燃料電池測試系統研發現狀介紹1.桑英軍2.范媛媛(1淮陰工學院電信系；2淮陰工學院計科系，江蘇淮安223001)摘要：本文系統介紹了國內外燃料電池測試系統的研究現狀及發展水平．測試系統的基本

燃料電池測試系統研發現狀介紹
隨著全球對能源需求的增長及人類對環境要求的進步。各個國家對燃料電池的研究和開發H益增多。燃料電池是最有希看為汽車和居民提供清潔高效能源的技術之一。燃料電池發動機被以為是最有希看取代內燃機的新型能源動力系統。燃料電池測試系統不僅存燃料電池系統的研發階段十分重要，即使是在其投進使用之后對于維持電池的正常工作也是不可或缺的。強大的測試能力能夠提供對燃料電池可靠的監控。提供靈活的結構，具備了這種能力，科學界能夠很方便地設計他們的系統，以跟蹤燃料電池技術進步。

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1．國內外燃料電池測試系統整體研究現狀及水平

由于燃料電池還處于開發階段，汽車產業還沒有制定燃料電池的標準測試儀器．更談不上同一規范的測試儀器供給商。很多公司開始走近這項挑戰，研究正確測試燃料電池的解決方案。這些公司中最引人注目的是美國的Hydrogenics公司和美國國家儀器公司（NationalInstnlments，簡稱NI），它們推出了一些軟硬件測試產品．能夠兼容多種燃料電池，測得幾乎所有設計指標：Hydrogenics的Greenljght公司是世界上最大的燃料電池測試系統牛產基地．它是燃料電池產業測試診斷設備引領全球的供給商。Nl足全球基于計算機測屠的領導者，很多領先的燃料電池制造商都在開發的各個階段使用NI硬件及軟件T具來測試燃料電池。在整個電池行業研發出燃料電池測試系統的公司屈指可數，H在2004年之前均為國外廠家。為使研發燃料電池的專家能利用丈量、控制、分析及可視化工具進行評估，武漢力興測試設備有限公司緊跟世界燃料電池的最前沿技術，自主開發出具有國內領先水平的燃料電池測試系統，并于2004年一月推出國內首臺燃料電池測試系統。該系統的推出填補了我國在燃料電池測試領域的空缺．在推廣國內燃料電池產業發展的里程碑上有著非同平常的意義。

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2．燃料電池測試系統的基本理論

2．1測試目的

固然研究、開發、制造和應用部fJ的總目標各有不同。它們對于燃料電池的檢測和躲視項目要求卻是相似的。對丁研發部分，測試要求足確定輸出能量、使用壽命和電池組的耐用性。在設計驗收階段，主要任務是優化設計以備大規模生產．以及在不降低效率的情況下降低電堆總本錢。對丁生產應用．要求燃料電池符合規范要求。而在實際使用中，監測電池的壽命和工作狀態是非常重要的。好在這些不同的任務對電池測試系統的要求都差未幾。

2．2測試系統的主要特點

①隔離。燃料電池測試系統先要進行各種需要信號調理的測鼉。然后原始信號才能有數據采集系統數字化。大容最電堆具有數百個單電池。從而電壓丈量要求數白．伏的共模抑制。因此．測試不僅必須具有多個每個通道都能讀取l—10V的通道．而且必須保持電堆的每一個和最后一個電池之間高達數百伏的隔離。

②數據采集系統必須能夠擴展。由于燃料電池測試系統的通道數目可以從100個到1000多個．所以數據采集系統必須能夠擴展。并且這些系統也要求可以進行信號的衰減和放大。

③模塊化。對于今天的測試系統，模塊化也是必須的。由于測試系統必須能夠隨著生產及驗證技術的變革而變革。

④標定。任何測試系統都應該進行標定以確保丈量有效和正確。

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2．3測試的主要性能參數

燃料電池測試系統需要精確的監測和控制成百上千次丈量．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。測試燃料電池的性能是很重要的，而監測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，安全運行也是至關重要的。所以監測控制的主要參數有：

（1）電壓。在有負載的情況下，單電池的輸出電壓會從開路電壓的1V左右降到O．6V左右．知道了每個單電池的電壓就可以更近的了解電堆的健康情況。假如哪個單電池顯示出不同電壓，就表明此電池有題目，或者溫度不正常，或者電極被淹。測試單電池或電堆的電壓就可以正確操縱、測試和設計燃料電池。

（2）電流。輸出電流有時候很高，所以通常利用高斯效應來測，這種方法可以不直接使用導線來測試電流，而通過監測信號并按比例轉換成電流讀數。

（3）溫度。要高效地產生電能。PEMFC必須在60—80℃的范圍內工作。監視溫度的目的是優化溫度的改變以進步輸出功率，熱電偶和電阻是溫度傳感器。是監視電池組溫度及反應氣體溫度的良好傳感器。

（4）濕度。電池單元的每一個膜片必須保持一定的濕度，太干或太濕都會影響燃料電池的工作效率。因此測定和控制燃料電池的濕度非常重要。一種測試濕度的方法是通過電子濕度傳感器，根據濕度的大小成比例的輸出4—20mA的電流，測試儀器的輸進通道可以讀進這個電流信號。

（5）氣體壓力。在很多應用中，氣流壓力較大，此壓力必須進行監視和治理。壓力通過壓力傳感器進行丈量并進行信號調理。

（6）氣體流速。氫氣流速一般使用產生正比于氣流速率脈沖的質量流量計來丈量．然后這些脈沖由計數器／定時器接口板進行監視．并使用軟件換算成流量。電子凋節器可通過試驗臺輸出的電壓或電流來控制壓力和流量。

（7）負載。可利用可編程負載來改變阻值。改變阻值可利用可控制的GPIB負載設備或通過數字繼電器并行連接各個電阻。第一種方法可以安裝單獨的一個單元通過GPl0來改變加在電堆上的電阻，第二種方法可利用繼電器和開關改變阻值。

2．4燃料電池測試系統基本結構

燃料電池測試系統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；控制器主要基于計算機控制．這種方法充分發揮了計算機的上風：速度快，記憶能力強大和可升級。軟件要易于升級并極具靈活性，用戶界面友好．用戶可很輕易地進行各種復雜程度的編程及實驗。表l列出了燃料電池測試系統基本結構單元。