[發明專利]用于嵌入式燃料電池傳感器的板互連方法

有效

• 申請號: 201110039712.0
• 申請日: 2011-02-17
• 公開（公告）號: CN102163730A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: D.D.里;J.A.羅克;J.D.威廉斯
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 董均華

技術領域

本發明總體上涉及燃料電池堆中的嵌入式測量電路，且更具體地涉及具有臺階狀切出圖案的嵌入式測量電路，所述嵌入式測量電路在其邊緣上定位在燃料電池堆中的雙極板之間且由雙極板固定。

背景技術

氫是非常有吸引力的燃料，因為氫是清潔的且能夠用于在燃料電池中有效地產生電力。氫燃料電池是電化學裝置，其包括陽極和陰極，電解質在陽極和陰極之間。陽極接收氫氣且陰極接收氧或空氣。氫氣在陽極側催化劑中分解以產生自由質子和電子。質子穿過電解質到達陰極。質子與陰極側催化劑中的氧和電子反應產生水。來自于陽極的電子不能穿過電解質，且因而被引導通過負載，以在輸送至陰極之前做功。

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是車輛的常用燃料電池。PEMFC通常包括固體聚合物電解質質子傳導膜，如全氟磺酸膜。陽極和陰極電極（催化劑層）通常包括細分的催化劑顆粒，通常是鉑（Pt），所述催化劑顆粒支承在碳顆粒上且與離聚物混合。催化劑混合物沉積在膜的相對側上。陽極催化劑混合物、陰極催化劑混合物和膜的組合限定了膜電極組件（MEA）。每個MEA通常夾在兩片多孔材料（氣體擴散層（GDL））之間，其保護膜的機械整體性且有助于一致的反應物和濕度分配。分開陽極和陰極流的MEA部分稱為活性區域，且僅在該區域中，水蒸汽能夠在陽極和陰極之間有效地交換。MEA的制造相對昂貴且需要某些濕化條件以有效操作。

燃料電池通常包括多個導電的單極和雙極板，其與多個MEA、電極、墊圈、密封件和氣體擴散介質（也稱為“軟物體”）交替地組裝（堆疊）。多個燃料電池通常組合成燃料電池堆以產生期望功率。例如，車輛的典型燃料電池堆可以具有兩百或更多堆疊的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入反應物氣體，通常是由壓縮機強制通過燃料電池堆的空氣流。不是所有的氧都由燃料電池堆消耗，且一些空氣作為陰極廢氣輸出，所述陰極廢氣可以包括作為反應副產物的水。燃料電池堆也接收流入燃料電池堆的陽極側的陽極氫反應物氣體。燃料電池堆還包括冷卻流體流經的流動通道。

燃料電池堆包括位于燃料電池堆中多個MEA之間的一系列雙極板（隔板），其中，雙極板和MEA設置在兩個端板之間。雙極板包括用于燃料電池堆中的相鄰燃料電池的陽極側和陰極側流分配器（流場）。陽極氣體流動通道設置在雙極板的陽極側上，且允許陽極反應物氣體流向相應MEA。陰極氣體流動通道設置在雙極板的陰極側上，且允許陰極反應物氣體流向相應MEA。一個端板包括陽極氣體流動通道，另一個端板包括陰極氣體流動通道。雙極板和端板由導電材料制成，如不銹鋼或導電復合物。在堆疊之后，這些部件通常放置在壓力下以最小化接觸電阻且封閉密封件。端板將燃料電池產生的電傳導到燃料電池堆之外。雙極板還包括冷卻流體流經的流動通道。

本領域已知處理燃料電池系統中的燃料電池的電信號以確定燃料電池堆是否根據期望工作。通常，由于與監測每個電池相關的成本，電信號處理每隔一個電池進行。此外，可能難以在空間中提供可用于監測每個單元的所需部件。為了消除使用多個互連線路將燃料電池測量電路連接到燃料電池堆的必要性，期望將這種測量電路直接嵌入在燃料電池堆組件的結構內。這種嵌入式測量電路不會增加顯著的成本，且將允許監測每個燃料電池。

發明內容

根據本發明的教導，公開了一種用于燃料電池堆的嵌入式測量電路。所述燃料電池堆包括具有凹進區域的多個雙極板，所述凹進區域為測量電路提供導電和固定點。所述測量電路具有長度、寬度和厚度，其中，電路的寬度和長度大于電路的厚度。所述測量電路包括臺階狀切出部分，沿電路的長度的邊緣限定臺階。所述測量電路定位在所述多個雙極板之間，從而所述測量電路的臺階狀切出部分的臺階中的每個允許與獨立板電接觸，電路的寬度垂直于所述板的平面且電路的厚度沿雙極板的平面。所述雙極板以與測量電路的臺階狀切出部分協作且相對的方式錯開，從而測量電路與所述板對齊。

方案1.?一種燃料電池堆，包括：

多個堆疊的雙極板；和

測量電路，所述測量電路具有長度、寬度和厚度，其中，電路的寬度和長度大于電路的厚度，所述測量電路定位在所述多個雙極板之間，從而所述測量電路與獨立板電接觸，電路的寬度垂直于所述板的平面且電路的厚度沿雙極板的平面。

方案2.?根據方案1所述的燃料電池堆，其中，所述測量電路包括臺階狀切出部分，沿電路的長度的邊緣限定臺階，使得所述測量電路定位在所述多個雙極板之間，從而所述測量電路的臺階狀切出部分的臺階中的每一個與獨立板和電路寬度電接觸。