專利名稱：用于燃料電池堆的電池電壓測(cè)量元件和燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，具體涉及燃料電池堆的電池電壓測(cè)量元件和使用該元件的燃料電池系統(tǒng)，其中布線線路得到保護(hù)，并且其結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種發(fā)電系統(tǒng)，其通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能。舉例而言，通過使用氫氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)來生成水，燃料電池可以產(chǎn)生電能。根據(jù)所使用的電解質(zhì)類型，燃料電池的代表性實(shí)例包括磷酸鹽燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、聚合物電解質(zhì)膜燃料電池和堿性燃料電池。
聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)具有相對(duì)高的輸出性能和相對(duì)快速的啟動(dòng)和響應(yīng)時(shí)間。而且，PEMFC可在相對(duì)低的溫度中工作。同樣地，PEMFC可以用作可移動(dòng)的電源，用于便攜式電子儀器或交通工具，也可以用作分布式電源，例如用于住宅或公共建筑的固定電廠。
進(jìn)一步，直接甲醇燃料電池(DMFC)類似于PEMFC，因?yàn)樗褂霉腆w聚合物作為電解質(zhì)。然而，DMFC不同于PEMFC之處在于，DMFC的堆(stack)可以直接采用諸如甲醇的液體燃料(其間不使用重整器)。因?yàn)镈MFC不需要使用重整器，所以它在尺寸上小于PEMFC。
通常，燃料電池(例如PEMFC或者DMFC)包括一種堆。這里，堆包括膜電極組件(MEA)和分別向MEA的陽極和陰極供應(yīng)燃料和氧化劑的隔板或雙極板。MEA和隔板(或者雙極板)形成電池單元(或單元電池)，并且交替堆疊形成堆。
包括多個(gè)堆疊的電池單元(或單元電池)的燃料電池堆在長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)變差。然而，多個(gè)堆疊的電池單元由于它們的結(jié)構(gòu)或位置不同，不會(huì)一律變差。舉例而言，向鄰近陽極入口的電池單元提供燃料的壓力大于向鄰近陽極出口的電池單元提供燃料的壓力，這樣鄰近陽極入口的電池單元所受壓力和性能變差的程度更甚于鄰近陽極出口的電池單元。因此，由于電池單元的變差程度不一致，所以傳統(tǒng)的燃料電池堆的使用壽命縮短。只要堆輸出的電壓高于基準(zhǔn)水平(或預(yù)定水平)，大多數(shù)傳統(tǒng)的燃料電池堆就能連續(xù)使用，即使某個(gè)特定的電池單元比起其它電池單元變得更差。然而，當(dāng)該特定的電池單元由于變差而停止工作的時(shí)候，燃料電池堆就可能突然之間停止工作。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明一方面提供一種用于測(cè)量燃料電池堆的電池電壓的裝置，以及一種使用該裝置的燃料電池系統(tǒng)，其中被電連接到電池的多條布線線路通過一種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)得到保護(hù)，并且其布線結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。
在一個(gè)實(shí)施例中，一種電池電壓測(cè)量元件，其用于燃料電池堆，該燃料電池堆包括膜電極組件和與膜電極組件交替堆疊以形成堆疊結(jié)構(gòu)(stackedstructure)的隔板；用于支撐堆疊結(jié)構(gòu)的相反側(cè)的一對(duì)端板；和用于緊固該一對(duì)端板的緊固裝置；所述電池電壓測(cè)量元件包括多個(gè)端子，其分別電連接到隔板；以及多條布線線路，其連接到多個(gè)緊固裝置中的至少一個(gè)，并且分別電連接到多個(gè)端子。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一種燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆，其包括多個(gè)膜電極組件，每個(gè)膜電極組件都包括陽極、陰極以及陽極和陰極之間的電解質(zhì)膜；多個(gè)隔板，其與膜電極組件交替堆積形成堆疊結(jié)構(gòu)；一對(duì)端板，其支撐堆疊結(jié)構(gòu)的相反側(cè)；以及緊固裝置，其用于緊固一對(duì)端板；以及電池電壓測(cè)量元件，其包括分別電連接到多個(gè)隔板的多個(gè)端子；以及多條布線線路，其連接到至少一個(gè)緊固裝置，并且分別電連接到多個(gè)端子。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電池電壓測(cè)量元件進(jìn)一步包括電壓傳感器，其與多條布線線路電連接，并且適于感應(yīng)施加在多條布線線路處的一個(gè)或多個(gè)電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓傳感器包括至少兩個(gè)開關(guān)單元，至少兩個(gè)開關(guān)單元中的每一個(gè)都具有多個(gè)輸入端子和一輸出端子，并且適于可選擇地將多個(gè)輸入端子中的一個(gè)和輸出端子電連接；以及開關(guān)控制器，其用于感應(yīng)施加在至少兩個(gè)開關(guān)單元的端子處的電壓，并且用于控制至少兩個(gè)開關(guān)單元。


附圖與本公開一起描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且，與本說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于燃料電池堆的電池電壓測(cè)量元件的透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于燃料電池堆的電池電壓測(cè)量元件的透視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于燃料電池堆的電池電壓測(cè)量元件中所提供的電壓傳感器的框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用電池電壓測(cè)量元件的燃料電池系統(tǒng)的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例將參照附圖進(jìn)行描述，其中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于燃料電池堆100的電池電壓測(cè)量元件的透視圖。
參照?qǐng)D1，燃料電池堆100包括MEA 110；連接到MEA 110的相反側(cè)的隔板120；端板130a和130b；以及緊固裝置(例如緊固桿)140a、140b、140c和140d，它們形成一個(gè)或者多個(gè)電池單元(或單元電池)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池電壓測(cè)量元件，通過燃料電池堆100的緊固裝置140a、140b、140c和140d中的至少一個(gè)，連接到燃料電池堆100，以穩(wěn)定地測(cè)量燃料電池堆100中的每個(gè)電池單元(或單元電池)的電池電壓。
根據(jù)該實(shí)施例，電池電壓測(cè)量元件包括被插進(jìn)燃料電池堆100的每個(gè)隔板120中，并與每個(gè)隔板120固定在一起的多個(gè)端子150；和電連接到每個(gè)端子150的多條布線線路160。多條布線線路160連接到緊固裝置(或緊固桿)140a。這里，緊固桿140a形成有空腔(或空洞)146和一個(gè)或多個(gè)孔147，其中多條布線線路160經(jīng)過空腔146，并且，一個(gè)或多個(gè)布線線路160分別經(jīng)過孔147。進(jìn)一步，電池電壓測(cè)量元件包括電壓傳感器170，其連接到多個(gè)布線線路160，以分別測(cè)量在一個(gè)或多個(gè)布線線路160處的一個(gè)或多個(gè)電壓。
更具體地，MEA 110具有這樣一種結(jié)構(gòu)，使得陽極(稱為“燃料電極”或“氧化電極”)和陰極(稱為“空氣電極”或“還原電極”)被連接到聚合物電解質(zhì)膜的相反兩側(cè)。陽極被提供有用于氧化燃料的催化劑層，而陰極被提供有用于還原氧化劑的催化劑層。
隔板120可以由任何合適的雙極板實(shí)現(xiàn)，雙極板包括給陽極供應(yīng)燃料的第一通道，以及給陰極供應(yīng)氧化劑的第二通道。
MEA 110和隔板120交替堆疊。另外，MEA 110和隔板120之間可以插入襯墊，以便阻止或防止燃料和氧化劑泄漏。
端板130a和130b被置于由MEA 110和隔板120形成的堆疊結(jié)構(gòu)的相反兩側(cè)，并且，從該堆疊結(jié)構(gòu)的相反兩側(cè)向該堆疊結(jié)構(gòu)的中心部分施加特定的(或者預(yù)定的)壓力。
緊固裝置140a、140b、140c和140d使兩個(gè)端板130a和130b連接起來，并且向兩個(gè)端板130a和130b施加特定的(或者預(yù)定的)緊固力。在該實(shí)施例中，緊固裝置140a、140b、140c和140d包括螺紋體141a、141b、141c和141d；相反端142a、143a、142b、143b、142c、143c、142d和143d；以及螺母144a、145a、144b、145b、144c、145c、144d和145d。
在該實(shí)施例中，與一條或多條布線線路160連接的緊固裝置140a包括多條布線線路160插入其中的空腔146；和孔147，布線線路160經(jīng)過孔147與一個(gè)或多個(gè)端子150相連，并且孔147對(duì)應(yīng)于與端子150分別連接的隔板120設(shè)置?？?47可以通過對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的隔板120所設(shè)置的開口來實(shí)現(xiàn)，并且空腔146通過開口被暴露出來；然而，本發(fā)明并未因此而受到限制。
在一個(gè)實(shí)施例中，緊固裝置140a包括從金屬、復(fù)合材料和它們的組合所組成的組中選擇的材料。
端子150電連接到隔板120。端子150可以由電極引線實(shí)現(xiàn)(或者包括電極引線)。在一個(gè)實(shí)施例中，電極引線適于插入槽中，該槽置于相應(yīng)一個(gè)隔板120的側(cè)面。例如，在電極引線用作端子150的情況下，端子150可以像針一樣刺入形成陽極和/或陰極的碳布，進(jìn)而允許端子150和碳布之間形成穩(wěn)定的連接?？蛇x地，端子150可以通過表面電極利用合適的夾子或粘合劑來實(shí)現(xiàn)。
布線線路160允許每個(gè)端子150處的電壓被施加到電壓傳感器170。布線線路160具有連接到端子150的第一端和連接到電壓傳感器170的第二端，并且布線線路160穿過緊固桿140a的孔147和空腔146延伸。布線線路160可以由電纜160a實(shí)現(xiàn)，電纜160a包括被涂層所圍繞的多條電線，涂層用于隔離和保護(hù)電線。
電壓傳感器170被連接到多個(gè)端子150，多個(gè)端子150通過多條布線線路160連接到燃料電池堆100的每個(gè)電池單元(或單元電池)，并且電壓傳感器170測(cè)量每個(gè)電池單元(或單元電池)的電壓電平。電壓傳感器170的一個(gè)實(shí)例將參照?qǐng)D3更為詳細(xì)地描述。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于燃料電池堆100a的電池電壓測(cè)量元件的透視圖。
參照?qǐng)D2，燃料電池堆100a包括MEA 110；隔板120，其堆疊于MEA110的相反側(cè)上，并與MEA 110的相反側(cè)電連接；端板130a和130b；以及緊固裝置140e、140b、140c和140d，它們形成一個(gè)或多個(gè)電池單元(或單元電池)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池電壓測(cè)量元件，通過燃料電池堆100的緊固裝置140e、140b、140c和140d中的至少一個(gè)，連接到燃料電池堆100，以穩(wěn)定地測(cè)量提供在燃料電池堆100中的每個(gè)電池單元(或單元電池)的電池電壓。
根據(jù)該實(shí)施例，電池電壓測(cè)量元件包括多個(gè)端子150，其被插進(jìn)燃料電池堆100a的每個(gè)隔板120中，并與燃料電池堆100a的每個(gè)隔板120緊固在一起；電連接到每個(gè)端子150的多條布線線路160；和電壓傳感器170，其與多條布線線路160相連，并且適于測(cè)量分別施加于一條或多條布線線路160的一個(gè)或多個(gè)電壓。多條布線線路160被連接到緊固裝置140e。這里，緊固裝置140e形成有側(cè)開口146e和多個(gè)狹縫147e；其中，多條布線線路160穿過側(cè)開口146e；多個(gè)狹縫147e對(duì)應(yīng)于隔板120設(shè)置，并且布線線路160分別穿過多個(gè)狹縫147e。這里，緊固裝置140e可以具有桿狀體(或者螺紋體，或者形成為緊固桿)141e，并且側(cè)開口146e可以從緊固裝置140e的桿狀體141e的一端142e到另一端143e形成；然而，本發(fā)明并不因此而受到限制?？蛇x地，緊固裝置140e可以具有這樣一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得端143e中不形成側(cè)開口146e。狹縫147e可以對(duì)應(yīng)于每個(gè)隔板120設(shè)置，并且其具有的寬度和長(zhǎng)度可以合適地和容易地對(duì)準(zhǔn)且安放來自側(cè)開口146e的布線線路160；然而，本發(fā)明并不因此而受到限制。
在根據(jù)該實(shí)施例的電池電壓測(cè)量元件中，緊固裝置具有這樣一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得多條布線線路160可以插入其內(nèi)部或其開口中，并且該結(jié)構(gòu)限定了每條布線線路160被抽回的位置，這樣，阻止或防止布線線路160由于直接與堆接觸而惡化或受損。進(jìn)一步，在該實(shí)施例中，布線線路160的端部和用于測(cè)量每個(gè)電池單元(或單元電池)的端子150可以穩(wěn)定地和容易地互相連接。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，沒有必要設(shè)置用于保護(hù)布線線路的單獨(dú)部件和/或用于夾持/引導(dǎo)布線線路的單獨(dú)部件，這樣，相比需要用于保護(hù)布線線路的單獨(dú)部件和/或用于夾持/引導(dǎo)布線線路的單獨(dú)部件的實(shí)例，本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提供在用于燃料電池堆的電池電壓測(cè)量元件中的電壓傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
參照?qǐng)D3，電池電壓測(cè)量元件的電壓傳感器170a包括測(cè)量多個(gè)單元電池(或電池單元)的每個(gè)電壓的第一和第二開關(guān)單元172和174；和控制第一和第二開關(guān)單元172和174的開關(guān)控制器176。
第一開關(guān)單元172包括多個(gè)開關(guān)裝置173，其響應(yīng)于控制信號(hào)CS1而被開啟/關(guān)閉。多個(gè)開關(guān)裝置173包括輸入端子173a，其按順序分別連接到燃料電池堆的電池單元(或單元電池)中的奇數(shù)號(hào)電池單元(或單元電池)的端子；輸出端子173b，其連接到開關(guān)控制器176(作為單一或一個(gè)輸出端子)；以及控制端子173c。多個(gè)開關(guān)裝置173響應(yīng)于開關(guān)控制器176的控制信號(hào)CS1而可選地開啟和關(guān)閉。
類似于第一開關(guān)單元172，第二開關(guān)單元174包括響應(yīng)于控制信號(hào)CS2而被開啟/關(guān)閉的多個(gè)開關(guān)裝置175。多個(gè)開關(guān)裝置175包括輸入端子175a，其按順序分別連接到連接于燃料電池堆的電池單元中的偶數(shù)號(hào)電池單元的端子；輸出端子175b，其連接到開關(guān)控制器176(作為單一或一個(gè)輸出端子)；以及控制端子175c。多個(gè)開關(guān)裝置175響應(yīng)于開關(guān)控制器176的控制信號(hào)CS2而可選地開啟和關(guān)閉。
開關(guān)裝置173和175可以通過諸如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)之類的半導(dǎo)體器件來實(shí)現(xiàn)，并且第一和第二開關(guān)單元172和174可以通過半導(dǎo)體芯片來實(shí)現(xiàn)。
開關(guān)控制器176包括連接到第一和第二開關(guān)單元172和174的輸出端子的輸入端子177；以及連接到第一和第二開關(guān)單元172和174的控制端子的輸出端子178。開關(guān)控制器176感應(yīng)第一和第二開關(guān)單元172和174的輸出端子處(或輸出端子之間)所施加的電壓。換句話說，開關(guān)控制器176產(chǎn)生控制信號(hào)CS1和CS2，并且將控制信號(hào)CS1和CS2傳送到第一開關(guān)單元172的開關(guān)裝置173以及第二開關(guān)單元174的開關(guān)裝置175，從而按順序感應(yīng)所有電池單元(或單元電池)的電壓，或者感應(yīng)某特定電池(或電池單元)的電壓。這里，控制信號(hào)CS1和CS2可以用信號(hào)放大傳送到控制端子173c和175c。
輸入端子177可以由模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，而開關(guān)控制器176可以由諸如微處理單元(MPU)之類的數(shù)字信號(hào)處理單元(DPU)來實(shí)現(xiàn)。
例如，DPU包括各種燃料電池控制器，其具有執(zhí)行計(jì)算的算術(shù)邏輯單元；臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令的寄存器；以及控制燃料電池堆工作的控制器。進(jìn)一步，DPU包括具有各種結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)處理器，例如Digital的Alpha；MIPS科技公司、NEC、IDT、Siemens等的MIPS；Intel和Cyrix、AMD和Nexgen的x86；以及IBM和Motorola的Power PC。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用電池電壓測(cè)量元件的燃料電池系統(tǒng)的示意性框圖。下文中，包括電池電壓測(cè)量元件的燃料電池堆100的結(jié)構(gòu)基本上相當(dāng)于圖1的堆100和圖2的堆100a。
參照?qǐng)D4，燃料電池系統(tǒng)200包括燃料電池堆100；具有電纜160a和電壓傳感器170的電池電壓測(cè)量元件；燃料進(jìn)給器；和氧化劑進(jìn)給器190。
更詳細(xì)地，燃料電池堆100包括使用固體聚合物膜作為電解質(zhì)膜的MEA。
電解質(zhì)膜可以包括從由以下物質(zhì)所組成的組中選出的一種或多種氫離子導(dǎo)電聚合物全氟化物聚合物、苯并咪唑聚合物、聚酰亞胺聚合物、聚醚酰亞胺聚合物、聚苯硫醚聚合物、聚砜聚合物、聚醚砜聚合物、聚醚酮聚合物、聚醚-醚酮聚合物、聚苯基喹喔啉聚合物、以及以上所列物質(zhì)的組合；然而，本發(fā)明并不因此而受到限制。在一個(gè)實(shí)施例中，電解質(zhì)膜包括從以下物質(zhì)所組成的組中選出的一種或多種氫離子導(dǎo)電聚合物聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、包含磺酸的氟乙烯基醚和四氟乙烯的共聚物、脫氟聚醚酮硫化物、芳基酮、聚(2，2′-間苯基-5，5′-二苯并咪唑)、聚(2，5-苯并咪唑)以及以上所列物質(zhì)的組合；然而，本發(fā)明并不因此而受到限制。
置于電解質(zhì)膜的相反側(cè)上的陽極和陰極中的每一個(gè)可以包括催化劑層和擴(kuò)散層。進(jìn)一步，擴(kuò)散層可以包括微孔層和背層；然而，本發(fā)明并不因此而受到限制。
催化劑層改變反應(yīng)速度，從而快速引發(fā)提供給相應(yīng)電極的燃料和氧化劑之間的化學(xué)反應(yīng)。微孔層通過采用碳層涂覆背層來實(shí)現(xiàn)。微孔層均勻地分布燃料、水、空氣等；收集所產(chǎn)生的電；并保護(hù)催化劑層，使其免于被流體沖潰(或沖走)。背層通過諸如碳布、碳紙之類的碳材料來實(shí)現(xiàn)，并且支撐催化劑層或電極。背層使反應(yīng)材料向催化劑層擴(kuò)散，從而使反應(yīng)材料容易地到達(dá)催化劑層。
催化劑層可以包括從由一種或多種過渡金屬所組成的組中選出的一種或多種金屬催化劑，其中過渡金屬從以下物質(zhì)所組成的組中選出鉑、釕、鋨、鉑釕合金、鉑鋨合金、鉑鈀合金、鉑M合金(其中M包括Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn)、以及以上物質(zhì)的組合；然而，本發(fā)明并不因此而受到限制。
進(jìn)一步，催化劑層可以包括從以下物質(zhì)所組成的組中選出的一種或多種金屬催化劑沉積在支撐物上的鉑、釕、鋨、鉑釕合金、鉑鋨合金、鉑鈀合金、鉑M合金(其中M包括從以下物質(zhì)組成的組中選出的一種或多種過渡金屬Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn)、以及以上物質(zhì)的組合。這里，支撐物可以包括任何材料，只要該材料具有傳導(dǎo)性。支撐物可以是碳；然而，本發(fā)明并不因此而受到限制。
微孔層可以包括從以下物質(zhì)所組成的組中選出的一種或多種碳材料石墨、碳納米管(CNT)、富勒烯(C60)、活性炭、伏爾甘(vulcan)、科琴碳黑、碳黑和碳納米角。進(jìn)一步，微孔層可以包括從以下物質(zhì)所組成的組中選出的一種或多種粘合劑聚(全氟磺酸)、聚(四氟乙烯)、氟化乙烯-丙烯以及以上物質(zhì)的組合。
而且，燃料電池堆100包括與MEA交替疊疊的隔板。
隔板包括一種特定的(或預(yù)定的)材料，該材料對(duì)燃料和氧化劑(例如空氣)不滲透(或基本不滲透)，以分隔開燃料和氧化劑，該材料具有良好的電傳導(dǎo)性，并且具有一定的熱傳導(dǎo)性，以用來控制燃料電池的溫度。進(jìn)一步，隔板具有足夠強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，以經(jīng)受住燃料電池堆100的擠壓力，并且對(duì)氫離子具有抗腐蝕性。
燃料電池堆100通過以下過程進(jìn)行組裝，即，堆疊MEA和隔板，將一對(duì)端板置于堆疊結(jié)構(gòu)的相反側(cè)上，并通過緊固裝置用特定的(或預(yù)定的)緊固力來緊固一對(duì)端板。
電池電壓測(cè)量元件包括電連接到多個(gè)隔板的多個(gè)端子；電連接到多個(gè)端子的多條布線線路；以及緊固桿，其容納于緊固裝置中，并形成有空腔和一個(gè)或者多個(gè)孔，其中多條布線線路穿過該空腔，并且一條或多條布線線路相應(yīng)地穿過一個(gè)或者多個(gè)孔。進(jìn)一步，燃料電池測(cè)量元件包括電壓傳感器，其與從緊固桿的空腔抽出的多條布線線路電連接，以便感應(yīng)在多條布線線路處所施加的電壓。這里，對(duì)上文所述的電池電壓測(cè)量元件將不做重復(fù)描述。
燃料進(jìn)給器包括燃料箱180、燃料泵182、和重整器184。燃料箱180存儲(chǔ)含氫燃料(或者含有氫的燃料)。燃料泵182將來自燃料箱180的燃料供應(yīng)給燃料電池堆100。重整器184重整燃料，并向燃料電池堆100的陽極供應(yīng)含大量氫氣的重整氣體。這里，當(dāng)燃料電池堆100能夠直接使用液體燃料時(shí)，重整器184可以被移除。
氧化劑進(jìn)給器190向燃料電池堆100的陰極供應(yīng)諸如氧氣或者空氣的氧化劑。氧化劑進(jìn)給器190可以通過空氣泵、吹風(fēng)機(jī)等來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，用于測(cè)量燃料電池堆的每個(gè)單元(或電池單元)的每個(gè)電壓的布線線路得到保護(hù)，并且其結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，這樣，每個(gè)電池的每個(gè)電壓被穩(wěn)定地測(cè)量，進(jìn)而穩(wěn)定地控制燃料電池堆，以根據(jù)每個(gè)電池的測(cè)量狀態(tài)進(jìn)行操作，并且降低了燃料電池堆的惡化程度。因此，延長(zhǎng)了燃料電池堆的使用壽命。
如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種燃料電池堆的電池電壓測(cè)量元件，以及一種使用該測(cè)量元件的燃料電池系統(tǒng)，其中，阻止或避免了布線線路由于燃料電池堆產(chǎn)生的熱量而被短路，并且該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化，從而穩(wěn)定地測(cè)量每個(gè)電池(或電池單元)的電壓。由于燃料電池堆的電池電壓被穩(wěn)定地測(cè)量，阻止或避免了燃料電池堆由于燃料電池堆的特定的單元電池(或電池單元)停止工作，或者當(dāng)特定的單元電池(或電池單元)的測(cè)量電壓小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，突然停止工作。
雖然已經(jīng)結(jié)合特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是可以理解的是，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，相反，本發(fā)明旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求書或其等效物的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效安排。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池堆的電池電壓測(cè)量元件，該燃料電池堆包括膜電極組件和與該膜電極組件交替堆疊以形成堆疊結(jié)構(gòu)的隔板；用于支撐所述堆疊結(jié)構(gòu)的相反兩側(cè)的一對(duì)端板；以及用于緊固所述一對(duì)端板的緊固裝置，所述電池電壓測(cè)量元件包括多個(gè)端子，其分別電連接到所述隔板；和多條布線線路，其連接到所述緊固裝置中的至少一個(gè)，并且分別電連接到所述多個(gè)端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓測(cè)量元件，其中電連接到所述多條布線線路的緊固裝置包括緊固桿，該緊固桿形成有空腔和多個(gè)孔，其中所述多條布線線路穿過所述空腔，并且所述至少一條布線線路穿過所述多個(gè)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓測(cè)量元件，其中連接到所述多條布線線路的所述緊固裝置包括緊固桿，該緊固桿形成有側(cè)開口，其中所述多條布線線路被插入到所述側(cè)開口中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池電壓測(cè)量元件，其中所述緊固桿形成有從所述側(cè)開口延伸的狹縫，該狹縫對(duì)應(yīng)至少一個(gè)所述隔板設(shè)置，并且用于允許至少一條所述布線線路穿過該狹縫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓測(cè)量元件，進(jìn)一步包括電壓傳感器，其與所述多條布線線路電連接，并且適于感應(yīng)施加在所述多條布線線路處的一個(gè)或者多個(gè)電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池電壓測(cè)量元件，其中所述電壓傳感器包括至少兩個(gè)開關(guān)單元，所述至少兩個(gè)開關(guān)單元中的每個(gè)都具有多個(gè)輸入端子和一輸出端子，并且適于將所述輸入端子中的一個(gè)與所述輸出端子可選擇地電連接；和開關(guān)控制器，其用于感應(yīng)施加在所述至少兩個(gè)開關(guān)單元的所述輸出端子處的電壓，并且用于控制所述至少兩個(gè)開關(guān)單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池電壓測(cè)量元件，其中所述開關(guān)控制器包括數(shù)字信號(hào)處理單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓測(cè)量元件，其中所述緊固裝置包括金屬或者復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池電壓測(cè)量元件，其中所述端子包括電極引線，其適于插入位于一個(gè)相應(yīng)隔板的側(cè)面的槽中。
10.一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆，其包括多個(gè)膜電極組件，每個(gè)膜電極組件都包括陽極、陰極和在陽極和陰極之間的電解質(zhì)膜；多個(gè)隔板，其與所述膜電極組件交替堆疊以形成堆疊結(jié)構(gòu)；一對(duì)端板，其支撐所述堆疊結(jié)構(gòu)的相反兩側(cè)；以及緊固裝置，其用于緊固所述一對(duì)端板；以及電池電壓測(cè)量元件，其包括多個(gè)端子，其分別電連接到所述多個(gè)隔板；和多條布線線路，其連接到至少一個(gè)所述緊固裝置，并分別電連接到所述多個(gè)端子。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中連接到所述多條布線線路的所述緊固裝置包括緊固桿，其形成有空腔和多個(gè)孔，其中所述多條布線線路穿過所述空腔，并且至少一條所述布線線路穿過所述多個(gè)孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中連接到所述多條布線線路的所述緊固裝置包括緊固桿，其形成有側(cè)開口，在所述側(cè)開口中插入有所述多條布線線路。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述緊固桿形成有從所述側(cè)開口延伸的狹縫，該狹縫用于允許至少一條所述布線線路穿過其中。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電壓傳感器，其與所述多條布線線路電連接，并且適于感應(yīng)施加在所述多條布線線路處的一個(gè)或多個(gè)電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述電壓傳感器包括至少兩個(gè)開關(guān)單元，所述至少兩個(gè)開關(guān)單元中的每個(gè)都具有多個(gè)輸入端子和一輸出端子，并且適于將所述多個(gè)輸入端子中的一個(gè)與所述輸出端子可選擇地電連接；和開關(guān)控制器，其用于感應(yīng)施加在所述至少兩個(gè)開關(guān)單元的所述端子處的電壓，并用于控制所述至少兩個(gè)開關(guān)單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括適于向所述陽極提供含氫燃料的燃料進(jìn)給器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括適于重整從所述燃料進(jìn)給器向所述陽極提供的燃料的重整器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述含氫燃料是液體燃料，并且其中所述液體燃料直接提供給所述燃料電池堆。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括適于向所述陰極提供氧化劑的氧化劑進(jìn)給器。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述電解質(zhì)膜包括固體聚合物膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池堆的電池電壓測(cè)量元件和一種使用該元件的燃料電池系統(tǒng)，該電池電壓測(cè)量元件包括分別電連接到燃料電池堆的多個(gè)隔板的多個(gè)端子；以及多條布線線路，其連接到多個(gè)緊固裝置中的至少一個(gè)，并且分別電連接到多個(gè)端子。采用這種結(jié)構(gòu)，至少一條布線線路被阻止或避免由于燃料電池堆中產(chǎn)生的熱量而引發(fā)的短路，并且具有一種示例性結(jié)構(gòu)以易于進(jìn)行布線操作。因?yàn)槿剂想姵氐碾姵仉妷罕环€(wěn)定地測(cè)量，從而測(cè)量到(或檢查到)特定電池(或電池單元)的惡化，所以阻止或避免了燃料電池堆由于特定電池(或電池單元)的過度惡化而突然停止工作。
文檔編號(hào)G01R31/36GK1945882SQ200610131870
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月7日
發(fā)明者安鎮(zhèn)弘, 安圣鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社