燃料电池探测系统研发现状解析摘要：本文系统解析了国内外燃料电池探测系统的研究现状及发展水平．探测系统的基本理论。从探测目的、主要参数、系统的基本特点和基本构成等方面进行了归纳。通过本文所列出的各种数据不难看出燃料电池探测技术对于缩短燃料电池研发周期。提高质量和降低成本具有紧要意义。
1.桑英军2.范媛媛
(1淮阴工学院电信系；2淮阴工学院计科系，江苏淮安223001)
随着全球对能源需求的增长及人类对环境要求的提高。各个国家对燃料电池的研究和开发H益增多。燃料电池是最有希望为汽车和居民提供清洁高效能源的技术之一。燃料电池发动机被认为是最有希望取代内燃机的新型能源动力系统。燃料电池探测系统不仅存燃料电池系统的研发阶段十分紧要，即使是在其投入使用之后对于维持电池的正常工作也是不可或缺的。强大的探测能力能够提供对燃料电池可靠的监控。提供灵活的结构，具备了这种能力，科学界能够很方便地设计他们的系统，以跟踪燃料电池技术进步。
1．国内外燃料电池探测系统整体研究现状及水平
由于燃料电池还处于开发阶段，汽车工业还没有制定燃料电池的标准探测仪器．更谈不上统一规范的探测仪器供应商。许多公司开始走近这项挑战，研究准确探测燃料电池的处理方案。这些公司中最引人注目的是美国的Hydrogenics公司和美国国家仪器公司(NaTIonalInstnlments，简称NI)，它们推出了一些软硬件探测产品．能够兼容多种燃料电池，测得几乎所有设计指标：5。Hydrogenics的Greenljght公司是世界上最大的燃料电池探测系统牛产基地．它是燃料电池工业探测诊断设备引领全球的供应商。Nl足全球基于计算机测屠的领导者，许多领先的燃料电池制造商都在开发的各个阶段使用NI硬件及软件T具来探测燃料电池。
在整个电池行业研发出燃料电池探测系统的公司屈指可数，H在2004年之前均为国外厂家[6]。为使研发燃料电池的专家能利用测量、控制、分解及可视化工具进ij评估，武汉力兴探测设备有限公司紧跟世界燃料电池的最前沿技术，自主开发出具有国内领先水平的燃料电池探测系统，并于2004年一月推出国内首台燃料电池探测系统。该系统的推出填补了我国在燃料电池探测范畴的空白．在推广国内燃料电池产业发展的里程碑上有着非同寻常的意义。
2．燃料电池探测系统的基本理论
2．1探测目的
虽然研究、开发、制造和使用部fJ的总目标各有不同。它们对于燃料电池的测试和躲视项目要求却是相近的。对丁研发部门，探测要求足确定输出能量、使用寿命和电池包的耐用性。在设计验收阶段，主要任务是优化设计以备大规模加工．以及在不降低效率的情况下降低电堆总成本。对丁加工使用．
要求燃料电池符合规范要求。而在实际使用中，监测电池的寿命和工作状态是非常紧要的。好在这些不同的任务对电池探测系统的要求都差不多。
2．2探测系统的主要特点
①隔离。燃料电池探测系统先要进行各种需要信号调理的测鼍。然后原始信号才能有数据采集系统数字化。大容最电堆具有数百个单电池。从而电压测量要求数白．伏的共模抑制。因此．探测不仅非得具有多个每个通道都能读取l—10V的通道．而且非得保持电堆的每一个和最后一个电池之间高达数百伏的隔离。
②数据采集系统非得能够扩展。由于燃料电池探测系统的通道数目可以从100个到1000多个．所以数据采集系统非得能够扩展。并且这些系统也要求可以进行信号的衰减和放大。
③模块化。对于今天的探测系统，模块化也是必需的。因为探测系统非得能够随着加工及验证技术的变革而变革。
④标定。任何探测系统都应当进行标定以确保测量有效和准确。
2．3探测的主要性能参数
燃料电池探测系统需要精确的监测和控制成百上千次测量．范同从燃料和氧化剂的流量、温度、压力和湿度到燃料电池包的输出电压和电流。探测燃料电池的性能是很紧要的，而监测影响性能的变量更为紧要，但最紧要的足控制这些变量参数，安全运行也是至关紧要的。所以监测控制的主要参数有：
(1)电压。在有负载的情况下，单电池的输出电压会从开路电压的1V左右降到O．6V左右．了解了每个单电池的电压就可以更近的知道电堆的健康情况。如果哪一个单电池显示出不同电压，就声明此电池有问题，或者温度不正常，或者电极被淹。探测单电池或电堆的电压就可以正确操作、探测和设计燃料电池。
(2)电流。输出电流有时候很高，所以通常利用高斯效应来测，这种办法可以不笔直使用导线来探测电流，而通过监测信号并按比例转换成电流读数。
(3)温度。要高效地萌生电能。pEMFC非得在60—80℃的范围内工作。监视温度的目的是优化温度的改变以提高输出功率，热电偶和电阻是温度传感器。是监视电池包温度及反应气体温度的良好传感器。
(4)湿度。电池单元的每一个膜片非得保持一定的湿度，太干或太湿都会影响燃料电池的工作效率。因此测定和控制燃料电池的湿度非常紧要。一种探测湿度的办法是通过电子湿度传感器，依据湿度的大小成比例的输出4—20mA的电流，探测仪器的输入通道可以读入这个电流信号。
(5)气体压力。在许多使用中，气流压力较大，此压力非得进行监视和管理。压力通过压力传感器进行测量并进行信号调理。
(6)气体流速。氢气流速一般使用萌生正比于气流速率脉冲的质量流量计来测量．然后这些脉冲由计数器／定时器接口板进行监视．并使用软件换算成流量。电子凋节器可通过实验台输出的电压或电流来控制压力和流量。
(7)负载。可利用可编程负载来改变阻值。改变阻值可利用可控制的GpIB负载设备或通过数字继电器并行连接各个电阻。第一种办法可以安装单独的一个单元通过Gpl0来改变加在电堆上的电阻，第二种办法可利用继电器和开关改变阻值。
2．4燃料电池探测系统基本结构
燃料电池探测系统由硬件和软件两大块组成。硬件部分主要有控制器，传感器和加载装置；控制器主要基于计算机控制．这种办法充足发挥了计算机的优点：速度快，记忆能力强大和可升级。软件要易于升级并极具灵活性，用户界面友好．用户可很容易地进行各种复杂程度的编程及试验。表l列出了燃料电池探测系统基本结构单元。
3．结论
T程师们不断将新办法使用到燃料电池的探测中．不断寻求可靠、精确及灵活的探测系统来辅助缩短开发周期、提高燃料电池质量和降低成本。以开发出下一代燃料电池。凭借着燃料电池发展冈环境、政府和消费者的压力而增加，加之政府的巨大投资，燃料电池探测系统的开发和使用定会取得更大进展。
参考文献：
[1]何仁．燃料电池汽车研究现状及发展前景[J]．汽车工业研究，200l，(2)：l一2．
[2]阿布里提．燃料电池汽车(FCEV)的现状及开发动向[J]．电工电能新技术，2001，(3)：4—6．
[3]燃料电池的探测[J]．汽车工程，2002，24(1)：84—87．
[4]杨靖云．燃料电池探测系统引人注目[J]．电源技术，2004，28(5)：311．
[5]全国清洁汽车行动信息网．燃料电池汽车——产品知识www．cleanauto．com．cn／felllei，mnliaodi釉chi，ch加pi舷hi8Windex．h“n．
[6]杨靖云．燃料电池探测系统引人注目[J]．电源技术，2004。28(5)：311．
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