專利名稱：設(shè)計(jì)成用來確保工作穩(wěn)定性的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及一種燃料電池系統(tǒng)，它被設(shè)計(jì)成能利用磁
性傳感器監(jiān)測燃料電池組(fuel cell stack)中電流的分布，更具體地講， 涉及這樣一種系統(tǒng)，它可以確定引起燃料電池組發(fā)電能力下降的原 因和位置，并采取選定的措施以消除該原因。
背景技術(shù)：
燃料電池，尤其是固態(tài)聚合物燃料電池正被研發(fā)用于固定動(dòng)力 系統(tǒng)或機(jī)動(dòng)車輛的移動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。
如本技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知的，燃料電池用以將氫和氧電化學(xué)反 應(yīng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能。具體地說，氫氣(燃料)和氧氣(空氣)被輸 送至燃料電池并在電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其具有以下形式
燃料電極 H2 — 2H+ + 2e-
空氣電極 2H++ 1/202 + 2e- — H20
電池 H2+ l/202 — H20
典型的燃料電池包括由電解質(zhì)薄膜和固定在電解質(zhì)薄膜兩個(gè)側(cè) 面的空氣電極、燃料電極組成的裝置以及使裝置保持在它們之間的 分隔器(sepamtor)。分隔器中設(shè)有氣體流路。燃料電池中氧氣被輸送 至空氣電極而氫氣被輸送至燃料電極以產(chǎn)生電力。通常單個(gè)燃料電 池難以提供足夠?qū)嶋H使用的電力。多個(gè)燃料電池往往被裝配成一組 并串聯(lián)起來以產(chǎn)生大量的電力。
燃料電池組的其中 一個(gè)工作目的是要利用盡可能少的燃料氣體 (氫氣)和空氣(氧氣)供應(yīng)來產(chǎn)生最大量的電力。固態(tài)聚合物燃料電池 組通常需要有濕氣作為質(zhì)子傳輸?shù)拿浇?。為此，燃料氣體在被輸送
至燃#+電池組之前應(yīng)該加濕。
燃料電池組中的反應(yīng)產(chǎn)生水。然而，燃料電池組中過量的濕氣 會(huì)妨礙反應(yīng)進(jìn)行，從而引起燃^M"電池組發(fā)電能力的下降。因此，燃 料電池組中的濕氣量必須保持在有限范圍內(nèi)。
燃料電池組中的每個(gè)燃料電池也要求將濕氣量保持在有限范圍 內(nèi)。即使輸送至燃料電池組氣體的溫度、壓力或濕度得到控制而使 燃料電池組的工作保持在所要求的狀態(tài)，其中任何一個(gè)燃料電池也 都有可能部分偏離所要求的狀態(tài)。在這種情況下，這個(gè)燃料電池就 不能產(chǎn)生所要求的電量，從而導(dǎo)致其發(fā)電面積的減小。這會(huì)加快這 個(gè)發(fā)電部位的老化，于是使燃料電池組總的使用壽命減小。因此， 必須使每個(gè)燃料電池中的濕氣保持在所要求的值。
燃料電池組的工作狀態(tài) 一般是通過測量每個(gè)燃料電池的輸出電 壓來監(jiān)測的。具體地說，當(dāng)其中某個(gè)燃料電池的輸出電壓發(fā)生不希 望有的下降時(shí)，這個(gè)燃料電池可以被確定為出現(xiàn)故障。日本首次公
才艮No.9-259913中介紹了 一種燃料電池系統(tǒng)，它^皮設(shè)計(jì)成能分析燃料
是夠還是不夠。這種燃料電池系統(tǒng)可控制輸送至燃料電池組的氣體這種燃料電池系統(tǒng)能夠監(jiān)測燃料電池產(chǎn)生電力的能力，然而卻不能 診斷其中某個(gè)燃料電池是否有一部分不能產(chǎn)生電力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是要提供一種燃料電池系統(tǒng)，它可監(jiān) 測燃料電池組的發(fā)電狀態(tài)以確保其工作穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種燃料電池控制裝置，它被 設(shè)計(jì)成能診斷燃料電池組的工作情況以確保所要求數(shù)量的電力。這 種裝置包括(a)磁性傳感器，其用以輸出作為磁場的磁通量密度之 函數(shù)的信號，所述磁場在燃料電池組的一部分周圍產(chǎn)生，每個(gè)燃料電池中電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流流過這一部分；和控制器，其被設(shè)
計(jì)成能分析從磁性傳感器輸出的信號以檢測因該燃料電池組中局部 出現(xiàn)發(fā)電能力下降而引起的磁通量密度的變化。控制器可采取預(yù)定 的措施以控制燃料電池組的工作從而消除該燃料電池組發(fā)電能力下 降的現(xiàn)象。具體地說，這種裝置被設(shè)計(jì)成能診斷燃料電池組性能的 部分下降并能消除這一缺陷以確保燃料電池組的工作穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，控制器把從磁性傳感器輸出的信號的 值與一參考值作比較，該參考值是在所述燃料電池組正常工作以產(chǎn)
生所要求電量的情況下預(yù)先確定的。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所述信號值與參考值之
間有差異時(shí)，控制器采取預(yù)定的措施以:;肖除該燃料電池組發(fā)電能力 下降的現(xiàn)象。
磁性傳感器所處位置對于其中 一個(gè)燃料電池周圍所產(chǎn)生磁場的 選定部分是能夠進(jìn)行感測的。
磁性傳感器可以固定于其中 一個(gè)燃料電池的選定部分。 磁性傳感器或者可以安置在其中一個(gè)燃料電池的選定部分中。 磁性傳感器可以被安置在燃料電池組長度的中間。 每個(gè)燃料電池由一單元構(gòu)成，所述單元包含由電解質(zhì)薄膜、燃 料電極和空氣電極組成的組件，燃料側(cè)分隔器，以及空氣側(cè)分隔器。 燃料側(cè)分隔器和空氣側(cè)分隔器分別固定在燃料電極和空氣電極上。 磁性傳感器布置在燃料側(cè)分隔器和空氣側(cè)分隔器的其中 一個(gè)上面。
磁性傳感器或者可以安裝在燃料側(cè)分隔器和空氣側(cè)分隔器的其 中一個(gè)里面。
當(dāng)檢測到磁通量密度發(fā)生變化時(shí)，控制器選擇對應(yīng)于磁場選定 部分的其中 一個(gè)預(yù)定措施，并l丸行這個(gè)措施以控制燃料電池組的工 作，從而消除磁通量密度的變化。
燃料電池組中的每個(gè)燃料電池具有通過那里將空氣輸送至燃料 電池的空氣入口、從那里排出空氣的空氣出口、通過那里將氫氣輸 送至燃料電池的氫氣入口、以及從那里排出氫氣的氫氣出口。磁性
傳感器所處位置對于空氣入口 、空氣出口、氪氣入口和氪氣出口的 其中 一個(gè)周圍出現(xiàn)的磁場的一部分是能夠進(jìn)行感測的。
燃料電池控制裝置還可以包舍第二磁性傳感器，它對于空氣入 口、空氣出口、氫氣入口和氫氣出口的其中另一個(gè)周圍出現(xiàn)的磁場 的一部分是能夠進(jìn)行感測的?？刂破靼褟乃龃判詡鞲衅骱退龅?二磁性傳感器輸出的信號的值與參考值作比較，參考值是在燃料電 池組正常工作以產(chǎn)生所要求電量的情況下預(yù)先確定的。當(dāng)發(fā)現(xiàn)至少 有一個(gè)信號值與相應(yīng)的其中一個(gè)參考值之間有差異時(shí)，控制器選擇 其中 一個(gè)預(yù)定措施以消除這種差異。
一集電器被布置在燃料電池組的其中一個(gè)端部上，由燃料電池 組產(chǎn)生的電流從那里輸出。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了 一種測量燃料電池組中電流
它們分別由第一分隔器和第二分隔器以及夾在第一分隔器和第二分 隔器之間的組件構(gòu)成。該組件包括電解質(zhì)、固定于電解質(zhì)的第一表 面上的空氣電極、以及固定于電解質(zhì)的與第一表面相反的第二表面
上的燃料電極。這種方法包括以下步驟(a)在燃料電池組的垂直于 其長度的周邊上設(shè)置磁性傳感器，以測量由流過燃料電池組長度的 電流所產(chǎn)生的磁場；(b)根據(jù)磁性傳感器測得的磁場來確定燃料電池 組中的電流分布。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中， 一磁性傳感器被安置在燃料電池組長度 的中間。
這種方法還可以包括在燃料電池組的周邊上設(shè)置額外的磁性傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一種燃料電池組，它包括(a) 裝配成疊組(stack)的多個(gè)燃料電池，燃料電池中的每 一 個(gè)包括電解 質(zhì)、固定于電解質(zhì)的第一表面上的空氣電極、固定于電解質(zhì)的與第 一表面相反的第二表面上的燃并+電極、以及將電解質(zhì)、空氣電極和
燃料電極的組件夾在其中間的帶有氣體流路的分隔器；和(b)布置在 燃料電池組的垂直于其長度的周邊上的磁性傳感器。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，^磁性傳感器被安置在電池組長度的中間。
燃料電池組還可以包括布置在其周邊上的額外的傳感器。 燃料電池組還可以包含一電流分布確定電路，它利用磁性傳感 器的輸出來確定燃料電池組中的電流分布，所述輸出是作為磁通量 密度變化的函數(shù)而產(chǎn)生的。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供了 一種控制燃料電池組工作的 方法，該燃料電池組的長度中包含多個(gè)燃料電池構(gòu)成的疊組，它們 分別由第一分隔器和笫二分隔器以及夾在第一分隔器和第二分隔器 之間的組件構(gòu)成。該組件包括電解質(zhì)、固定于電解質(zhì)的第一表面上 的空氣電極、以及固定于電解質(zhì)的與第一表面相反的第二表面上的 燃料電極。這種方法包括以下步驟(a)根據(jù)磁場來確定由燃料電池 組產(chǎn)生的電量分布，所述磁場由流過燃料電池組長度的電流產(chǎn)生并 用磁性傳感器測得；和(b)根據(jù)電量分布來控制對燃料電池組的氣體 供應(yīng)。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，磁性傳感器被安置在電池組長度的中間。
這種方法還可以包括在燃料電池組的周邊上設(shè)置額外的傳感器。
所述控制步驟控制輸送至空氣電極和燃料電極的其中之一的氣 體的流率或氣體的濕度。
根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面，提供了 一種測量燃料電池組中電流 分布的方法，該燃料電池組的長度中包含多個(gè)燃料電池構(gòu)成的疊組， 它們分別由第一分隔器和第二分隔器以及夾在第一分隔器和第二分 隔器之間的組件構(gòu)成。該組件包括電解質(zhì)、固定于電解質(zhì)的第一表 面上的空氣電極、以及固定于電解質(zhì)的與第一表面相反的第二表面
上的燃料電極。 一集電器布置在燃料電池組長度的一端部，用以沿 垂直于燃料電池組長度的方向輸出由燃料電池組產(chǎn)生的電流。這種
方法包括以下步驟(a)在燃料電池組長度的一端部設(shè)置磁性傳感器， 以測量由流過集電器的電流所產(chǎn)生的磁場；和(b)根據(jù)磁性傳感器測 得的磁場來確定燃料電池組中的電流分布。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，集電器是集電板。磁性傳感器用來測 量集電板周圍的磁場。
這種方法還可以包括，在燃料電池組長度的端部設(shè)置額外的磁 性傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)方面，提供了一種燃料電池組，它包括(a) 裝配成疊組的多個(gè)燃料電池，燃料電池中的每一個(gè)包括電解質(zhì)、固 定于電解質(zhì)的第一表面上的空氣電極、固定于電解質(zhì)的與第一表面 相反的第二表面上的燃料電極、以及將電解質(zhì)、空氣電極和燃料電 極的組件夾在其中間的帶有氣體流路的分隔器；(b)布置在燃料電池 組長度一端部的集電器，用以輸出由燃料電池組產(chǎn)生的電流；和(c) 用以測量集電器周圍所產(chǎn)生磁場的磁性傳感器。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，集電器是集電板。磁性傳感器用來測 量集電板周圍的磁場。
的磁性傳感器。
燃料電池組還可以包含一 電流分布確定電3各，它利用》茲性傳感 器的輸出來確定燃料電池組中的電流分布，所述輸出是作為磁場的 磁通量密度變化的函-數(shù)而產(chǎn)生的。
根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)方面，提供了 一種控制燃料電池組工作的
分別由第一分隔器和第二分隔器以及夾在第一分隔器和第二分隔器 之間的組件構(gòu)成。該組件包括電解質(zhì)、固定于電解質(zhì)的第一表面上 的空氣電極、以及固定于電解質(zhì)的與第一表面相反的第二表面上的
燃料電極。
一集電器布置在燃^)"電池組長度的一端部，用以沿垂直于燃料電池組長度的方向輸出由燃料電池組產(chǎn)生的電流。這種方法包括以下步驟(a)根據(jù)磁場來確定由燃料電池組產(chǎn)生的電量分布， 所述磁場由流過集電器的電流產(chǎn)生并用磁性傳感器測得；和(b)根據(jù) 電量分布來控制對燃料電池組的氣體供應(yīng)。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，集電器是集電板。磁性傳感器用來測 量集電板周圍的磁場。
這種方法還可以包括，在燃料電池組長度的端部設(shè)置額外的磁 性傳感器。
所述控制步驟控制輸送至空氣電極和燃料電極的其中之一 的氣 體的流率或氣體的濕度。


圖1是一框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)；
圖2是用圖1中燃料電池系統(tǒng)控制的燃料電池組的透視圖3是一局部縱向剖視圖，示出了圖2燃料電池組中每個(gè)燃料 電池的結(jié)構(gòu)；
圖4是一平面圖，示出了固定于燃料電池空氣電極的分隔器；
圖5是一平面圖，示出了固定于燃料電池燃料電極的分隔器；
圖6是一平面圖，示出了燃料電池的電力產(chǎn)生區(qū)域；
圖7是一平面圖，示出了圖6中所示電力產(chǎn)生區(qū)域周圍生成的 磁場；
圖8是一平面圖，示出了其中有一電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)(disable area) 的燃料電池；
圖9是一平面圖，示出了圖8中燃料電池周圍生成的磁場；
圖10是一平面圖，示出了固定在燃料電池空氣電極上的分隔器 的一種變型，其中安裝有一磁性傳感器；
圖ll(a)是一平面圖，示出了固定在燃料電池空氣電極上的分隔 器的另一種變型，其中安裝有一磁性傳感器；
圖ll(b)是一截面視圖，示出了其中安裝有磁性傳感器的燃料電 池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
圖ll(c)是一平面圖，示出了安裝在圖ll(b)燃料電池中的磁性傳
感器；
圖12是一框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的燃料電池系
統(tǒng)；
圖13是安裝在圖12燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池組的平面圖14是一平面圖，示出了由圖13中燃料電池組產(chǎn)生的電流所 流過的集電板；
圖15是一透視圖，示出了圖14中集電板周圍生成的磁場；
圖16是一平面圖，示出了當(dāng)燃料電池組中某個(gè)燃料電池有一部
分不能發(fā)電時(shí)的集電板；
圖17是一透視圖，示出了圖16中集電板周圍生成的磁場；和
圖18是一透視圖，示出了固定在集電板上的絕緣板，其中安裝
有磁性傳感器。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參見附圖，在這些附圖中相同的標(biāo)號表示相同的部件，具 體地說，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)200， 它被設(shè)計(jì)成能監(jiān)測燃料電池組發(fā)電能力的下降，確定其原因并控 制燃料電池組1的工作以消除這一原因，從而確保燃料電池組1的 工作穩(wěn)定性。
圖2示出了安裝在燃料電池系統(tǒng)200中的燃料電池裝置100。燃 料電池裝置100包括燃料電池組1和磁性傳感器2。
燃料電池組1由裝配成疊組的多個(gè)燃料電池3構(gòu)成。每個(gè)燃料 電池3比如可以是固態(tài)聚合物燃料電池，并且象圖3中所清楚示出的那樣包括膜電極組件(MEA)和分隔器33、 34。 MEA由電解質(zhì)薄膜 30、空氣電極(即陰極)31和燃料電極(即陽極)32構(gòu)成。空氣電極31 和燃料電極32固定在電解質(zhì)薄膜30的兩面。MEA夾在分隔器33 和34之間。分隔器33和34在下面也可分別被稱作空氣側(cè)分隔器和 燃料側(cè)分隔器。磁性傳感器2安裝在燃料電池組1的外側(cè)面上并圍 繞燃料電池組1的四周排列。
磁性傳感器2位于電解質(zhì)薄膜30以外的部位，其中磁性傳感器 2對燃料電池組1產(chǎn)生的磁場能夠進(jìn)行感測，它可以布置在離開燃料 電池組1外表面給定距離處、布置在燃料電池組1的外表面上或是 布置在燃料電池組1的外表面中。如后面將要詳細(xì)介紹的那樣，磁 性傳感器2最好盡可能靠近每個(gè)電池3中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的電力產(chǎn) 生區(qū)域150布置。分隔器33和34的尺寸(即面積)大于每個(gè)電池3中 的電力產(chǎn)生區(qū)域150。
每個(gè)磁性傳感器2可以是已知的能夠測量它所處位置磁場的任 何一種磁性傳感器。如果燃料電池組1是典型的聚合物電解質(zhì)燃料 電池組，其中電力產(chǎn)生區(qū)i成150的面積為400平方厘米，電流密度 為1安培/平方厘米，那么磁通量密度的最大值約為±6x 1(T^特斯拉(6 高斯)。因此，磁性傳感器2可以是霍耳傳感器、磁阻元件或磁選通 器傳感器。其中易于測量垂直于電池3厚度延伸的平面上的磁場強(qiáng) 度的磁性傳感器最適合于用作磁性傳感器2。
每個(gè)分隔器33和34用導(dǎo)電材料制成并起到電極接線板的作用。 具體地說，燃料側(cè)分隔器34起到負(fù)(-)電極端的作用，而空氣側(cè)分隔 器33起到正(+)電極端的作用。圖3示意性地示出了每個(gè)電池3的結(jié) 構(gòu)?？諝鈧?cè)和燃料側(cè)分隔器33和34、空氣電極31、燃料電極32以 及電解質(zhì)薄膜30實(shí)際上比圖3中所示沿圖紙面縱向的長度大很多。 空氣側(cè)分隔器33和燃料側(cè)分隔器34中的每一個(gè)實(shí)際上比電解質(zhì)薄 膜30的厚度大很多。舉例來說，空氣側(cè)分隔器33和燃料側(cè)分隔器34 中每一個(gè)的厚度為1至2毫米。每個(gè)MEA包括電解質(zhì)薄膜30、氣
體擴(kuò)散層和催化劑，總的厚度為0.5毫米。每個(gè)電極31和32包括氣 體擴(kuò)散層，其厚度大約為0.2毫米。催化劑布置在空氣電極31和電 解質(zhì)薄膜30之間以及燃料電極32和電解質(zhì)薄膜30之間。
圖4示出了空氣側(cè)分隔器33的結(jié)構(gòu)?？諝鈧?cè)分隔器33中設(shè)有 空氣流動(dòng)孔330、空氣入口 331、空氣出口 333以及空氣排放孔334。 空氣流動(dòng)孔330經(jīng)過空氣入口 331通向空氣流動(dòng)槽332的上游端。 空氣流動(dòng)槽332在其下游端經(jīng)過空氣出口 333通向空氣排放孔334。 空氣從空氣供應(yīng)路徑(未在圖4中示出)輸送至空氣流動(dòng)孔330，經(jīng)過 空氣入口 331流入空氣流動(dòng)槽332，然后到達(dá)其中某個(gè)電池3的電力 產(chǎn)生區(qū)域150。接著空氣經(jīng)過空氣出口 333從空氣流動(dòng)槽332流出至 空氣排放孔334，并排放到空氣排放路徑(未在圖4中示出)。空氣供 應(yīng)路徑通過增濕器42通向空氣泵40，如圖1中所示?？諝馀欧怕窂?通向空氣排放器45。
空氣側(cè)分隔器33還包括氬氣流動(dòng)孔335和氫氣排放孔336。氫 氣流動(dòng)孔335通向氫氣供應(yīng)路徑(未示出)。氫氣排放孔336通向氫氣 排放路徑(未示出)。氫氣供應(yīng)路徑和氫氣排放路徑通向氫氣供應(yīng)器50 和氫氣排放器55，如圖1中所示。
圖5示出了燃料側(cè)分隔器34的結(jié)構(gòu)。燃料側(cè)分隔器34中設(shè)有 氫氣流動(dòng)孔340、氫氣入口 341、氬氣出口 343和氫氣排放孔344。 氫氣流動(dòng)孔340與空氣側(cè)分隔器33的氫氣流動(dòng)孔335相連以構(gòu)成通 向氫氣供應(yīng)路徑的氳氣入口路徑。氫氣排放孔344與空氣側(cè)分隔器33 的氫氣排放孔336相連以構(gòu)成通向氫氣排放路徑的氫氣出口路徑。 氫氣流動(dòng)孔340經(jīng)過氫氣入口 341通向氫氣流動(dòng)槽342的上游端。 氫氣流動(dòng)槽342在其下游端經(jīng)過氫氣出口 343通向氫氣排放孔344。 氫氣從氫氣供應(yīng)公共路徑輸送至氫氣流動(dòng)孔340，經(jīng)過氫氣入口 341 流入氫氣流動(dòng)槽342,然后到達(dá)其中某個(gè)電池3的電力產(chǎn)生區(qū)域150。 接著氫氣經(jīng)過氫氣出口 343從氫氣流動(dòng)槽342流出至氫氣排放孔 344,并排放到氬氣排放公共路徑。
燃料側(cè)分隔器34還包括空氣流動(dòng)孔345和空氣排放孔346。空 氣流動(dòng)孔345與空氣側(cè)分隔器33的空氣流動(dòng)孔330相連以構(gòu)成通向 空氣供應(yīng)路徑的空氣入口路徑。空氣排放孔346與空氣側(cè)分隔器33 的空氣排放孔334相連以構(gòu)成與空氣排放路徑相連的空氣出口路徑。
空氣側(cè)分隔器33和燃料側(cè)分隔器34中設(shè)有冷卻劑流動(dòng)孔337 和冷卻劑流動(dòng)孔347，它們構(gòu)成可使冷卻劑再循環(huán)的冷卻劑流動(dòng)路 徑。
燃料電池組1比如可以由五十個(gè)(50)相互重疊的電池3以及將電 池3夾在中間的分隔器33和34構(gòu)成。分隔器33和34、電極31和 32、以及電解質(zhì)薄膜30被裝配成一個(gè)單元(即燃料電池3)。燃料電池 組1的所有分隔器33和34實(shí)際上相互面對面接合排列以構(gòu)成空氣 入口和出口路徑以及氫氣入口和出口^^徑。
注意為了圖示筒潔起見，圖4和5中所示的空氣側(cè)分隔器33和 燃料側(cè)分隔器34是從圖3中燃4+電池3的左側(cè)看的?？諝鈧?cè)分隔器 33和燃料側(cè)分隔器34可以是任何已知的類型而且并不構(gòu)成本發(fā)明的 主要部分。因此在這里不會(huì)詳細(xì)介紹。作為實(shí)例，日本專利首次公 報(bào)No.ll-339828中公開了可用于燃料電池組]的分隔器，該公報(bào)的 內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本文中。
回頭參見圖2,燃料電池裝置100還包括固定于燃料電池組1末 端的集電板10。每個(gè)集電板10用方形金屬板制成并具有沿垂直于燃 料電池組1縱向的方向向外延伸的接線端(未示出)。集電板10的接 線端還分別引向最外面兩個(gè)燃^h電池3的電極31和32。在裝配燃料 電池組1時(shí)，沿其縱向通過絕緣板用壓板11從集電板10的外側(cè)壓 緊燃料電池組1并使其固定以確保燃料電池組1的氣密性和增強(qiáng)燃 料電池3間的粘著力。
燃料電池組1具有給定的長度而且其截面是基本上方形的。每 個(gè)磁性傳感器2沿燃料電池組1的縱長方向分別安裝在它四個(gè)側(cè)面 的中央。
回頭參見圖1,燃料電池系統(tǒng)還包括空氣泵40、增濕器42、裝 有止回閥的空氣排放器45、氫氣供應(yīng)器50、裝有止回閥的氫氣排放 器55、以及控制器6?？諝獗?0可以設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥并用以將空氣 輸送至增濕器42。增濕器42對空氣加濕并通過空氣輸送公共路徑將 空氣輸送至每個(gè)燃料電池3?？諝馀欧牌?5通過空氣排放公共路徑 與每個(gè)燃料電池3相連。氫氣供應(yīng)器50包括一個(gè)泵或壓力調(diào)節(jié)閥以 及一個(gè)增濕器，用來通過氫氣供應(yīng)公共路徑將氫氣從氫氣罐(未示出) 輸送至每個(gè)燃料電池3。氬氣排放器55與氫氣排放公共路徑相連。 冷卻劑流動(dòng)路徑與冷卻劑供應(yīng)源以及排放器(未示出)相連。氬氣供應(yīng) 器50設(shè)有氫氣流率調(diào)節(jié)器和濕氣流率調(diào)節(jié)器?？諝獗?0設(shè)有空氣 流率調(diào)節(jié)器。增濕器42設(shè)有濕氣流率調(diào)節(jié)器。
控制器6與磁性傳感器2、空氣泵40、增濕器42、空氣排放器 45、氫氣供應(yīng)器50、以及氫氣排放器55相連。控制器6用來控制氫 氣供應(yīng)器50的氫氣流率調(diào)節(jié)器、空氣泵40的空氣流率調(diào)節(jié)器、氬 氣供應(yīng)器50的濕氣流率調(diào)節(jié)器以及增濕器42的工作以選擇性地調(diào) 節(jié)氫氣和空氣的流率以及氫氣和空氣中所含濕氣的數(shù)量。具體地說， 控制器6可根據(jù)磁性傳感器2的檢測結(jié)果分析磁通量密度的變化以 確定燃料電池組1中的電流分布，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致電流分布局部變化或不 均勻的因素(比如燃料電池組1的性能下降)，并調(diào)節(jié)將要輸送至燃料 電池組1的氫氣或空氣的流率或者調(diào)節(jié)氫氣或空氣中所含濕氣的數(shù) 量以〗肖除電流分布的不均勻性。
下面將介紹利用磁性傳感器2得到燃料電池組1中電流分布的 原理。
每個(gè)磁性傳感器2可產(chǎn)生作為磁場(即磁通量密度)函數(shù)的輸出， 所述磁場是由沿燃料電池組1的長度方向(即每個(gè)電池3的寬度方向) 流過燃料電池組1的電流產(chǎn)生的。
一般來說，通過無窮長導(dǎo)體的電流i(安培)將在距離導(dǎo)體達(dá)r (米) 處產(chǎn)生如下面等式(l)所表示的磁通量密度B(韋伯/平方米)(即右手螺旋定則)。
B = 2x10-7 (i/r) (1)
當(dāng)燃料電池組1工作時(shí)，由每個(gè)燃料電池3產(chǎn)生的電流沿縱向 流過燃料電池組1。這將沿燃料電池組1的周圍產(chǎn)生磁場。燃料電池 組1中的每個(gè)電池3具有給定的截面。如果講這一截面分成許多個(gè) 分立的細(xì)小面積，燃料電池組1中產(chǎn)生的磁場可以被認(rèn)為是流過各 細(xì)小面積的電流所產(chǎn)生^f茲場的和。如果這些細(xì)小面積的其中 一個(gè)或 一些中沒有電流經(jīng)過(即沒有電力產(chǎn)生)，就意味著產(chǎn)生電能的能力下 降(即經(jīng)過其中 一個(gè)或一些細(xì)小面積的電流減少)，這將導(dǎo)致燃料電池 組1周圍的磁通量密度發(fā)生變化。控制器6利用磁性傳感器2的輸 出監(jiān)測這種變化，以確定燃料電池組1中電流分布的變化。
一般來說，假如電流流入有限的面積，在此有限面積上磁通量 密度的分布可通過匯集由電流流動(dòng)產(chǎn)生的磁通量來確定。下面將參 見圖6至9來說明燃料電池組1中作為電流分布函數(shù)而形成的磁場 的磁通量密度，條件是燃料電池組l(即每個(gè)電池3)和一物體(未示出) 比如燃料電池組外殼或燃料電池組支架的磁導(dǎo)率與空氣是相同的。
假定每個(gè)電池3,如圖6中所示，具有方形的可產(chǎn)生電力區(qū)域 130。可產(chǎn)生電力區(qū)域130是電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生區(qū)域，實(shí)際上它是電 池3中由電解質(zhì)薄膜30、空氣電極31以及燃料電極32構(gòu)成的面積， 氫氣和氧氣被輸送到那里。
在圖6所示的電池3中，整個(gè)可產(chǎn)生電力區(qū)域130(即陰影線部 分)上產(chǎn)生電力。當(dāng)電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行而使電流垂直于圖紙面從其前面 向里流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生如順時(shí)針方向磁力線所示的磁場。如圖7中可 以看到，磁場中的磁通量密度分布是這樣的，即，在可產(chǎn)生電力區(qū) 域130的周邊附近的磁通量密度增大，而在中心附近的磁通量密度 減小。
如果在可產(chǎn)生電力區(qū)域130中局部不發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，如圖8 中的白色矩形140所示，那么將導(dǎo)致產(chǎn)生如圖9中磁力線所示的磁 場。具體地說，磁力線沿可產(chǎn)生電力區(qū)域130的周邊以及電化學(xué)反 應(yīng)失效區(qū)140與可產(chǎn)生電力區(qū)i或130之間的邊界(即電化學(xué)反應(yīng)失效 區(qū)140的周邊)順時(shí)針方向延伸。電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140的外周邊(即， 可產(chǎn)生電力區(qū)域130的外周邊與電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140的外周邊重 合的部分)附近的磁場的磁通量密度比電力產(chǎn)生區(qū)域150的外周邊 (即，可產(chǎn)生電力區(qū)域130的外周邊與電力產(chǎn)生區(qū)域150的外周邊重 合的部分)附近的磁通量密度要小。而且，在可產(chǎn)生電力區(qū)域130的 中央附近，磁通量密度大大減小。
圖7和9中的電池3之間的比較顯示，電力產(chǎn)生區(qū)域150周邊 附近的一部分磁場的磁通量密度不同于電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140外周 邊部分附近的磁場的磁通量密度，因此通過測量可產(chǎn)生電力區(qū)域130 周邊附近的磁通量密度能夠發(fā)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140的存在，從 而檢測出燃料電池組1中的電流分布與燃料電池組1正常工作時(shí)相 比發(fā)生了變化。
如果燃料電池組1的其中某個(gè)電池3由于某種原因?qū)е戮植堪l(fā) 電能力的下降，于是在這個(gè)電池3出現(xiàn)了電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140，那 么將導(dǎo)致在空間上與這一電池的電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140重合的其它 電池3中的面積所流過的電流不足。因此，某個(gè)電池3中電化學(xué)反 應(yīng)失效區(qū)140的存在可以通過測量另一個(gè)電池3附近的磁通量密度 而發(fā)現(xiàn)。
控制器6纟皮-沒計(jì)成能利用^l性傳感器2測量某個(gè)電池3的電力 產(chǎn)生區(qū)域150周邊附近的磁通量密度以發(fā)現(xiàn)燃料電池組1中的電流 分布與正常工作時(shí)相比發(fā)生了變化，并用以確定電能產(chǎn)生失效區(qū)(即 電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140)是否存在。磁性傳感器2最好位于燃料電池 組l長度的中間。其原因如下
燃料電池組1是這樣設(shè)計(jì)的，使得電流流過燃料電池組1的長 度然后在集電板10中轉(zhuǎn)向垂直于燃料電池組1長度的方向。
因此，如果磁性傳感器2靠近其中一個(gè)集電板10布置，流過集 電板10的電流所產(chǎn)生的磁場可能會(huì)將由此引起的電噪音加到磁性傳
感器2的輸出中，這將導(dǎo)致在確定燃料電池組1中的電流分布時(shí)出 現(xiàn)誤差。
而且最好將至少一個(gè)磁性傳感器2布置在比其它磁性傳感器更 加遠(yuǎn)離燃料電池組1的位置。通常，在確定電流分布時(shí)由于地磁會(huì) 產(chǎn)生大約±0.3 x 10-4特斯拉(0.3高斯)的誤差。這種誤差可以通過以 下方法消除，將其中一個(gè)磁性傳感器2遠(yuǎn)離燃料電池組1布置，用 以只是測量地磁并對其它傳感器2的輸出進(jìn)行校正，從而抵消其中 因地磁引起的誤差成分。
此外，所使用的每個(gè)磁性傳感器2最好各自包含兩個(gè)傳感元件 其中一個(gè)傳感元件對垂直于燃料電池組1長度的二維平面中的豎向(y 方向)磁通量能夠進(jìn)行感測，而另一個(gè)傳感元件對該平面中的橫向(x 方向)磁通量能夠進(jìn)行感測。
回頭參見圖1 ，如上面所介紹的那樣，燃料電池系統(tǒng)200 一皮設(shè)計(jì) 成能利用磁性傳感器2的輸出發(fā)現(xiàn)燃料電池組1中電流分布的變化。 其結(jié)構(gòu)材料最好是任何低導(dǎo)磁性的材料如奧氏體不銹鋼，這樣就不 會(huì)干擾燃料電池組1周圍的磁場。當(dāng)進(jìn)行冷加工時(shí)，奧氏體不銹鋼 的導(dǎo)磁性往往會(huì)增大。這可以通過對鋼進(jìn)行退火來降到最低。
燃料電池系統(tǒng)200用來確定燃料電池組1中的電流分布并控制 氫氣或氧氣的流率、或氫氣或氧氣中所含濕氣的數(shù)量，以維持燃料 電池組1能夠產(chǎn)生所要求水平的電能。
當(dāng)工作時(shí)，燃料電池系統(tǒng)200將空氣(即氧氣)輸送至電池3的空 氣電極31并將氫氣輸送至電池3的燃料電極32，并在每個(gè)電池3中 使氫氣與氧氣之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電能。電池3是通過固態(tài) 聚合物燃料電池來實(shí)現(xiàn)的，并使用濕氣作為質(zhì)子傳輸?shù)拿浇椤Ｒ虼耍?利用安裝在氫氣供應(yīng)器50中的增濕器對將要輸送至電池3的氫氣進(jìn) 行加濕。然而，過量的濕氣會(huì)妨礙電池3中電力的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致 電池3發(fā)電能力的下降。因此，導(dǎo)致電池3中局部發(fā)生的發(fā)電能力
下降的其中一個(gè)因素被認(rèn)為是由濕氣引起的。這種能力下降主要出
現(xiàn)在每個(gè)電池3中靠近燃料側(cè)分隔器34的氫氣入口 341處以及靠近 空氣側(cè)分隔器33的空氣出口 333處的部分，加濕了的氫氣進(jìn)入氫氣 入口 341而空氣電極31上反應(yīng)所產(chǎn)生的濕氣停留在空氣出口 333。 因此，通過監(jiān)測磁性傳感器2的輸出，并將這些輸出與燃料電池組1 處于正常工作狀態(tài)而產(chǎn)生預(yù)期電量時(shí)所測試得到的輸出作比較，選 擇磁通量密度表現(xiàn)出發(fā)生了不希望有的變化的那個(gè)磁性傳感器2，可 以發(fā)現(xiàn)電池3中發(fā)電能力下降的部分的位置，然后可以確定導(dǎo)致發(fā) 電能力下降的某些可能原因的其中一個(gè)原因。燃料電池控制系統(tǒng)200 中的控制器6調(diào)節(jié)輸送至燃料電池組1的氫氣或氧氣(空氣)的流率或 其中所含的濕氣數(shù)量以減少或消除發(fā)電能力下降的現(xiàn)象。 下面將更加詳細(xì)地介紹燃4+電池系統(tǒng)200的工作。 空氣供應(yīng)器40將空氣輸送至增濕器42。增濕器42對空氣加濕 并通過空氣側(cè)分隔器33的空氣流動(dòng)孔330將空氣輸送至燃料電池3 的空氣電極3。氫氣供應(yīng)器50對氫氣加濕并通過氫氣側(cè)分隔器34 的氫氣流動(dòng)孔340將氫氣輸送至燃料電池3的燃料電極32。這使得 每個(gè)燃料電池3中能夠產(chǎn)生電力。當(dāng)任何一個(gè)燃料電池3中都沒有 發(fā)生故障時(shí)，每個(gè)燃料電池3的整個(gè)電力產(chǎn)生區(qū)域150上將均勻地 產(chǎn)生電能或電流，因此沿燃料電池組1縱向流動(dòng)的電流的分布將是 均勻的。
本專利申請的發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，燃料電池組1發(fā)電能力的 下降一般來說由以下六個(gè)因素的其中任何一個(gè)引起l)缺少氫氣，2) 缺少空氣，3)氫氣增濕不夠，4)氫氣中有過量的濕氣，5)空氣增濕不 夠，和6)空氣中有過量的濕氣。第一個(gè)因素導(dǎo)致燃料側(cè)分隔器34的 氫氣出口 343附近電流減小。第二個(gè)因素導(dǎo)致空氣側(cè)分隔器33的空 氣出口 333附近電流減 第六個(gè)因素導(dǎo)致空氣側(cè)分隔器33的空氣出口 333附近電流減小。
第二和第六個(gè)因素導(dǎo)致同樣的結(jié)果并可以通過分析燃料電池組1
的工作歷程或燃料電池組1中循環(huán)冷卻水的溫度來相互區(qū)分。具體 地說，當(dāng)對燃料電池組1工作歷程的分析顯示已經(jīng)產(chǎn)生了大量電力 時(shí)，空氣側(cè)分隔器33的空氣出口 333附近電流減小被確定為是由于 空氣中有過量的濕氣被輸送至燃料電池組1而引起的。與此相反， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)生少量電力時(shí)，空氣側(cè)分隔器的空氣出口 333附近電 流減小被確定為是由于輸送至燃料電池組1的空氣不夠而引起的。 工作歷程最好記錄在安裝于控制器6的存儲(chǔ)器里。當(dāng)發(fā)現(xiàn)冷卻水的 溫度較高時(shí)，這就意味著已經(jīng)產(chǎn)生了大量電力。于是，空氣側(cè)分隔 器33的空氣出口 333附近電流減小被確定為是由于空氣中有過量的 濕氣被輸送至燃料電池組1而引起的。與此相反，當(dāng)發(fā)現(xiàn)冷卻水的 溫度較低時(shí)，這就意味著已經(jīng)產(chǎn)生的電力較少。于是，空氣側(cè)分隔 器33的空氣出口 333附近電流減小被確定為是由于輸送至燃料電池 組1的空氣不夠而引起的。冷卻水的溫度可以通過閱讀水溫傳感器 的輸出測得，水溫傳感器通常安裝在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中。
與上述情況類似，第三和第四個(gè)因素導(dǎo)致同樣的結(jié)果并可以通 過分析燃料電池組1的工作歷程或燃料電池組1中循環(huán)冷卻水的溫 度來相互區(qū)分。具體地說，當(dāng)對燃料電池組1工作歷程的分析顯示 已經(jīng)產(chǎn)生了大量電力時(shí)，氫氣入口 341附近發(fā)電能力的下降被確定 為是由于輸送至燃料電池組1的氫氣中含有過量濕氣而引起的。與 此相反，當(dāng)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)生少量電力時(shí)，氫氣入口 341附近發(fā)電能力 的下降被確定為是由于輸送至燃料電池組1的氬氣中濕氣不夠而引 起的。當(dāng)發(fā)現(xiàn)冷卻水的溫度較高時(shí)，這就意味著已經(jīng)產(chǎn)生了大量電 力。氫氣入口 341附近發(fā)電能力的下降被確定為是由于輸送至燃料 電池組1的氫氣中含有過量濕氣而引起的。與此相反，當(dāng)發(fā)現(xiàn)冷卻 水的溫度較低時(shí)，這就意味著已經(jīng)產(chǎn)生的電力較少。氫氣入口 341 附近發(fā)電能力的下降被確定為是由于輸送至燃料電池組1的氬氣中
濕氣不夠而引起的。
第一個(gè)因素可通過增加供應(yīng)至燃料電池組1的氬氣來消除。這
是通過控制氬氣供應(yīng)器50的流率調(diào)節(jié)器以增大氫氣流率而實(shí)現(xiàn)的。
第二個(gè)因素可通過增加供應(yīng)至燃料電池組1的空氣來消除。這
是通過控制空氣泵40的流率調(diào)節(jié)器以增大空氣流率而實(shí)現(xiàn)的。
第三個(gè)因素可通過加大氫氣的增濕量來消除。這是通過控制氬 氣供應(yīng)器50中增濕器的濕氣流率調(diào)節(jié)器以增大加入氫氣的濕氣量而 實(shí)現(xiàn)的。
第四個(gè)因素可通過減小氫氣的增濕量來消除。這是通過控制氫 氣供應(yīng)器50中增濕器的濕氣流率調(diào)節(jié)器以減少加入氫氣的濕氣量而 實(shí)現(xiàn)的。
第五個(gè)因素可通過加大空氣的增濕量來消除。這是通過控制增 濕器4 2的濕氣流率調(diào)節(jié)器以增大加入空氣的濕氣量而實(shí)現(xiàn)的。
第六個(gè)因素可通過以下方法來消除，即臨時(shí)打開空氣排放器45 的止回閥而從空氣排放路徑排水，關(guān)閉增濕器42以停止對空氣加濕， 和/或提高冷卻水的溫度。第三種方法是通過控制通常安裝于冷卻水 循環(huán)系統(tǒng)的散熱器的工作來實(shí)現(xiàn)的，比如可以通過降低散熱器風(fēng)扇 的速度而實(shí)現(xiàn)。
作為實(shí)例，下面將詳細(xì)介紹第四和第六個(gè)因素以及如何消除這 些因素，其中四個(gè)磁性傳感器2靠近空氣入口 331、空氣出口 333、 氫氣入口 341和氫氣出口 343固定在空氣側(cè)分隔器33和氫氣側(cè)分隔 器34的一部分上或嵌入其中。
如上面所介紹的那樣，通過在分隔器33和34中延伸的氫氣入 口路徑，可將加濕氫氣輸送至每個(gè)燃料電池3的燃料電極32。氫氣 中所含的濕氣充當(dāng)質(zhì)子傳輸?shù)膇某介。因此，當(dāng)氬氣經(jīng)過每個(gè)燃料電 池3的燃料側(cè)分隔器34中的氫氣流動(dòng)槽342時(shí)，濕氣作為質(zhì)子傳輸 媒介被消耗掉。這使得流過氫氣流動(dòng)槽342的氫氣中所含的濕氣濃 度從氫氣入口 341到氫氣出口 342是減小的。
當(dāng)?shù)竭_(dá)燃料電極32的氫氣中的濕氣量增大時(shí)，也就是當(dāng)氫氣流
動(dòng)槽342的氬氣入口 341附近的濕氣量發(fā)生不希望有的增大時(shí)，將 對氫氣入口 341附近的燃料電才及32的一部分上面的電化學(xué)反應(yīng)造成 妨礙，從而使這一部分的發(fā)電能力下降。這種下降將導(dǎo)致燃料電池3 的電力產(chǎn)生區(qū)域150中發(fā)電量的變化，從而引起沿燃料電池組1的 縱向流動(dòng)的電流分布的變化，這種變化作為燃料側(cè)分隔器34的氪氣 入口 341附近磁通量密度的變化而被其中一個(gè)磁性傳感器2檢測到。
控制器6分析所有磁性傳感器2的輸出，將它們與相同電負(fù)荷 下燃料電池組1處于正常工作狀態(tài)時(shí)用磁性傳感器2通過實(shí)驗(yàn)得到 的基準(zhǔn)傳感器輸出作比較，以選出與相應(yīng)的基準(zhǔn)傳感器輸出相比其 輸出發(fā)生了變化的那個(gè)磁性傳感器2，并找出燃料電池組l中電流分 布(即磁通量密度)產(chǎn)生變化的原因和位置，也就是確定由于氫氣中含 有過量的濕氣而引起發(fā)電能力下降。接著控制器6控制氫氣供應(yīng)器5 0 的濕氣流率調(diào)節(jié)器以減少輸送至燃料電池3的氫氣中所加入的濕氣 量，直至這一個(gè)磁性傳感器2的輸出與相應(yīng)基準(zhǔn)傳感器的輸出一致。 這樣可以使燃料電池組1總的發(fā)電能力維持在所要求的水平。
我們注意到，輸送至燃料電池組1的氪氣中的濕氣不足可以通 過燃料電池組1產(chǎn)生電力的能力以及排放到氫氣排放器55的氫氣中 的濕氣量來確定。
在每個(gè)燃料電池3的空氣電極31上由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的濕氣往 往會(huì)擴(kuò)散到電解質(zhì)薄膜30內(nèi)并到達(dá)燃料電極32，用于將氫離子(H+) 拉向空氣電極31。這可以導(dǎo)致空氣側(cè)分隔器33的空氣出口 333附近 的濕氣量不夠，從而引起發(fā)電能力的下降。
當(dāng)經(jīng)過電解質(zhì)薄膜30的濕氣量增大時(shí)，也就是當(dāng)空氣流動(dòng)槽332 中的濕氣量發(fā)生不希望有的增大時(shí)，將導(dǎo)致濕氣穿透電解質(zhì)薄膜30 而到達(dá)燃料電極32,從而使空氣側(cè)分隔器33中空氣流動(dòng)槽332的空 氣出口 333附近的空氣電極31的一部分電化學(xué)反應(yīng)不足，因此這一中發(fā)電量的變化，從而引起沿燃料電池組1的縱向流動(dòng)的電流分布 的變化，這種變化作為燃料電池3四周^ 茲場的變化而一皮其中一個(gè)f茲
性傳感器2檢測到。
控制器6分析所有磁性傳感器2的輸出，將它們與基準(zhǔn)傳感器 的輸出作比較，如上面所介紹的那樣，以選出與相應(yīng)的基準(zhǔn)傳感器 輸出相比其輸出發(fā)生了變化的那個(gè)磁性傳感器2，并找出導(dǎo)致燃料電 池組1中電流分布(即磁通量密度)產(chǎn)生變化的原因和位置，也就是確 定由于空氣流動(dòng)槽332中的濕氣過量而引起的發(fā)電能力下降。控制 器6接著比如可以控制增濕器42的濕氣流率調(diào)節(jié)器以減少空氣流動(dòng) 槽332中的濕氣量，直至這一個(gè)磁性傳感器2的輸出與相應(yīng)基準(zhǔn)傳 感器的輸出一致。
燃料電池裝置100可以被設(shè)計(jì)成能使用單個(gè)磁性傳感器2。如上 面所介紹的那樣，燃料電池組1發(fā)電能力的下降被認(rèn)為是由以下六 個(gè)因素的其中任何一個(gè)引起的l)缺少氫氣，2)缺少空氣，3)氫氣增 濕不夠，4)氫氣中有過量的濕氣，5)空氣增濕不夠，和6)空氣中有過 量的濕氣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)因素最有可能導(dǎo)致燃料電池組1發(fā)電能 力的下降。因此，磁性傳感器2可以只安裝在氫氣出口 343附近的
燃料側(cè)分隔器34的一部分之上或之中以測量氫氣出口 343附近的其 中一個(gè)燃料電池3的一部分可產(chǎn)生電力區(qū)域130周圍磁通量密度的 變化。控制器6將磁性傳感器2的輸出與通過實(shí)驗(yàn)得到的基準(zhǔn)傳感 器輸出作比較，并在磁性傳感器2的輸出與基準(zhǔn)傳感器的輸出之間 有差異時(shí)確定燃料電池組1的發(fā)電能力由于氫氣不夠而下降。
燃料電池裝置100還可以-故設(shè)計(jì)成能使用兩個(gè)或三個(gè)磁性傳感 器2來檢測燃料電池組1發(fā)電能力的下降。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)第三個(gè)因素(即 氫氣增濕不夠)引起燃料電池組1發(fā)電能力下降的可能性較低。而第 四個(gè)因素(即氫氣中有過量的濕氣)的可能性最低。因此，三個(gè)磁性傳 感器2可分別安裝在氫氣出口 343附近的燃料側(cè)分隔器34的一部分 之上或之中，以及空氣入口 331和空氣出口 333附近的空氣側(cè)分隔器33的一部分之上或之中，而不再檢測氫氣入口 341附近可能出現(xiàn) 的電流減小?？刂破?將每個(gè)磁性傳感器2的輸出與相應(yīng)的通過實(shí) 驗(yàn)得到的某個(gè)基準(zhǔn)傳感器的輸出作比較，確定引起燃料電池組1發(fā) 電能力下降的原因和位置，并象上面所介紹的那樣采取其中某個(gè)或 某些措施以恢復(fù)燃料電池組1的總發(fā)電量。
圖10示出了空氣側(cè)分隔器33的一種變型，它具有固定于或嵌 入到面對空氣電極31的側(cè)壁中的磁性傳感器2。圖中示出磁性傳感 器2位于空氣入口 331附近以測量那里因發(fā)電能力下降(即上面所介 紹的笫五個(gè)因素)引起的磁通量密度變化，但它也可以安裝在空氣出 口 333附近以確定第二或第六個(gè)因素。當(dāng)然，可以將兩個(gè)^i性傳感 器2安裝在空氣入口 331和空氣出口 333附近。如圖所示，磁性傳 感器2由兩個(gè)傳感元件組成 一個(gè)對垂直于分隔器33寬度延伸的平 面上的磁通量能夠進(jìn)行感測，而另一個(gè)對x方向上的磁通量能夠進(jìn) 行感測。
圖11(a)示出了上面固定有磁性傳感器2的空氣側(cè)分隔器33的另 一種變型。如圖ll(b)中清楚所示，磁性傳感器2布置在設(shè)于燃料側(cè) 分隔器34的凹部390內(nèi)。分隔器33和34用石友制成。磁性傳感器2 一皮設(shè)計(jì)成沿二維方向(即x和y方向)能夠進(jìn)行感測。磁性傳感器2由 一芯片構(gòu)成，上面帶有磁阻元件410和一模擬處理器。芯片安裝在0.3 毫米厚的聚酰亞胺基底420上。正電極、x輸出端、y輸出端和負(fù)電 極被粘貼到基底420上。接線端通過連接器(未示出)與控制器6相連。 基底420上覆蓋有絕緣材料用以使磁性傳感器2與分隔器33和34 電絕緣。基底420比如可以用環(huán)氧樹脂粘合劑固定在分隔器33上。 分隔器33和34或者可以用金屬材料比如不銹鋼制成。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)200，它 與圖1中燃料電池系統(tǒng)的不同之處在于磁性傳感器2固定在燃料電 池組1的端部以監(jiān)測發(fā)電能力的下降。與第一個(gè)實(shí)施例中相同的標(biāo) 號將被用來表示相同的部件，而且對它們的詳細(xì)說明將被省去。
圖13示出了包含燃料電池組1、集電板IO、絕緣板4和壓板11 的燃料電池裝置100。集電板10固定在燃料電池組1的端部。絕緣 板4固定在集電板10上。壓板11將燃料電池組1、集電板10和絕 緣板4的組件緊密固定在一起以確保燃料電池組1的氣密性并增強(qiáng) 燃料電池3中間的粘結(jié)力。
如圖14中所示，每個(gè)集電板10由板主體20和電流輸出端21 構(gòu)成。板主體20的截面形狀或面積與燃料電池組1的端部是相同的。 電流輸出端21從板主體20的側(cè)邊橫向延伸出來。
由燃料電池3產(chǎn)生的電流沿燃料電池組1的長度方向流動(dòng)，如 圖13中的箭頭所示，并到達(dá)集電板10的板主體20。當(dāng)?shù)竭_(dá)板主體 20時(shí)，電流轉(zhuǎn)過90度而向電流輸出端21運(yùn)動(dòng)。電流朝電流輸出端 21運(yùn)動(dòng)時(shí)，其電流密度增大。在圖14中，箭頭的寬度表示集電板IO 上電流密度的大小。圖14中在最右側(cè)豎直排列的箭頭表示由燃料電 池3的最右部分(當(dāng)在圖13中看時(shí))產(chǎn)生電流的流動(dòng)，它出現(xiàn)在集電 板10的板主體20上最遠(yuǎn)離電流輸出端21的部位。
由燃料電池3的最右部分左側(cè)的部分所產(chǎn)生的電流，當(dāng)在圖13 中看時(shí)，出現(xiàn)在集電板10中板主體20上的最右列箭頭左側(cè)的區(qū)域 中并與右邊的電流結(jié)合。通過逸種方式，當(dāng)在圖14中看時(shí)，從板主 體20的右端到電流輸出端21的電流密度增大。
如果每個(gè)燃料電池3在可產(chǎn)生電力區(qū)域130上均勻地產(chǎn)生電力， 當(dāng)接近電流輸出端21時(shí)，集電板10的板主體20上的電流密度基本 上作為與電流輸出端21距離的函數(shù)而增大。
如圖15中清楚所示，電流通過集電板10的流動(dòng)將在集電板10 周圍產(chǎn)生磁場。具體地說，如圖15中所示，所產(chǎn)生的磁場是用環(huán)繞 集電板10橫向延伸截面的磁力線表示的。如果每個(gè)燃料電池3在其 可產(chǎn)生電力區(qū)域130上均勻地產(chǎn)生電力，當(dāng)接近電流輸出端21時(shí)， 磁通量密度的增大基本上與離開電流輸出端21的距離成比例。
如果其中一個(gè)或一些燃料電池3的可產(chǎn)生電力區(qū)域130的一部
分，比如圖16中所示沿燃料電池組1的縱向與集電板10的板主體20 中區(qū)域A重合的部分，沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，那么板主體20的區(qū)域 A中將會(huì)沒有電流或出現(xiàn)弱電流。因此，在板主體20上緊挨著區(qū)域 A的區(qū)域B中，電流是由沿燃沖+電池組1的縱向在空間上與區(qū)域B 重合的燃料電池3的部分產(chǎn)生的，所以區(qū)域B中的電流密度將小于 當(dāng)所有燃料電池3都正常工作而在它們的可產(chǎn)生電力區(qū)域130上均 勻地產(chǎn)生電力時(shí)的電流密度。
因此，如果電流沒有出現(xiàn)在集電板10的區(qū)域A，如圖17中所 示，區(qū)域A的周圍就不會(huì)產(chǎn)生石茲場，于是區(qū)域B周圍的磁通量密度 將減小。這導(dǎo)致區(qū)域A和B周圍的磁通量密度與所有燃料電池3都 正常工作而在它們的可產(chǎn)生電力區(qū)域130上均勻地產(chǎn)生電力時(shí)相比 發(fā)生了變化。這種變化被安裝在絕緣板4中的磁性傳感器2檢測到， 如圖13中所示。換句話說，本實(shí)施例中的每個(gè)磁性傳感器2可用來 檢測集電板10周圍磁通量密度的變化，以指示沿燃料電池組1長度 的磁通量密度變化(也就是燃料電池組1中電流分布的變化)。
與第一個(gè)實(shí)施例類似，控制器6用來監(jiān)測因燃料電池組1中電 流分布變化引起的磁性傳感器2輸出的變化，確定如上面所介紹的 第一至第六個(gè)因素中導(dǎo)致燃料電池組1發(fā)電能力下降的那個(gè)因素， 于是可采取如第一個(gè)實(shí)施例中所介紹的其中一種措施，以恢復(fù)整個(gè) 燃料電池組1的發(fā)電量。
每個(gè)集電板10的厚度最好是固定的，使得當(dāng)燃料電池組1正常 工作時(shí)沿集電板10豎直方向的磁通量密度變化減到最小。
在某些情況下，當(dāng)燃料電池3的一部分不能產(chǎn)生電力，也就是 它具有電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140而在比如圖16的區(qū)域A中沒有電流出 現(xiàn)時(shí)，由其它燃料電池3中與電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140空間上重合的 部分所產(chǎn)生的電流可以繞過電化學(xué)反應(yīng)失效區(qū)140而在集電板10上 除了區(qū)域A之外的部分中集中，從而導(dǎo)致這一部分中磁通量密度的 增大。即使在這種情況下，磁通量密度的增大也可以被其中一個(gè)磁 性傳感器2檢測到以確定引起燃料電池組1發(fā)電能力下降的原因和位置。
回頭參見圖13,三個(gè)磁性傳感器2被粘貼到與集電板IO接合的 每個(gè)絕緣板4上或嵌入其中。絕緣板4比如可以用不會(huì)干擾集電板10 周圍所產(chǎn)生磁場的玻璃環(huán)氧樹脂制成。如第 一 個(gè)實(shí)施例中已經(jīng)介紹 的，所使用的磁性傳感器2的數(shù)目并不限于圖13中所示的那樣。舉 例來說，某個(gè)磁性傳感器2可以安裝在其中任何一個(gè)絕緣板4上。
圖18示出了四個(gè)磁性傳感器2被嵌入到其中一個(gè)絕緣板4的四 角中的實(shí)例。這種布置方式適合于檢測因以下四個(gè)位置的其中任何 一個(gè)位置發(fā)電能力下降而引起的集電板10周圍磁場的磁通量密度的 變化，這四個(gè)位置即空氣側(cè)分隔器33的空氣入口 331和空氣出口 333 以及氫氣側(cè)分隔器34的氫氣入口 341和氫氣出口 343附近的可產(chǎn)生 電力區(qū)域130的部分。
雖然已經(jīng)通過優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作了介紹以便更好地加以理 解，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明原理的情況下，可以通過各 種不同的方式來實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)被理解為包含所有 可能的實(shí)施例以及所示實(shí)施例的變型，在不脫離本發(fā)明原理的情況 下，它們可以按照所附權(quán)利要求中所述的那樣來實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池控制裝置，包括磁性傳感器，其用以輸出作為磁場的磁通量密度之函數(shù)的信號，所述磁場在燃料電池組的一部分周圍產(chǎn)生，每個(gè)燃料電池中電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流流過這一部分；和控制器，其被設(shè)計(jì)成能分析從所述磁性傳感器輸出的所述信號以檢測因所述燃料電池組中局部出現(xiàn)發(fā)電能力下降而引起的磁通量密度的變化，所述控制器可采取預(yù)定的措施以控制所述燃料電池組的工作，從而消除所述燃料電池組發(fā)電能力下降的現(xiàn)象。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，所述 控制器把從所述磁性傳感器輸出的所述信號的值與 一參考值作比 較，所述參考值是在所述燃料電池組正常工作以產(chǎn)生所要求電量的 情況下預(yù)先確定的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所述信號值與所述參考值之間有差異時(shí)， 所述控制器采取所述預(yù)定措施以消除所述燃料電池組發(fā)電能力下降 的現(xiàn)象。
3. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，所述 磁性傳感器所處位置對于其中一個(gè)所述燃料電池周圍所產(chǎn)生的磁場 的選定部分是能夠進(jìn)行感測的。
4. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，所述 磁性傳感器固定于其中一個(gè)所述燃料電池的選定部分上。
5. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，所述 磁性傳感器被安置在其中一個(gè)所述燃料電池的選定部分中。
6. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，所述 磁性傳感器被安置在所述燃料電池組長度的中間。
7. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，每個(gè) 燃料電池由一單元構(gòu)成，所述單元包含由電解質(zhì)薄膜、燃料電極和 空氣電極組成的組件，燃料側(cè)分隔器，以及空氣側(cè)分隔器，所述燃料側(cè)分隔器和所述空氣側(cè)分隔器分別固定在所述燃料電極和所述空 氣電極上，且所述磁性傳感器布置在所述燃料側(cè)分隔器和所述空氣 側(cè)分隔器的其中一個(gè)之上。
8. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，每個(gè) 燃料電池由一單元構(gòu)成，所述單元包含由電解質(zhì)薄膜、燃料電極和 空氣電極組成的組件，燃料側(cè)分隔器，以及空氣側(cè)分隔器，所述燃 料側(cè)分隔器和所述空氣側(cè)分隔器分別固定在所述燃料電極和所述空 氣電極上，且所述磁性傳感器安裝在所述燃料側(cè)分隔器和所述空氣 側(cè)分隔器的其中一個(gè)之中。
9. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，當(dāng)檢 測到磁通量密度的所述變化時(shí)，所述控制器選擇對應(yīng)于所述磁場的 所述選定部分的其中一個(gè)預(yù)定措施，并執(zhí)行這個(gè)措施以控制所述燃 料電池組的工作，從而消除所述磁通量密度的變化。
10. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，所料電池的空氣入口、從那里排出空氣的空氣出口、通過那里將氫氣 輸送至所述燃料電池的氫氣入口 、以及從那里排出氬氣的氫氣出口 ， 且所述磁性傳感器所處位置對于所述空氣入口、所述空氣出口、所 述氫氣入口和所述氫氣出口的其中一個(gè)周圍出現(xiàn)的所述磁場的一部 分是能夠進(jìn)行感測的。
11. 如權(quán)利要求10所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，還 包括第二磁性傳感器，所述第二磁性傳感器對于所述空氣入口、所 述空氣出口 、所述氫氣入口和所述氫氣出口的其中另 一個(gè)周圍出現(xiàn) 的所述磁場的一部分是能夠進(jìn)行感測的，以便輸出作為所述磁場的 所述那一部分的磁通量密度之函數(shù)的信號，并且所述控制器把從所 述磁性傳感器和所述第二磁性傳感器輸出的所述信號的值與參考值 作比較，所述參考值是在所述燃料電池組正常工作以產(chǎn)生所要求電 量的情況下預(yù)先確定的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)至少有一個(gè)所述信號的值與相應(yīng)的 其中一個(gè)所述參考值之間有差異時(shí)，所述控制器選擇其中一個(gè)所迷 預(yù)定措施以消除所述差異。
12. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，一 集電器被布置在所述燃料電池組的其中一個(gè)端部上，由所述燃料電 池組產(chǎn)生的所述電流從所述端部輸出，且所述磁性傳感器被布置成 對于由流過所述集電器的所述電流產(chǎn)生的磁場是能夠進(jìn)行感測的。
13. —種燃料電池系統(tǒng)，包括由多個(gè)裝配成疊組的燃料電池構(gòu)成的燃料電池組，所述燃料電 池組可產(chǎn)生流過其長度的電流；可輸出作為磁場的磁通量密度之函數(shù)的信號的磁性傳感器，所而引起的；和被設(shè)計(jì)成能分析從所述磁性傳感器輸出的所述信號的控制器，而引起的所述磁通量密度的變化，所述控制器可采取預(yù)定的措施以 控制所述燃料電池組的工作從而消除所述燃料電池組產(chǎn)生所述電流 能力下降的現(xiàn)象。
14. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制器把從所述磁性傳感器輸出的所述信號的值與一參考值作比較， 所述參考值是在所述燃料電池組正常工作以產(chǎn)生所要求電量的情況 下預(yù)先確定的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所述信號值與所述參考值之間有差異時(shí)，所 述控制器采取所述預(yù)定措施以消除所述燃料電池組發(fā)電能力下降的 現(xiàn)象。
15. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述磁 性傳感器所處位置對于其中 一個(gè)所述燃料電池周圍所產(chǎn)生的磁場的 選定部分是能夠進(jìn)行感測的。
16. 如權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述磁 性傳感器固定于其中 一個(gè)所述燃料電池的選定部分上。
17. 如權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述磁 性傳感器被安置在其中一個(gè)所迷燃料電池的選定部分中。
18. 如權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述磁 性傳感器被安置在所述燃料電池組長度的中間。
19. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)燃 料電池由一單元構(gòu)成，所述單元包含由電解質(zhì)薄膜、燃料電極和空 氣電極組成的組件，燃料側(cè)分隔器，以及空氣側(cè)分隔器，所述燃料 側(cè)分隔器和所述空氣側(cè)分隔器分別固定在所述燃料電極和所述空氣 電極上，且所述磁性傳感器布置在所述燃料側(cè)分隔器和所述空氣側(cè) 分隔器的其中一個(gè)之上。
20. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)燃 料電池由一單元構(gòu)成，所述單元包含由電解質(zhì)薄膜、燃料電極和空 氣電極組成的組件，燃料側(cè)分隔器，以及空氣側(cè)分隔器，所述燃料 側(cè)分隔器和所述空氣側(cè)分隔器分別固定在所述燃料電極和所述空氣 電極上，且所述磁性傳感器安裝在所述燃料側(cè)分隔器和所述空氣側(cè) 分隔器的其中一個(gè)之中。
21. 如權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)檢測 到磁通量密度的所述變化時(shí)，所述控制器選擇對應(yīng)于所述磁場的所 述選定部分的其中一個(gè)預(yù)定措施，并執(zhí)行這個(gè)措施以控制所述燃料 電池組的工作，從而消除所述磁通量密度的變化。
22. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述燃 料電池組中的每個(gè)燃料電池具有通過那里將空氣輸送至所述燃料電 池的空氣入口、從那里排出空氣的空氣出口、通過那里將氬氣輸送 至所述燃料電池的氫氣入口、以及從那里排出氫氣的氬氣出口，且 所述磁性傳感器所處位置對于所述空氣入口、所述空氣出口、所述 氫氣入口和所述氫氣出口的其中一個(gè)周圍出現(xiàn)的所述磁場的一部分 是能夠進(jìn)行感測的。
23. 如權(quán)利要求22所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括 第二磁性傳感器，所述笫二磁性傳感器對于所述空氣入口 、所述空 氣出口 、所述氬氣入口和所述氫氣出口的其中另一個(gè)周圍出現(xiàn)的所 述磁場的 一部分是能夠進(jìn)行感測的，以便輸出作為所述磁場的所述 那一部分的磁通量密度之函數(shù)的信號，并且所述控制器把從所述磁性傳感器和所述第二磁性傳感器輸出的所述信號的值與參考值作比 較，所述參考值是在所述燃料電池組正常工作以產(chǎn)生所要求電量的 情況下預(yù)先確定的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)至少有一個(gè)所述信號值與相應(yīng)的其中一 個(gè)所述參考值之間有差異時(shí)，所述控制器選擇其中一個(gè)所述預(yù)定措 施以消除所述差異。
24. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 一集電 器被布置在所述燃料電池組的其中 一個(gè)端部上，由所述燃料電池組 產(chǎn)生的所述電流從所述端部輸出，且所述磁性傳感器被布置成對于 由流過所述集電器的所述電流產(chǎn)生的磁場是能夠進(jìn)行感測的。
25. —種測量燃料電池組中電流分布的方法，所述燃料電池組 的長度中包含多個(gè)燃料電池構(gòu)成的疊組，它們分別由第一分隔器和 第二分隔器以及夾在所述笫一分隔器和笫二分隔器之間的組件構(gòu)成，所述組件包括電解質(zhì)、固定于所述電解質(zhì)的第一表面上的空氣 電極、以及固定于所述電解質(zhì)的與所述第一表面相反的第二表面上 的燃料電極，所述方法包括以下步驟在所述燃料電池組垂直于其所述長度的周邊上設(shè)置磁性傳感 器，以測量由流過所述燃料電池組的所述長度的電流所產(chǎn)生的磁場； 和根據(jù)所述^f茲性傳感器測得的磁場，來確定所述燃料電池組中的 電流分布。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述磁性傳感器 被安置在所述燃料電池組長度的中間。
27. 如權(quán)利要求25所述的方法，還包括，在所述燃料電池組的 所述周邊上設(shè)置額外的磁性傳感器。
28. —種燃料電池組，包才舌裝配成疊組的多個(gè)燃料電池，所述燃料電池中的每一個(gè)包括電 解質(zhì)、固定于所述電解質(zhì)的第一表面上的空氣電極、固定于所述電 解質(zhì)的與所述第一表面相反的第二表面上的燃料電極、以及將所述 電解質(zhì)、所述空氣電極和所述燃料電極的組件夾在其中間的帶有氣體流路的分隔器；和 哭如o
29. 如權(quán)利要求28所述的燃料電池組，其特征在于，所述磁性 傳感器被安置在所述燃料電池組長度的中間。
30. 如權(quán)利要求28所述的燃料電池組，還包括布置在所述燃料 電池組的所述周邊上的額外的傳感器。
31. 如權(quán)利要求28所述的燃料電池組，還包括可利用所述磁性 傳感器的輸出來確定所述燃料電池組中電流分布的電流分布確定電 路，所述輸出是作為磁通量密度變化的函數(shù)而產(chǎn)生的。
32. —種控制燃料電池組工作的方法，所述燃料電池組的長度 中包含多個(gè)燃料電池構(gòu)成的疊組，它們分別由第一分隔器和第二分 隔器以及夾在所述第一分隔器和第二分隔器之間的組件構(gòu)成，所述 組件包括電解質(zhì)、固定于所述電解質(zhì)的第一表面上的空氣電極、以 及固定于所述電解質(zhì)的與所述第一表面相反的第二表面上的燃料電 極，所述方法包括以下步驟根據(jù)磁場來確定由所述燃料電池組產(chǎn)生的電量分布，所述磁場 由流過所述燃料電池組的所述長度的電流產(chǎn)生并用磁性傳感器測 得5 和根據(jù)所述電量分布來控制對所述燃料電池組的氣體供應(yīng)。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述磁性傳感器 ^^安置在所述燃料電池組長度的中間。
34. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，還包括布置在所述燃料電池組的所述周邊上的額外的傳感器。
35. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述控制步驟控 制輸送至所述空氣電極和所述燃料電極其中之一的氣體的流率或所 述氣體的濕度。
36. —種測量燃料電池組中電流分布的方法，所述燃料電池組的長度中包含多個(gè)燃料電池構(gòu)成的疊組，它們分別由第一分隔器和 第二分隔器以及夾在所迷第一分隔器和第二分隔器之間的組件構(gòu)成，所述組件包括電解質(zhì)、固定于所述電解質(zhì)的第一表面上的空氣 電極、以及固定于所述電解質(zhì)的與所述第一表面相反的第二表面上 的燃料電極， 一集電器布置在所述燃料電池組的所述長度的一端部， 用以沿垂直于所述燃料電池組的所述長度的方向輸出由所述燃料電 池組產(chǎn)生的電流，所述方法包^^"以下步驟在所述燃料電池組的所述長度的一端部設(shè)置磁性傳感器，以測 量由流過所述集電器的電流所產(chǎn)生的磁場；和根據(jù)所述磁性傳感器測得的磁場，來確定所述燃料電池組中的 電流分布。 ，
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述集電器是集 電板，且所述磁性傳感器用以測量所述集電板周圍的磁場。
38. 如權(quán)利要求36所述的方法，還在所述燃料電池組長度的所 述端部上提供額外的磁性傳感器。
39. —種燃料電池組，包4舌裝配成疊組的多個(gè)燃料電池，所述燃料電池中的每一個(gè)包括電 解質(zhì)、固定于所述電解質(zhì)的第一表面上的空氣電極、固定于所述電 解質(zhì)的與所述第一表面相反的第二表面上的燃料電極、以及將所迷 電解質(zhì)、所述空氣電極和所述燃料電極的組件夾在其中間的帶有氣 體流路的分隔器；布置在所述燃料電池組長度一端部的集電器，用以輸出由所述 燃料電池組產(chǎn)生的電流；和用以測量所述集電器周圍所產(chǎn)生磁場的磁性傳感器。
40. 如權(quán)利要求39所迷的燃料電池組，其特征在于，所述集電 器是集電板，且所述磁性傳感器用以測量所述集電板周圍的磁場。
41. 如 K利要求39所述的燃料電池組，還包括在所述燃料電池 組長度的所述端部上的額外^f茲性傳感器。
42. 如權(quán)利要求39所述的燃料電池組，還包括可利用所述磁性 傳感器的輸出來確定所述燃料電池組中電流分布的電流分布確定電 路，所述輸出是作為所述磁場中的磁通量密度變化的函數(shù)而產(chǎn)生的。
43. —種控制燃料電池組工作的方法，所述燃料電池組的長度 中包含多個(gè)燃料電池構(gòu)成的疊組，它們分別由第 一分隔器和第二分 隔器以及夾在所述第一分隔器和第二分隔器之間的組件構(gòu)成，所述 組件包括電解質(zhì)、固定于所述電解質(zhì)的笫一表面上的空氣電極、以 及固定于所述電解質(zhì)的與所述第一表面相反的第二表面上的燃料電 極， 一集電器布置在所述燃料電池組的所述長度的一端部，用以沿 垂直于所述燃料電池組的所述長度的方向輸出由所述燃料電池組產(chǎn) 生的電流，所述方法包括以下步驟根據(jù)磁場來確定由所述燃沖+電池組產(chǎn)生的電量分布，所述磁場 由流過所述集電器的電流產(chǎn)生并用磁性傳感器測得；和根據(jù)所述電量分布來控制對所述燃料電池組的氣體供應(yīng)。
44. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述集電器是集 電板，且所述磁性傳感器用以測量所述集電板周圍的磁場。
45. 如權(quán)利要求43所述的方法，還在所述燃料電池組長度的所 述端部上提供額外的磁性傳感器。
46. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述控制步驟控 制輸送至所述空氣電極和所述燃料電極其中之一的氣體的流率或所 述氣體的濕度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種被設(shè)計(jì)成能確保燃料電池組工作穩(wěn)定性的燃料電池控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含磁性傳感器和控制器。磁性傳感器用以測量電流所產(chǎn)生磁場的磁通量密度的變化，所述電流是由每個(gè)燃料電池中進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的?？刂破鞅辉O(shè)計(jì)成能分析由磁性傳感器測得的磁通量密度的變化以確定引起燃料電池組中局部出現(xiàn)發(fā)電能力下降的原因和位置?？刂破骺刹扇☆A(yù)定的措施以控制燃料電池組的工作，從而消除該燃料電池組發(fā)電能力下降的現(xiàn)象。
文檔編號H01M8/04GK101199073SQ200580050130
公開日2008年6月11日 申請日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者加藤豪俊, 堀部和夫, 竹下直宏, 菊地哲郎, 高嶋博之 申請人:株式會(huì)社電裝;豐田自動(dòng)車株式會(huì)社;株式會(huì)社日本自動(dòng)車部品綜合研究所