[發明專利]用于測量燃料電池中的電壓的設備

有效

• 申請號: 201280053800.9
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN104025355B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: G·帕加內利;D·奧爾索默
• 申請（專利權）人: 米其林集團總公司;米其林研究和技術股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04537
• 分類號: H01M8/04537;G01R31/36
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司11314
• 代理人: 程偉,王錦陽

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，尤其是用于監測這樣的電池的系統的領域。更具體地，其涉及用于測量燃料電池中的電壓的設備。

燃料電池在許多應用中顯示出日漸成功。作為電動車輛的發展的一部分，它們在汽車工業中尤其具有利益性，這是因為它們與燃料箱結合形成了清潔的發電機，其比電池組類型的電化學蓄電池提供了更大的能量密度，并且顯示出良好的效率。

在燃料電池中，通過兩個化學反應產生電力：在一個電極上燃料(例如氫)的氧化與在另一個電極上氧化劑(例如氧氣)的還原相聯接。這兩個化學反應發生在電池內，該電池通常包括陽極和陰極，在它們之間布置有形成膜電極(MEA)的薄膜。可以使用各種類型的薄膜，已知例如離子交換薄膜或者固態氧化薄膜。

背景技術

根據應用，證明必須使用顯示出或多或少的大電池堆的燃料電池，目的是提供想要的電源量。例如，在電動車輛的領域中，遇到具有多于一百個堆疊的電池的堆并不罕見。堆因此由一組通過雙極板分隔的MEA構成。這些板包括陽極側和陰極側，其用于對堆的鄰近電池輸送氣體。然而，堆的第一個和最后一個板不是雙極的，并且僅顯示出一個極性。由于語言的誤用，堆常被稱為燃料電池，并且每個MEA被稱為電池或電化學電池。在本申請中該詞將在后面使用。

在用于例如電動車的燃料電池中，必須檢測出會導致燃料電池的故障或者危險行為的任何異常。為此目的，獲得關于每個電池的信息，尤其是有關產生的電壓的個別項是有用的。

根據專利申請US2011/0217612，已知存在包括若干直接安裝在燃料電池上的模塊的測量設備。每個模塊用于測量電池組，并且各個模塊通過光信號與彼此通信。該設備額外包括位于燃料電池的端部處的聚合元件，準備接收通過每個模塊執行的測量結果。

這樣的設備由于其結構而顯示出許多缺點。具體而言，模塊通過電池自身供電，意味著在一個或多個電池上的電壓損耗導致了用于模塊的功率的損耗，因此其不再能夠執行測量。因而該設備似乎不適于測量非常低的電壓，或者甚至略微為負的電壓。

因此，本發明的目的是提出一種易于安裝和使用，并且可靠和經濟的設備以用于補救這些缺點同時提供測量方案。

發明內容

因此，本發明涉及一種用于測量在燃料電池中電池的電壓的設備，所述燃料電池包含通過雙極板分隔的N個電化學電池，其中N是自然數，所述系統包括：

-至少兩個電壓測量模塊，每個模塊能夠測量在燃料電池的鄰近電池組上的M個電壓，其中M是小于或等于N/2的自然數，通過第一模塊測量的電池組鄰近通過第二模塊測量的電池組，

-電子計算機，以及

-有線通信總線，所述有線通信總線將至少兩個測量設備串聯連接至計算機，

每一個測量模塊包括：

-機械裝置，所述機械裝置用于將所述模塊固定在所述燃料電池上，

-電壓測量裝置，

-電連接裝置，所述電連接裝置用于將所述雙極板連接到至少一個電壓測量裝置，

-用于將所述電壓測量裝置連接到所述通信總線的裝置，

并且每個模塊的形狀與鄰近的模塊配合，通過這樣的方式使得連接到第一模塊的最后一個雙級板也連接到第二模塊。

如將在圖解本發明的實施方案的附圖中明顯看出的，所述模塊具有這樣的形狀：顯示出使得位于兩個鄰近布置的模塊的邊界上的雙極板垂直于所述模塊的側面，不借助于額外電連接的使用連接到這兩個模塊的交錯。

此外，以優選的方式，用于將模塊固定在燃料電池上的機械固定裝置與電連接裝置將合并。因此，在特定實施方案中，這些裝置將包括連接器，例如類型的內孔連接器，其既提供了機械連接的實現，也提供了電連接的實現。這些內孔連接器包括布置為扣住形成在燃料電池的雙極板上并且能夠實現連接的金屬連接片的兩個金屬部件。

在本發明的一個特定實施方案中，每個電壓測量裝置測量兩個鄰近電池的電壓。具體而言，給出燃料電池的電化學電池的厚度，事實證明用于測量每個電池的單個電壓的安裝裝置并不是非常符合人體工學的。此外，觀察到測量裝置的靈敏度對于穿過兩個電池執行的測量是足夠的，以提供每個電池的狀態的估計。因此，在特定實施方案中，模塊對于十六個電池的組執行八個電壓測量。

在本發明的特定實施方案中，有線通信總線為(控制器局域網絡)類型串行總線，顯示出在設備(比如本發明的設備)的背景下有效的穩健性的特性。在另一個特定實施方案中，使用I2C類型總線。