[发明专利]用于嵌入式燃料电池传感器的板互连方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及燃料电池堆中的嵌入式测量电路，且更具体地涉及具有台阶状切出图案的嵌入式测量电路，所述嵌入式测量电路在其边缘上定位在燃料电池堆中的双极板之间且由双极板固定。

背景技术

氢是非常有吸引力的燃料，因为氢是清洁的且能够用于在燃料电池中有效地产生电力。氢燃料电池是电化学装置，其包括阳极和阴极，电解质在阳极和阴极之间。阳极接收氢气且阴极接收氧或空气。氢气在阳极侧催化剂中分解以产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子与阴极侧催化剂中的氧和电子反应产生水。来自于阳极的电子不能穿过电解质，且因而被引导通过负载，以在输送至阴极之前做功。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是车辆的常用燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，如全氟磺酸膜。阳极和阴极电极（催化剂层）通常包括细分的催化剂颗粒，通常是铂（Pt），所述催化剂颗粒支承在碳颗粒上且与离聚物混合。催化剂混合物沉积在膜的相对侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物和膜的组合限定了膜电极组件（MEA）。每个MEA通常夹在两片多孔材料（气体扩散层（GDL））之间，其保护膜的机械整体性且有助于一致的反应物和湿度分配。分开阳极和阴极流的MEA部分称为活性区域，且仅在该区域中，水蒸汽能够在阳极和阴极之间有效地交换。MEA的制造相对昂贵且需要某些湿化条件以有效操作。

燃料电池通常包括多个导电的单极和双极板，其与多个MEA、电极、垫圈、密封件和气体扩散介质（也称为“软物体”）交替地组装（堆叠）。多个燃料电池通常组合成燃料电池堆以产生期望功率。例如，车辆的典型燃料电池堆可以具有两百或更多堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入反应物气体，通常是由压缩机强制通过燃料电池堆的空气流。不是所有的氧都由燃料电池堆消耗，且一些空气作为阴极废气输出，所述阴极废气可以包括作为反应副产物的水。燃料电池堆也接收流入燃料电池堆的阳极侧的阳极氢反应物气体。燃料电池堆还包括冷却流体流经的流动通道。

燃料电池堆包括位于燃料电池堆中多个MEA之间的一系列双极板（隔板），其中，双极板和MEA设置在两个端板之间。双极板包括用于燃料电池堆中的相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧流分配器（流场）。阳极气体流动通道设置在双极板的阳极侧上，且允许阳极反应物气体流向相应MEA。阴极气体流动通道设置在双极板的阴极侧上，且允许阴极反应物气体流向相应MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由导电材料制成，如不锈钢或导电复合物。在堆叠之后，这些部件通常放置在压力下以最小化接触电阻且封闭密封件。端板将燃料电池产生的电传导到燃料电池堆之外。双极板还包括冷却流体流经的流动通道。

本领域已知处理燃料电池系统中的燃料电池的电信号以确定燃料电池堆是否根据期望工作。通常，由于与监测每个电池相关的成本，电信号处理每隔一个电池进行。此外，可能难以在空间中提供可用于监测每个单元的所需部件。为了消除使用多个互连线路将燃料电池测量电路连接到燃料电池堆的必要性，期望将这种测量电路直接嵌入在燃料电池堆组件的结构内。这种嵌入式测量电路不会增加显著的成本，且将允许监测每个燃料电池。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于燃料电池堆的嵌入式测量电路。所述燃料电池堆包括具有凹进区域的多个双极板，所述凹进区域为测量电路提供导电和固定点。所述测量电路具有长度、宽度和厚度，其中，电路的宽度和长度大于电路的厚度。所述测量电路包括台阶状切出部分，沿电路的长度的边缘限定台阶。所述测量电路定位在所述多个双极板之间，从而所述测量电路的台阶状切出部分的台阶中的每个允许与独立板电接触，电路的宽度垂直于所述板的平面且电路的厚度沿双极板的平面。所述双极板以与测量电路的台阶状切出部分协作且相对的方式错开，从而测量电路与所述板对齐。

方案1. 一种燃料电池堆，包括：

多个堆叠的双极板；和

测量电路，所述测量电路具有长度、宽度和厚度，其中，电路的宽度和长度大于电路的厚度，所述测量电路定位在所述多个双极板之间，从而所述测量电路与独立板电接触，电路的宽度垂直于所述板的平面且电路的厚度沿双极板的平面。

方案2. 根据方案1所述的燃料电池堆，其中，所述测量电路包括台阶状切出部分，沿电路的长度的边缘限定台阶，使得所述测量电路定位在所述多个双极板之间，从而所述测量电路的台阶状切出部分的台阶中的每一个与独立板和电路宽度电接触。