本发明属于燃料电池技术领域，更为具体地讲，涉及一种用于燃料电池检测与控制的装置。
背景技术：
燃料电池是一种稳定，高效，清洁的发电装置，通过氢气和空气进行反应产生电能，反应产物仅为水，电能和热量。是解决现有能源问题的一项重要技术。燃料电池的寿命问题一直是制约燃料电池大规模产业化的因素之一，同时也是燃料电池技术发展的瓶颈，在各种影响燃料电池寿命的因素中，频繁的启停过程对燃料电池耐久性的影响较为严重。
燃料电池的阳极侧在启动与停机过程中会形成氢气/空气界面，界面的存在会导致反向电流和阴极侧高电压的产生，进而导致催化剂层碳载体的腐蚀，碳载体的腐蚀是造成电池性能降低和寿命衰减的重要原因。
现有的分析燃料电池启动与停机过程的方法主要有两种，第一种是在实验室模拟实际情况进行加速实验，经过多次循环后，通过分析电池的受损情况来研究启停过程的寿命衰减问题，但这种方法由于无法监测到电池内部的反应情况，因此不能对产生寿命衰减的原因进行很好的分析。
第二种方法为使用分区电池技术对电池内部电流变化情况进行检测。此方法可以对启停过程中寿命衰减的原理进行研究。
分区电池技术通过在电池中加入已划分多个采样区的集流板，来对电池内部不同区域的电流进行测量。但现有的分区电池检测装置结构单一，功能性不足，仅可测得各反应区产生或流过的电流，无法描绘不同反应区之间的电流流动和电压变化情况，所提供的信息量少，无法很好的分析复杂的启停过程。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于燃料电池检测与控制的装置，能够针对性的对燃料电池在启停过程中的电流与电压的变化进行测量，从而控制放电电阻降低启停过程中电池的损耗。
为实现上述发明目的，本发明一种用于燃料电池检测与控制的装置，其特征在于，包括：膜电极、嵌有流道的阳极侧集流板与阴极侧集流板；在燃料电池中，氢气与氧气在膜电极发生反应产生的电流经由两侧的阳极侧集流板与阴极侧集流板的金属集流区域流道进行收集，再将收集到的电流用于燃料电池的检测；
其中，所述阳极侧集流板的金属集流区域流道与膜电极阳极侧相接触，且所有的金属集流区域流道互相连通，电势相等；
所述阴极侧集流板沿流道方向由n×1个相互并联的子集流板构成，每个子集流板的金属集流区域流道相互断开，仅收集每个子集流板内流经的电流；
在阴极侧集流板中，第1至n-1个子集流板的结构相同，均包括金属集流区域流道，第一电流传感器，第二电流传感器，第一电压传感器，电阻接入开关，放电电阻，第一区间连接点和第二区间连接点；
阴极侧集流板的金属集流区域流道与膜电极阴极侧相接触，收集膜电极上对应子集流板产生或流过的电流；
第一电流传感器的两端分别与阴极侧集流板的金属集流区域流道和第一区间连接点相连，用以测量该子集流板中对应膜电极区域产生或流过的电流；
第二电流传感器的两端位于第一区间连接点和第二区间连接点之间，用以测量相邻两个子集流板之间流动的电流；
第一电压传感器两端分别与第一区间连接点和阳极侧集流板的金属集流区域流道相连，用以测量该子集流板中对应膜电极区域的电压；
电阻接入开关与放电电阻串联组成负载回路，负载回路两端分别与第二区间连接点和阳极侧集流板的金属集流区域流道相连；
第n个子集流板在前n-1个子集流板基础上，去掉第二电流传感器，将第一区间连接点与第二区间连接点直接连接，剩余部件均相同，其连接及功能也相同；
在相邻两个子集流板之间，通过第二电压传感器和等压开关相连，其中，第二电压传感器两端与相邻两个子集流板的第一区间连接点相连；等压开关的一端与前一个子集流板的第二区间连接点相连，另一端与后一个子集流板的第一区间连接点相连；通过设置不同等压开关的通断状态，使燃料电池能够工作在单电池模式和多分区组模式，其中，在单电池模式下，所有等压开关全部闭合，所有子集流板的阴极侧电势相等，这样模拟实际情况中正常工作的单节燃料电池进行检测；在多分区组模式下，等压开关按实际要求闭合，将单节燃料电池设置为不同数量的子集流板的组合，对子集流板组合内和组合间的电流，电压的变化进行检测，通过控制电阻接入开关的导通时间，设置各子集流板的放电电阻的接入时间，从而控制放电电阻降低启停过程中电池的损耗。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种用于燃料电池检测与控制的装置，由n个相互并联的子集流板构成，在装置内，通过设置不同等压开关的通断状态，使燃料电池能够工作在单电池模式和多分区组模式，其中，在单电池模式下，所有等压开关全部闭合，所有子集流板的阴极侧电势相等，这样模拟实际情况中正常工作的单节燃料电池进行检测；在多分区组模式下，等压开关按实际要求闭合，将单节燃料电池设置为不同数量的子集流板的组合，对子集流板间电压的变化，组合内电流的变化进行检测，通过控制电阻接入开关的导通时间，设置各子集流板的放电电阻的接入时间，从而控制放电电阻降低启停过程中电池的损耗。
本发明一种用于燃料电池检测与控制的装置还具有以下有益效果：
(1)、本发明具有结构简单、功能全面的特点，能够反应每个子集流板之间的电流流动和电压变化情况，从而进行燃料电池启停过程的分析。
(2)、本发明能够通过设计的等压开关，使燃料电池能够工作在不同的工作模式。
附图说明
图1是本发明一种用于燃料电池检测与控制的装置原理图；
图2是子集流板的原理示意图；
图3是各子集流板间的连接方式示意图；
图4是电池分区结构示意图；
图5是单电池模式装置示意图；
图6是多分区组模式装置示意图；
图7是在实施例下的装置结构示意图；
图8是在图7实施例下单电池模式装置示意图；
图9是在图7实施例下多分区组模式装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明一种用于燃料电池检测与控制的装置原理图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种用于燃料电池检测与控制的装置，包括：膜电极、嵌有流道的阳极侧集流板与阴极侧集流板；在燃料电池中，氢气与氧气在膜电极发生反应产生的电流经由两侧的阳极侧集流板与阴极侧集流板的金属集流区域流道进行收集，再将收集到的电流用于燃料电池的检测；
在本实施例中，嵌有流道的阳极侧集流板与阴极侧集流板由pcb材料制成，在图1中，101为阴极侧集流板结构示意图，102为膜电极结构示意图，103为阳极侧集流板结构示意图，104为阴极侧集流板的分区结构。
其中，阳极侧集流板的金属集流区域流道与膜电极阳极区域连接，且所有的金属集流区域流道互相连通，电势相等；
由于膜电极没有电子的移动，所以膜电极也可划分为与阴极侧相同的n×1个区域，如图4所示，401～404为反应气体的通道，图中虚线框所示为电池的反应区，反应区按金属集流区域流道的划分方式划分为n×1个区域
按照阴极侧分区结构将整阴极侧集流板沿流道方向分为n个子集流板，每个子集流板的金属集流区域流道相互断开，仅收集每个子集流板内流经的电流，每个子集流板的结构如图2所示，每个子集流板之间的连接方式如图3所示。
在本实施例中，如图2所示，通过电化学反应产生或流过的电流沿导线流出，经由金属集流区域流道210和211收集，由第一电流传感器202测量，第一电流传感器两端分别于金属集流区域211和第一区间连接点209连接；第一电压传感器203测量区域201阴阳极两端的电压，两端分别接在阳极侧和第一区间连接点209；第二电流传感器204测量分区201与其右侧分区之间的电流流动情况，两端与第一区间连接点209和第二区间连接点207连接；205为分区201所对应的放电电阻，206为对应的电阻接入开关，205和206串联后两端分别接在节点207和阳极侧；除第n个分区外，所有分区的装置示意图均如图2所示，第n个分区没有204电流传感器，将第一区间连接点与第二区间连接点直接连接，剩余部件均相同，其连接及功能也相同；
各子集流板间的连接方式如图3所示，各子集流板间的阳极侧金属集流区域流道相互连接，开关311～312为等压开关，开关311的两端分别连接在分区301的第二区间连接点207和分区302的第一区间连接点209上；电压传感器321～322测量相邻两分区之间的电压。321的两端分别接在分区301和302的第一区间连接点209上。
通过设置不同等压开关的通断状态，使燃料电池能够工作在单电池模式和多分区组模式；
在单电池模式下，所有等压开关全部闭合，所有子集流板的阴极侧电势相等，这样模拟实际情况中正常工作的单节燃料电池进行检测；
如图5所示，在单电池模式下，闭合开关511～512，其余开关断开，则子集流板1～n的阴极侧相连，电势相等，此时电池与正常工作时的非分区电池相同；
在多分区组模式下，等压开关按实际要求闭合，将单节燃料电池设置为不同数量的子集流板的组合，对子集流板间电压的变化，组合内电流的变化进行检测，通过控制电阻接入开关的导通时间，设置各子集流板的放电电阻的接入时间，从而控制放电电阻降低启停过程中电池的损耗；
如图6所示，将单节燃料电池设置为k的子集流板的组合，每个分区组由相邻的m1,m2,…,mk个通过闭合的等压开关相连的分区构成,其中，k≤n，mi＜n(1≤i≤k),m1+m2+…+mk＝n，n为等压开关总个数，各分区组内控制分区等电压相连的开关闭合，各分区组间控制分区等电压相连的开关断开。
实例
如图7所示，整个装置分为10×1个区域。700～709为所分的10个区域，电流传感器710测量第一个分区700产生或流过的电流；电压传感器720测量区域700阴阳极两端电压；电流传感器730测量分区700和分区701之间电流的流动情况；电压传感器750测量分区700和分区701之间的电压，传感器两端分别接在节点780和端点782；740为控制分区700和分区701是否等压连接的开关；760为分区700所对应的放电电阻；770为控制放电电阻760是否接入的开关，760和770串联后两端分别接在节点781和783。
分区701～509对应电路的连接与分区700相似，在此不做过多阐述。
如图8所示，闭合开关740～748，其余开关断开，则分区700～709阴极侧相连，电势相等，此时电池与正常工作时的非分区电池相同。电压传感器750～758测量结果为0，电压传感器720～729测量结果相同，均为单节电池节电压。电流传感器710～719、730～738的测量结果可以很好的反应启停过程中电池内部电流的横向流动情况。
如图9所示，闭合开关740～743,745～748，断开开关744，则电池被分为2个分区组，分区700～705为分区组1，分区706～709为分区组2。在本实施例中，电压传感器754可以测量两个分区组之间的电压变化；电压传感器720～724所测为分区组1的电压，电压传感器725～729所测为分区组2的电压，电流传感器710～714、730～733和715～719、735～738分别测量分区组1和分区组2内部电流的横向流动情况，可以通过控制开关770～779的导通时间，设置各分区的放电电阻的接入时间，控制各分区组的放电电阻降低启停过程中电池的损耗。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。