专利名称：便携式固体氧化物燃料电池自动检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池的自动检测系统，具体是一种便携式固体氧化物燃料电池的自动检测系统。
背景技术：
目前，对中小功率的固体氧化物燃料电池(SOFC)进行测控，通常采用普通的电压、电流测量仪表，加上开关和可变电阻组成的手动变负载和记录数据的方式，需专门的人连续进行，工作量大；或者利用成品的电化学测量仪器(恒电位仪)与配套测控软件进行测量，长时间测量需要占用仪器较多时间；目前已经开发出的某些燃料电池测量系统具备自动测控的功能，但在功能上仍有改进必要，在量程、精度、功耗和采集时间等方面仍存在某些问题，亟待解决。已经实现了商品化的燃料电池测试系统(FCTS)虽然在硬件和软件方面已经初步满足需求，具备了比较强大的功能，适合较大的电池堆迭测试的需要。但是，其体积和重量都很大，价格昂贵，只适合安装在固定的实验室进行工作，难以大量装备，而且在与其他设备同样是大型的通用设备(如气相色谱、红外光谱和质谱仪器)进行联合测量时，难以进行必要的搬动和组合，而且与其他设备进行必要的电路与程序连接存在困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式固体氧化物燃料电池自动检测系统，它可对燃料电池的工作温度、气体流量、输出电压、电流、功率等进行检测。它包含燃料电池1、氧气源10、燃料气源11，它还包含热电偶2、温度信号处理单元3、电压、电流处理单元4、第一流量控制器5、第二流量控制器6、模/数转换USB接口模块7、数/模转换模块8、计算机9；热电偶2的测温端与燃料电池1壳体接触，热电偶2的信号输出端连接温度信号处理单元3的信号输入端，燃料电池1的正负电源输出端分别连接电压、电流处理单元4的两个信号输入端，氧气源10通过第二流量控制器6与燃料电池1的氧气输入孔相连接，燃料气源11通过第一流量控制器5与燃料电池1的燃料气体输入孔相连接，模/数转换USB接口模块7的六个输入端分别连接温度信号处理单元3的信号输出端、电压、电流处理单元4的三个信号输出端、第一流量控制器5的信号输出端和第二流量控制器6的信号输出端，数/模转换模块8的四个信号输出端分别连接电压、电流处理单元4的两个信号输入端、第一流量控制器5的信号输入端和第二流量控制器6的信号输入端，模/数转换USB接口模块7的数据输出端连接数/模转换模块8的数据输入端，模/数转换USB接口模块7的数据输出输入端连接计算机9的数据输入输出端。工作原理燃料电池1的工作温度值通过热电偶2、温度信号处理单元3、模/数转换USB接口模块7输入到计算机9中，燃料电池1的电压、电流、功率直通过电压、电流处理单元4、模/数转换USB接口模块7输入到计算机9中，计算机9对上述数据进行综合处理后通过模/数转换USB接口模块7、数/模转换模块8对电压、电流处理单元4、第一流量控制器5、第二流量控制器6进行控制并得出燃料电池1的各种数据值。本发明能对燃料电池的工作温度、气体流量、输出电压、电流、功率等进行检测，并具有小的体积和轻的重量、成本低、精度高、功耗低、软件和硬件配置灵活。
图1是本发明的整体电路结构示意图，图2是温度信号处理单元3的电路结构示意图，图3是电压、电流处理单元4的电路结构示意图。
具体实施例方式结合图1、图2、图3说明本实施方式，本实施方式由燃料电池1、氧气源10、燃料气源11、热电偶2、温度信号处理单元3、电压、电流处理单元4、流量控制器5、流量控制器6、模/数转换USB接口模块7、数/模转换模块8、计算机9组成；热电偶2的测温端与燃料电池1壳体接触，热电偶2的信号输出端连接温度信号处理单元3的信号输入端，燃料电池1的正负电源输出端分别连接电压、电流处理单元4的两个信号输入端，氧气源10通过第二流量控制器6与燃料电池1的氧气输入孔相连接，燃料气源11通过第一流量控制器5与燃料电池1的燃料气体输入孔相连接，模/数转换USB接口模块7的六个输入端分别连接温度信号处理单元3的信号输出端、电压、电流处理单元4的三个信号输出端、第一流量控制器5的信号输出端和第二流量控制器6的信号输出端，数/模转换模块8的四个信号输出端分别连接电压、电流处理单元4的两个信号输入端、第一流量控制器5的信号输入端和第二流量控制器6的信号输入端，模/数转换USB接口模块7的数据输出端连接数/模转换模块8的数据输入端，模/数转换USB接口模块7的数据输出输入端连接计算机9的数据输入输出端；所述温度信号处理单元3由前置放大器3-1、次级放大器3-2组成；前置放大器3-1的信号输入端连接热电偶2的信号输出端，前置放大器3-1的信号输出端连接次级放大器3-2的信号输入端，次级放大器3-2的信号输出端连接模/数转换USB接口模块7的信号输入端；电压、电流处理单元4由电压前置放大器4-1、电压同相放大器4-2、第一量程判断器4-3、第一控制模拟开关4-4、量程编码电阻网络4-5、第二量程判断器4-6、第二控制模拟开关4-7、假负载模块4-8、加法器4-9、电流反相放大器4-10组成；电压前置放大器4-1的两个信号输入端、假负载模块4-8的两个信号输入端分别与燃料电池1的正负电源输出端相连接，电压前置放大器4-1的信号输出端连接第一量程判断器4-3的信号输入端和电压同相放大器4-2的信号输入端，电压同相放大器4-2的受控端连接第一控制模拟开关4-4的控制输出端，第一量程判断器4-3的输出端连接第一控制模拟开关4-4的输入端和量程编码电阻网络4-5的输入端，假负载模块4-8的两个受控端分别连接数/模转换模块8的两个输出端，假负载模块4-8的信号输出端连接加法器4-9的信号输入端，加法器4-9的信号输出端连接电流反相放大器4-10的信号输入端和第二量程判断器4-6的输入端，第二量程判断器4-6的输出端连接第二控制模拟开关4-7的输入端和量程编码电阻网络4-5的输入端，第二控制模拟开关4-7的输出控制端连接电流反相放大器4-10的受控输入端，模/数转换USB接口模块7的三个输入端分别连接电压同相放大器4-2的信号输出端、量程编码电阻网络4-5的输出端和电流反相放大器4-10的信号输出端。热电偶2选用的型号是K型(镍铬-镍硅)热电偶，第一流量控制器5选用的型号是D07-7A/ZM，第二流量控制器6选用的型号是D07-7A/ZM，模/数转换USB接口模块7选用的型号是USB203，数/模转换模块8选用的型号是DAC0832，计算机9选用的型号是支持USB接口Pentium II代以上型号，前置放大器3-1选用的型号是OP-07，次级放大器3-2选用的型号是LM324，电压前置放大器4-1选用的型号是TL084，电压同相放大器4-2选用的型号是LM324，第一量程判断器4-3选用的型号是LM324，第一控制模拟开关4-4选用的型号是CD4066，量程编码电阻网络4-5选用的0.25W电阻组成，第二量程判断器4-6选用的型号是LM324，第二控制模拟开关4-7选用的型号是CD4066，假负载模块4-8选用的型号是IRF530 VMOS晶体管，加法器4-9选用的型号是LM324，电流反相放大器4-10选用的型号是LM324。
权利要求
1.便携式固体氧化物燃料电池自动检测系统，它包含燃料电池(1)、氧气源(10)、燃料气源(11)，其特征在于它还包含热电偶(2)、温度信号处理单元(3)、电压、电流处理单元(4)、流量控制器(5)、流量控制器(6)、模/数转换USB接口模块(7)、数/模转换模块(8)、计算机(9)；热电偶(2)的测温端与燃料电池(1)壳体接触，热电偶(2)的信号输出端连接温度信号处理单元(3)的信号输入端，燃料电池(1)的正负电源输出端分别连接电压、电流处理单元(4)的两个信号输入端，氧气源(10)通过第二流量控制器(6)与燃料电池(1)的氧气输入孔相连接，燃料气源(11)通过第一流量控制器(5)与燃料电池(1)的燃料气体输入孔相连接，模/数转换USB接口模块(7)的六个输入端分别连接温度信号处理单元(3)的信号输出端、电压、电流处理单元(4)的三个信号输出端、第一流量控制器(5)的信号输出端和第二流量控制器(6)的信号输出端，数/模转换模块(8)的四个信号输出端分别连接电压、电流处理单元(4)的两个信号输入端、第一流量控制器(5)的信号输入端和第二流量控制器(6)的信号输入端，模/数转换USB接口模块(7)的数据输出端连接数/模转换模块(8)的数据输入端，模/数转换USB接口模块(7)的数据输出输入端连接计算机(9)的数据输入输出端。
2.根据权利要求1所述的便携式固体氧化物燃料电池自动检测系统，其特征在于温度信号处理单元(3)由前置放大器(3-1)、次级放大器(3-2)组成；前置放大器(3-1)的信号输入端连接热电偶(2)的信号输出端，前置放大器(3-1)的信号输出端连接次级放大器(3-2)的信号输入端，次级放大器(3-2)的信号输出端连接模/数转换USB接口模块(7)的信号输入端。
3.根据权利要求1所述的便携式固体氧化物燃料电池自动检测系统，其特征在于电压、电流处理单元(4)由电压前置放大器(4-1)、电压同相放大器(4-2)、第一量程判断器(4-3)、第一控制模拟开关(4-4)、量程编码电阻网络(4-5)、第二量程判断器(4-6)、第二控制模拟开关(4-7)、假负载模块(4-8)、加法器(4-9)、电流反相放大器(4-10)组成；电压前置放大器(4-1)的两个信号输入端、假负载模块(4-8)的两个信号输入端分别与燃料电池(1)的正负电源输出端相连接，电压前置放大器(4-1)的信号输出端连接第一量程判断器(4-3)的信号输入端和电压同相放大器(4-2)的信号输入端，电压同相放大器(4-2)的受控端连接第一控制模拟开关(4-4的控制输出端，第一量程判断器(4-3)的输出端连接第一控制模拟开关(4-4)的输入端和量程编码电阻网络(4-5)的输入端，假负载模块(4-8)的两个受控端分别连接数/模转换模块(8)的两个输出端，假负载模块(4-8)的信号输出端连接加法器(4-9)的信号输入端，加法器(4-9)的信号输出端连接电流反相放大器(4-10)的信号输入端和第二量程判断器(4-6)的输入端，第二量程判断器(4-6)的输出端连接第二控制模拟开关(4-7)的输入端和量程编码电阻网络(4-5)的输入端，第二控制模拟开关(4-7)的输出控制端连接电流反相放大器(4-10)的受控输入端，模/数转换USB接口模块(7)的三个输入端分别连接电压同相放大器(4-2)的信号输出端、量程编码电阻网络(4-5)的输出端和电流反相放大器(4-10)的信号输出端。
全文摘要
便携式固体氧化物燃料电池自动检测系统，它具体是一种便携式固体氧化物燃料电池的自动检测系统。热电偶(2)的测温端与燃料电池(1)壳体接触，(2)通过温度信号处理单元(3)与模/数转换USB接口模块(7)输入端连接，(1)的两个电源输出端分别连接电压、电流处理单元(4)的两个输入端，氧气源(10)通过第二流量控制器(6)与(1)的输入孔相接，燃料气源(11)通过第一流量控制器(5)与(1)的输入孔相接，(7)的五个输入端分别接(4)的三个输出端、(5)和(6)的输出端，数/模转换模块(8)的四个输出端分别接(4)的两个输入端、(5)和(6)的输入端，(7)的数据端接(8)的数据端，(7)的数据端接计算机(9)的数据端。本发明能对燃料电池的工作温度、气体流量、电压、电流、功率等进行检测。
文档编号G01R31/36GK1564012SQ200410013688
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月14日 优先权日2004年4月14日
发明者吕喆, 苏文辉, 黄喜强, 刘志国, 刘江, 裴力, 贺天民, 植柱 申请人:哈尔滨工业大学