[发明专利]带有光阻塞和光传输特征以在不同环境中运行的两个电子装置之间光学通信的集成式环境保护屏障

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于燃料电池组健康状况监控系统的保护屏障，更为特殊地涉及环境屏障，所述环境屏障保护燃料电池组健康状况监控系统的接收器部分。

背景技术

在通常的燃料电池系统中，氢气或富含氢的气体穿过流动路径作为反应物被供应到燃料电池的阳极侧，而氧气（例如大气氧气的形式）穿过分开的流动路径作为反应物被供应到燃料电池的阴极侧。通常贵金属（例如铂）形式的催化剂位于阳极和阴极处以利于将反应物电化转换成电子和正价离子（对于氢）以及负价离子（对于氧）。电解质层将阳极与阴极分开以允许离子可选地从阳极通过到阴极而同时禁止产生的电子通过，相反地其被迫流动穿过外部导电电路（例如负载）以在与带电离子在阴极侧重新结合前做有用功。正价和负价离子在阴极处结合导致产生作为反应副产品的无污染的水。

称为质子交换膜（PEM）燃料电池的一种燃料电池形式对于车辆和相关机动应用已经示出了特殊前景。PEM燃料电池的电解质层是固态的质子传输膜（例如全氟磺酸膜，其商业示例为Nafion^TM）形式。通过这种电解质层从阴极分开的阳极的存在形成单个PEM燃料电池；许多这种单个电池能够组合以形成燃料电池组，增加其功率输出。多个组能够一起联接以进一步增加功率输出。

燃料电池需要平衡水位以确保正确运行。例如，避免在燃料电池中具有太多水是重要的，其能够导致溢流或相关地阻塞反应物流场沟道，由此妨碍电池运行。另一方面，太少的水合作用限制所述膜的导电性并能够导致电池过早失效。在燃料电池中具有同时增加和降低局部和全局水合作用水平的多种抵触反应发生，加剧了维持水位平衡的困难。

具体地关于溢流，由于更多流动沟道被阻塞并且更少的反应物气体流动穿过，燃料电池产生的电降低。因为燃料电池串联地电联接，如果燃料电池中的一个失效，整个组可能失效。为此原因，需要确定燃料电池流场中液态水的存在或缺失。然而，燃料电池的水合作用和水位平衡要求建立了对于用来感测和确定这种水的存在的电子器件的不理想环境。用于监控燃料电池组健康状况的当前系统包括组的主要部件的有线传输。然而，有线传输设备对于湿气和液态水的存在尤其敏感。

发明内容

考虑到以上，描述了一种带有用于系统的光阻塞和光传输部分的环境保护屏障，所述系统监控并光学传达燃料电池组的健康状况。此外，将接收器部分集成到所述系统中被描述。根据所公开本发明的一个方面，一种用于监控燃料电池组健康状况的系统包括：测量模块，所述测量模块与光学通信模块信号连通以使与燃料电池组健康状况相关联的参数通过光学通信模块被测量模块测量；和环境屏障，所述环境屏障设置在测量模块和光学通信模块之间以使环境屏障将光学通信模块与燃料电池组中包含的环境隔离。

所述组健康状况监控系统包括经过环境保护屏障而光学传达电压或相关测量值（其可以包括诊断讯息、定时和成帧（framing））的发送器和接收器。

根据所公开本发明的另一方面，一种燃料电池组包括：多个燃料电池，所述多个燃料电池中的每个包括阳极、阴极和膜，所述膜设置在所述阳极和阴极之间以利于在其之间传递离子化流体；将氢气承载流体输送往返阳极的第一反应物流动路径；将氧气承载流体输送到阴极的第二反应物流动路径；多个歧管，其设置在燃料电池组的相对端部上以通过第一反应物流动路径和第二反应物流动路径传送和移开氢气承载流体和氧气承载流体；用于监控燃料电池组健康状况的系统，所述系统包括：测量模块和光学通信模块，所述光学通信模块与测量模块信号连通以使与燃料电池组健康状况相关联的参数通过光学通信模块被测量模块测量；以及环境屏障，所述环境屏障设置在测量模块和光学通信模块之间以使环境屏障将光学通信模块与燃料电池组中包含的环境隔离。

根据所公开本发明的另一方面，一种测量燃料电池组中至少一个燃料电池中的参数的方法，包括：使用测量模块测量所述参数并发送所述参数；使用光学通信模块接收所述参数，其中，所述通信模块与测量模块信号连通；以及使用环境屏障，所述环境屏障设置在测量模块和光学通信模块之间以将光学通信模块与燃料电池组中包含的环境隔离。

方案1. 一种用于监控燃料电池组健康状况的系统，所述系统包括：

测量模块；

光学通信模块，其与测量模块信号连通以使与燃料电池组健康状况相关联的参数通过光学通信模块被测量模块测量；以及

环境屏障，其设置在测量模块和光学通信模块之间以使环境屏障将光学通信模块与燃料电池组中包含的环境隔离。