CN220419528U - 分区电流测量装置及具有其的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分区电流测量装置及具有其的燃料电池，包括：分区监测电路板，设置有多个检测单元，包括顶层片、底层片、第一过孔结构、第二过孔结构和导电片；第一过孔结构和第二过孔结构均设置在顶层片和底层片之间，第一过孔结构与顶层片电连接，第二过孔结构与底层片电连接，第一过孔结构沿竖直方向上设置有多个第一通孔，第二过孔结构沿竖直方向上设置有多个第二通孔；导电片上设置有采样电阻，采样电阻采用蚀刻工艺进行加工，采样电阻的一端与第一过孔结构电连接，采样电阻的另一端与第二过孔结构电连接。通过本申请提供的技术方案，能够解决现有技术中的分区电流测试精度较低、以及分区电流测量装置加工可行性差的问题。

Description

分区电流测量装置及具有其的燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种分区电流测量装置及具有其的燃料电池。

背景技术

燃料电池电堆由多个单电池以串联方式层叠组合构成，单电池包括双极板和膜电极，电堆的寿命和可靠性取决于每一个单电池的寿命和可靠性。单电池的寿命和可靠性与单体电池平面内电流分布的均匀性具有极大的相关性。电流的分布不均匀会影响温度分布和水分布，如果局部温度高，会加快单电池老化速度；如果局部水含量高，导致气体传输受阻，导致局部欠气反极，加快单电池腐蚀和老化。因此我们需要通过监测单电池电流分布的均匀性，优化单电池的匀性工况和结构设计，从而提高单电池内部电流分布的均匀性和寿命。在现有技术中，通常在需要监测的单电池相邻测设置分区电流测量装置，以监测单电池平面内电流分布，判断燃料单电池内容易出现高温和欠气的区域。

如图1和图2所示，在现有技术实施例一中，分区电流测量装置由多层绝缘板堆叠组成。其中，顶板1上设置有多个第一分区2，底板上设置有多个第二分区3，多个第一分区2和多个第二分区3一一对应设置，第一分区2和第二分区3表面均覆铜镀金，第一分区2和第二分区3之间设置有过孔结构5以实现导通，检测电阻4布置在顶板1表面，中间层布置了采样电路，以获取检测电阻4两端的电压。但是如此设置，检测电阻4设置在第一分区2外侧，从而导致连接检测电阻4和第一分区2表面以及连接检测电阻4和第二分区3表面的铜线布置复杂，连接铜线会使得各第一分区2处电阻增大，增大了多个第一分区2的电阻不一致的风险，即增大了连接铜线影响第一分区2处的电流的风险，从而影响对分区电流的测试精度。

如图3所示，在现有技术实施例二中，分区电流测量装置由多层绝缘板堆叠组成。其中，顶板1上设置有多个第一分区2，底板上设置有多个第二分区3，多个第一分区2和多个第二分区3一一对应设置，第一分区2和第二分区3表面均覆铜镀金，第一分区2和第二分区3之间设置有过孔结构5以实现导通。中间层布置了采样电路，在绝缘板内部加工空腔以放置检测电阻4，检测电阻4通过导线与第一分区2和第二分区3连接。但是如此设置，检测电阻4埋置在第一分区2和第二分区3之间，需要对绝缘板进行挖槽，并且将检测电阻4用绝缘胶进行固定，该加工工艺复杂，加工可行性差，同时，检测电阻4与第一分区2和第二分区3使用铜线连接，在连接过程中同样存在加工可行差的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种分区电流测量装置及具有其的燃料电池，以解决现有技术中的分区电流测试精度较低、以及分区电流测量装置加工可行性差的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种分区电流测量装置，分区电流测量装置包括：分区监测电路板，分区监测电路板上设置有多个检测单元，检测单元包括顶层片、底层片、第一过孔结构、第二过孔结构和导电片；顶层片的上表面和底层片的下表面均设置有导电涂层；第一过孔结构和第二过孔结构均设置在顶层片和底层片之间，第一过孔结构与顶层片电连接，第二过孔结构与底层片电连接，第一过孔结构沿竖直方向上设置有多个第一通孔，第二过孔结构沿竖直方向上设置有多个第二通孔；导电片设置在顶层片和底层片之间，导电片上设置有采样电阻，采样电阻采用蚀刻工艺进行加工，采样电阻的一端与第一过孔结构电连接，采样电阻的另一端与第二过孔结构电连接。

进一步地，检测单元还包括采样电路，采样电路具有相对设置的第一端和第二端，采样电路的第一端与第一过孔结构电连接，且采样电路与第一过孔结构的连接点设置在采样电阻的上游，采样电路的第二端与第二过孔结构电连接，且采样电路与第二过孔结构的连接点设置在采样电阻的下游，以测得采样电阻两端的电压。

进一步地，采样电阻为曲线形结构。

进一步地，第一过孔结构和第二过孔结构在检测单元形成的区域内对角设置。

进一步地，检测单元还包括：第一连接片，设置在顶层片和底层片之间，且第一连接片靠近底层片设置，采样电路的第一端设置在第一连接片上；第二连接片，设置在顶层片和底层片之间，且第二连接片靠近顶层片设置，采样电路的第二端设置在第二连接片上。

进一步地，第一过孔结构具有相对设置的第一端和第二端，第一过孔结构的第一端与顶层片电连接，第二过孔结构具有相对设置的第一端和第二端，第二过孔结构的第一端与底层片电连接，第二过孔结构的第二端与第二连接片连接，检测单元还包括：支撑片，设置在第一连接片与底层片之间，第一过孔结构的第二端与第一连接片连接。

进一步地，采样电路包括第一导线和第二导线，第一导线的一端与第一过孔结构电连接，第二导线的一端与第二过孔结构电连接，分区电流测量装置还包括：多个信号采集端子，多个信号采集端子具有多组连接部，一个采样电路对应一个连接部设置，第一导线的另一端与对应的连接部电连接，第二导线的另一端与对应的连接部电连接。

进一步地，分区电流测量装置还包括：信号采集部，与信号采集端子电连接，以采集每个采样电路的采样信号。

进一步地，分区电流测量装置还包括第一绝缘片和第二绝缘片，第一绝缘片设置在第一连接片和导电片之间，第二绝缘片设置在第二连接片和顶层片之间。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种燃料电池，燃料电池包括多个双极板、多个膜电极以及多个上述提供的分区电流测量装置，分区电流测量装置设置在相邻两个双极板之间，且分区电流测量装置设置在双极板的一侧，膜电极设置在与该膜电极对应的双极板的另一侧。

应用本实用新型的技术方案，第一过孔结构与顶层片电连接，第二过孔结构与底层片电连接，采样电阻采用蚀刻工艺进行加工，采样电阻的两端分别与第一过孔结构和第二过孔结构电连接，以实现顶层片、采样电阻和底层片之间的导通，通过获取采样电阻两端的电压即可实现对检测单元的电流的测量。在导电片上蚀刻出的相同长度的导电部为采样电阻，如此设置，能够避免复杂的布线工艺，有效保证各检测单元的采样电阻的一致性，从而能够保证对检测单元的电流的测试精度。同时，工作人员能够根据需求蚀刻出不同厚度、长度、宽度和形状的导电部，即能够加工出不同电阻值的采样电阻，操作方便。并且，蚀刻工艺较为常见的加工工艺，因此采用蚀刻工艺对导电片以及顶层和底层进行加工，操作方便，提高了加工工艺的可行性，提高了加工效率。同时，第一过孔结构沿竖直方向上设置有多个第一通孔，第二过孔结构沿竖直方向上设置有多个第二通孔，如此设置，能够减小第一过孔结构和第二过孔结构的电阻，进一步地提高了测量精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术实施例一提供的分区电路板的结构示意图；

图2示出了现有技术实施例一提供的分区电流测量装置的结构示意图；

图3示出了现有技术实施例二提供的分区电流测量装置的结构示意图；

图4示出了根据本实用新型实施例提供的分区电路板的结构示意图；

图5示出了根据本实用新型实施例提供的检测单元的结构示意图；

图6示出了根据本实用新型实施例提供的分区电流测量装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、分区监测电路板；11、顶层片；

21、底层片；

30、第一过孔结构；

40、第二过孔结构；41、第二通孔；

50、导电片；51、采样电阻；

61、第一连接片；62、第二连接片；63、支撑片；

71、信号采集端子；72、信号采集部；

100、双极板；200、膜电极；

1、顶板；2、第一分区；3、第二分区；4、检测电阻；5、过孔结构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图4至图6所示，本申请实施例提供了一种分区电流测量装置，分区电流测量装置包括分区监测电路板10，分区监测电路板10上设置有多个检测单元。检测单元包括顶层片11、底层片21、第一过孔结构30、第二过孔结构40和导电片50。顶层片11的上表面和底层片21的下表面均设置有导电涂层。即，顶层片11的上表面和底层片21的下表面均覆铜镀金。第一过孔结构30和第二过孔结构40均设置在顶层片11和底层片21之间，第一过孔结构30与顶层片11电连接，第二过孔结构40与底层片21电连接，第一过孔结构30沿竖直方向上设置有多个第一通孔，第二过孔结构40沿竖直方向上设置有多个第二通孔41。导电片50设置在顶层片11和底层片21之间，导电片50上设置有采样电阻51，采样电阻51采用蚀刻工艺进行加工。即，导电片50上覆铜镀金，采用蚀刻工艺加工出采样电阻51。采样电阻51的一端与第一过孔结构30电连接，采样电阻51的另一端与第二过孔结构40电连接。其中，在本申请中，分区监测电路板10包括顶层、底层和导电层，多个检测单元的顶层片11均设置在顶层上，多个检测单元的底层片21均设置在底层上，多个检测单元的导电片50均设置在导电层上，顶层片11和底层片21采用蚀刻工艺进行加工。并且，分区电流测量装置在工作时，需要将分区电流测量装置放置在需要监测的单电池相邻测。

应用本申请的技术方案，第一过孔结构30与顶层片11电连接，第二过孔结构40与底层片21电连接，采样电阻51采用蚀刻工艺进行加工，采样电阻51的两端分别与第一过孔结构30和第二过孔结构40电连接，以实现顶层片11、采样电阻51和底层片21之间的导通，通过获取采样电阻51两端的电压即可实现对检测单元的电流的测量。在导电片50上蚀刻出的相同长度的导电部为采样电阻51，如此设置，能够避免复杂的布线工艺，有效保证各检测单元的采样电阻51的一致性，从而能够保证对检测单元的电流的测试精度。同时，工作人员能够根据需求蚀刻出不同厚度、长度、宽度和形状的导电部，即能够加工出不同电阻值的采样电阻51，操作方便。并且，蚀刻工艺较为常见的加工工艺，因此采用蚀刻工艺对导电片50以及顶层和底层进行加工，操作方便，提高了加工工艺的可行性，提高了加工效率。同时，第一过孔结构30沿竖直方向上设置有多个第一通孔，第二过孔结构40沿竖直方向上设置有多个第二通孔41，如此设置，能够减小第一过孔结构30和第二过孔结构40的电阻，进一步地提高了测量精度。

进一步地，分区电流测量装置的工作原理为：通过采样电阻51两端的导线获取采样电阻51两端的电压；检测单元的电流密度为，CD为检测单元的电流密度，V为检测单元的电压，R为检测单元的电阻，S为检测单元的面积。

具体地，检测单元之间的电流的流通方向为顶层片11、第一过孔结构30、采样电阻51、第二过孔结构40和底层片。

其中，检测单元还包括采样电路，采样电路具有相对设置的第一端和第二端，采样电路的第一端与第一过孔结构30电连接，且采样电路与第一过孔结构30的连接点设置在采样电阻51的上游，采样电路的第二端与第二过孔结构40电连接，且采样电路与第二过孔结构40的连接点设置在采样电阻51的下游，以测得采样电阻51两端的电压。如此设置，便于对采样电路进行布置，同时能够保证测量采样电阻51两端的电压的准确性，避免直接与采样电阻51连接时连接位置具有误差，并且由于第一过孔结构30沿竖直方向上设置有多个第一通孔，第二过孔结构40沿竖直方向上设置有多个第二通孔41，降低了第一过孔结构30和第二过孔结构40的电阻，这样能够减小第一过孔结构30和第二过孔结构40对采样电阻51的影响，从而能够保证最终测量结果的准确性。

进一步地，采样电阻51为曲线形结构，即在本申请中，采样电阻51为S型结构。如此设置，能够增大采样电阻51的电阻值，这样能够使得采样电阻51的阻值处于设定值，例如，在本申请中，使得采样电阻51的阻值在2m欧左右，从而增加电流的测量精度。

进一步地，第一过孔结构30和第二过孔结构40在检测单元形成的区域内对角设置。这样能够提高加工不同电阻值的采样电阻51时的加工范围，并且便于将采样电阻51与第一过孔结构30和第二过孔结构40进行连接。同时，在获取采样电阻51两端的电压时需要对采样电阻51的两端连接导线，如此设置，便于对导线进行布置，避免不同的导线之间产生干涉。

进一步地，检测单元还包括第一连接片61和第二连接片62。第一连接片61设置在顶层片11和底层片21之间，且第一连接片61靠近底层片21设置，采样电路的第一端设置在第一连接片61上。第二连接片62设置在顶层片11和底层片21之间，且第二连接片62靠近顶层片11设置，采样电路的第二端设置在第二连接片62上。如此设置，便于对采样电路进行布置，避免不同的采样电路之间相互干涉，从而能够保证测量工作的正常进行，避免产生误差。

具体地，第一过孔结构30具有相对设置的第一端和第二端，第一过孔结构30的第一端与顶层片11电连接，第二过孔结构40具有相对设置的第一端和第二端，第二过孔结构40的第一端与底层片电连接，第二过孔结构40的第二端与第二连接片62连接。检测单元还包括支撑片63，支撑片63设置在第一连接片61与底层片21之间，第一过孔结构30的第二端与第一连接片61连接。如此设置，便于对第一过孔结构30和第二过孔结构40进行支撑，从而能够保证分区电流测量装置的稳定性，从而保证分区电流测量装置测量结果的准确性。

其中，采样电路包括第一导线和第二导线，第一导线的一端与第一过孔结构30电连接，第二导线的一端与第二过孔结构40电连接。分区电流测量装置还包括多个信号采集端子71，多个信号采集端子71具有多组连接部，一个采样电路对应一个连接部设置，第一导线的另一端与对应的连接部电连接，第二导线的另一端与对应的连接部电连接。如此设置，信号采集端子71能够对多个采样电路进行汇集，从而便于后续通过采样电路获取采样电阻51两端的电压，同时，便于对采样电路进行布局。

进一步地，在本申请中，第一导线与第一过孔结构30的连接点位于采样电阻51的下方，第二导线与第二过孔结构40的连接点位于采样电阻51的上方，如此设置，便于对第一导线和第二导线进行布局。

具体地，分区电流测量装置还包括信号采集部72，信号采集部72与信号采集端子71电连接，以采集每个采样电路的采样信号。如此设置，能够通过信号采集部72收集采样电路的采样信号，便于后续的数据处理和存储。

进一步地，分区电流测量装置还包括第一绝缘片和第二绝缘片，第一绝缘片设置在第一连接片61和导电片50之间，第二绝缘片设置在第二连接片62和顶层片11之间。如此设置，能够避免第一连接片61和导电片50以及第二连接片62和顶层片11之间导通，从而保证分区电流测量装置的正常工作。

其中，第二连接片62和导电片50之间设置有第三绝缘片，第一连接片61和支撑片63之间具有第四绝缘片，支撑片63和底层片21之间具有第五绝缘片。

本申请另一实施例提供了一种燃料电池，燃料电池包括多个双极板100、多个膜电极200以及多个上述提供的分区电流测量装置，分区电流测量装置设置在相邻两个双极板100之间，且分区电流测量装置设置在双极板100的一侧，膜电极200设置在与该膜电极200对应的双极板100的另一侧，即分区电流测量装置放置在需要监测的单电池相邻测。如此设置，能够保证分区电流测量装置的测试精度，同时便于对测试分区电流测量装置进行加工，进而便于对燃料电池进行加工。同时，采样上述结构，便于监测单电池平面内电流分布，进而便于判断燃料单电池内容易出现高温和欠气的区域，从而能够提高燃料电池的工作可靠性，同时提高燃料电池的使用寿命。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分区电流测量装置，其特征在于，所述分区电流测量装置包括：

分区监测电路板(10)，所述分区监测电路板(10)上设置有多个检测单元，所述检测单元包括顶层片(11)、底层片(21)、第一过孔结构(30)、第二过孔结构(40)和导电片(50)；所述顶层片(11)的上表面和所述底层片(21)的下表面均设置有导电涂层；所述第一过孔结构(30)和所述第二过孔结构(40)均设置在所述顶层片(11)和所述底层片(21)之间，所述第一过孔结构(30)与所述顶层片(11)电连接，所述第二过孔结构(40)与所述底层片(21)电连接，所述第一过孔结构(30)沿竖直方向上设置有多个第一通孔，所述第二过孔结构(40)沿竖直方向上设置有多个第二通孔(41)；所述导电片(50)设置在所述顶层片(11)和所述底层片(21)之间，所述导电片(50)上设置有采样电阻(51)，所述采样电阻(51)采用蚀刻工艺进行加工，所述采样电阻(51)的一端与所述第一过孔结构(30)电连接，所述采样电阻(51)的另一端与所述第二过孔结构(40)电连接。

2.根据权利要求1所述的分区电流测量装置，其特征在于，所述检测单元还包括采样电路，所述采样电路具有相对设置的第一端和第二端，所述采样电路的第一端与第一过孔结构(30)电连接，且所述采样电路与所述第一过孔结构(30)的连接点设置在所述采样电阻(51)的上游，所述采样电路的第二端与所述第二过孔结构(40)电连接，且所述采样电路与所述第二过孔结构(40)的连接点设置在所述采样电阻(51)的下游，以测得所述采样电阻(51)两端的电压。

3.根据权利要求1所述的分区电流测量装置，其特征在于，所述采样电阻(51)为曲线形结构。

4.根据权利要求1所述的分区电流测量装置，其特征在于，所述第一过孔结构(30)和所述第二过孔结构(40)在所述检测单元形成的区域内对角设置。

5.根据权利要求2所述的分区电流测量装置，其特征在于，所述检测单元还包括：

第一连接片(61)，设置在所述顶层片(11)和所述底层片(21)之间，且所述第一连接片(61)靠近所述底层片(21)设置，所述采样电路的第一端设置在所述第一连接片(61)上；

第二连接片(62)，设置在所述顶层片(11)和所述底层片(21)之间，且所述第二连接片(62)靠近所述顶层片(11)设置，所述采样电路的第二端设置在所述第二连接片(62)上。

6.根据权利要求5所述的分区电流测量装置，其特征在于，所述第一过孔结构(30)具有相对设置的第一端和第二端，所述第一过孔结构(30)的第一端与所述顶层片(11)电连接，所述第二过孔结构(40)具有相对设置的第一端和第二端，所述第二过孔结构(40)的第一端与所述底层片电连接，所述第二过孔结构(40)的第二端与所述第二连接片(62)连接，所述检测单元还包括：

支撑片(63)，设置在所述第一连接片(61)与所述底层片(21)之间，所述第一过孔结构(30)的第二端与所述第一连接片(61)连接。

7.根据权利要求2所述的分区电流测量装置，其特征在于，所述采样电路包括第一导线和第二导线，所述第一导线的一端与所述第一过孔结构(30)电连接，所述第二导线的一端与所述第二过孔结构(40)电连接，所述分区电流测量装置还包括：

多个信号采集端子(71)，多个信号采集端子(71)具有多组连接部，一个所述采样电路对应一个所述连接部设置，所述第一导线的另一端与对应的所述连接部电连接，所述第二导线的另一端与对应的所述连接部电连接。

8.根据权利要求7所述的分区电流测量装置，其特征在于，所述分区电流测量装置还包括：

信号采集部(72)，与所述信号采集端子(71)电连接，以采集每个所述采样电路的采样信号。

9.根据权利要求5所述的分区电流测量装置，其特征在于，所述分区电流测量装置还包括第一绝缘片和第二绝缘片，所述第一绝缘片设置在第一连接片(61)和导电片(50)之间，所述第二绝缘片设置在第二连接片(62)和所述顶层片(11)之间。

10.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括多个双极板(100)、多个膜电极(200)以及多个上述权利要求1至9中任一项所述的分区电流测量装置，所述分区电流测量装置设置在相邻两个所述双极板(100)之间，且所述分区电流测量装置设置在所述双极板(100)的一侧，所述膜电极(200)设置在与该膜电极(200)对应的所述双极板(100)的另一侧。