CN103630861B - 燃料电池内部分区性能检测pcb板的标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定装置及方法，该标定装置用于对燃料电池内部性能实时检测系统的分区性能检测PCB板进行标定，包括稳压电源和标定电路板，稳压电源分别连接标定电路板和分区性能检测PCB板，标定电路板内设有与埋入式电阻数量相同的标定电阻，标定电路板的标定电阻和分区性能检测PCB板的埋入式电阻一一对应连接，该方法通过检测每个检测分区的电流密度，从而对分区性能检测PCB板的埋入式电阻进行一一标定。与现有技术相比，本发明可对燃料电池内部性能实时检测系统的分区性能检测PCB板精确标定，并进行准确错误诊断。

Description

燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定装置及方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池检测设备的标定装置及方法，尤其是涉及一种燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定装置及方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有高功率密度、环境友好、启动迅速等优良特性，适宜于用作可移动动力源，被视为内燃机的最佳替代者并受到各国政府和汽车制造商的极大重视。但提高燃料电池的性能及可靠性仍是一大难题。其中燃料电池的电流密度分布能反映燃料电池内部的反应情况。因此，采用燃料电池内部分区性能检测PCB板检测燃料电池内部电流密度、温度的分布，能了解燃料电池内部的电化学反应情况。

分区性能检测PCB板分成若干个区域，其中含有埋入式电阻。由于电流密度和温度的测量基于欧姆定律，故埋入式电阻的精度高低直接影响了分区性能检测的准确性，因而对埋入式电阻的标定是提高燃料电池各分区性能检测准确性的一个重要环节。

由于埋入式电阻夹持在PCB板的两层之间，无法用仪器直接测量埋入式电阻的阻值。目前报导的方法大多采用在分区性能检测PCB板的埋入式电阻的两端引出采样线，直接将仪器接在采样线两端，以标定埋入式电阻的阻值。埋入式电阻的阻值很小，只有几毫欧，一般仪器的检测精度难以达到要求。同时，利用这种方法测量得到的电阻阻值为埋入式电阻与采样线上的电阻阻值之和，导致标定结果比真实值偏差比较大，进而造成采用分区性能检测PCB板测量得到的燃料电池电流密度和温度的检测结果与实际值偏差较大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可对燃料电池内部性能实时检测系统的分区性能检测PCB板进行精确标定，并准确诊断错误的装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定装置，该标定装置用于对燃料电池内部性能实时检测系统的分区性能检测PCB板进行标定，所述的分区性能检测PCB板包括多个检测分区，每个检测分区内均设有埋入式电阻，所述的标定装置包括稳压电源和标定电路板，所述的稳压电源两极分别连接标定电路板和分区性能检测PCB板，所述的标定电路板内设有与埋入式电阻数量相同的标定电阻，标定电路板的标定电阻和分区性能检测PCB板的埋入式电阻一一对应连接。

所述的标定电路板设有接线端和排线接口，所述的标定电阻的一端通过接线端连接稳压电源，另一端通过由排线接口引出的排线与分区性能检测PCB板的埋入式电阻一一对应连接。

所述的稳压电源为输出电压可调的稳压电源。

一种应用上述装置的燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定方法，包括以下步骤：

1)启动燃料电池内部性能实时检测系统，设定分区性能检测PCB板的预设参数；

2)调节稳压电源的输出电压，对标定电路板和分区性能PCB板提供恒定电压；

3)通过燃料电池内部性能实时检测系统检测每个检测分区的电流密度；

4)重复步骤2)～步骤3)进行多次测量后，执行步骤5)；

5)将电流密度输入燃料电池内部性能实时检测系统的计算机，通过计算得出分区性能PCB板各个检测分区中埋入式电阻的阻值；

6)根据步骤5)获取的埋入式电阻的阻值进行逐一标定，用于比较分析并查找异常数据。

步骤1)中的预设参数包括标定温度、埋入式电阻的初始阻值和温度系数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明直接采用燃料电池内部性能实时检测系统所测量出的结果进行计算，排除了采样线等导线电阻的干扰，且考虑了环境温度对埋入式电阻阻值的影响，标定结果准确。

2)由于稳压电源输出的电压稳定，燃料电池内部性能实时检测系统的精度高，故标定结果精确，精度可达0.01毫欧。

3)由于在标定分区性能检测PCB板的过程中模拟了其工作过程，即向每个分区的电阻供电，利用采样线测量埋入式电阻两端的压降，再通过计算得出每个分区的电流密度大小。因此可以对其进行错误诊断，判断分区性能检测PCB板是否有制造缺陷及是否能正常工作，为分区性能检测PCB板的研制和优化提供一定的实验依据。

4)由于分区性能检测PCB板的每个分区所能承受的压降仅为几毫伏，而稳压电源一般难以提供如此小的电压，故将分区性能检测PCB板每个分区下的埋入式电阻与标定电路板上的电阻串联，实现分压，因此采用普通的稳压电源就能对其进行标定。

5)利用现有的燃料电池内部性能实时检测系统，尽量减少仪器设备，且标定电路板加工简单，标定过程操作方便快捷。

6)可实现一次性标定所有的埋入式电阻，排除了因多次标定而产生的误差。

附图说明

图1为本发明装置的的结构框图；

图2为本发明装置的电路原理图；

图3为本发明方法的流程图；

图4为利用本方法对一块7×7共49个检测分区的分区性能检测PCB板进行第一次标定时，通过燃料电池内部性能实时检测系统，得到的每个检测分区的电流密度大小；

图5为利用本方法对同一块分区性能检测PCB板进行第一次标定的结果；

图6为利用本方法对同一块分区性能检测PCB板进行第二次标定的结果；

图7为利用本方法对同一块分区性能检测PCB板A3检测分区的埋入式电阻单独标定结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1和图2所示，一种燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定装置，该标定装置用于对燃料电池内部性能实时检测系统的分区性能检测PCB板进行标定。分区性能检测PCB板包括多个检测分区，每个检测分区内均设有埋入式电阻5，标定装置包括稳压电源1和标定电路板，标定电路板设有接线端2、排线接口4和标定电阻3。标定电阻的数量和埋入式电阻5的数量相同，一端通过排线接口引出的排线4与埋入式电阻5一一对应连接，另一端则通过接线端2连接稳压电源1，稳压电源1通过导线6与分区性能检测PCB板的埋入式电阻5连接，形成回路。该稳压电源为输出电压可调的稳压电源，通过调节器输出电压，进行多次测量。

一种应用上述装置的燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定方法，包括以下步骤：

1)启动燃料电池内部性能实时检测系统，设定分区性能检测PCB板的预设参数。采用温度计测得标定时分区性能检测PCB板所处环境的环境温度为27℃，并根据埋入式电阻的设计阻值9毫欧和材料铜的温升特性，设置分区性能检测PCB板的预设参数：标定温度T₀＝27℃、埋入式电阻的初始阻值R₀＝9mΩ和温度系数ε＝3.9×10^-3℃^-1；

2)调节稳压电源的输出电压U＝0.666V，对标定电路板和分区性能检测PCB板提供恒定电压；

3)通过燃料电池内部性能实时检测系统检测每个检测分区的电流密度，各个检测分区的值如图4所示；

4)重新设定稳压电源的输出电压，如U＝0.891V等，再多次测量电流密度后，执行步骤5)：

5)将电流密度输入燃料电池内部性能实时检测系统的计算机，通过计算得出分区性能PCB板各个检测分区中埋入式电阻的阻值；阻值的计算公式为：

每个分区下的埋入式电阻阻值的计算公式为：

$R=\frac{R_b\mathrm{iA}[(T-T_0){\mathrm{\ϵR}}_0+R_0]}{\frac{U}{{10}^6}-\mathrm{iA}[(T-T_0){\mathrm{\ϵR}}_0+R_0]}$

式中：R_b-标定电路板的标定电阻的阻值，单位：mΩ；

i-单个检测分区的电流密度，单位：mA/cm²；

A-单个检测分区的面积，单位：cm²；

T-燃料电池内部性能实时检测系统测得的单个检测分区的温度，单位：℃；

T₀-标定温度，单位：℃；

ε-埋入式电阻的温度系数，单位：℃^-1；

R₀-预设埋入式电阻的初始阻值，单位：mΩ；

U-稳压源的输出电压，单位：V；

6)根据步骤5)获取的埋入式电阻的阻值进行逐一标定，用于与之前的标定数据进行比较分析，并查找异常数据。

图5是利用本方法对7×7共49个检测分区的分区性能检测PCB板每个分区下的埋入式电阻进行标定的结果，通过该标定结果可对分区性能检测PCB板进行诊断分析。从标定结果来看，绝大多数分区下的埋入式电阻的阻值在9.15毫欧左右，由于埋入式电阻的设计阻值为9毫欧，结合埋入式电阻的加工误差，分析可得绝大部分分区下的埋入式电阻和其对应的导线布置正常。但通过数据分析可以发现，A1检测分区和A2检测分区的埋入式电阻阻值存在异常。如图6所示，在对同一块分区性能检测PCB板进行第二次标定时，发现A1、A2检测分区并未检测到电流，故可判断A1和A2检测分区的排线接口存在接触不良的问题。

图7是利用本方法对同一块检测分区性能的PCB板A3检测分区进行单独标定的结果。由于A3检测分区和A4检测分区同时有数据出现，而正常情况下每个检测分区的电流是互相独立、互不影响的。因此可初步判定该检测分区性能的PCB板中A3检测分区和A4检测分区存在错误连接。

Claims (5)

1.一种燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定装置，该标定装置用于对燃料电池内部性能实时检测系统的分区性能检测PCB板进行标定，所述的分区性能检测PCB板包括多个检测分区，每个检测分区内均设有埋入式电阻，其特征在于，所述的标定装置包括稳压电源和标定电路板，所述的稳压电源的两极分别连接标定电路板和分区性能检测PCB板，所述的标定电路板内设有与埋入式电阻数量相同的标定电阻，标定电路板的标定电阻和分区性能检测PCB板的埋入式电阻一一对应连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定装置，其特征在于，所述的标定电路板设有接线端和排线接口，所述的标定电阻的一端通过接线端连接稳压电源，另一端通过由排线接口引出的排线与分区性能检测PCB板的埋入式电阻一一对应连接。

3.根据权利要求1所述的燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定装置，其特征在于，所述的稳压电源为输出电压可调的稳压电源。

4.一种应用权利要求1所述装置的燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)启动燃料电池内部性能实时检测系统，设定分区性能检测PCB板的预设参数；

2)调节稳压电源的输出电压，对标定电路板和分区性能PCB板提供恒定电压；

3)通过燃料电池内部性能实时检测系统检测每个检测分区的电流密度；

4)重复步骤2)～步骤3)进行多次测量后，执行步骤5)；

5)将电流密度输入燃料电池内部性能实时检测系统的计算机，通过计算得出分区性能PCB板各个检测分区中埋入式电阻的阻值；

6)根据步骤5)获取的埋入式电阻的阻值进行逐一标定，用于比较分析并查找异常数据；

每个分区下的埋入式电阻阻值的计算公式为：

式中：R_b—标定电路板的标定电阻的阻值，单位：mΩ；

i—单个检测分区的电流密度，单位：mA/cm²；

A—单个检测分区的面积，单位：cm²；

T—燃料电池内部性能实时检测系统测得的单个检测分区的温度，单位：℃；

T₀—标定温度，单位：℃；

ε—埋入式电阻的温度系数，单位：℃^‐1；

R₀—预设埋入式电阻的初始阻值，单位：mΩ；

U—稳压源的输出电压，单位：V。

5.根据权利要求4所述的燃料电池内部分区性能检测PCB板的标定方法，其特征在于，步骤1)中的预设参数包括标定温度、埋入式电阻的初始阻值和温度系数。