[发明专利]用于测量燃料电池中的电压的设备

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是用于监测这样的电池的系统的领域。更具体地，其涉及用于测量燃料电池中的电压的设备。

燃料电池在许多应用中显示出日渐成功。作为电动车辆的发展的一部分，它们在汽车工业中尤其具有利益性，这是因为它们与燃料箱结合形成了清洁的发电机，其比电池组类型的电化学蓄电池提供了更大的能量密度，并且显示出良好的效率。

在燃料电池中，通过两个化学反应产生电力：在一个电极上燃料(例如氢)的氧化与在另一个电极上氧化剂(例如氧气)的还原相联接。这两个化学反应发生在电池内，该电池通常包括阳极和阴极，在它们之间布置有形成膜电极(MEA)的薄膜。可以使用各种类型的薄膜，已知例如离子交换薄膜或者固态氧化薄膜。

背景技术

根据应用，证明必须使用显示出或多或少的大电池堆的燃料电池，目的是提供想要的电源量。例如，在电动车辆的领域中，遇到具有多于一百个堆叠的电池的堆并不罕见。堆因此由一组通过双极板分隔的MEA构成。这些板包括阳极侧和阴极侧，其用于对堆的邻近电池输送气体。然而，堆的第一个和最后一个板不是双极的，并且仅显示出一个极性。由于语言的误用，堆常被称为燃料电池，并且每个MEA被称为电池或电化学电池。在本申请中该词将在后面使用。

在用于例如电动车的燃料电池中，必须检测出会导致燃料电池的故障或者危险行为的任何异常。为此目的，获得关于每个电池的信息，尤其是有关产生的电压的个别项是有用的。

根据专利申请US2011/0217612，已知存在包括若干直接安装在燃料电池上的模块的测量设备。每个模块用于测量电池组，并且各个模块通过光信号与彼此通信。该设备额外包括位于燃料电池的端部处的聚合元件，准备接收通过每个模块执行的测量结果。

这样的设备由于其结构而显示出许多缺点。具体而言，模块通过电池自身供电，意味着在一个或多个电池上的电压损耗导致了用于模块的功率的损耗，因此其不再能够执行测量。因而该设备似乎不适于测量非常低的电压，或者甚至略微为负的电压。

因此，本发明的目的是提出一种易于安装和使用，并且可靠和经济的设备以用于补救这些缺点同时提供测量方案。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于测量在燃料电池中电池的电压的设备，所述燃料电池包含通过双极板分隔的N个电化学电池，其中N是自然数，所述系统包括：

-至少两个电压测量模块，每个模块能够测量在燃料电池的邻近电池组上的M个电压，其中M是小于或等于N/2的自然数，通过第一模块测量的电池组邻近通过第二模块测量的电池组，

-电子计算机，以及

-有线通信总线，所述有线通信总线将至少两个测量设备串联连接至计算机，

每一个测量模块包括：

-机械装置，所述机械装置用于将所述模块固定在所述燃料电池上，

-电压测量装置，

-电连接装置，所述电连接装置用于将所述双极板连接到至少一个电压测量装置，

-用于将所述电压测量装置连接到所述通信总线的装置，

并且每个模块的形状与邻近的模块配合，通过这样的方式使得连接到第一模块的最后一个双级板也连接到第二模块。

如将在图解本发明的实施方案的附图中明显看出的，所述模块具有这样的形状：显示出使得位于两个邻近布置的模块的边界上的双极板垂直于所述模块的侧面，不借助于额外电连接的使用连接到这两个模块的交错。

此外，以优选的方式，用于将模块固定在燃料电池上的机械固定装置与电连接装置将合并。因此，在特定实施方案中，这些装置将包括连接器，例如类型的内孔连接器，其既提供了机械连接的实现，也提供了电连接的实现。这些内孔连接器包括布置为扣住形成在燃料电池的双极板上并且能够实现连接的金属连接片的两个金属部件。

在本发明的一个特定实施方案中，每个电压测量装置测量两个邻近电池的电压。具体而言，给出燃料电池的电化学电池的厚度，事实证明用于测量每个电池的单个电压的安装装置并不是非常符合人体工学的。此外，观察到测量装置的灵敏度对于穿过两个电池执行的测量是足够的，以提供每个电池的状态的估计。因此，在特定实施方案中，模块对于十六个电池的组执行八个电压测量。

在本发明的特定实施方案中，有线通信总线为(控制器局域网络)类型串行总线，显示出在设备(比如本发明的设备)的背景下有效的稳健性的特性。在另一个特定实施方案中，使用I2C类型总线。