一种质子交换膜分布电流及温度巡检装置的制作方法

1.本实用新型属于质子交换膜电流及温度分布采集技术领域，涉及一种质子交换膜分布电流及温度巡检装置，是一种基于多层pcb及高共模运放数据处理单元的分布电流和温度检测装置，板卡形式的可用于单片燃料电池或燃料电池堆的电流和温度分布采集。


背景技术：

2.氢燃料电池是一种将化学能转换为电能的装置，其燃料为氢气和氧气，氢燃料电池由膜电极、双极性集流板和密封圈等部件组成。氢气和氧气在燃料电池中的电化学反应在催化层、扩散层及质子交换膜的整个表面进行，因此在反应过程中质子的移动在整张质子交换膜上都会发生，即整张质子交换膜上都有电流穿过，而电流在整张质子交换膜的分布受质子交换膜上的催化剂、反应气体浓度、水热温度、气体压力和接触电阻的分布情况有关。催化剂的活性受温度影响，质子交换膜的温度分布也会影响电流的分布，因此燃料电池质子交换膜的电流分布和温度分布对研究燃料电池有着关键性的作用。
3.目前的检测装置为使用夹具夹在电池上，只能单检测电流分布或单检测温度分布，且只能检测单电池的电流或温度分布，对于整堆只能检测最后一片质子交换膜的电流和温度分布，无法为燃料电池的研发提供更全面的数据。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种质子交换膜分布电流及温度巡检装置，可有效的解决原有测量装置只能单检测分布电流或分布温度的问题。
5.采用的技术方案是：
6.一种质子交换膜分布电流及温度巡检装置，包含电流及温度采集部分、主控部分和子机部分。
7.其技术要点在于：
8.电流及温度采集部分包括电流采集部分和温度采集部分。
9.电流采集部分的多个电流采集探头连接电流采样单元。
10.温度采集部分的多个温度采集探头连接温度采样单元。
11.电流采样单元通过电压接口连接电压采集单元。
12.温度采样单元通过温度接口连接温度转换单元。
13.子机部分包括多个子机模块。
14.每个子机模块均包括电压采集单元、温度转换单元、spi通讯模块、子机主控单片机和can通讯模块。
15.每个子机模块的子机电源模块给各自子机模块的电压采集单元、温度转换单元、spi通讯模块、子机主控单片机和can通讯模块供电。
16.每个子机模块的子机电源模块均通过各自的子模块电源接口连接到电源总线。
17.电压采集单元和spi通讯模块双向连接。
18.温度转换单元和spi通讯模块双向连接。
19.spi通讯模块和子机主控单片机双向连接。
20.子机主控单片机和can通讯模块双向连接。
21.每个子机模块均通过各自的can总线接口连接到通讯总线。
22.主控部分包括主机主控单片机、主机can通讯模块、子机can总线接口和子机can通讯模块。
23.主机电源模块给主机can通讯模块、主机主控单片机和子机can通讯模块供电。
24.主机电源模块还给子模块电源接口供电，子模块电源接口连接电源总线。
25.子机can总线接口和通讯总线双向连接。
26.子机can总线接口和子机can通讯模块双向连接。
27.子机can通讯模块和主机主控单片机双向连接。
28.主机主控单片机和主机can通讯模块双向连接。
29.主机can通讯模块和监控平台接口双向连接。
30.其优点在于：
31.本装置应用到氢氧燃料电池质子交换膜分布电流和温度采集上，可有效的解决原有测量装置只能单检测分布电流或分布温度的问题。
附图说明
32.图1为本装置的电路原理图。
33.图2为本装置和被测质子交换膜的位置示意图。
具体实施方式
34.一种质子交换膜分布电流及温度巡检装置，包含三部分，分别是电流及温度采集部分（设置在电流及温度采集模块电路板上）、主控部分（设置在主机模块块电路板上）和子机部分（设置在子机模块电路板上）。
35.电流及温度采集部分包括电流采集部分和温度采集部分。
36.电流采集部分的多个电流采集探头（电流采集矩阵）连接电流采样单元。
37.温度采集部分的多个温度采集探头（温度采集矩阵）连接温度采样单元。
38.电流采样单元通过电压接口连接电压采集单元。
39.温度采样单元通过温度接口连接温度转换单元。
40.子机部分包括多个子机模块。
41.每个子机模块均包括电压采集单元、温度转换单元、spi（串行外设接口）通讯模块、子机主控单片机和can（控制器局域网络）通讯模块。
42.每个子机模块的子机电源模块给各自子机模块的电压采集单元、温度转换单元、spi通讯模块、子机主控单片机和can通讯模块供电，并双向通讯。
43.每个子机模块的子机电源模块均通过各自的子模块电源接口连接到电源总线。
44.电压采集单元和spi通讯模块双向连接。
45.温度转换单元和spi通讯模块双向连接。
46.spi通讯模块和子机主控单片机双向连接。
47.子机主控单片机和can通讯模块双向连接。
48.每个子机模块均通过各自的can总线接口连接到通讯总线。
49.主控部分（主机部分），包括主机主控单片机、主机can通讯模块、子机can总线接口和子机can通讯模块。
50.主机电源模块给主机can通讯模块、主机主控单片机和子机can通讯模块供电。
51.主机电源模块还给子模块电源接口供电，子模块电源接口连接电源总线，子模块电源接口和电源总线双向通讯。
52.子机can总线接口和通讯总线双向连接。
53.子机can总线接口和子机can通讯模块双向连接。
54.子机can通讯模块和主机主控单片机双向连接。
55.主机主控单片机和主机can通讯模块双向连接。
56.主机can通讯模块和监控平台接口双向连接。
57.子机主控单片机和主机主控单片机型号均为nxp(恩智浦公司)的 mc9s12xep100单片机。
58.本装置可以制作成12层pcb的装置，电压采集单元采用高共模运放ad8497数据处理单元，本装置可设置有有280个电流采集点（子机模块则为28个），构成28*10的分布电流测量矩阵，每个采集点的面积为1cm
²
，可达到0~2a/cm
²
的测量范围，结合高共模模运放ad8497电流分别率可达0.01a，具有70个温度测量点，构成14*5的分布温度测量矩阵，测量范围为-40~150℃，最大可测试面积为300cm*100cm，进行质子交换膜的分布电流和温度值测试。一个子机模块单模块可处理10个电流信号和5个温度信号。
59.电流及温度的采集板上的电流取样点与电流采样单元连接，并将电流信号转换为电压信号，通过插件接口的形式与子机模块的电压采集单元连接。
60.电流及温度的采集板上的温度取样点（多个薄膜铂电阻温度传感器）与温度采样单元连接，通过插件接口形式与子机模块的温度信号转换单元连接。
61.子机模块中的电压采集单元和温度信号转换单元通过spi接口与spi通信单元连接，将电压和温度数据传输到子机主控单片机，子机主控单片机将经过运算处理后的数据通过can通讯模块、can总线接口和通讯总线传输到子机can通讯模块，通过主机主控单片机、主机can通讯模块和监控平台接口传输到监控平台。
62.目前的检测装置为使用夹具夹在电池上，对于整堆只能检测最后一片质子交换膜的电流和温度分布，而本装置做成片装电路板2形式，电流温度巡检安装时只需设置（例如使用常规夹装设备，夹子）在燃料电池堆任一被测质子交换膜1的后面，可以灵活的测量整个燃料电池堆上任何一片质子交换膜1的分布电流和温度数据，且电流和温度数据的同时采集，为研发燃料电池提供更完整的关联数据。