[发明专利]一种燃料电池平面信号测量PCB传感器

说明书

本发明涉及一种燃料电池平面信号测量PCB传感器，采用四层刚性层叠结构，其顶层中部设有多个顶层集流分区，每个顶层集流分区对应的沉金焊盘上均开设用以传导分区电流的金属化导电过孔，PCB传感器(1)的底层分别设置多个底层分区，并且在每个底层分区上设置分流电阻和放大器。与现有技术相比，本发明具有实现燃料电池平面内分布式信号即时放大、缩短信号在回路中的传输距离，避免信号传输损耗和被干扰等特点，在采样电阻的设计过程中避免了PCB埋阻工艺，降低了PCB的生产技术难度，增加了实际工程应用的可行性，同时，本发明没有改变电池主体反应环境、改进集流体结构，实现燃料电池平面上信息精确测量的维度扩展。

技术领域

本发明涉及燃料电池测量领域，尤其是涉及一种燃料电池平面信号测量PCB传感器。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有高效率、零污染排放等优点成为能源领域的重要研究对象，由于PEMFC较大的活性面积和复杂的反应机理，不同区域的电化学反应存在不一致性，尤其是在实际的大尺寸PEMFC中，这将会直接影响到燃料电池的性能和使用寿命，因此，在线监测燃料电池不同区域的电化学反应差异，对于优化设计、提高燃料电池的性能和使用寿命具有重要意义。

从空间和尺度上将测量直接扩展到燃料电池的平面内，对于探索电池不同区域的电化学反应差异非常有必要。然而，由于缺乏先进有效的内部检测技术，燃料电池的封闭结构给内部反应参数的在线测量带来了许多困难，在不破坏燃料电池内部主体结构的前提下，实现非侵入式在线测量对测量传感器的布置要求存在一定的难度。

在探索燃料电池内部电化学反应信息的测量方法中，分区测量技术因在空间和维度上的扩展而被广泛研究，在多数的侵入式和非侵入式的分区测试方法中，由于复杂的测试系统和昂贵的测试成本，并不适合实际的车辆应用。其中的欧姆压降测试方法，由于平面内小信号采集容易受到干扰和传输损耗，直接测量信号的精度难以保证，有必要对该信号进行即时放大后进行测量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池平面信号测量PCB传感器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池平面信号测量PCB传感器，该PCB传感器采用四层刚性层叠结构，其顶层中部设有对应于燃料电池单体膜电极活性面积区的多个顶层集流分区，每个顶层集流分区对应的沉金焊盘上均开设用以传导分区电流的金属化导电过孔，PCB传感器的底层对应于每个顶层集流分区位置和大小分别设置多个底层分区，并且在每个底层分区上设置分流电阻和放大器，所述的放大器并联在分流电阻两端用以就近且及时地将分流电阻两端的电压信号放大后通过PCB传感器两侧的连接器输出。

该PCB传感器与集流体共同集成在燃料电池单体中构成单池组装体，所述的PCB传感器顶层与燃料电池单体的阴极极板紧贴设置，所述的集流体设置在PCB传感器底层与燃料电池单体的端板之间，且与PCB传感器底层紧贴设置。

所述的阴极极板上对应顶层集流分区的分区电流依次通过金属化导电过孔、分流电阻、PCB传感器的底层沉金焊盘和集流体实现电流的汇流导出。

所述的集流体为一带有耳板的方形镀金铜板，其形状与阴极极板匹配。

所述的集流体上对应多个顶层集流分区位置处镂空进行结构避让，实现PCB传感器与燃料单池单体的安装与集成。

所述的分流电阻和放大器采用表面贴装工艺设置在底层分区上，用以提高PCB传感器的集成度，缩短电流传输路径。

所有顶层集流分区呈阵列排布，且尺寸相同，以保证所有测量回路总电阻理论上的一致性。

所有分流电阻采用性能参数相同的精密贴片电阻和2512封装形式，并采用四线接法提高欧姆电压降的测量精度。