CN101604739B - 燃料电池单电池检测端子板组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池单电池检测端子，采用柔性印刷电路板作为检测端子板，所述的柔性印刷电路板上设置有与对应的燃料电池电堆中每一个单电池阳极一一对应的导电端子，且柔性印刷电路板被一块压板压在燃料电池电堆的阳极上，使每一块阳极与一个导电端子电性接触，柔性印刷电路板上对应于与阳极接触的导电端子还有输出端子用于连接电压采集装置。这种检测端子具有良好的易变形性和应力吸收能力。

Description

燃料电池单电池检测端子板组件
技术领域
本发明涉及燃料电池，具体来说是燃料电池用的一种检测端子。
背景技术
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是燃料电池的一种，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。接有负载时阴极和阳极的电压通常在0.5～1V之间。所以一般将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。
一般的燃料电池电堆是一个很多层的层状结构体，而且由于多种原因每个单电池会设计得很薄。为了精确的监控电堆的工作状况需要检测每片单电池的电压，这就必须要在每片电池的阳极用检测端子连接，这样一个电堆的单电池连接端子就会很多。
由于燃料电池的隔板大部分是用碳板雕刻而成，柔韧性比较差， 而且由于经常工作在温度和湿度都偏高的环境中，连接件经常出现被腐蚀的现象。
目前，比较常用的方法有以下几种：
1.专利号为CN101009384的方法：在加工碳板的过程中，在碳板上预先留下一个空隙，在成型电堆时把导电体直接压接在碳板上，然后用接插件与导电体连接来实现检测端子的功能。这种方法的缺点是把导电体直接压接在碳板上，来实现检测端子的功能，这样做很费时间，不但在制作电堆时需要另外制作空隙，更重要的是给装配电堆的工人带来困难。因为单电堆本身很薄，为了提高功率密度，隔板里不可能由很大的空间留给压接端子，而且碳板易碎没有弹性，要是太紧会损伤碳板，太松接触不好实现不了原有的功能。在外部要重新连接这些端子，对于没有加工碳板能力的厂家，根本不可能实现。压接端子是在碳板里面的，高温，高湿的环境会加快压接端子的老化。如果选用惰性金属(或者镀惰性金属)价格比较昂贵。
2.外部压接检测端子法：在电堆设计的过程中预留一个基准面，在基准面上每个接触点开槽，把卡簧按照电堆的尺寸直接压接在碳板上。基于此种思想可以设计出很多不同样式的连接方式。这样做的最大缺点是容易划伤碳板，卡簧在高温，高湿的环境会加快压接端子的老化。卡簧是固定在硬板上的，不易掌握间距。
3.碳连接法：为了抗腐蚀应用非金属材料(一般是碳)，加工成导电端子进行电连接。但这种材料是定制的，一般难以实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的燃料电池单电池检测端子板组件，这种检测端子具有良好的易变形性和应力吸收能力。
本发明采用如下技术方案：一种燃料电池单电池检测端子板组件，采用柔性印刷电路板作为检测端子板，所述的柔性印刷电路板上设置有与对应的燃料电池电堆中每一个单电池阳极一一对应的导电端子，且柔性印刷电路板被一块压板压在燃料电池电堆的阳极上，使每一块阳极与一个导电端子电性接触，柔性印刷电路板上对应于与阳极接触的导电端子还有输出端子用于连接电压采集装置。
所述的柔性印刷电路板与压板之间还可以垫有一个热塑性弹性体材料，例如SBS，以使柔性印刷电路板达到防潮，隔热的目的，而且使柔性印刷电路板受力均匀且不会压坏电池电堆阳极碳板。
所述的柔性印刷电路板的输出端子每几个可以做成一组连接器，例如做成金手指，用于与电压采集装置上对应的插座连接，连接方便快速。
所述的压板除可以为一块绝缘板片例如环氧树脂板外，还可以在环氧树脂板上加工一个安装电压采集板的槽，把电压采集板装入该槽内，通过所述压板将电压采集板压接在电堆上；更理想的方式是，还可以直接采用一块电压采集板，电压采集板为用环氧树脂密封的印刷电路板。这种方式结构简单、紧凑，成本低且安装简便、快捷。
所述的柔性印刷电路板中还可以包含一个与电池电堆的阴极端板对应且电性接触的端子，以达接地效果，这种方式与其它接地方式相比误差小，而且使用更加方便。
所述的柔性印刷电路板上与电池电堆电性接触的端子表面还可以有致密抗氧化惰性金属涂层或镀层，以提高抗腐蚀效果。
本发明的燃料电池单电池检测端子，采用柔性印刷电路板作为端子板，作为单电池阳极板与电压采集板之间的连接导线，具有易变形性和应力吸收能力好的优点，特别是采用压板压在单电池阳极板上，不易对阳极板形成破坏。采用柔性印刷电路板，热匹配性和电连接功能好，易于密封，防潮，无需一个阳极板一个阳极板的连接，安装方便、精度高，且易于批量生产。
附图说明
图1为燃料电池单电池检测端子组成示意图。
图2为检测端子板的示意图。
图3电堆阳极与检测端子板的对应关系示意图。
图4为压板的示意图。
图5为电压采集板与检测端子板的连接方式示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细描述。
采用如图2所示的柔性印刷电路板2作为检测端子板，柔性印刷电路板上设置有与对应的燃料电池电堆中每一个单电池阳极一一对应的导电端子2a，其输出端子每几个做成一组金手指式的连接器2b，用于与图4中所示电压采集板上对应的插座4a快速连接。如图1和图3所示，柔性印刷电路板2被一块压板3压在燃料电池电堆1的阳极上，使每一块阳极1a与一个导电端子2a电性接触。如图1所示，柔性印刷电路板2与压板4之间还垫有一个热塑性弹性体材料3。
柔性印刷电路板2中还包含一个与电池电堆的阴极端板对应且电性接触的端子。
柔性印刷电路板上与电池电堆电性接触的端子2a表面还有致密抗氧化惰性金属涂层或镀层。
压板4的一个作用是使柔性印刷电路板2与电堆中电池阳极接触和定位。因此可以有多种实现方式，如图4所示是一种最理想的实现方式，直接压接电压采集板：即将电压采集板作为压板4使用，电压采集板是用印制电路板，有一定的硬度，用环氧树脂将电压采集板密封，待完全变干透后，直接用螺钉固定在电堆上面，其上面的插座4a，可以方便地与图2中的连接器2b连接，如图5所示。
在安装时，先确定了电堆的单片电池的尺寸和碳板的厚度以及误差之后，设计柔性印刷电路板2形成的检测端子板，第一个端子与电堆阴极的端板中心对齐(设计时要预先在端板的位置做好标记，便于安装)，第二个端子与第一个单电池的阳极中心对齐，第三个端子的中心与第二个端子中心的距离等于一个单电池的厚度。以此类推，可以设计N(N＝1，2，3…自然数)片单电池的检测端子板。每几个检测端子一组做成柔性电路板的连接器2b，在电压采集板上有相应的插座连接器进行连接。用加工好的检测端子板，电堆的端板与检测端子板的第一个端子对齐，保证每个端子2a与单电池的阳极1a对齐。不要将端子放在质子交换膜上，这样会造成短路。在检测端子板2上 放上热塑性弹性体3，铺平，压实。再在上面放上压板4，压紧压板(可以设计很多方法)。这样可以保证每个端子与单电池接触达到采集电压的目的。

Claims (5)

1.一种燃料电池单电池检测端子板组件，其特征在于：采用柔性印刷电路板作为检测端子板，所述的柔性印刷电路板上设置有与对应的燃料电池电堆中每一个单电池阳极一一对应的导电端子，且柔性印刷电路板被一块压板压在燃料电池电堆的阳极上，使每一块阳极与一个导电端子电性接触，柔性印刷电路板上对应于与阳极接触的导电端子还有输出端子用于连接电压采集装置；所述的柔性印刷电路板与压板之间还垫有一个热塑性弹性体材料；所述的压板为用环氧树脂密封的印刷电路板构成的电压采集板。
2.如权利要求1所述的燃料电池单电池检测端子板组件，其特征在于：所述的柔性印刷电路板中还包含一个与电池电堆的阴极端板对应且电性接触的端子。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池单电池检测端子板组件，其特征在于：所述的柔性印刷电路板的输出端子每几个做成一组连接器，用于与电压采集装置上对应的插座连接。
4.如权利要求1或2所述的燃料电池单电池检测端子板组件，其特征在于：所述的柔性印刷电路板上与电池电堆电性接触的端子表面还有致密抗氧化惰性金属涂层或镀层。
5.如权利要求3所述的燃料电池单电池检测端子板组件，其特征在于：所述的柔性印刷电路板上与电池电堆电性接触的端子表面还有致密抗氧化惰性金属涂层或镀层。
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