專利名稱：一種燃料電池的單電池檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電子設(shè)備，尤其涉及一種對(duì)燃料電池電堆中的每個(gè)單 電池進(jìn)行檢測的檢測裝置。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種通過電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為低壓直流電能的裝 置。燃料電池具有能量效率高、沒有或極少產(chǎn)生污染物排放等傳統(tǒng)的化石燃料 不具備的優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今化石燃料即將耗竭的形勢下，燃料電池作為新能源越來 越受到重視。質(zhì)子交換膜燃料電池是燃料電池的一種，具有反應(yīng)溫度低、啟動(dòng) 迅速、可小型化等特點(diǎn)，極具產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?jié)摿Α?br> 一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單體的最大輸出電壓低于1.2V， 一般正常的工 作范圍在0.5 1V之間，因此一個(gè)電池堆往往是由許多電池單體(V:0.5 1V X n)串聯(lián)組成的。而每一個(gè)電池單體由于工藝、材料、膜電極溫濕度狀態(tài)的不 同而具有不同的輸出特性。 一方面電池單體的特性直接決定了整個(gè)電堆的特 性，另一方面隨著電池單體發(fā)電電壓的降低而使該電池的極板溫度升高、膜電 極含水量降低以至加速惡化直至失效。單電池檢測系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測質(zhì)子交換 膜燃料電池單體的電壓和溫度，確定各單電池的狀態(tài)，然后由控制系統(tǒng)采取養(yǎng) 水、散熱、降低發(fā)電功率等措施來保持各單體電池間的一致性，避免單電池性 能的下降，提高系統(tǒng)性能。
現(xiàn)在使用較多的單電池檢測系統(tǒng)有用于實(shí)驗(yàn)室測試的計(jì)算機(jī)控制檢測系 統(tǒng)和用于產(chǎn)品配套的在線檢測系統(tǒng)，存在以下局限性
1、 測試系統(tǒng)和電堆之間以導(dǎo)線連接，體積大、導(dǎo)線多，存在短路等安全 隱患，產(chǎn)品配套時(shí)占用體積大；
2、 在每個(gè)單體電池上均需要設(shè)置連接端子和溫度傳感器，而極板上引出 端子非常困難。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的問題在于提供一種燃料電池的單電池檢測裝置，該 裝置可完成對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池多個(gè)單電池的測量，且與電堆安裝后不占用 多余空間，提高實(shí)用性、可靠性和安全性。
本實(shí)用新型提供的一種燃料電池的單電池檢測裝置，安裝在燃料電池外殼 上，該檢測裝置包括安裝在所述電池外殼上的殼體,以及安裝在所述殼體上 或內(nèi)部的控制接口、電路板、輪詢轉(zhuǎn)換電路及柔性取電裝置，所述柔性取電裝 置分別電性連接于所述電路板與所述燃料電池的極板，所述輪詢轉(zhuǎn)換電路亦與 所述電路板電性連接，所述控制接口通過所述電路板，與所述柔性取電裝置及 所述輪詢轉(zhuǎn)換電路電性連接。
本實(shí)用新型所提供的燃料電池的單電池檢測裝置利用質(zhì)子交換膜燃料電 池的疊層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將電路板通過柔性取電裝置與燃料電池極板實(shí)體緊密安裝 在一起，簡化了測量設(shè)備與燃料電池極板間的連線。采用串行輪詢選通切換電 路簡化了控制接口 ，使單個(gè)裝置可以完成對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆多達(dá)
40-80通道的電壓和溫度測量，并具有靈活的串行和并行擴(kuò)展能力。本裝置體
積小、集成度高、安裝簡便、接口簡單，安裝不占用多余空間，實(shí)用性強(qiáng)、可 靠無安全隱患。
為了能更進(jìn)一步了解本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)預(yù)定目的所采取的技術(shù)、手段及功 效，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本實(shí)用新型的詳細(xì)說明與附圖，所附附圖僅提供參考與說 明用，并非用來對(duì)本實(shí)用新型加以限制。


圖1為本實(shí)用新型的一實(shí)施例中單電池檢測裝置與待測燃料電池連接的
剖面圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例中單電池檢測裝置電路圖； 圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例中燃料電池的單電池檢測裝置控制接口時(shí)序 信號(hào)圖。
具體實(shí)施方式
有關(guān)本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容及詳細(xì)說明，配合附圖說明如下
圖1為本實(shí)用新型的一實(shí)施例中單電池檢測裝置與待測燃料電池連接的剖面圖。圖1中A所示為柔性取電斷面，B所示為溫度傳感器斷面。按照?qǐng)D1
方式將檢測裝置通過固定螺釘6安裝在燃料電池殼體2上，使柔性導(dǎo)電橡膠5 和溫度傳感器12與極板9接觸良好，并無跨越膜電極8現(xiàn)象，然后通過控制 接口l連接測量計(jì)算機(jī)。
圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例中單電池檢測裝置電路圖，圖3為本實(shí)用新型 一實(shí)施例中燃料電池的單電池檢測裝置控制接口時(shí)序信號(hào)圖。請(qǐng)同時(shí)參考圖2 及圖3，本實(shí)用新型所涉及的接口信號(hào)包括選通有效信號(hào)ON/OFF、選通步長 信號(hào)A及A1、電壓測量時(shí)鐘信號(hào)CLK、溫度測量時(shí)鐘信號(hào)CLK1、電壓反饋 信號(hào)Voutl和溫度反饋信號(hào)Vout2。選通有效信號(hào)ON/OFF為低電平時(shí)所有通 道均不選通，以避免多個(gè)通道同時(shí)選通時(shí)引起通道之間斷路，CLK和CLK1 為上升沿信號(hào)有效。
在該單電池檢測裝置測量單電池電壓時(shí)，先將信號(hào)ON/OFF保持低電平、 信號(hào)A保持高電平、信號(hào)CLK1保持低電平，在經(jīng)過連續(xù)N(大于測量單電池 數(shù)量)個(gè)CLK上升沿信號(hào)后，信號(hào)A保持低電平，在經(jīng)過2個(gè)CLK上升沿信 號(hào)后轉(zhuǎn)為高電平，完成電壓測量的初始化，信號(hào)ON/OFF轉(zhuǎn)換為高電平，此時(shí) 1#、 2#光隔離開關(guān)15A接通，1#燃料電池單體16的電流從正極通過柔性導(dǎo)電 橡膠流經(jīng)電路板7、光隔離開關(guān)15A、高偏壓差分放大器13的正輸入端、高 偏壓差分放大器13的負(fù)輸入端、光隔離開關(guān)15回到負(fù)極，1#燃料電池單體 16的電壓信號(hào)Voutl輸出。同理，下一個(gè)CLK上升沿脈沖后，2#、 3#光隔離 開關(guān)15A接通，2#燃料電池單體16的電流從正極通過柔性導(dǎo)電橡膠流經(jīng)電路 板7、光隔離開關(guān)15A、高偏壓差分放大器13的負(fù)輸入端、高偏壓差分放大 器13的正輸入端、光隔離開關(guān)15A回到負(fù)極，2#燃料電池單體16的電壓信 號(hào)Voutl輸出。由此直到完成全部單電池信號(hào)測量后重復(fù)上述初始化過程即開 始下一個(gè)循環(huán)的測量。
在該單電池檢測裝置測量單電池溫度時(shí)，將信號(hào)ON/OFF保持低電平、信 號(hào)A1保持高電平、信號(hào)CLK保持低電平，在經(jīng)過連續(xù)N(大于測量單電池?cái)?shù) 量)個(gè)CLK1上升沿信號(hào)后,信號(hào)Al保持低電平，在經(jīng)過1個(gè)CLK1上升沿后 轉(zhuǎn)為高電平，完成溫度測量的初始化，信號(hào)ON/OFF轉(zhuǎn)換為高電平，此時(shí)1# 光隔離開關(guān)15B接通，1#溫度傳感器測量信號(hào)經(jīng)電路板7、光隔離開關(guān)15B、 到達(dá)運(yùn)算放大器18的正輸入端，l弁溫度信號(hào)Vout2輸出。同理，下一個(gè)CLK1上升沿脈沖后，2#光隔離開關(guān)15B接通進(jìn)行2#溫度測量，由此直到完成全部 溫度信號(hào)測量后重復(fù)上述初始化過程即開始下一個(gè)循環(huán)的測量。
本裝置通過串行接口進(jìn)行輪詢選通，理論上測試通道可以無窮擴(kuò)展，但考 慮測量實(shí)時(shí)性要求和放大器高偏壓的局限，測試通道設(shè)計(jì)在50通道完全能夠 達(dá)到一般使用要求。同時(shí)本裝置僅占用測量計(jì)算機(jī)4路通用10通道和2路AD 通道，本裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)需要可并行安裝多個(gè)本裝置實(shí)現(xiàn)更多通道
^當(dāng)然，本實(shí)用新型還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及其 實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型做出各種相應(yīng)的改 變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種燃料電池的單電池檢測裝置，安裝在燃料電池外殼上，其特征在于，該檢測裝置包括安裝在所述電池外殼上的殼體，以及安裝在所述殼體上或內(nèi)部的控制接口、電路板、第一輪詢轉(zhuǎn)換電路及柔性取電裝置，所述柔性取電裝置分別電性連接于所述電路板與所述燃料電池的極板，所述第一輪詢轉(zhuǎn)換電路亦與所述電路板電性連接，所述控制接口通過所述電路板，與所述柔性取電裝置及所述第一輪詢轉(zhuǎn)換電路電性連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述檢測裝置還包括 安裝在所述殼體上或內(nèi)部的溫度感測模塊及第二輪詢轉(zhuǎn)換電路，所述溫度感測 模塊分別電性連接于所述電路板與所述燃料電池的極板，所述第二輪詢轉(zhuǎn)換電 路亦與所述電路板電性連接，所述控制接口通過所述電路板，與所述溫度感測 模塊及所述第二輪詢轉(zhuǎn)換電路電性連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述第一輪詢轉(zhuǎn)換電 路包括電壓測量時(shí)鐘電路、第一串并轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器以及多個(gè)開關(guān)，其中 所述第一串并轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述電壓測量時(shí)鐘電路提供的電壓測量時(shí)鐘信號(hào)驅(qū) 動(dòng)所述開關(guān)動(dòng)作，控制所述燃料電池的單電池與所述運(yùn)算放大器順序電性導(dǎo) 通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測裝置，其特征在于，所述第二輪詢轉(zhuǎn)換電 路包括溫度測量時(shí)鐘電路、第二串并轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、多個(gè)開關(guān)，其中所 述第二串并轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述溫度測量時(shí)鐘電路提供的溫度測量時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng) 所述開關(guān)動(dòng)作，控制所述溫度感測模塊與所述運(yùn)算放大器順序電性導(dǎo)通。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測裝置，其特征在于，所述溫度感測模塊包 括多個(gè)溫度傳感器及熱電阻驅(qū)動(dòng)器，其中所述熱電阻驅(qū)動(dòng)器與所述溫度傳感器 電性連接，彈性導(dǎo)熱硅膠將所述溫度傳感器固定在所述燃料電池的極板上，所 述溫度傳感器通過傳感器走線通道與所述電路板電性連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測裝置，其特征在于，所述柔性取電裝 置包括多個(gè)柔性導(dǎo)電橡膠。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的檢測裝置，其特征在于，所述開關(guān)為光隔 離開關(guān)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的檢測裝置，其特征在于，所述第一串并轉(zhuǎn) 換器或第二串并轉(zhuǎn)換器包含一選通步長信號(hào)端口 ，與所述控制接口電性連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的檢測裝置，其特征在于，所述第一串并轉(zhuǎn) 換器或第二串并轉(zhuǎn)換器為多個(gè)彼此串聯(lián)連接的串并轉(zhuǎn)換器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的檢測裝置，其特征在于，所述燃料電池的 單電池及所述溫度傳感器與所述開關(guān)一一對(duì)應(yīng)。
專利摘要一種對(duì)燃料電池電堆中的每個(gè)單電池進(jìn)行檢測的檢測裝置。該檢測裝置安裝在燃料電池外殼上，包括安裝在所述電池外殼上的殼體，以及安裝在所述殼體上或內(nèi)部的控制接口、電路板、輪詢轉(zhuǎn)換電路及柔性取電裝置，所述柔性取電裝置分別電性連接于所述電路板與所述燃料電池的極板，所述輪詢轉(zhuǎn)換電路亦與所述電路板電性連接，所述控制接口通過所述電路板，與所述柔性取電裝置及所述輪詢轉(zhuǎn)換電路電性連接。
文檔編號(hào)H01M8/04GK201345376SQ200820122738
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者歐 孟, 張寶春, 超 李, 靜 楊, 趙青鶴 申請(qǐng)人:北京航天發(fā)射技術(shù)研究所