燃料電池測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)現(xiàn)狀介紹摘要：本文系統(tǒng)介紹了國(guó)內(nèi)外燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展水平．測(cè)試系統(tǒng)的基本理論。從測(cè)試目的、主要參數(shù)、系統(tǒng)的基本特點(diǎn)和基本構(gòu)成等方面進(jìn)行了歸納。通過(guò)本文所列出的各種數(shù)據(jù)不難看出燃料電池測(cè)試技術(shù)對(duì)于縮短燃料電池研發(fā)周期。提高質(zhì)量和降低成本具有重要意義。

1.桑英軍2.范媛媛

(1淮陰工學(xué)院電信系；2淮陰工學(xué)院計(jì)科系，江蘇淮安223001)

隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮脑鲩L(zhǎng)及人類(lèi)對(duì)環(huán)境要求的提高。各個(gè)國(guó)家對(duì)燃料電池的研究和開(kāi)發(fā)H益增多。燃料電池是最有希望為汽車(chē)和居民提供清潔高效能源的技術(shù)之一。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為是最有希望取代內(nèi)燃機(jī)的新型能源動(dòng)力系統(tǒng)。燃料電池測(cè)試系統(tǒng)不僅存燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)階段十分重要，即使是在其投入使用之后對(duì)于維持電池的正常工作也是不可或缺的。強(qiáng)大的測(cè)試能力能夠提供對(duì)燃料電池可靠的監(jiān)控。提供靈活的結(jié)構(gòu)，具備了這種能力，科學(xué)界能夠很方便地設(shè)計(jì)他們的系統(tǒng)，以跟蹤燃料電池技術(shù)進(jìn)步。

1．國(guó)內(nèi)外燃料電池測(cè)試系統(tǒng)整體研究現(xiàn)狀及水平

由于燃料電池還處于開(kāi)發(fā)階段，汽車(chē)工業(yè)還沒(méi)有制定燃料電池的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀器．更談不上統(tǒng)一規(guī)范的測(cè)試儀器供應(yīng)商。許多公司開(kāi)始走近這項(xiàng)挑戰(zhàn)，研究準(zhǔn)確測(cè)試燃料電池的解決方案。這些公司中最引人注目的是美國(guó)的Hydrogenics公司和美國(guó)國(guó)家儀器公司(NaTIonalInstnlments，簡(jiǎn)稱NI)，它們推出了一些軟硬件測(cè)試產(chǎn)品．能夠兼容多種燃料電池，測(cè)得幾乎所有設(shè)計(jì)指標(biāo)：5。Hydrogenics的Greenljght公司是世界上最大的燃料電池測(cè)試系統(tǒng)牛產(chǎn)基地．它是燃料電池工業(yè)測(cè)試診斷設(shè)備引領(lǐng)全球的供應(yīng)商。Nl足全球基于計(jì)算機(jī)測(cè)屠的領(lǐng)導(dǎo)者，許多領(lǐng)先的燃料電池制造商都在開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段使用NI硬件及軟件T具來(lái)測(cè)試燃料電池。

在整個(gè)電池行業(yè)研發(fā)出燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的公司屈指可數(shù)，H在2004年之前均為國(guó)外廠家[6]。為使研發(fā)燃料電池的專(zhuān)家能利用測(cè)量、控制、分析及可視化工具進(jìn)ij評(píng)估，武漢力興測(cè)試設(shè)備有限公司緊跟世界燃料電池的最前沿技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)出具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的燃料電池測(cè)試系統(tǒng)，并于2004年一月推出國(guó)內(nèi)首臺(tái)燃料電池測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)的推出填補(bǔ)了我國(guó)在燃料電池測(cè)試領(lǐng)域的空白．在推廣國(guó)內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的里程碑上有著非同尋常的意義。

2．燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的基本理論

2．1測(cè)試目的

雖然研究、開(kāi)發(fā)、制造和應(yīng)用部fJ的總目標(biāo)各有不同。它們對(duì)于燃料電池的檢測(cè)和躲視項(xiàng)目要求卻是相似的。對(duì)丁研發(fā)部門(mén)，測(cè)試要求足確定輸出能量、使用壽命和電池組的耐用性。在設(shè)計(jì)驗(yàn)收階段，主要任務(wù)是優(yōu)化設(shè)計(jì)以備大規(guī)模生產(chǎn)．以及在不降低效率的情況下降低電堆總成本。對(duì)丁生產(chǎn)應(yīng)用．

要求燃料電池符合規(guī)范要求。而在實(shí)際使用中，監(jiān)測(cè)電池的壽命和工作狀態(tài)是非常重要的。好在這些不同的任務(wù)對(duì)電池測(cè)試系統(tǒng)的要求都差不多。

2．2測(cè)試系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

①隔離。燃料電池測(cè)試系統(tǒng)先要進(jìn)行各種需要信號(hào)調(diào)理的測(cè)鼉。然后原始信號(hào)才能有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)字化。大容最電堆具有數(shù)百個(gè)單電池。從而電壓測(cè)量要求數(shù)白．伏的共模抑制。因此．測(cè)試不僅必須具有多個(gè)每個(gè)通道都能讀取l—10V的通道．而且必須保持電堆的每一個(gè)和最后一個(gè)電池之間高達(dá)數(shù)百伏的隔離。

②數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須能夠擴(kuò)展。由于燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的通道數(shù)目可以從100個(gè)到1000多個(gè)．所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須能夠擴(kuò)展。并且這些系統(tǒng)也要求可以進(jìn)行信號(hào)的衰減和放大。

③模塊化。對(duì)于今天的測(cè)試系統(tǒng)，模塊化也是必需的。因?yàn)闇y(cè)試系統(tǒng)必須能夠隨著生產(chǎn)及驗(yàn)證技術(shù)的變革而變革。

④標(biāo)定。任何測(cè)試系統(tǒng)都應(yīng)該進(jìn)行標(biāo)定以確保測(cè)量有效和準(zhǔn)確。

2．3測(cè)試的主要性能參數(shù)

燃料電池測(cè)試系統(tǒng)需要精確的監(jiān)測(cè)和控制成百上千次測(cè)量．范同從燃料和氧化劑的流量、溫度、壓力和濕度到燃料電池組的輸出電壓和電流。測(cè)試燃料電池的性能是很重要的，而監(jiān)測(cè)影響性能的變量更為重要，但最重要的足控制這些變量參數(shù)，安全運(yùn)行也是至關(guān)重要的。所以監(jiān)測(cè)控制的主要參數(shù)有：

(1)電壓。在有負(fù)載的情況下，單電池的輸出電壓會(huì)從開(kāi)路電壓的1V左右降到O．6V左右．知道了每個(gè)單電池的電壓就可以更近的了解電堆的健康情況。如果哪個(gè)單電池顯示出不同電壓，就表明此電池有問(wèn)題，或者溫度不正常，或者電極被淹。測(cè)試單電池或電堆的電壓就可以正確操作、測(cè)試和設(shè)計(jì)燃料電池。

(2)電流。輸出電流有時(shí)候很高，所以通常利用高斯效應(yīng)來(lái)測(cè)，這種方法可以不直接使用導(dǎo)線來(lái)測(cè)試電流，而通過(guò)監(jiān)測(cè)信號(hào)并按比例轉(zhuǎn)換成電流讀數(shù)。

(3)溫度。要高效地產(chǎn)生電能。pEMFC必須在60—80℃的范圍內(nèi)工作。監(jiān)視溫度的目的是優(yōu)化溫度的改變以提高輸出功率，熱電偶和電阻是溫度傳感器。是監(jiān)視電池組溫度及反應(yīng)氣體溫度的良好傳感器。

(4)濕度。電池單元的每一個(gè)膜片必須保持一定的濕度，太干或太濕都會(huì)影響燃料電池的工作效率。因此測(cè)定和控制燃料電池的濕度非常重要。一種測(cè)試濕度的方法是通過(guò)電子濕度傳感器，根據(jù)濕度的大小成比例的輸出4—20mA的電流，測(cè)試儀器的輸入通道可以讀入這個(gè)電流信號(hào)。

(5)氣體壓力。在許多應(yīng)用中，氣流壓力較大，此壓力必須進(jìn)行監(jiān)視和管理。壓力通過(guò)壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。

(6)氣體流速。氫氣流速一般使用產(chǎn)生正比于氣流速率脈沖的質(zhì)量流量計(jì)來(lái)測(cè)量．然后這些脈沖由計(jì)數(shù)器／定時(shí)器接口板進(jìn)行監(jiān)視．并使用軟件換算成流量。電子凋節(jié)器可通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)輸出的電壓或電流來(lái)控制壓力和流量。

(7)負(fù)載?？衫每删幊特?fù)載來(lái)改變阻值。改變阻值可利用可控制的GpIB負(fù)載設(shè)備或通過(guò)數(shù)字繼電器并行連接各個(gè)電阻。第一種方法可以安裝單獨(dú)的一個(gè)單元通過(guò)Gpl0來(lái)改變加在電堆上的電阻，第二種方法可利用繼電器和開(kāi)關(guān)改變阻值。

2．4燃料電池測(cè)試系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

燃料電池測(cè)試系統(tǒng)由硬件和軟件兩大塊組成。硬件部分主要有控制器，傳感器和加載裝置；控制器主要基于計(jì)算機(jī)控制．這種方法充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)：速度快，記憶能力強(qiáng)大和可升級(jí)。軟件要易于升級(jí)并極具靈活性，用戶界面友好．用戶可很容易地進(jìn)行各種復(fù)雜程度的編程及實(shí)驗(yàn)。表l列出了燃料電池測(cè)試系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)單元。

3．結(jié)論

T程師們不斷將新方法應(yīng)用到燃料電池的測(cè)試中．不斷尋求可靠、精確及靈活的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)輔助縮短開(kāi)發(fā)周期、提高燃料電池質(zhì)量和降低成本。以開(kāi)發(fā)出下一代燃料電池。憑借著燃料電池發(fā)展岡環(huán)境、政府和消費(fèi)者的壓力而增加，加之政府的巨大投資，燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用定會(huì)取得更大進(jìn)展。

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[6]楊靖云．燃料電池測(cè)試系統(tǒng)引人注目[J]．電源技術(shù)，2004。28(5)：311．