[发明专利]一种燃料电池水分布可视化在线检测系统

说明书

本发明公开了一种燃料电池水分布可视化在线检测系统，包括主控制器、可视化燃料电池、湿度传感器、图像采集模块、图像处理模和分析诊断模块、终端显示设备、终端数据库；根据燃料电池特性，通过对燃料电池进行图像采集与处理，从而提取燃料电池液态水分布数据，再通过分析诊断模块对燃料电池液态水分布数据进行分析诊断，进而建立动态水分布图，以用于考察燃料电池的工作状态，实时表征显示燃料电池的水分布信息，分析影响燃料电池性能和寿命的关键因素，制定合理的燃料电池水管理策略。

技术领域

本发明属于图像采集与处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种燃料电池水分布可视化在线检测系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作温度低、启动快、比功率高，结构简单、可靠性高、真正实现“零排放”，是目前公认的便携式电源、新能源汽车、固定发电站等的首选发电能源。

燃料电池在工作过程中的主要产物是水，目前的研究表明，水在燃料电池电化学系统中的含量和分布是影响PEMFC输出功率、稳定性和寿命的主要因素之一。一方面，燃料电池的相对湿度分布情况直接影响到电池的活化程度，进而影响到电池的电流密度和工作效率；另一方面，质子交换膜若长时间工作在干燥或水淹的状态下，会导致反应物和催化剂的利用率下降，加速电池的老化，降低其使用寿命。

因此，设计一种燃料电池水分布可视化在线检测系统，对于考察燃料电池的工作状态，实时表征显示燃料电池的水分布信息，分析影响燃料电池性能和寿命的关键因素，制定合理的燃料电池水管理策略，具有重要的指导意义。

传统的燃料电池湿度检测方法，如：分区PCB检测，使用湿度传感器对燃料电池内部湿度分布情况进行检测，侧重于表征燃料电池局部湿度信息。考虑到湿度传感器的工作特性，其相对湿度测量范围为0-100％，对于局部相对湿度超过100％产生液态水的情况，无法准确检测其水淹程度，制定水管理策略。现有的部分水分布检测成像技术，如：中子成像技术、X光成像技术，对检测环境要求极高，目前仅适用于实验室检测。而现有的可视化水分布检测，多采用离线分析，且缺乏智能图像处理分析模块，以获取实时水分布信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种燃料电池水分布可视化在线检测系统，根据燃料电池特性，通过图像采集与处理，提取燃料电池液态水分布数据，进而建立动态水分布图，实现燃料电池水分布可视化在线检测。

为实现上述发明目的，本发明为一种燃料电池水分布可视化在线检测系统，其特征在于，包括：

一主控制器，作为系统的核心控制单元，通过输出控制指令来控制各模块的正常运行，同时用于接收湿度传感器采集的湿度分布信息；

一可视化燃料电池，采用阴极可视化电堆，其阴极端部流道为镂空流道，外侧端板使用实心聚碳酸酯(PC)透明板，便于采集阴极端部流道内的液态水信息，在各节电池的阴极/阳极流道内均匀嵌入湿度传感器，用于采集各节电池的湿度分布信息；

可视化燃料电池通过湿度传感器，采集各节电池的湿度分布信息，并传输给主控制器，主控制器判断电堆相对湿度达到90％的时刻时，控制器输出上传指令，启动高速摄像机开始无线上传拍摄的视频信息给主控制器；

一图像采集模块，包括CPL偏振镜、高速摄像机、图传发射器、图传接收器；利用CPL偏振镜对部分反射光线进行过滤后，再通过高速摄像机实时拍摄到可视化燃料电池阴极端部流道内的液态水分布，并将视频信息记录在摄像机存储卡内，当高速摄像机收到上传指令后，高速摄像机通过AV输出线，将采集的视频传输给图传发射器，再通过WHDI的无线通信方式传输至图传接收器，图传接收器再分帧上传到图像处理模块和终端显示设备；