXI数据收集处理中心3、电子负载4和单电池测试平台5；燃料电池堆(简称为电堆)中的隔断电池6与单通道电流传感器1一一对应连接，各个单通道电流传感器1集中接入多通道电流传感器2，多通道电流传感器2与PXI数据收集处理中心3连接，PXI数据收集处理中心3采集各个隔断电池6的电流信息和相位信息并输入控制信号至电子负载4；单电池测试平台5同步分析PXI数据收集处理中心3输入的控制信号，并根据控制信号对隔断电池6的内部信息进行原位检测分析。具体地，在本实施例中，隔断电池6(图1中箭头代表流经各个隔断电池6的电流的流向)分别与单通道电流传感器1(与导线7直接相连的黑色长方块)进行一一对应连接后通过导线7集中接入多通道电流传感器2，PXI数据收集处理中心3(PXIDataAcquisition，PXIDAQ)与多通道电流传感器2相连接，以实现PXI数据收集处理中心3对各个隔断电池6的电流大小和相位进行采集处理。PXI数据收集处理中心3采集各个隔断电池6的电流信息和相位信息，并根据实际情况向电子负载4(LOADBOX)输入控制信号，从而控制整体电流输出。单电池测试平台5(SINGLECELLTESTSTATION)同步分析PXI数据收集处理中心3输入的控制信号，从而对燃料电池堆以及各个隔断电池6的内部信息进行原位检测分析。硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统允许在高电流、标准电流以及低电流模式下采集分析16个电流通道。在标准电流模式下，隔断电流的测试上限可达15A。采用逆流技术可以使隔断电池的设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统，其特征在于，包括单通道电流传感器(1)、多通道电流传感器(2)、PXI数据收集处理中心(3)、电子负载(4)和单电池测试平台(5)；燃料电池堆中的隔断电池(6)与所述单通道电流传感器(1)一一对应连接，各个所述单通道电流传感器(1)集中接入所述多通道电流传感器(2)，所述多通道电流传感器(2)与所述PXI数据收集处理中心(3)连接，所述PXI数据收集处理中心(3)采集各个所述隔断电池(6)的电流信息和相位信息并输入控制信号至所述电子负载(4)；所述单电池测试平台(5)同步分析所述PXI数据收集处理中心(3)输入的所述控制信号，并根据所述控制信号对所述隔断电池(6)的内部信息进行原位检测分析。

【技术特征摘要】
1.一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统，其特征在于，包括单通道电流传感器(1)、多通道电流传感器(2)、PXI数据收集处理中心(3)、电子负载(4)和单电池测试平台(5)；燃料电池堆中的隔断电池(6)与所述单通道电流传感器(1)一一对应连接，各个所述单通道电流传感器(1)集中接入所述多通道电流传感器(2)，所述多通道电流传感器(2)与所述PXI数据收集处理中心(3)连接，所述PXI数据收集处理中心(3)采集各个所述隔断电池(6)的电流信息和相位信息并输入控制信号至所述电子负载(4)；所述单电池测试平台(5)同步分析所述PXI数据收集处理中心(3)输入的所述控制信号，并根据所述控制信号对所述隔断电池(6)的内部信息进行原位检测分析。2.根据权利要求1所述的一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统，其特征在于，所述PXI数据收集处理中心(3)采用PXI数据采集仪，所述PXI数据采集仪的采样频率为0.1MH～10MHz。3.根据权利要求1或2所述的一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统，其特征在于，所述多通道电流传感器(2)采用电子式罗柯夫斯基电流传感器。4.根据权利要求1或2所述的一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统，其特征在于，所述多通道电流传感器(2)采用电磁式电流传感器。5.根据权利要求1或2所述的一种硬件在环式的多通道燃料电池空间信息分布测试系统，其特征在于，所述隔断电池(6)的放电电流的上限范围为1A～50A。6.一种燃料电池多方位在线诊断平台，其特征在于，包括如权利要求1至5...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯帅，葛君杰，邢巍，刘长鹏，金钊，梁亮，李晨阳，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22