燃料电池产业现在正在经历技术商品化的初期阶段。研究开发和设计,测试仪器和性能测试程序正在成为这方面发展的主流。从各种电池用化学物质的研究到电池组和电池模块的设计评价,对于系统的多产品测试CONTROL ENGINEERING China版权所有,燃料电池测试技术面对极大的挑战。
电池电压监视 (CVM)
因为每个电池只输出0.8-1.5VDCwww.cechina.cn,为了输出足够的电力。燃料电池组一般由约一百个单片电池组成CONTROL ENGINEERING China版权所有,在一些特殊的场合,特别是汽车应用,电池组会由六百个单片电池构成。CVM系统通过测试电池组结构中每个单片电池的电压可以检测出有问题的电池;分析现场或带负荷长时间运行时的电池性能。
检测电池电压时使用差动输入。虽然单片电池的电压不高,可是差动输入端子对测试仪表地端会产生几百伏的电压。这种电压被称为共模电压(common mode voltage)。多数数据采集仪器 (DAQ) 没有绝缘,输入电压限制范围一般是5伏或10伏。另外,非绝缘仪器经常容易受接地环路(ground loops)的影响。为了克服燃料电池CVM系统中高共模电压的问题,要求高电压绝缘(high voltage isolation)。 虽然可以使用外部信号变换器或缓存,为了在
同时实现高电压绝缘和多通道的DAQ系统的设计是一个难题,因为大多数数据采集仪器模块使用单一A-D 转换器与前端倍增或扫描组合。高共模电压信号在经过绝缘变压器(isolation transformer)和A-D转换器实现绝缘和离散化之前一定要通过切换继电器。MX100使用横河专利技术的固态继电器(solid state relay-SSR),可以保证1500VDC负荷电压下的连续正常工作。此外www.cechina.cn, MX100内部的绝缘变压器和积分式A-D 转换器也是横河的专利技术。其他使用电磁式继电器提供绝缘的 DAQ系统,会产生切换时间,切换稳定性,和日常维护的问题。最后,MX100 DAQMaster 提供高性能的绝缘和4通道的同期采样(simultaneously sampled),因为4通道模块每个通道的硬件采用互相独立的硬件构成。
电堆应变
燃料电池组一般采用相对简单的机械结构,生产公差的微小偏差都会对燃料电池性能产生极大的影响。电池组一般使用螺栓压紧和固定。螺栓固定产生的压力会影响电池组的化学反应从而影响电力输出。
![为了测试和解析电堆…如图3](http://www.cechina.cn/upload/upitem/AT/20041125103232596.JPG)
为了测试和解析电堆应变和电堆或电池电压的关系,在这里使用机电和消费产品测试领域广泛使用的应变片进行测试。测试回路是惠斯通电桥和4个,2个或1个应变片的组合。在半桥和1/4桥应用中,全部使用精密电阻。这个惠斯通电桥需要电压激励,另外,测量信号一般只有几个微伏,为了精确的检出应变,需要配置合适的放大器和滤波器。
![WE7000是网络型测试…如图4](http://www.cechina.cn/upload/upitem/AT/2004112510338642.JPG)
WE7000是网络型测试仪器,数据采集模块可以提供精确测量和通过PC的控制。如果使用WE7245应变测量模块,可以很容易的实现从4个到几百个通道应变片的监视和分析。 它具有• 100 kS/sec,同期采样通道 (独立 A/D 硬件)
• 支持1/4,半桥和全桥回路
• 自动平衡和短路校正
• 120 Ohm, 350 Ohm 或用户定制
• 电压激励: 通道可选 2V, 5V, 10V
•.通道间绝缘可以消除共模电压和接地环路的影响
• 可以将数据流连续传送到PC,或使用每通道1百万采样的模块化存储器
• 内嵌式硬件低通滤波器消除干扰
• 每个通道除应变片输入以外还可以设定为电压输入
燃料电池组一般采用相对简单的机械结构,生产公差的微小偏差都会对燃料电池性能产生极大的影响。电池组一般使用螺栓压紧和固定。螺栓固定产生的压力会影响电池组的化学反应从而影响电力输出。
为了测试和解析电堆应变和电堆或电池电压的关系,在这里使用机电和消费产品测试领域广泛使用的应变片进行测试。测试回路是惠斯通电桥和4个,2个或1个应变片的组合。在半桥和1/4桥应用中,全部使用精密电阻。这个惠斯通电桥需要电压激励,另外,测量信号一般只有几个微伏,为了精确的检出应变,需要配置合适的放大器和滤波器。
WE7000是网络型测试仪器,数据采集模块可以提供精确测量和通过PC的控制。如果使用WE7245应变测量模块,可以很容易的实现从4个到几百个通道应变片的监视和分析。 它具有• 100 kS/sec,同期采样通道 (独立 A/D 硬件)
• 支持1/4,半桥和全桥回路
• 自动平衡和短路校正
• 120 Ohm, 350 Ohm 或用户定制
• 电压激励: 通道可选 2V, 5V, 10V
•.通道间绝缘可以消除共模电压和接地环路的影响
• 可以将数据流连续传送到PC,或使用每通道1百万采样的模块化存储器
• 内嵌式硬件低通滤波器消除干扰
• 每个通道除应变片输入以外还可以设定为电压输入
温度分析
对于任何种类的燃料电池(PEM, SOFC, etc.),为了最大限度的提高性能和防止过热,温度的监视和管理都是非常重要的课题。这里介绍的温度测量适合燃料电池系统的各个组成部分,从电堆本身到供气装置,重整器,变频器。在有些场合也包括一些热电部件。由于以上原因,经常会需要几百个热电偶或RTD测量通道,小型CONTROL ENGINEERING China版权所有,模块化,可再构筑的数据采集系统是理想的。另外,在使用热电偶对燃料电池和变频器的输出端测量时,与前述CVM 类似,较容易受高共模电压的影响,需要注意同样的事项以防止损坏仪器。对于燃料电池,由于多通道和低成本,与RTD相比一般更经常使用热电偶。不同的DAQ系统,热电偶测量误差也各不相同。从+/- 0.5 deg C 到 +/- 5 deg C 甚至更大。
MX100 DAQMaster 的通用输入可以对应各种热电偶。使用10通道模块,可以很容易的构成有上百或上千的热电偶通道的系统,并通