專利名稱：一種燃料電池電流分布測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于清潔能源質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種燃料 電池內(nèi)部電流分布測(cè)量方法及裝置，具體說(shuō)涉及用磁場(chǎng)的方法對(duì)質(zhì)子交換膜燃料 電池內(nèi)部電流分布進(jìn)行測(cè)量。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。這里 結(jié)合附圖對(duì)其結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要描述
如圖1所示，質(zhì)子交換膜燃料電池由膜電極和雙極性集流板等部件組成。其 中膜電極包括質(zhì)子交換膜101、陰極催化劑層102、陰極擴(kuò)散層103、陽(yáng)極催化劑 層105、陽(yáng)極擴(kuò)散層106;雙極性集流板(簡(jiǎn)稱雙極板或集流板)則分別為陰極 集流板104和陽(yáng)極集流板107，用于導(dǎo)電和導(dǎo)流。
燃料電池工作時(shí)由氫氣入口 109向陽(yáng)極供給燃料(氫氣)，由空氣入口 108 向陰極供給氧化劑(空氣)。在Pt催化劑作用下，氫氣分子在陽(yáng)極催化劑層105 分解為氫離子(質(zhì)子)與電子，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜101遷移到陰極側(cè)，產(chǎn)生 電勢(shì)。當(dāng)外部負(fù)載電路接通時(shí)，電子則通過(guò)外部負(fù)載電路遷移到陰極，在陰極催 化劑的作用下，空氣中的氧分子和抵達(dá)陰極的氫離子吸收電子，在陰極催化劑層 102反應(yīng)生成水。 一系列的反應(yīng)促使電子不斷地流過(guò)外部電路而輸出電能。
電化學(xué)反應(yīng)在擴(kuò)散層、催化劑層和質(zhì)子交換膜的整個(gè)表面進(jìn)行，因此質(zhì)子遷 移在整個(gè)質(zhì)子交換膜上均有發(fā)生，也就形成整個(gè)交換膜上均有電流穿透過(guò)去。在 此過(guò)程中，由于催化劑分布均勻程度、催化劑活性差異、流場(chǎng)及擴(kuò)散層一致性引 起的反應(yīng)氣體濃度和壓力分布差異、水熱分布不均、各層間接觸電阻分布不勻等 因素，均可影響質(zhì)子交換膜兩側(cè)界面電化學(xué)反應(yīng)的分布，也就影響電池內(nèi)部各 部分的穿透電流密度(單位面積上單位時(shí)間內(nèi)穿透的電荷數(shù)量)，也就是說(shuō)燃料 電池的各個(gè)區(qū)域電流分布往往存在不均勻的現(xiàn)象。
電池的這種不均勻性，限制了燃料電池輸出功率，嚴(yán)重的時(shí)候可能導(dǎo)致電池內(nèi)產(chǎn)生局部的反向電流、局部溫度過(guò)高(局部的熱點(diǎn))，質(zhì)子交換膜穿透等問(wèn)題。 因此，有必要研究電流密度分布的測(cè)量方法以及在線監(jiān)測(cè)裝置。
目前，質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部電流分布測(cè)量技術(shù)主要有以下幾種
劉志祥等人使用了子電池法測(cè)量質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部電流分布。該技術(shù) 利用銅板、陽(yáng)極碳紙等改造陽(yáng)極流場(chǎng)板、陽(yáng)極擴(kuò)散層和催化劑層，并把膜電極與 具有子電池分割的陽(yáng)極流場(chǎng)板和未分割的陰極流場(chǎng)板一起組裝成單電池，進(jìn)行電 流密度的相關(guān)測(cè)試。這種方法制作工藝復(fù)雜，加工難度大，制作成本高，使用不 方便，測(cè)量裝置不能獨(dú)立于原來(lái)的質(zhì)子交換膜燃料電池。
Noponen等人采用了分割流道法來(lái)研究電流分布。這種技術(shù)是采用PVC塑 料作為流場(chǎng)基板，在塑料表面刻出溝槽并裝入鋼條收集電流。采用分割流道技術(shù) 的缺點(diǎn)是加工難度大，使用復(fù)雜，流道間相互串氣，不能獨(dú)立于質(zhì)子交換膜燃 料電池本體。
Partridge等人利用設(shè)置在電池外部的紅外傳感器測(cè)量電池內(nèi)部的溫度場(chǎng)來(lái)間 接測(cè)量電流分布。因?yàn)殡娏鞔嬖跓嵝?yīng)，所以電流分布不均勻會(huì)引起溫度場(chǎng)的變 化。這種方法需要對(duì)電池的密封殼體進(jìn)行改裝，采用可透過(guò)紅外輻射的材料，通 常是換成透過(guò)紅外線的玻璃窗。此法存在若干缺點(diǎn)其一，玻璃的強(qiáng)度低、脆性 大，需要留意其安全性；其二，由于材料存在熱慣性，電流到溫度的響應(yīng)速度很 慢，其延遲一般在秒級(jí)，難以反映瞬態(tài)變化的電流分布。對(duì)于在線監(jiān)控，就不能 及時(shí)對(duì)于故障進(jìn)行預(yù)防，往往產(chǎn)生破壞性故障的后果。
可見，上述這些分布電流測(cè)量方法的缺點(diǎn)主要包括
(1) 制作成本高，加工難度大；
(2) 使用不方便；
(3) 對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池的電極進(jìn)行改造；
(4) 測(cè)量部件不是一個(gè)獨(dú)立于質(zhì)子交換膜燃料電池的裝置。
為了解決這些問(wèn)題，作者提出了一種利用電流的磁效應(yīng)測(cè)量質(zhì)子交換膜燃料 電池內(nèi)部電流分布的方法以及相應(yīng)的測(cè)量裝置。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出利用電流的磁效應(yīng)測(cè)量質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部電流 分布的一種燃料電池內(nèi)部電流分布測(cè)量方法及裝置。其特征在于，所述燃料電池 內(nèi)部電流分布測(cè)量方法是利用磁傳感器來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)和電流的分布情況；具體步驟 為
1) 確認(rèn)燃料電池的封裝沒(méi)有用軟磁材料、易磁化材料作為蓋板；將多個(gè)磁傳 感器布置于與燃料電池表面平行的某個(gè)平面內(nèi)；
2) 傳感器及燃料電池進(jìn)入工作狀態(tài)，測(cè)量燃料電池表面的磁場(chǎng)分布；
3) 根據(jù)磁場(chǎng)的分布，解算燃料電池表面的電流分布；
所述傳感器及燃料電池進(jìn)入工作狀態(tài)是開啟激勵(lì)源，將激勵(lì)源輸出激勵(lì)正弦 勵(lì)磁電流加到磁傳感器的磁環(huán)勵(lì)磁線圈上，在磁環(huán)中產(chǎn)生使之飽和的交變磁場(chǎng)； 燃料電池在工作狀態(tài)下，燃料電池內(nèi)部的分布電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加到磁環(huán)勵(lì)磁線 圈上，影響磁環(huán)的飽和程度，引起測(cè)量線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)的波形及諧波產(chǎn)生變 化，
所述測(cè)量線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)由磁環(huán)的測(cè)量線圈送到數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進(jìn)行 處理，按任意電流元M在P點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度
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則通有電流/ 、長(zhǎng)度為丄的載流直導(dǎo)線在P點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度5為
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其中//。為真空磁導(dǎo)率，A為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率。 解調(diào)出磁環(huán)對(duì)應(yīng)區(qū)域的電流大小。
所述燃料電池電流分布測(cè)量裝置包括在測(cè)量控制板4上分布有磁傳感器1， 測(cè)量控制板4放置在燃料電池7外部頂面，燃料電池7的電極6上連接負(fù)載5， 磁傳感器1的勵(lì)磁線圈連接激勵(lì)源2，磁傳感器1的測(cè)量線圈連接數(shù)據(jù)采集處理 3的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊。
所述數(shù)據(jù)采集處理3由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng) 器構(gòu)成；所述磁傳感器1的磁環(huán)上繞制一組測(cè)量線圈，用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)情況下燃料電池 電流的分布，此時(shí)，如果需測(cè)量靜態(tài)的電流分布，則需要對(duì)燃料電池負(fù)載電流進(jìn) 行調(diào)制或者疊加交流分量；
所述磁傳感器1的磁環(huán)上繞制兩組線圈， 一組為勵(lì)磁線圈， 一組為測(cè)量線圈， 激勵(lì)線圈采用交流勵(lì)磁到達(dá)飽和，如果磁環(huán)中疊加了外部磁場(chǎng)的時(shí)候，就會(huì)使勵(lì) 磁的飽和狀態(tài)的磁場(chǎng)交流分量的波形及諧波發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量線圈測(cè)量此變化 即可測(cè)得疊加的外部磁場(chǎng)，也就是說(shuō)測(cè)得了電池分布電流產(chǎn)生的恒定或者變化磁 場(chǎng)。
本發(fā)明的有益效果是無(wú)需對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池原來(lái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，即 可方便地測(cè)量燃料電池內(nèi)部的電流分布。由此可以做到
(1) 在燃料電池研制過(guò)程中，可用于檢測(cè)和研究局部缺氣、水熱分布不均、 接觸不良、催化劑分布不均勻、流失是否均勻等問(wèn)題；
(2) 在燃料電池生產(chǎn)制造過(guò)程中，可用以發(fā)現(xiàn)是否存在局部堵塞引起的局部 缺氣、是否存在水熱分布不均、是否存在接觸不良，以免將局部不良的單片電池 誤認(rèn)為是正常單片裝入電堆，導(dǎo)致整個(gè)燃料電池系統(tǒng)性能下降。
(3) 在燃料電池運(yùn)行過(guò)程中，可用于在線監(jiān)測(cè)是否存在局部的不良變化，防 止總電流正常范圍情況下，由于局部電流密度過(guò)大引起的故障、危險(xiǎn)。
同時(shí)，本測(cè)量裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于制作的特點(diǎn)。本發(fā)明著眼于 在線監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行預(yù)防，具有很高的實(shí)用價(jià)值。


圖1為質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部電流分布情況及流向示意圖。
圖3為在電池外部放置磁傳感器測(cè)量電池內(nèi)部電流分布與磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型示意圖。
圖4為在磁環(huán)中磁場(chǎng)方向示意圖。
圖5為電池電流在磁環(huán)中心產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向示意圖。
圖6為電池電流在磁環(huán)中產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向示意圖。圖7為電池電流在磁環(huán)軸線上感生的磁場(chǎng)方向示意圖。 圖8為燃料電池電流分布測(cè)量裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出了利用電流的磁效應(yīng)測(cè)量質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部電流分布的一 種燃料電池內(nèi)部電流分布測(cè)量方法及裝置。在圖8所示的燃料電池電流分布測(cè)量 裝置示意圖中，在測(cè)量控制板4上分布有磁傳感器1，測(cè)量控制板4放置在燃料 電池7外部頂面，燃料電池7的電極6上連接負(fù)載5，磁傳感器l的勵(lì)磁線圈連 接激勵(lì)源2，磁傳感器1的測(cè)量線圈連接數(shù)據(jù)采集處理3的數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊。所述 數(shù)據(jù)釆集處理3由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成；
利用燃料電池電流分布測(cè)量裝置測(cè)量燃料電池內(nèi)部的電流分布的原理如下，
本發(fā)明利用電流的磁效應(yīng)來(lái)測(cè)量燃料電池內(nèi)部的電流分布。我們知道，電流 在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此燃料電池內(nèi)部的電流分布，可以通過(guò)在電池外部按照一 定規(guī)律設(shè)置若干磁傳感器來(lái)測(cè)量。
燃料電池內(nèi)部的電流分布情況及流向如圖2所示，如果某一區(qū)域的電流密度 大，局部區(qū)域的磁場(chǎng)也應(yīng)該較大?？梢钥紤]通過(guò)局部磁場(chǎng)強(qiáng)弱的測(cè)量來(lái)測(cè)量局部 電流的大小。將燃料電池劃分為若干小區(qū)域，穿過(guò)每個(gè)小區(qū)域的電流可以簡(jiǎn)化為 通過(guò)該小區(qū)域軸心的載流直導(dǎo)線的電流；極板中到外部引出電極的電流簡(jiǎn)化橫向 的載流直導(dǎo)線。整個(gè)電池中的電流分布，則可簡(jiǎn)化為若干具有直角轉(zhuǎn)彎的載流直 導(dǎo)線，只要區(qū)域足夠小，則可以精確逼近實(shí)際電流的分布情況。
在小區(qū)域?qū)?yīng)的位置布置磁場(chǎng)傳感器，根據(jù)磁場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)的大小， 就可間接確定該小區(qū)域的電流大小。利用磁場(chǎng)傳感器在多處測(cè)量其對(duì)應(yīng)小區(qū)域的 電流，便可得知燃料電池內(nèi)部電流分布的整體情況。
如圖3所示，在電池外部放置磁傳感器測(cè)量電池內(nèi)部電流分布與磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模 型示意圖中，根據(jù)電磁學(xué)知識(shí)可知，任意電流元M在P點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度M 為
必=^ ^ 斗;r r則通有電流/、長(zhǎng)度為Z的載流直導(dǎo)線在P點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度S為
B",。 =^^(cos《-cos《) 4;zr
其中//。為真空磁導(dǎo)率，^為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率。
磁傳感器1是一種采用繞有線圈的磁環(huán)，如圖2所示的燃料電池內(nèi)部的電流 分布情況，可以簡(jiǎn)化為一系列具有直角轉(zhuǎn)彎的載流導(dǎo)線；故在電池外部放置磁傳 感器(如圖3、 5、 6、 7所示)。
磁環(huán)所覆蓋內(nèi)部區(qū)域的電流可簡(jiǎn)化抽象為與磁環(huán)同軸的載流導(dǎo)線，以及兩根 垂直磁環(huán)軸線的載流導(dǎo)線(對(duì)應(yīng)于通往引出端的電流，平行于雙極板表面)。與 磁環(huán)同軸的載流導(dǎo)線，會(huì)在磁環(huán)中激起環(huán)形磁場(chǎng)，如果這個(gè)磁場(chǎng)變化，磁環(huán)上的 線圈就會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電池面積較大，測(cè)量線圈尺寸相對(duì)較小，則兩根垂 直于磁環(huán)軸線的載流導(dǎo)線在磁環(huán)中激起的磁場(chǎng)近似看作為兩根無(wú)限長(zhǎng)的導(dǎo)線(從 磁環(huán)軸線出發(fā)直到無(wú)窮遠(yuǎn))， 一個(gè)距離磁環(huán)較遠(yuǎn)， 一個(gè)距離磁環(huán)較近。據(jù)此，可 以近似得到磁環(huán)P點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為
4 r
A(cos《-COS《)+ (^" + ^)
, 尸2r3 .
關(guān)于簡(jiǎn)化得到的同軸載流導(dǎo)線和垂直載流導(dǎo)線對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量的影響，有如下討論
(1) 如圖4，垂直于磁環(huán)軸線(平行與磁環(huán)端面)的載流導(dǎo)線601在磁環(huán)602 中激起的磁場(chǎng)S是反向?qū)ΨQ的，磁場(chǎng)方向一進(jìn)一出，區(qū)域603垂直紙面向里，區(qū) 域604垂直紙面向外，如果磁環(huán)上的線圈單向均勻繞制，則該導(dǎo)線電流變化在線 圈中引起的感生電動(dòng)勢(shì)可以基本相互抵消；另外磁場(chǎng)方向與磁環(huán)的閉合回路方向 垂直，故在磁環(huán)中激起的磁場(chǎng)也非常小，基于這兩個(gè)原因，故可以認(rèn)為該平行導(dǎo) 線在磁環(huán)上單向繞組中的感生電動(dòng)勢(shì)可以忽略。
(2) 如圖5所示，如果電池電流引出端704配置在相同一側(cè)(關(guān)于膜電極701 對(duì)稱)，則電流方向相反，兩橫向電流(平行于磁環(huán)端面、垂直于磁環(huán)軸線)在
9電池上方的磁環(huán)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)B還可互相抵消掉一部分；
如圖6所示，如果電池電流引出端804配置在相反一側(cè)(關(guān)于膜電極801反 對(duì)稱)，雖然電流是同向的，但由(1)所述，每段橫向等效載流導(dǎo)線在磁環(huán)中激 起的磁場(chǎng)都是反對(duì)稱的，故也可忽略其影響。同側(cè)配置燃料電池電流端子也具有
同樣的效應(yīng)，故其中橫向電流感生的磁場(chǎng)作用更明顯。
(3)如圖7所示，磁環(huán)901所覆蓋區(qū)域外部的分布電流，所占面積較大，可簡(jiǎn) 化為無(wú)限大，故進(jìn)一步認(rèn)為統(tǒng)計(jì)意義上電流分布基本對(duì)稱(特別是對(duì)于位于中部 的磁環(huán))，因此在磁環(huán)軸線上感生的磁場(chǎng)對(duì)稱但是方向相反(903產(chǎn)生的磁場(chǎng)在軸 線處垂直紙面向里，904產(chǎn)生的磁場(chǎng)在軸線處垂直紙面向外)，可以認(rèn)為基本上抵 消；對(duì)應(yīng)的電池表面的電流，依據(jù)上面的分析，易知基本對(duì)稱，且方向相反，故 也可大致抵消。
必要時(shí)，可以在磁環(huán)外部增加磁屏蔽裝置以進(jìn)一步屏蔽磁環(huán)區(qū)域外的電流的 影響。
綜上所述，可以大致得到結(jié)論磁環(huán)中所感生的磁場(chǎng)，主要與磁環(huán)所覆蓋區(qū) 域的穿透電流有關(guān)，其它區(qū)域的電流影響較小，粗略測(cè)量分析中可以考慮忽略不計(jì)。
當(dāng)然，在實(shí)際測(cè)量中，磁環(huán)中的磁場(chǎng)與所覆蓋區(qū)域的電流有關(guān)的同時(shí)，還是 受到其它區(qū)域電流分布的影響的。若要獲得更為準(zhǔn)確的結(jié)果，我們可以進(jìn)行定標(biāo) 以進(jìn)一步消除其它區(qū)域分布電流對(duì)磁環(huán)測(cè)量的影響。
從上述原理介紹可以看出，該測(cè)量方法的核心是電流與磁場(chǎng)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 而電流到磁場(chǎng)基本是同步變化，故響應(yīng)速度可以很快。另外，電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度 直接的線性關(guān)系，不像電流到紅外輻射之間非線性的影響關(guān)系那樣復(fù)雜，故測(cè)量 有可能做到更準(zhǔn)確。可見，本方法的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的。 實(shí)施例
測(cè)量燃料電池內(nèi)部的電流分布的測(cè)試過(guò)程為
確認(rèn)燃料電池7的封裝沒(méi)有用軟磁材料、易磁化材料作為蓋板；
測(cè)量燃料電池的電流分布的時(shí)候，將測(cè)量控制板4固定在燃料電池7的表面；測(cè)量時(shí)，激勵(lì)源2輸出激勵(lì)正弦勵(lì)磁電流加到磁環(huán)的勵(lì)磁線圈上，在磁環(huán)中 產(chǎn)生使之飽和的交變磁場(chǎng)，燃料電池內(nèi)部分布電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加到磁環(huán)上，影 響磁環(huán)的飽和程度，影響測(cè)量線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)的波形及諧波。
測(cè)量線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)送到數(shù)據(jù)采集處理3中，進(jìn)行處理；
解調(diào)出磁環(huán)對(duì)應(yīng)區(qū)域的電流大小。
所述磁傳感器1的磁環(huán)上繞制一組測(cè)量線圈，用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)情況下燃料電池 電流的分布，此時(shí)，如果需測(cè)量靜態(tài)的電流分布，則需要對(duì)燃料電池負(fù)載電流進(jìn) 行調(diào)制或者疊加交流分量；
所述磁傳感器l的磁環(huán)上繞制兩組線圈， 一組為勵(lì)磁線圈， 一組為測(cè)量線圈，激 勵(lì)線圈采用交流勵(lì)磁到達(dá)飽和，如果磁環(huán)中疊加了外部磁場(chǎng)的時(shí)候，就會(huì)使勵(lì)磁 的飽和狀態(tài)的磁場(chǎng)交流分量的波形及諧波發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量線圈測(cè)量此變化即 可測(cè)得疊加的外部磁場(chǎng)，也就是說(shuō)測(cè)得了電池分布電流產(chǎn)生的恒定或者變化磁 場(chǎng)，然后利用上述測(cè)量原理中的公式解調(diào)出磁環(huán)對(duì)應(yīng)區(qū)域的電流大小。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池內(nèi)部電流分布測(cè)量方法，其特征在于，該測(cè)量方法是利用磁傳感器來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)和電流的分布情況；具體步驟為1)將多個(gè)磁傳感器布置于與燃料電池表面平行的某個(gè)平面內(nèi)；2)傳感器及燃料電池進(jìn)入工作狀態(tài)，測(cè)量燃料電池表面的磁場(chǎng)分布；3)根據(jù)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱分布解算燃料電池表面/內(nèi)部的電流分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池內(nèi)部電流分布測(cè)量方法，其特征在于，所述傳感器及燃料電池進(jìn)入工作狀態(tài)是開啟激勵(lì)源，將激勵(lì)源輸出激勵(lì)正弦勵(lì)磁電流加到磁傳感器的磁環(huán)勵(lì)磁線圈上，在磁環(huán)中產(chǎn)生使之飽和的交變磁場(chǎng)；燃料電池在工作狀態(tài)下，燃料電池內(nèi)部的分布電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加到磁環(huán)勵(lì)磁線圈上，影響磁環(huán)的飽和程度，引起測(cè)量線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)的波形及諧波產(chǎn)生變化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池內(nèi)部電流分布測(cè)量方法，其特征在于，所述測(cè)量線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)由磁環(huán)的測(cè)量線圈送到數(shù)據(jù)釆集處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，根據(jù)燃料電池平面局部的垂直的電流元在局部產(chǎn)生相對(duì)較強(qiáng)的磁場(chǎng)的原理，解調(diào)出磁環(huán)對(duì)應(yīng)區(qū)域的電流大小。
4. 一種燃料電池電流分布測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量裝置包括在測(cè)量控制板(4)上分布有磁傳感器(1)，測(cè)量控制板(4)放置在燃料電池(7)外部頂面，燃料電池(7)的電極(6)上連接負(fù)載(5)，磁傳感器(1)的勵(lì)磁線圈連接激勵(lì)源(2)，磁傳感器(1)的測(cè)量線圈連接數(shù)據(jù)采集處理(3)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述燃料電池內(nèi)部電流分布測(cè)量裝置，其特征在于，所述磁傳感器的磁環(huán)上繞制一組測(cè)量線圈，用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)情況下燃料電池電流的分布，此時(shí)，如果需測(cè)量靜態(tài)的電流分布，則需要對(duì)燃料電池負(fù)載電流進(jìn)行調(diào)制或者疊加交流分量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述燃料電池內(nèi)部電流分布測(cè)量裝置，其特征在于，所述磁傳感器的磁環(huán)上繞制兩組線圈， 一組為勵(lì)磁線圈， 一組為測(cè)量線圈，激勵(lì)線圈采用交流勵(lì)磁到達(dá)飽和，如果磁環(huán)中疊加了外部磁場(chǎng)的時(shí)候，就會(huì)使勵(lì)磁的飽和狀態(tài)的磁場(chǎng)交流分量的波形及諧波發(fā)生變化，通過(guò)線圈測(cè)量此變化即可測(cè)得疊加 的外部磁場(chǎng)，也就是說(shuō)可測(cè)得電池分布電流產(chǎn)生的恒定或者變化磁場(chǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于清潔能源質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域的涉及一種燃料電池內(nèi)部電流分布測(cè)量方法及裝置。在測(cè)量燃料電池的電流分布的時(shí)候，將測(cè)量控制板固定在燃料電池的表面；激勵(lì)源輸出激勵(lì)正弦勵(lì)磁電流加到磁環(huán)的勵(lì)磁線圈上，在磁環(huán)中產(chǎn)生飽和的交變磁場(chǎng)；燃料電池內(nèi)部分布電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加到磁環(huán)上，使勵(lì)磁的飽和狀態(tài)的磁場(chǎng)交流分量的波形及諧波發(fā)生變化，通過(guò)線圈測(cè)量此變化即可測(cè)得疊加的外部磁場(chǎng)，然后利用測(cè)量原理中的公式解調(diào)出磁環(huán)對(duì)應(yīng)區(qū)域的電流大小。可用于在線監(jiān)測(cè)是否存在局部的不良變化，防止總電流正常范圍情況下，由于局部電流密度過(guò)大引起的故障、危險(xiǎn)。本測(cè)量裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于制作的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101482599SQ20081011616
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者猛 仝, 磊 包, 盧蘭光, 吳永平, 李建秋, 楊福源, 歐陽(yáng)明高, 丹 殷, 裴普成, 偉 趙, 郭軍杰, 毅 韓, 黃海燕 申請(qǐng)人:清華大學(xué)