CN110770953A - 用于燃料电池组电压监测的电连接器 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于燃料电池组电压监测的电连接器。该电连接器包括至少两个分离的单元，每个单元包括多个引脚，每个引脚适于接触燃料电池组的板以监测燃料电池组的电压。每个单元的第一引脚适于提供参考电压的测量。

Description

用于燃料电池组电压监测的电连接器
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池组电压监测的电连接器。进一步地，本发明涉及一种电连接器排布，包括至少两个上述的电连接器。此外，本发明涉及一种燃料电池组排布，包括上述的电连接器。此外，本发明涉及一种燃料电池组的电压监测方法。
背景技术
燃料电池组通常由多个单元电池堆叠成许多层形成。每一个单元电池至少包括膜电极组件(MEA)和设置在MEA两处外侧的流体流场板，该膜电极组件有夹在正极和负极之间的离子交换膜。氢燃料和氧化剂通过流体流场板后被供应到MEA，产生电力。
对这样的燃料电池组，为了控制所提供的氢气以及氧气和/或找出损坏的或出现故障的单元燃料电池，管理每个单元电池的能量生成状态是有必要的。为启用这样的管理，监测每个单元电池产生的电压，并基于所监测到的电压进行上述控制。
为监测燃料电池组的电压，将流体流场板与电连接器连接，电连接器适于与流体流场板电接触。
现有技术中，例如由US 2003/054220公开的一种梳状的电接触元件，该电接触元件由支撑结构支撑，而且该电接触元件的齿适于与双极板邻接以建立电接触。这种连接器有多方面的缺点。首先，所用的双极板必须具有一定的最小厚度，使得将双极板邻接于电接触元件便可建立电接触。其次，电连接器容易从双极板分离，从而需要额外的固定元件以将电连接器固定到燃料电池组。另一个问题是，必须小心地设计电触头的齿之间的距离，使其适配燃料电池组。因此只能允许最小的制造公差，这转而将导致昂贵且费时的制造过程。
此外，由于一个板的电压是通过与前一个板的电压进行比较来测量的，为了监测燃料电池组的电压，需要接触每个板。因此，不容易跳过这些板。如果跳过一个板(可通过使用两个或多个电连接器来实现，这种情况下只能跳过一个板)，又或者如果使用两个电连接器而不跳过板，则第二个电连接器必须通过跨接线连接到第一个电连接器，以使前一个板的参考得以保持。如果跳过不止一个板，则在更多的板上测量电压。然而，这会导致测量误差，因为正确的电压仅能通过参考前一个板来测得。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电连接器，该电连接器可容易地固定于燃料电池组并能灵活地监测燃料电池组的电压。
该目的可通过根据权利要求1的用于燃料电池组电压监测的电连接器实现。
下文中披露一种电连接器。这种电连接器包括至少两个分离的单元，每个单元包括多个引脚，每个引脚适于接触燃料电池组的一个板，以监测燃料电池组电压。每个单元的第一引脚适于提供参考电压的测量。
电连接器的每个单元包括了多个引脚(也称为接触引脚)，其中，每个引脚都用于提供参考电压。这意味着，除第一引脚外，每个引脚都可以提供相对于每个单元的第一引脚提供的参考电压的电压。相应地，由于每个单元都提供了自身的参考电压，便可以跳过所想跳过的电池或板，因此该参考电压不仅可以由燃料电池组的第一个板提供，也可以由其它任何一个与第一引脚接触的板提供。由于可以跳过不止一个板，这使电连接器具有多种用途。
如果第二单元的第一引脚和第一单元的最后引脚接触同一个板，则第二单元除第一引脚之外的每一个引脚均可测量电压，测得的电压是相对第一单元的第一引脚所提供的参考电压而言的。这意味着，在这样的情况下，除第一单元的第一引脚和第二单元的第一引脚外，每个单元的每个引脚无需使用跨接线也可测量相对于第一单元的第一引脚提供的参考电压。
当每个单元包括的引脚数量可调时，电连接器的用途可进一步多样化。在这样的一个实施例中，引脚的数量可适于板的数量。每个单元可以包括不同数量的引脚。
根据一个实施例，每个单元适于通过摩擦配合连接以依附于燃料电池组。这意味着引脚将嵌入至燃料电池组中，电连接器可通过引脚和板之间的摩擦保持在燃料电池组中，而无需额外的保持装置。
根据另一个实施例，电连接器包括一个插头，该插头与至少两个单元连接，并适于通过电池电压测量系统连接至电连接器。该插头可以是任何种类的标准插头，这种标准插头可适于在其一侧连接电池电压测量系统，而在其另一侧连接电连接器的单元。在该实施例中，至少两个单元连接至同一个插头。
在另一个实施例中，电连接器包括至少两个插头，每个插头连接至少两个单元中的一个。这意味着，每个插头连接其一侧上的其中一个单元，其另一侧连接电池电压测量系统。
在另一个实施例中，每个单元和/或每个插头设在刚性保持元件上，例如一个塑料板或者印刷线路板。这意味着每个单元的引脚均依附在刚性保持元件上。因此每个单元的长度以及引脚的数量，均可通过裁切刚性保持元件的长度来调整。因此，由电连接器和印刷电路板组成的整体组件可能对精细公差不敏感。此外，印刷电路板可耐受热膨胀。
由于每个单元的第一引脚是可以确定的，因此提供参考电压的引脚也是可以确定的，甚至还可以通过将刚性保持元件裁切成两部分或更多的部分来将一个单元分成两个或多个子单元。这使可能的电池总数得到更好的分辨。如果这样的话，每个子单元的第一引脚可用作提供参考电压。
根据另一个实施例，插头和至少两个单元通过导电路径相连，该导电路径联结并入至柔性塑料材料。由于使用的是柔性塑料材料，连接部可以容易地发生弯曲，因此单元和插头相对彼此的位置是可变的。
此外，当单元被裁切并分成几个子单元时，柔性塑料材料也可以被裁切成几个连接部，使得导向至一个子单元的导电路径可与导向至另一个子单元的导电路径相分离。由于有柔性塑料材料，接触引脚的位置可以切换，以适用各种堆叠尺寸。
插头可适于提供模拟信号，例如，从接触引脚到电池电压测量系统的信号。在电池电压测量系统中，模拟信号得以分析，分析结果将以数字信号的方式提供给任意一个处理单元或计算单元。通过插头提供的模拟信号可通过总线或诸如此类传输至电池电压测量系统。因此，由电池电压测量系统进行的分析和进一步处理可位于远程。这提供了测量燃料电池组的电池电压时无需使用空间的优点。此外，可降低燃料电池组产生的热量。
根据另一个实施例，插头依附于燃料电池组的一个保持元件，尤其是依附于燃料电池组的一个壳体元件，该依附是通过使用一个为插头提供可变位置的附接元件实现的。该附接元件可以是螺丝钉和/或夹片。壳体可以是，例如燃料电池组的触摸保护或触摸保护的保持件。该触摸保护可以是挤塑型材或型材固定板。用于壳体的材料可以由塑料材料制成，尤其是增强塑料，例如，纤维增强塑料。
附接元件可为插头提供一个可变的位置，这是因为附接元件可以在不同的位置依附于保持元件。例如，通过使用无需打洞就可依附于外壳上的自攻螺钉就可实现。
根据另一个实施例，一个单元的引脚被安排在至少两排。这意味着两个连续的引脚将位于两不同的排并因此彼此偏移。这使得电池具有可设计得非常薄的优点。由于引脚彼此偏移，引脚无需接触彼此就能接触电池。因此，可以避免短路。
优选地，一个单元的引脚被安排在三排。因此，三个连续的引脚将位于三排不同的排并且彼此偏移。这使得板更加薄。
根据另一个实施例，至少第一单元包括突起，该突起上有第一引脚，且第二单元包括一凹部，凹部与该突起相对地相反成形，使得第一单元的突起和第二单元的凹部彼此适配。在这样特定的排布之下，可以通过两个电连接器实现与一个电池的双连接，因为一个电连接器的第一单元的第一引脚可接触与第二个电连接器的第二单元的最后引脚所接触的板相同的板，如上所述。这也就是所述的双连接性能。因此，参考电压由第一单元的第一引脚提供，所有其他引脚均根据电连接器接触的第一个板的电压来测量电压。
根据另一方面，提出了一种电连接器的排布，包括至少两个以上所述的电连接器。
在这样的电连接器排布中，每个连接器都可通过一个插头连接至电池电压测量系统。因此，电连接器的至少两个单元与一个插头连接。
如果一个电连接器的每一个单元都通过一个插头与电池电压测量系统相连，则每个电连接器可通过使用几个插头连接电池电压测量系统。
也可使用上述排布的组合。例如，一个插头可与两个或以上单元连接，另一个插头可只与单独一个单元连接。
根据另一方面，提出了一种燃料电池组的排布，包括一个带有至少两个燃料电池单元的燃料电池组，燃料电池单元包括流体流场板，尤其是双极板，和膜电极组件，以及至少一个如上所述的电连接器。处于组装完成的状态时，上述至少两个单元的引脚设置为接触上述至少两个燃料电池单元的流体流场板，以监测燃料电池组电压。
根据另一方面，提出了一种监测燃料电池组电压的方法，包括以下步骤：通过使至少两个单元的引脚接触到燃料电池组的流体流场板，将如上所述的一个电连接器设置到燃料电池组，其中，将其中一个单元的引脚连接至随后设置的流体流场板，且使用每个单元的第一引脚来确定一参考电压，该参考电压用于监测流体流场板的电压，该流体流场板与单元连接。
更进一步的优点和优选实施例在权利要求，描述以及附图中被披露。应该注意的是，本领域技术人员可在不扩大本发明保护范围的情况下将所展现的特征进行组合。
下文中将通过附图中所展示的实施例方式对本发明进行描述。所示实施例只作解释用，而非意在限制保护范围。保护范围仅由所附的权利要求而定义。
附图说明
附图示出了：
图1：带有两个电连接器的燃料电池组的第一示意图；
图2：带有两个电连接器的燃料电池组的第二示意图；
图3：带有三个电连接器的燃料电池组的透视图；以及
图4至图7：一种电连接器的四个示例。
下文中具有相同或相似功能的元件由相同的参考标号示出。
具体实施方式
图1和图2示出了具有两个电连接器10(10-1、10-2)的燃料电池组20的两个示意图。燃料电池组20包括夹在两个单极板21(负极)和22(正极)之间的多个双极板23。板21、22、23也称为流体流场板。
提供了一种电性连接器10，用以与燃料电池组20的板21、22、23电接触。在图1和图2所示的实施例中，每个电连接器10-1、10-2接触25个板。然而，任意其他数量的板也是可以的。
每个电连接器10-1、10-2包括三个单元11、12、13。每个单元11、12、13包括与板21、22、23接触的多个接触引脚1、2、3。每个单元11、12、13通过导电路径4、5、6与插头7连接。
每个单元11、12、13的第一引脚1适于提供参考电压。在图1中，由于单元11、12、13设置为不跳过任何板，并且两个电连接器10也设置为不跳过任何板，除了下电连接器10-1的第一单元11的第一引脚1之外，能够相对第一电连接器10-1的第一引脚1所提供的参考电压(即相对于单极板21)，对所述单元11、12、13的引脚1、2、3所监测的燃料电池组的电压进行监测。由于上电连接器10-2的第一引脚1和下电连接器10-1的最后引脚3连接到同一个板24，因此该连接起到跨接线的作用。
由于每个电连接器10的第一单元11包括突起14，且该突起14上设有第一引脚1，上述作用是容易达到的。第三单元13包括凹部15，该凹部15对应地相反于所述突起14成形。该突起14和凹部15是对应的，如图4至图7所示。
上述的排布的优点在于：上电连接器10-2的第一单元11的第一引脚1可接触燃料电池组20的板24的负极，使得下电连接器10-1的第三单元13的最后引脚3可接触燃料电池组20的同一个流体流场板24的正极，该燃料电池组20如图1所示。如上所述，每个板22、23、24的电压均以单极板21的电压作为参考而被测量，该单极板21的电压由下电连接器10-1的第一单元11的第一引脚1提供。
在图2，电连接器10之间跳过了一个板24。这样的情况下，除去下电连接器10-1的第一单元11的第一引脚1，下电连接器10-1的单元11、12、13的引脚1、2和3可以通过第一电连接器10-1的第一引脚1所提供的参考电压为参考(即是，以单极板21为参考)对燃料电池组的电压进行监控。除了电连接器10-2的第一单元11的第一引脚1，上电连接器10-2的单元11、12、13的引脚1、2和3可以通过上电连接器10-2的第一单元11的第一引脚1所提供的参考电压为参考(即是，以板25为参考)对燃料电池组的电压进行监控。因此，电连接器10之间的流体流场板可以跳过。
在图1和图2中可以看到，接触引脚1、2、3因分为三排而彼此移位或偏移。这是有优点的：接触引脚无需互相接触便可以接触板21、22、23。因此可以避免短路。然而，分为任意其它排数也是可能的。
尽管所展示的每个电连接器10都有三个单元11、12、13，使用其它数量的单元也是可以的。更进一步地，每个电连接器10可以有不同数目的单元和/或不同数目的接触引脚。
在图1和图2所示的实施例中，电连接器10中的每一个都与一个插头7连接，该插头可连接到电池电压测量系统(未示出)。每个单元11、12、13都连接一个分离的插头7是可能的。以上所述的单元和插头的排布方式的组合也是可能的。
接触引脚1、2、3和插头7可通过导电路径连接，该导电路径连结并入柔性塑料材料中。图3和图7示出了这种情况的细节。
图3示出了图1和图2的燃料电池组20的透视视图。
可以看到，电连接器10的接触引脚1、2、3设置在印刷线路板上。插头7也可以设置在印刷线路板上并通过已连结并入柔性塑料材料的导电路径来接触接触引脚1、2、3，该柔性塑料材料可以是例如与印刷线路板的保护层材料相同的材料。
插头7依附于燃料电池组20的壳体26。壳体26可以作为燃料电池组的触摸保护。在图3所示的实施例中，壳体26包括槽27。在一个优选的实施例中，插头7通过自攻螺丝28安装在壳体26上，自攻螺丝28接合槽27。由于壳体26上无需预制孔，这为将插头7依附到燃料电池组20提供了另一种方式。
由于电连接器10的接触引脚1、2、3设置在刚性板上，例如，印刷线路板(PWB)，将电连接器10依附至燃料电池组20是容易实现的。由于电连接器10通过接触引脚1、2、3和板21、22、23、24、25之间的摩擦保持在燃料电池组20中，因此无需额外的保持元件。
更进一步地，由于接触引脚设置在印刷线路板上，单元11、12、13可有不同的分组，如图4至图7中所示。这提供了一种电连接器10，可根据燃料电池组的几个要求来进行调节。
尤其地，可调节数量的引脚1、2、3和插头7可变连接的组合使得电连接器10能够更好地适应燃料电池组的要求。特别地，提供了对电连接器10的尺寸的微调，如燃料电池组20的板数。
图4所示的电连接器10包括三个单元11、12、13，每个单元通过导电路径4、5、6与插头7连接。
在图4至图7的实施例中，每个单元11、12、13包括一个突起14和一处对应的凹部15。因此，单元11、12、13可彼此相邻布置，其中单元12的突起14啮合至单元11的凹部15内，单元13的突起14啮合至单元12的凹部15内。
如果需要更少的接触引脚，可以容易地将一些引脚切掉，最好是一个单元的。图5示出了这样的情况，其中第三单元13和对应的导电路径6被一起切掉了。因此，电连接器10只包括两个单元11、12，并具有比图4更少的接触引脚。
如上述所解释，每个单元11、12、13都有自己的参考电压，该参考电压通过第一引脚1提供。如果单元11、12、13中的一个单元的第一引脚1由于燃料电池组的要求有所调整(例如燃料电池组20的尺寸)而被切掉，那么另一个引脚，即现在代表第一引脚的引脚，将提供参考电压。
如图6所示，可对第一单元11重复上述操作。
由于柔性导电路径4、5、6，插头7和接触引脚1、2、3可以通过偏移的方式排布，如图7所示。因此，可以优化地利用设置在燃料电池组20和壳体26上的空间。
如上所述的电连接器10的特定排布为在燃料电池组里接触板提供了一种可调且容易的办法，还提供了一种经过改进的监测燃料电池组电压的方法。
由于在一个印刷电路板上可以设置多个接触引脚，因此与板的接触可以通过一种可变的方式进行。一个单元的一个或多个接触引脚可以切走，以实现可能的总板数的更精细的分辨率。因此，整个组件可能对精细公差不敏感。进一步地，印刷线路板可经受热膨胀。此外，可以通过切换接触引脚的位置以促进堆叠尺寸的无限变化。
附图标记
1 第一引脚
2 接触引脚
3 最后引脚
4、5、6 导电路径
7 插头
10 电连接器
11、12、13 单元
14 突起
15 凹部
20 燃料电池组
21、22 单极板
23 双极板
24 板
25 板
26 壳体
27 槽
28 螺丝

Claims (12)

1.一种用于燃料电池组电压监测的电连接器，包括至少两个分离的单元(11、12、13)，每个单元(11、12、13)包括多个引脚(1、2、3)，每个引脚(1、2、3)适于接触燃料电池组(20)的板以监测燃料电池组的电压；
其特征在于，
每个单元(11、12、13)的第一引脚(1)适于提供参考电压的测量。
2.根据前面任一项权利要求所述的电连接器(10)，其中所述每个单元(11、12、13)适于通过摩擦配合连接依附于所述燃料电池组(20)。
3.根据权利要求1或2所述的电连接器(10)，还包括插头(7)，所述插头(7)连接至少两个所述单元(11、12、13)，所述插头(7)适于通过电池电压测量系统连接所述电连接器(10)。
4.根据前面任一项权利要求所述的电连接器(10)，还包括至少两个插头(7)，每个插头(7)连接至少两个所述单元(11、12、13)中的一个单元，并适于通过电池电压测量系统与所述电连接器(10)连接。
5.根据前面任一项权利要求所述的电连接器(10)，其中，每个单元(11、12、13)和/或所述插头(7)设在刚性保持元件上，例如塑料板或印刷线路板上。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的电连接器(10)，其中，所述插头(7)与至少两个所述单元(11、12、13)通过导电路径(4、5、6)连接，所述导电路径(4、5、6)连结并入柔性塑料材料。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的电连接器(10)，其中所述插头(7)能够依附于所述燃料电池组(20)的保持件(26)，尤其是所述燃料电池组的壳体元件，通过使用附接元件(28)提供插头(7)的可变位置。
8.根据前面任一项权利要求所述的电连接器(10)，其中，一个单元(11、12、13)的引脚(1、2、3)布置在至少两列。
9.根据前面任一项权利要求所述的电连接器(10)，其中，至少第一单元(11)包括突起(14)，所述第一引脚(1)位于所述突起(14)上；以及，至少第二单元(13)包括凹部(15)，所述凹部(15)与所述突起(14)对应地相反成形；其中所述第一单元(11)的所述突起(14)和所述第二单元(13)的所述凹部(15)是对应的。
10.一种电连接器的排布，包括至少两个根据前面任何一项权利要求所述的电连接器(10)。
11.一种燃料电池组的排布，包括带有至少两个燃料电池单元的燃料电池组(20)，所述燃料电池单元包括流体流场板(21、22、23)，尤其是双极板，和膜电极组件，和至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的电连接器(10)，其中，处于组装后状态时，至少两个所述单元(11、12、13)的引脚(1、2、3)设为接触至少两个所述燃料电池单元的所述流体流场板(21、22、23)，用于监测所述燃料电池组的电压。
12.一种用于燃料电池组电压监测的方法，包括：
通过使所述至少两个单元(11、12、13)的引脚(1、2、3)与燃料电池组(20)的流体流场板(21、22、23)接触，将根据权利要求1至9中任一项所述的电连接器(10)设置到根据权利要求9的燃料电池组(20)，其中所述多个单元(11、12、13)中的一个单元的引脚(1、2、3)连接至随后设置的流体流场板(21、22、23)，以及
使用所述单元(11、12、13)的第一引脚(1)来确定参考电压，用于由所述单元(11、12、13)连接的所述流体流场板(21、22、23)的电压监测。
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