CN217820763U - 用于燃料电池的电压采集装置和电压采集组件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用于燃料电池的电压采集装置和电压采集组件。所述电压采集装置包括：外壳；在所述外壳中形成的插孔；以及位于所述插孔中的金属片，其中，所述电压采集装置的插孔用于容纳所述至少一个单电池的极耳，并且利用所述金属片与所述极耳的接触实现所述电压采集装置与所述至少一个单电池的极板之间的电连接。该电压采集装置利用与极耳配合的插孔以实现牢固的电压巡检连接方式。

Description

用于燃料电池的电压采集装置和电压采集组件

技术领域

本实用新型涉及燃料电池，更具体地，涉及用于燃料电池的电压采集装置和电压采集组件。

背景技术

燃料电池是通过甲醇或氢等燃料在膜电极组件的催化剂层与氧化气体发生电化学反应，获取电能的发电装置。燃料电池可以包括多个单电池，单电池包括膜电极组件以及分别位于膜电极组件的相对侧的阳极板和阴极板。膜电极组件包括电解质膜以及位于电解质膜两侧表面的催化剂层和扩散层。阳极板和阴极板分别用于向膜电极组件输送燃料气体和氧化气体。单电池的理论电压是膜电极组件的两侧电化学反应的标准电位差，因此，燃料电池利用多个单电池的串联连接可以获得期望的供电电压。

在将单电池组装成燃料电池之后，还需要对燃料电池进行电压巡检，以检测每个单电池是否正常工作。该电压巡检包括在燃料电池的工作状态下，将电压测量装置连接至每个单电池的阳极板和阴极板以测量二者之间的电压。单电池的阳极板和阴极板包括各自的极耳，电压测量装置的引线连接在极耳上。

现有电压测量装置的连接方式包括焊接、压接或者插针连接。然而，焊接方式容易引发高温或电弧，对燃料电池有一定的损伤，轻则影响外观整洁度，重则影响燃料电池的寿命。压接方式在发生断线后难于补救，且长久使用会增加很大的短路风险。插针连接方式只适用于间隙大的石墨板燃料电池电堆，对于间隙小的燃料电池无法使用，要么插针硬度不足，要么绝缘间隙过小，还容易出现插入后锁紧力不足，使用过程中易脱落的现象。此外，上述电压测量装置的连接方式还可能直接影响电信号质量。采用焊接方式的电信号损失最小，采用压接或插针连接方式的电信号质量与施加的机械压力相关，如果机械压力不足，则容易虚接、断路或者短路，造成测量结果错误甚至燃料电池的损坏。

期望进一步改进燃料电池的电压巡检连接方式，以提高测量结果的准确性和燃料电池在测量过程中的安全性。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供用于燃料电池的电压采集装置和电压采集组件，其中，电压采集装置利用与极耳配合的插孔以实现牢固的电压巡检连接方式。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于燃料电池的电压采集装置，所述燃料电池包括至少一个单电池，所述电压采集装置包括：外壳；在所述外壳中形成的插孔；以及位于所述插孔中的金属片，其中，所述电压采集装置的插孔用于容纳所述至少一个单电池的极耳，并且利用所述金属片与所述极耳的接触实现所述电压采集装置与所述至少一个单电池的极板之间的电连接。

优选地，所述电压采集装置还包括：引线，所述引线的一端固定在所述金属片上；以及引线孔，所述引线经由所述引线孔延伸且另一端到达所述外壳的外部。

优选地，所述外壳包括：底板和顶板；以及夹在所述底板和顶板之间的隔板，其中，所述隔板包括在第一侧边开口的开口部，从而在所述底板、所述隔板和所述顶板依次堆叠时所述开口部作为所述外壳的插孔。

优选地，所述外壳还包括：在所述隔板的第二侧边开口的引线孔；在所述底板的表面开口的引线孔；或在所述顶板的表面开口的引线孔，其中，所述引线孔与所述隔板的开口部连通。

优选地，所述外壳是整体成形的单个部件。

优选地，所述金属片的全部表面固定在所述插孔的底面上。

优选地，所述金属片包括固定端和自由端，所述固定端的表面固定在所述插孔的底面上，所述自由端悬空以形成弹簧片。

优选地，还包括：在所述外壳的边缘附近形成的定位孔。

根据本实用新型的另一方面，提供一种用于燃料电池的电压采集组件，所述燃料电池包括多个单电池，所述电压采集组件包括：根据上述任一项所述的多个电压采集装置，其中，所述多个单电池的极耳分别插入所述多个电压采集装置的相应一个的插孔中。

优选地，电压采集组件，还包括：连接杆；以及固定板，所述固定板将所述连接杆固定在所述燃料电池的端板上，其中，所述多个电压采集装置包括定位孔，所述连接杆穿过所述多个电压采集装置的定位孔，从而将所述多个电压采集装置彼此定位且彼此固定在一起。

根据本实用新型实施例的电压采集装置，包括在外壳中形成的插孔以及位于插孔中的金属片，燃料电池中的多个单电池的阳极极耳或者阴极极耳插入相应电压采集装置的插孔中，从而提供多个单电池的极板与多个电压采集装置之间的电连接。该连接方式可以实现牢固的电压巡检连接方式。与插针连接方式相比，电压采集装置的插孔与极耳之间的接触面更大，即使燃料电池的工作状态下出现震动或冲击，电压采集装置也能保持与极耳之间的接触而不会脱落，因而可以实现可靠的电连接，从而提高测量结果的准确性和燃料电池在测量过程中的安全性。

进一步地，根据燃料电池的产品规格不同，燃料电池包括不同数量且堆叠在一起的多个单电池。在电压巡检的情形下，采用与单电池相同数量的电压采集装置，将燃料电池中的多个单电池的阳极极耳或者阴极极耳插入相应电压采集装置的插孔中分别获取单电池电压。因此，该电压采集装置可以适用于任意规格的燃料电池，可有效减免不同规格燃料电池的单电池数量不同而造成电压采集装置不匹配的问题。

进一步地，由于燃料电池的单电池结构不同，极板及密封胶垫等存在材质及厚度方面的细微区别，因此，燃料电池的多个单电池存在厚度上的微差距，从而导致相邻单电池的间距存在细微差距。该电压采集装置的厚度预先设计成小于极板间距，仅仅需要选择与极耳的厚度相对应的插孔，就可适用于不同单电池结构。因此，该电压采集装置可以适用于多种极板间距的燃料电池，实现可靠的电连接，并且减小由于电压采集装置与极板间距不匹配所导致的电池平整度损伤。

根据优选的实施例，电压采集装置包括定位孔。燃料电池的多个单电池的阳极极耳或者阴极极耳插入相应电压采集装置的插孔中，并且，多个电压采集装置的定位孔彼此对齐，采用连接杆穿过多个电压采集装置的定位孔以形成电压采集组件。该电压采集组件利用连接杆将多个电压采集装置彼此定位且固定在一起，进一步地，连接杆固定在燃料电池的端板上。即使燃料电池的工作状态下出现震动或冲击，电压采集组件也能保持电压采集装置与极耳之间的固定位置，因而可以实现可靠的电连接，从而提高测量结果的准确性和燃料电池在测量过程中的安全性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本实用新型实施例的电压采集组件的透视图，其中，电压采集组件处于固定在燃料电池上的工作状态。

图2示出图1所示燃料电池的单电池的示意性截面图。

图3示出根据本实用新型实施例的电压采集装置整体结构的透视图。

图4示出根据本实用新型实施例的电压采集装置分解结构的透视图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

本文所使用的所有术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

下面，参照附图对本实用新型进行详细说明。

图1示出根据本实用新型实施例的电压采集组件的透视图。电压采集组件300处于固定在燃料电池100上的工作状态。

为了清楚起见，在图1中仅示出一个单电池1以及与单电池1的阳极板相连接的电压采集装置10。可以理解，燃料电池100可以包括堆叠在一起的多个单电池1，每个单电池1的阳极板或阴极板与相应一个电压采集装置相连接。

进一步地，燃料电池100还包括彼此相对的第一端板110和第二端板120，以及将第一端板110和第二端板120的相对侧边连接在一起的连接部件130。

连接部件130用于将第一端板110和第二端板120连接在一起，以及通过调节二者之间的间距，使得第一端板110和第二端板120向二者之间的多个单电池1施加压力，从而将多个单电池1彼此固定在一起。连接部件130例如包括多个连接杆或者是整体的连接板。连接部件130的一端固定第一端板110上，连接部件130的另一端形成有螺孔或螺杆，用于与第二端板110连接在一起。

第一端板110和第二端板120彼此相对的表面作为多个单电池1的支撑面。第一端板110和第二端板120的支撑面大致为矩形形状。在一个实施例中，第一端板110和第二端板120的支撑面与二者之间的多个单电池1直接接触。在一个优选的实施例中，第一端板110的支撑面与多个单电池1之间还存在着附加的绝缘板，第二端板120的支撑面与多个单电池1之间还存在着附加的绝缘板。在另一个优选的实施例中，第一端板110的支撑面与单电池之间还存在着附加的集流板，第二端板120的支撑面与多个单电池1之间还存在着附加的集流板。

第一端板110兼作燃料气体、氧化气体和冷却介质的配流装置。燃料气体包括气态的氢气，或者液态的甲醇或者甲醇溶液等燃料组成的流体。氧化气体可以是空气也可以是纯氧，冷却介质可以是液体也可以是气体。

在第一端板110的端面形成有用于连接外部管路的多个管路端口，在第一端板110的支撑面形成有用于连接多个单电池1的多个分配孔。管路端口包括燃料气体、氧化气体和冷却介质的各自流入端口和流出端口。分配孔包括燃料气体、氧化气体和冷却介质的各自一组流入孔和各自一组流出孔。

在第一端板110的内部形成内部管路。燃料气体的流入端口经由内部管路与相应的一组流入孔连通，流出端口经由内部管路与相应的一组流出孔连通，因而，第一端板110经由分配孔向多个单电池1中的阳极板供给燃料气体。氧化气体的流入端口经由内部管路与相应的一组流入孔连通，流出端口经由内部管路与相应的一组流出孔连通，因而，第一端板110经由分配孔向多个单电池1中的阴极板供给氧化气体。冷却介质的流入端口经由内部管路与相应的一组流入孔连通，流出端口经由内部管路与相应的一组流出孔连通，因而，第一端板110可以经由支撑面上的分配孔向多个单电池1中的阳极板、阴极板、或单独的冷却板供给冷却介质。

电压采集组件300包括电压采集装置10、连接杆20和固定板30。电压采集装置10包括定位孔，连接杆20穿过定位孔将多个电压采集装置10彼此定位且彼此固定在一起。例如，连接杆20为螺栓，包括杆部、位于杆部一端的头部、位于杆部另一端的螺纹。固定板30的一个侧边包括贯穿孔，采用穿过贯穿孔的螺钉固定在第二端板120的表面上，另一个侧边包括螺纹孔，与连接杆20的螺纹相匹配从而实现螺纹连接。

电压采集装置10包括在外壳中形成的插孔以及位于插孔中的金属片。燃料电池100的单电池1的阳极板和阴极板分别包括各自的极耳。将单电池1的阳极极耳或者阴极极耳插入相应电压采集装置的插孔中，从而提供单电池的极板与电压采集装置之间的电连接。在电压采集组件300中，电压采集装置10的数量与燃料电池100中的极板数量相对应。在本实施例中，单电池1包括各自的阳极板和阴极板，因此，电压采集装置10的数量例如是燃料电池100中的单电池1的数量的两倍。在替代的实施例中，燃料电池100中至少一些彼此相邻的单电池1共用双极板，双极板的两个表面分别是阳极面和阴极面，因此，电压采集装置10的数量例如在燃料电池100中的单电池1的数量一倍的基础上加一到两倍之间。如果单电池1全采用共用双极板的方式与电压采集装置10连接，则电压采集装置10的数量例如是燃料电池100中的单电池1的数量加一。

图2示出图1所示燃料电池的单电池的示意性截面图。燃料电池例如包括堆叠在一起且彼此电连接的多个单电池1以提高输出电压。

单电池1包括阳极板210和阴极板220、以及二者之间的膜电极组件230。阳极板210的第一表面例如是与膜电极组件220相邻的阳极面，第二表面例如是阴极面、冷却面和平整表面之一。阴极板220的第一表面例如是与膜电极组件相邻的阴极面，第二表面例如是阳极面、冷却面和平整表面之一。

膜电极组件230包括电解质膜231，以及在电解质膜231的第一表面(燃料气体侧)上依次堆叠的阳极催化剂层232、阳极扩散层234，在电解质膜231的第二表面(氧化气体侧)上依次堆叠的阴极催化剂层233、阴极扩散层235。

电解质膜231是输送质子且具有使电子绝缘功能的一种选择性渗透膜。电解质膜231通过构成材料即离子交换树脂的种类，大体分为氟系电解质膜231和烃系电解质膜231。其中，氟系电解质膜231因为具有C－F键(C－F结合)，所以耐热性或化学稳定性优异。例如，作为电解质膜231，广泛使用以Nafion(注册商标，杜邦有限公司)的商品名得知的全氟磺酸膜。

阳极催化剂层232含有担载有催化剂成分的电极催化剂及聚合物。电极催化剂具有促进将氢解离成质子及电子的反应(氢氧反应)的功能。电极催化剂例如具有在由碳等构成的导电性载体的表面担载有铂等催化剂成分的构造。

阴极催化剂层233含有担载有催化剂成分的电极催化剂及聚合物。电极催化剂具有促进由质子和电子和氧生成水的反应(氧还原反应)的功能。电极催化剂例如具有在由碳等构成的导电性载体的表面担载有铂等催化剂成分的构造。

阳极扩散层234和阴极扩散层235分别由多孔疏松导电材料组成，例如多孔碳纸材料,阳极扩散层234和阴极扩散层235分别将燃料气体和氧化气体从流场的流道中均匀扩散到电解质膜231催化层的两侧表面上，使燃料气体和氧化气体分别与阳极催化剂层232和阴极催化剂层233接触。

阳极板210包括基板211以及与基板211相连接的极耳212。极板211的阳极面形成有燃料气体流场。该燃料气体流场包括多个流道(channel)213，所述多个流道213的相邻流道之间由隔离脊(ridge)214彼此隔开。阳极板210的多个流道213在阳极面上是开口的，燃料气体沿着流道213的方向传递，以及输送到膜电极组件230的阳极侧。

阴极板220包括基板221以及与基板221相连接的极耳222。极板221的阴极面形成有氧化气体流场。该氧化气体流场包括多个流道(channel)223，所述多个流道223的相邻流道之间由隔离脊(ridge)224彼此隔开。阴极板220的多个流道223在阴极面上是开口的，氧化气体沿着流道223的方向传递，以及输送到膜电极组件230的阴极侧。

图3和图4分别示出根据本实用新型实施例的电压采集装置整体结构和分解结构的透视图。

电压采集装置10包括外壳11、位于外壳11中的插孔12、以及位于插孔12中的金属片13。

燃料电池100的单电池1的阳极板和阴极板分别包括各自的极耳。将单电池1的阳极板或者阴极板极耳插入相应电压采集装置10的插孔12中，单电池1的极耳与电压采集装置10的金属片13相接触，利用金属片13的弹性力提供稳定的接触面积和贴合力，利用金属片13的导电性提供导电路径，从而提供单电池1的极板与电压采集装置10之间的电连接。

外壳11的材质可选择在高温环境中保证电气绝缘的绝缘材料，例如，环氧树脂或工程塑料中的一种或两种。外壳11的厚度预先设计成小于燃料电池100的单电池1的极板间距，外壳11中的插孔12的厚度与单电池1的极耳的厚度叠加金属片的厚度相对应。因此，多个电压采集装置10可以按照燃料电池100的单电池1的堆叠顺序堆叠，分别与相应单电池1的极板相连接。

金属片13的材质可选择铜元素、银元素、金元素或以上各种元素的合金中的一种或几种。根据不同的贴合力要求，可选择不同厚度的金属片13，优选铜金属片，铜金属片厚度可选择0.05毫米、0.08毫米、0.1毫米、0.2毫米、0.25毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米中的一种。金属片13的全部表面或一部分表面固定在插孔12的底面上。例如，采用粘接方式或螺钉连接方式进行固定。优选地，金属片13包括固定端和自由端，金属片13的固定端固定在插孔12的底面上，并且金属片13的自由端可以悬空以形成弹簧片，因而可以增强与单电池1的极耳的贴合力。

在外壳11的边缘附近形成定位孔15。燃料电池100的多个单电池1的阳极极耳或者阴极极耳分别插入相应电压采集装置10的插孔12中，并且，多个电压采集装置10的定位孔15彼此对齐，采用连接杆穿过多个电压采集装置10的定位孔15以形成电压采集组件，利用连接杆将多个电压采集装置10彼此定位且固定在一起。

进一步地，引线13的一端焊接在金属片13的表面上。引线13经由外壳11中的引线孔延伸至外壳11的外部，另一端连接至外部的电压测量装置。引线13的焊接方式可以是熔焊、压焊和钎焊中的任意一种。多个电压测量装置10的引线采用框架金属杆或软线集束式连接至电压测量装置。

参见图4，电压采集装置10的外壳11包括底板21、隔板22和顶板23。底板21、隔板22和顶板23粘接在一起，并且各自包括彼此对齐的定位孔15。进一步地，隔板22包括在一侧开口的开口部24，以及在另一侧开口且与开口部24相连通的引线孔25。隔板22夹在底板21和顶板23之间，使得隔板22的开口部24作为外壳11中的插孔12。例如，隔板22为矩形形状，并且在隔板22的长边形成开口部24的开口。隔板22中开口部22的长度例如是隔板22的长度的1/4至3/4，隔板22中开口部22的宽度例如是隔板22的宽度的1/4至3/4。

在上述的实施例中，隔板22中的引线孔25提供引线13的走线孔。在替代的实施例中，隔板22仅包括开口部24而未包括引线孔25，并且，底板21或顶板23的表面开口的贯穿孔提供引线13的走线孔。在上述的实施例中，电压采集装置10的外壳11采用多个部件粘接在一起形成。在替代的实施例中，电压采集装置10的外壳11是整体成形的单个部件。

应当说明的是，在本实用新型的描述中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施例的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的电压采集装置，所述燃料电池包括至少一个单电池，其特征在于，所述电压采集装置包括：

外壳；

在所述外壳中形成的插孔；以及

位于所述插孔中的金属片，

其中，所述电压采集装置的插孔用于容纳所述至少一个单电池的极耳，并且利用所述金属片与所述极耳的接触实现所述电压采集装置与所述至少一个单电池的极板之间的电连接。

2.根据权利要求1所述的电压采集装置，其中，所述电压采集装置还包括：

引线，所述引线的一端固定在所述金属片上；以及

引线孔，所述引线经由所述引线孔延伸且另一端到达所述外壳的外部。

3.根据权利要求2所述的电压采集装置，其中，所述外壳包括：

底板和顶板；以及

夹在所述底板和顶板之间的隔板，

其中，所述隔板包括在第一侧边开口的开口部，从而在所述底板、所述隔板和所述顶板依次堆叠时所述开口部作为所述外壳的插孔。

4.根据权利要求3所述的电压采集装置，其中，所述外壳还包括：

在所述隔板的第二侧边开口的引线孔；

在所述底板的表面开口的引线孔；或

在所述顶板的表面开口的引线孔，

其中，所述引线孔与所述隔板的开口部连通。

5.根据权利要求2所述的电压采集装置，其中，所述外壳是整体成形的单个部件。

6.根据权利要求2所述的电压采集装置，其中，所述金属片的全部表面固定在所述插孔的底面上。

7.根据权利要求2所述的电压采集装置，其中，所述金属片包括固定端和自由端，所述固定端的表面固定在所述插孔的底面上，所述自由端悬空以形成弹簧片。

8.根据权利要求2所述的电压采集装置，还包括：

在所述外壳的边缘附近形成的定位孔。

9.一种用于燃料电池的电压采集组件，所述燃料电池包括多个单电池，其特征在于，所述电压采集组件包括：

根据权利要求1至8中任一项所述的多个电压采集装置，

其中，所述多个单电池的极耳分别插入所述多个电压采集装置的相应一个的插孔中。

10.根据权利要求9所述的电压采集组件，还包括：

连接杆；以及

固定板，所述固定板将所述连接杆固定在所述燃料电池的端板上，

其中，所述多个电压采集装置包括定位孔，所述连接杆穿过所述多个电压采集装置的定位孔，从而将所述多个电压采集装置彼此定位且彼此固定在一起。

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