DE10316117B3 - Device for measuring local current/heat distribution on electrochemical electrode has current flow direction to resistance element transverse to current flow direction to current conducting element - Google Patents

Device for measuring local current/heat distribution on electrochemical electrode has current flow direction to resistance element transverse to current flow direction to current conducting element Download PDF

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Heinz Sander
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Abstract

The measurement device has measurement segments, each with a resistance element and at least one current conducting element via which the electrode (12) can be contacted and current tapped to the associated resistance element. A resistance element associated with a measurement segment is oriented so the current flow to this resistance element tales place in a direction transverse to the current flow direction to the current conducting element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Messung der lokalen Stromverteilung/Wärmeverteilung an einer elektrochemischen Elektrode, umfassend eine Mehrzahl von Meßsegmenten, wobei ein Meßsegment ein Widerstandselement und mindestens ein Stromleitungselement aufweist, über welches die elektrochemische Elektrode kontaktierbar ist und eine Stromableitung zu dem zugeordneten Widerstandselement erfolgt, nach dem Cherbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a measuring device for Measurement of the local current distribution / heat distribution on an electrochemical Electrode comprising a plurality of measuring segments, one measuring segment has a resistance element and at least one power line element, via which the electrochemical electrode can be contacted and a current discharge to the associated resistance element, according to the Cher concept of Claim 1.

Eine solche Meßvorrichtung ist aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 101 51 601.0-45 vom 15. Oktober 2001 ( DE 101 51 601 A1 ) des gleichen Anmelders bekannt.Such a measuring device is from the unpublished German patent application No. 101 51 601.0-45 dated October 15, 2001 ( DE 101 51 601 A1 ) by the same applicant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche auf einfache Weise herstellbar ist.The invention has for its object a measuring device to provide the type mentioned, which is simple Way is producible.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Meßvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das einem Meßsegment zugeordnete Widerstandselement so orientiert ist, daß der Stromfluß an desem Widerstandselement in einer Richtung quer zu der Stromflußrichtung an dem Stromleitungselement erfolgt.This task is at the beginning called measuring device solved according to the invention in that the one Meßsegment assigned resistance element is oriented so that the current flow at desem Resistance element in a direction transverse to the direction of current flow done on the power line element.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung läßt sich auf einfache Weise herstellen, insbesondere im Zusammenhang mit einem mehrlagigen Aufbau, da sich die Widerstandselemente auf einfache Weise herstellen lassen. Beispielsweise werden sie über eine Dünnschicht- oder Dickschichttechnologie flächenhaft aufgebracht.The measuring device according to the invention can be produce in a simple manner, especially in connection with a multi-layer structure, since the resistance elements are simple Have a way made. For example, they will have a Thin Film or thick-film technology applied.

Die Dicke der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung läßt sich gering halten bzw. anpassen, da sich die Höhe der Widerstandselemente in der Dickenrichtung gering halten läßt, so daß die Dicke der Meßvorrichtung nicht durch die Widerstandselemente selber bestimmt ist.The thickness of the measuring device according to the invention let yourself keep it low or adjust it, because the height of the resistance elements in the thickness direction can be kept low, so that the thickness of the measuring device is not determined by the resistance elements themselves.

Die Meßvorrichtung läßt sich somit durch aus der Leiterplattentechnik bekannte Produktionsverfahren herstellen und insbesondere als Multilayerplatine herstellen.The measuring device can be thus through production processes known from printed circuit board technology manufacture and in particular as a multilayer board.

Die Meßvorrichtung, die beispielsweise in eine bipolare Kontaktplatte integriert sein kann, läßt sich flach ausgestalten und insbesondere mit einer Dicke, die herkömmlichen Bipolarplatten entspricht, die keine Meßvorrichtung enthalten. Dadurch muß der Abstand zwischen gegenüberliegenden Elektroden nicht wegen der Messung der lokalen Stromverteilung bzw. lokalen Wärmeverteilung verändert werden.The measuring device, for example can be integrated in a bipolar contact plate, can design flat and in particular with a thickness, the conventional Corresponds to bipolar plates that do not contain a measuring device. Thereby must the Distance between opposite Electrodes not because of the measurement of the local current distribution or local heat distribution changed become.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Special embodiments of the invention are in the subclaims specified.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn Stromleitungselemente quer zu einer der elektrochemischen Elektrode zugewandten Oberfläche der Meßvorrichtung angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich Ströme von der Oberfläche weg führen, wobei diese Oberfläche wiederum in Kontakt mit der elektrochemischen Elektrode steht.It is particularly advantageous if current conduction elements cross to one of the electrochemical electrodes facing surface the measuring device are arranged. In this way, currents can be removed from the surface lead, whereby this surface is again in contact with the electrochemical electrode.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß die Widerstandselemente im wesentlichen parallel zu einer der elektrochemischen Elektrode zugewandten Oberfläche der Meßvorrichtung orientiert sind. Dadurch wird die Herstellung der Meßvorrichtung vereinfacht. Insbesondere läßt sich diese als Multilayerplatine (d. h. mit einem mehrlagigen Aufbau) herstellen. Weiterhin bestehen keine besonderen Einschränkungen für die Dicke der Meßvorrichtung aufgrund der Ausbildung der Widerstandselemente.According to the invention, it is provided that the resistance elements essentially parallel to one of the electrochemical electrodes facing surface the measuring device are oriented. This will manufacture the measuring device simplified. In particular, this as a multilayer board (i.e. with a multilayer structure) produce. There are also no particular restrictions for the Thickness of the measuring device due to the formation of the resistance elements.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Meßsegment eine geschlossene Kontaktoberfläche für die elektrochemische Elektrode aufweist. Es läßt sich dann von jedem Punkt der elektrochemischen Elektrode, die mit der Kontaktoberfläche in elektrischem Kontakt steht, Strom abführen. Dadurch wird eine sichere Messung erreicht.It is advantageous if a measuring segment a closed contact surface for the has electrochemical electrode. It can then be viewed from any point the electrochemical electrode that is in contact with the contact surface in electrical Contact is established, conduct electricity. This ensures a safe measurement.

Es ist günstig, wenn die Stromleitungselemente in einem Raster bezogen auf die Kontaktoberfläche angeordnet sind. Dadurch läßt sich der von der Kontaktoberfläche gewissermaßen aufgenommene Strom auf sichere Weise zu einem zugeordneten Widerstandselement ableiten, wobei sich der Widerstand der einzelnen Stromleitungselemente gering halten läßt.It is convenient if the power line elements are arranged in a grid based on the contact surface. Thereby let yourself that of the contact surface so to speak current consumed safely to an associated resistance element derive, the resistance of the individual power line elements can be kept low.

Weiterhin ist es günstig, wenn Kontaktoberflächen auf der der elektrochemischen Elektrode zugewandten Oberfläche der Meßvorrichtung in einem Raster angeordnet sind. Dadurch läßt sich ein weitgehend lückenloser Bereich der Oberfläche der elektrochemischen Elektrode bezüglich der lokalen Stromverteilung ausmessen.It is also beneficial if contact surfaces on the surface of the electrode facing the electrochemical electrode measuring device are arranged in a grid. This allows a largely complete Area of the surface the electrochemical electrode with regard to the local current distribution measure.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn Stromleitungselemente, welche von der Oberfläche der Meßvorrichtung wegführen, welche der elektrochemischen Elektrode zugewandt ist, derart ausgebildet sind, daß eine Gasdichtigkeit gewährleistet ist. Beispielsweise sind sie massiv ausgebildet. In der Leiterplattentechnik werden Stromleitungselemente durch Platinenlagen hindurch oft hohlzylindrisch ausgeführt, d. h. in einer Durchgangsbohrung wird die Innenfläche mit einem elektrischen Leiter versehen. Es kann vorgesehen sein, daß ein Stromleitungselement massiv ist. Es kann sich aber auch um ein Hohlelement handeln, dessen Hohlraum befüllt ist, um eine Gasdichtigkeit herzustellen. Dadurch wird eine Gasdichtigkeit gewährleistet, d. h. es wird verhindert, daß über die Stromleitungselemente ein Reaktionsgas in die Meßvorrichtung strömen kann.It is particularly advantageous if Power line elements, which lead away from the surface of the measuring device, which faces the electrochemical electrode, are designed in such a way that a Guaranteed gastightness is. For example, they are solid. In circuit board technology power line elements through circuit board layers are often hollow cylindrical executed d. H. in a through hole, the inner surface with provided an electrical conductor. It can be provided that a power line element is massive. But it can also be a hollow element, the Cavity filled is to create a gas tightness. This makes it gastight guaranteed d. H. it is prevented from over the Power line elements can flow a reaction gas into the measuring device.

Ein Stromleitungselement läßt sich auf einfache Weise herstellen, wenn entsprechende Ausnehmungen und insbesondere Bohrungen mit einem elektrisch leitfähigen Material wie Kupfer verkleidet oder gefüllt sind. Im Falle der Verkleidung wird der Hohlraum gefüllt. Dadurch läßt sich auf einfache Weise eine Stromleitungsrichtung quer zu der Oberfläche erzielen.A power line element can be produced in a simple manner if corresponding recesses and in particular bores with a electrically conductive material such as copper is clad or filled. In the case of the cladding, the cavity is filled. This allows a direction of current conduction across the surface to be achieved in a simple manner.

An jedem Widerstandselement ist eine elektrische Spannung abgreifbar, so daß über den Spannungswert ein durch das jeweilige Widerstandselement fließender Strom ermittelbar ist.There is one on each resistance element electrical voltage can be tapped, so that a through the voltage value the respective resistance element flowing current can be determined.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Widerstandselemente bezüglich ihres Widerstandswerts kalibrierbar sind. Grundsätzlich können die Widerstandselemente eine Temperaturabhängigkeit aufweisen. Wenn die Widerstandselemente mittels Kupferschichten gebildet werden, dann weisen sie sogar eine relativ starke Temperaturabhängigkeit auf. Aus einem gemessenen Spannungsabfall läßt sich dann nur der Stromdurchfluß ermitteln, wenn die Temperatur bekannt ist und der entsprechende Widerstandswert bei dieser Temperatur bekannt ist. Beim Kalibrierungsvorgang wird der entsprechende Widerstand mit einem definierten Strom beaufschlagt, wobei definierte Temperaturbedingungen herrschen, und der Spannungsabfall ermittelt. Die entsprechenden Werte werden gespeichert. Wenn dann bei der eigentlichen Messung ein Spannungsabfall ermittelt wird und die Temperatur bekannt ist, dann lassen sich aus den beim Kalibrierungsvorgang ermittelten Tabellen auch der Stromdurchfluß ermitteln und damit wiederum der jedem Meßsegment zugeordnete lokale Elektrodenstrom.It is particularly advantageous if the resistance elements with respect their resistance value can be calibrated. Basically, the resistance elements have a temperature dependence. If the resistance elements are formed using copper layers, then they even show a relatively strong temperature dependence on. Only the current flow can then be determined from a measured voltage drop, if the temperature is known and the corresponding resistance value is known at this temperature. During the calibration process the corresponding resistor is subjected to a defined current, with defined temperature conditions, and the voltage drop determined. The corresponding values are saved. If then a voltage drop is determined during the actual measurement and the temperature is known, then can be determined from those determined during the calibration process Tables also determine the current flow and thus again each measuring segment assigned local electrode current.

Vorteilhaft ist es, wenn ein Widerstandselement einen oder mehrere Kalibrierungsanschlüsse aufweist, um so an jedem Widerstandselement die entsprechenden Kalibrierungsmessungen durchführen zu können.It is advantageous if a resistance element has one or more calibration ports, so as to each Resistance element carry out the corresponding calibration measurements can.

Ferner günstig ist es, wenn ein oder mehrere Meßsegmente zur Temperaturmessung vorgesehen sind. Bei diesen Meßsegmenten kann es sich um die eigentlichen Meßsegmente handeln oder um zusätzliche Meßsegmente, welche insbesondere zwischen den eigentlichen Meßsegmenten für die lokale Stromverteilung angeordnet sind. Mit diesen Meßsegmenten zur Temperaturmessung läßt sich beispielsweise die lokale Temperaturverteilung auf der elektrochemischen Elektrode ermitteln. Alternativ läßt sich bei entsprechender Anordnung zwischen den Meßsegmenten zur lokalen Stromverteilung über die Temperaturmessungs-Meßsegmente die Temperatur in einer Lage ermitteln, welche die Widerstandselemente für die Strommessung aufnimmt, um so in Abhängigkeit der Temperatur den relevanten Widerstandswert insbesondere aus einer Kalibrierungstabelle zu ermitteln. Dadurch kann der Temperatureinfluß auf den Widerstandswert erfaßt werden, und so wiederum der Stromwert mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.It is also favorable if one or several measuring segments are provided for temperature measurement. With these measuring segments it can be the actual measuring segments or additional ones measurement segments, which in particular between the actual measuring segments for the local current distribution are arranged. With these measuring segments for temperature measurement for example the local temperature distribution on the electrochemical Determine the electrode. Alternatively, with the appropriate Arrangement between the measuring segments for local power distribution via the Temperature measurement measurement segments determine the temperature in a position that the resistance elements for the Current measurement, so as a function of the temperature relevant resistance value especially from a calibration table to investigate. This allows the temperature influence on the resistance value to be detected, and in turn the current value can be determined with high accuracy.

Insbesondere weist ein Temperaturmessungs-Meßsegment ein Widerstandselement bekannter Temperaturcharakteristik auf. Dadurch läßt sich über die Beaufschlagung mit einem definierten Strom und über Messung des Spannungsabfalls die Temperatur ermitteln.In particular, a temperature measurement measuring segment has a resistance element of known temperature characteristics. Thereby can be done via the Applying a defined current and measuring the voltage drop determine the temperature.

Vorteilhafterweise sind die Temperaturmessungs-Meßsegmente zwischen Meßsegmenten für die Strommessung angeordnet. Bei dieser Ausführungsform läßt sich dann die Meßgenauigkeit für die Strommessung erhöhen, da der Temperatureinfluß auf den Widerstandswert der Widerstandselemente berücksichtigbar ist.The temperature measurement measuring segments are advantageous between measuring segments for the Current measurement arranged. In this embodiment, then the measuring accuracy for current measurement increase, because the temperature influence on the resistance value of the resistance elements can be taken into account.

Günstig ist es, wenn die Meßvorrichtung einen mehrlagigen Aufbau aufweist. Sie läßt sich dann mit bekannten Produktionsverfahren aus der Multilayertechnik herstellen.Cheap it is when the measuring device has a multilayer structure. You can then with known Manufacture production processes from multilayer technology.

Insbesondere ist eine Lage vorgesehen, in welcher die Widerstandselemente angeordnet sind. Die Dicke dieser Lage ist dabei nicht durch die Dicke der Widerstandselemente bestimmt.In particular, a location is provided in which the resistance elements are arranged. The thickness of this Position is not determined by the thickness of the resistance elements.

Ferner ist es günstig, wenn eine zweite Lage vorgesehen ist, in welcher Stromleitungselemente angeordnet sind, welche zu einer der elektrochemischen Elektrode zugewandten Oberfläche der Meßvorrichtung führen. Über diese Stromleitungselemente lassen sich Ströme von einer Oberfläche ableiten, d. h. lassen sich Ströme von der Elektrode zu den Widerstandselementen hin ableiten.It is also advantageous if a second layer is provided is in which power line elements are arranged, which to one surface of the electrochemical electrode facing the measuring device to lead. About these Power line elements allow currents to be derived from a surface, i. H. currents lead from the electrode to the resistance elements.

Es ist auch günstig, wenn eine dritte Lage vorgesehen ist, welche zwischen der zweiten Lage mit den Stromleitungselementen, welche zu der Oberfläche führen, und der Lage mit den Widerstandselementen angeordnet ist, und welche Stromleitungselemente zu den Widerstandselementen umfaßt. Dadurch läßt sich für jedes Meßsegment individuell eine definierte Stromableitung zu dem Widerstand erreichen, wobei von der übergeordneten Lage her nur ein Stromleitungselement vorgesehen werden muß. Dadurch genügt von dieser Lage her nur eine Anschlußstelle zur elektrischen Kontaktierung des Widerstandselements.It is also convenient if a third layer is provided which is between the second layer with the power line elements, which to the surface to lead, and the layer is arranged with the resistance elements, and which Power line elements to the resistance elements includes. Thereby let yourself for each Meßsegment individually achieve a defined current dissipation to the resistor, being from the parent Location ago only one power line element must be provided. Thereby enough from this position only one connection point for electrical contacting of the Resistive element.

Ferner ist es günstig, wenn eine vierte Lage, welche Leitungen für eine Kalibrierung des Widerstandselements umfaßt, vorgesehen ist. Insbesondere ist diese Lage so ausgebildet, daß Leiterbahnen verdeckt angeordnet sind, d. h. nicht an einer Oberfläche der Meßvorrichtung sitzen. Diese sind dadurch geschützt.It is also advantageous if a fourth layer, which Lines for a calibration of the resistance element comprises is provided. In particular this position is designed so that conductor tracks are arranged hidden are, d. H. do not sit on a surface of the measuring device. This are protected.

Es ist auch günstig, wenn eine äußere Lage vorgesehen ist, welche für eine elektrische Kontaktierung einer Oberfläche der Meßvorrichtung sorgt, welche der Oberfläche, die der zu messenden elektrochemischen Elektrode zugewandt ist, gegenüberliegend ist. Über diese Lage lassen sich die elektrischen Stromkreise schließen.It is also convenient if an outer layer is provided is which for an electrical contacting of a surface of the measuring device, which the surface, which faces the electrochemical electrode to be measured, opposite is. about the electrical circuits can be closed in this position.

Eine solche äußere Lage läßt sich auf einfache Weise herstellen, wenn eine Kontakteinrichtung, welche der Oberfläche der Meßvorrichtung gegenüberliegt, die der zu messenden elektrochemischen Elektrode zugewandt ist, eine Äquipotentialfläche ist. Eine solche Äquipotentialfläche läßt sich auf einfache Weise durch eine Beschichtung aus einem elektrisch leitenden Material oder durch eine Platte aus einem elektrisch leitenden Material herstellen. Es läßt sich so auf einfache Weise eine Stromsammeleinrichtung realisieren, auf der die einzelnen Strompfade zusammengefaßt sind. Da elektrische Leiter auch gute Wärmeleiter sind, läßt sich über eine solche Äquipotentialfläche eine gute Kühlung erreichen. Es können auch auf einfache Weise Kühlkanäle integriert werden, inbesondere bei dem Vorsehen einer Platte.Such an outer layer can be produced in a simple manner if a contact device which lies opposite the surface of the measuring device which faces the electrochemical electrode to be measured is an equipotential surface. Such an equipotential surface can be easily created by coating an electrical Manufacture conductive material or through a plate of an electrically conductive material. In this way, a current collecting device can be implemented in a simple manner, on which the individual current paths are combined. Since electrical conductors are also good heat conductors, good cooling can be achieved via such an equipotential surface. Cooling ducts can also be integrated in a simple manner, in particular when a plate is provided.

Günstig ist es, wenn mindestens ein Anschlußelement für die Spannungsmessung vorgesehen ist. Über dieses Anschlußelement, welches entsprechende Kontakte aufweist, lassen sich dann Spannungssignale abgreifen und zu einer Auswerteeinrichtung führen. Es können dabei mehrere solcher Anschlußelemente vorgesehen sein, beispielsweise zwei, die an gegenüberliegenden Seiten der Meßvorrichtung liegen. Dadurch wird die Führung der Leiterbahnen in den entsprechenden Lagen erleichtert.Cheap it is when at least one connection element is provided for voltage measurement is. about this connector, which has corresponding contacts, then voltage signals can be tap and lead to an evaluation device. There can be several such connection elements be provided, for example two, on opposite Sides of the measuring device lie. This will take the lead the conductor tracks in the appropriate positions.

Es ist auch günstig, wenn mindestens ein Anschlußelement und insbesondere getrenntes Anschlußelement für eine Kalibrierungsmessung der Widerstandselemente vorgesehen ist. Auch hierdurch wird die Leiterbahnführung erleichtert.It is also favorable if at least one connection element and in particular separate connection element for a calibration measurement the resistance elements is provided. This also makes the Conductor track routing facilitated.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung läßt sich in eine Kontaktplatte und inbesondere Bipolarplatte zur Anordnung zwischen einer benachbarten Anode und der elektrochemischen Elektrode, Kathode integrieren. Die benachbarte Anode und Kathode sind dabei insbesondere eine benachbarte Anode und Kathode benachbarter Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels.The measuring device according to the invention can be in a contact plate and in particular bipolar plate for arrangement between a neighboring anode and the electrochemical electrode, Integrate cathode. The neighboring anode and cathode are included in particular a neighboring anode and cathode of neighboring fuel cells a fuel cell stack.

Weiterhin ist es möglich, die erfindungsgemäße Meßvorrichtung in ein Gasverteilungselement zu integrieren, mittels welchem Reaktionsgas zu einer elektrochemischen Elektrode zuführbar ist. Es ist dabei eine gleichzeitige Ausbildung als Kontaktplatte und Gasverteilungselement möglich. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die entsprechende elektrochemische Elektrode selber mit Gasverteilungskanälen versehen ist. Ferner ist es möglich, die erfindungsgemäße Meßvorrichtung in ein Gasverteilungselement zu integrieren, welches nicht zwischen benachbarten Elektroden angeordnet ist, sondern nur einer einzigen Elektrode zugeordnet ist.It is also possible to use the measuring device according to the invention to integrate into a gas distribution element, by means of which reaction gas can be supplied to an electrochemical electrode. It is one Simultaneous training as a contact plate and gas distribution element possible. But it can also be provided that the corresponding electrochemical Electrode itself is provided with gas distribution channels. Furthermore is it possible the measuring device according to the invention to integrate into a gas distribution element that is not between adjacent Electrodes is arranged, but only a single electrode assigned.

Die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment serves in connection with the drawing to explain the invention in more detail. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, welche als Kontaktplatte zwischen einer gegenüberliegenden Anode und Kathode angeordnet ist; 1 is a schematic representation of an embodiment of a measuring device according to the invention, which is arranged as a contact plate between an opposite anode and cathode;

2 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung; 2 is a schematic side sectional view of an embodiment of a measuring device according to the invention;

3(a) einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Widerstandslage (entsprechend dem Bereich A gemäß 7); 3 (a) an enlarged section of a resistance layer (corresponding to area A according to 7 );

3(b) eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung mit Stromleitungselementen (entsprechend dem Bereich B gemäß 8), welche unterhalb des in 3(a) gezeigten Bereichs liegen; 3 (b) an enlarged sectional view with power line elements (corresponding to the area B according to 8th ), which below the in 3 (a) shown range;

4 eine vergrößerte Darstellung eines Widerstandselements zur Temperaturmessung (entsprechend dem Bereich C gemäß 7); 4 an enlarged view of a resistance element for temperature measurement (corresponding to the area C according to 7 );

5 bis 9 Schnittansichten in verschiedenen Ebenen der Meßvorrichtung gemäß 2, wobei die verschiedenen Schnittansichten verschiedene Lagen zeigen, mit 5 to 9 Section views in different levels of the measuring device according to 2 , with the different sectional views showing different positions, with

5 einer Schnittansicht in einer ersten Lage längs der Linie 5-5 gemäß 2; 5 a sectional view in a first position along the line 5-5 according 2 ;

6 einer Schnittansicht längs der Linie 6-6 gemäß 2 entsprechend einer zweiten Lage; 6 a sectional view taken along line 6-6 2 according to a second layer;

7 einer Schnittansicht längs der Linie 7-7 gemäß 2 entsprechend einer Lage mit Widerstandselementen; 7 a sectional view taken along line 7-7 2 corresponding to a layer with resistance elements;

8 einer Schnittansicht längs der Linie 8-8 gemäß 2 entsprechend einer Lage mit Kalibrierungsleitungen für Widerstandselemente und 8th a sectional view taken along line 8-8 2 according to a location with calibration lines for resistance elements and

9 einer Draufsicht auf die Meßvorrichtung gemäß 2 in der Richtung D entsprechend einer fünften Lage. 9 a top view of the measuring device according to 2 in the direction D corresponding to a fifth layer.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, welche in 1 schematisch gezeigt und dort als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, ist beispielsweise als Kontaktplatte (Bipolarplatte) zwischen einer Kathode 12 als elektrochemische Elektrode und einer Anode 14 als weitere elektrochemische Elektrode angeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei der Kathode 12 und der Anode 14 um die benachbarten Elektroden zwischen benachbarten Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels.An embodiment of a measuring device according to the invention, which in 1 shown schematically and there designated as a whole by 10 is, for example, as a contact plate (bipolar plate) between a cathode 12 as an electrochemical electrode and an anode 14 arranged as a further electrochemical electrode. For example, the cathode 12 and the anode 14 around the adjacent electrodes between adjacent fuel cells of a fuel cell stack.

Die Meßvorrichtung 10 kann, wie erwähnt, als Kontaktplatte ausgebildet sein oder in eine solche Kontaktplatte integriert sein.The measuring device 10 can, as mentioned, be designed as a contact plate or be integrated into such a contact plate.

Die Meßvorrichtung 10 kann zusätzlich oder alternativ als Gasverteilungselement ausgebildet sein, welches Gaskanäle 16 aufweist, über welche sich Reaktionsgas der entsprechenden elektrochemischen Elektrode zuführen läßt. Es ist möglich, daß das Gasverteilungselement gleichzeitig eine Kontaktplatte bildet.The measuring device 10 can additionally or alternatively be designed as a gas distribution element, which gas channels 16 has, via which reaction gas can be fed to the corresponding electrochemical electrode. It is possible that the gas distribution element forms a contact plate at the same time.

Es ist auch möglich, daß Gasverteilungskanäle in die elektrochemische Elektrode integriert sind, so daß die Kontaktplatte mit der Meßvorrichtung keine Gasverteilungsfunktion hat.It is also possible that gas distribution channels in the electrochemical electrode are integrated, so that the contact plate with the measuring device none Has a gas distribution function.

Durch die erfindungsgemäße Meßvorrichtung läßt sich die lokale Stromverteilung und bei einer Variante einer Ausführungsform auch noch die lokale Wärmeverteilung an der auszumessenden elektrochemischen Elektrode (in 1 der Kathode 12) ermitteln.The local current distribution and, in a variant of an embodiment, also the local heat distribution at the electrochemical electrode to be measured can be determined by the measuring device according to the invention 1 the cathode 12 ) determine.

Die Meßvorrichtung 10 weist, wie in 2 gezeigt, eine Oberfläche 18 auf, welche der zu messenden elektrochemischen Elektrode 12 zugewandt ist und mit dieser in elektrischen Kontakt bringbar ist. Es ist eine Mehrzahl von Meßsegmenten 20 für die Strommessung vorgesehen, welche über die Meßvorrichtung 10 verteilt sind. Jedes Meßsegment 20 ist einem bestimmten Oberflächenbereich der zu messenden elektrochemischen Elektrode 12 zugeordnet und über das entsprechende Meßsegment 20 läßt sich der Strom an dem zugeordneten Bereich der elektrochemischen Elektrode 12 messen. Die räumliche Auflösung der Messung ist durch die Anzahl und durch die Größe der Meßsegmente 20 bestimmt.The measuring device 10 points, as in 2 shown a surface 18 on which of the electrochemical electrodes to measure 12 facing is and can be brought into electrical contact with it. It is a multitude of measurement segments 20 provided for the current measurement, which via the measuring device 10 are distributed. Every measuring segment 20 is a certain surface area of the electrochemical electrode to be measured 12 assigned and via the corresponding measuring segment 20 the current at the assigned area of the electrochemical electrode 12 measure up. The spatial resolution of the measurement is due to the number and size of the measurement segments 20 certainly.

Ein Meßsegment 20 weist eine Kontaktfläche 22 (Kontaktoberfläche) zur Kontaktierung der elektrochemischen Elektrode 12 auf. Bei einer solchen Kontaktfläche 22 handelt es sich beispielsweise um aus einer Schicht aus einem elektrisch leitenden Material wie Kupfer auf der Oberfläche 18. Benachbarte Kontaktflächen 22 sind dabei beabstandet, d. h. sie sind nicht leitend miteinander verbunden. Diese Kontaktflächen 22 sind in einem Raster angeordnet, welches die Oberfläche 18 mit den entsprechenden Lücken zwischen benachbarten Kontaktflächen 22 bedeckt.A measuring segment 20 has a contact surface 22 (Contact surface) for contacting the electrochemical electrode 12 on. With such a contact surface 22 it is for example a layer of an electrically conductive material such as copper on the surface 18 , Adjacent contact areas 22 are spaced apart, ie they are not conductively connected to one another. These contact areas 22 are arranged in a grid that covers the surface 18 with the corresponding gaps between adjacent contact areas 22 covered.

Die Meßvorrichtung 10 ist vorzugsweise mehrlagig aufgebaut. Eine erste Lage 24 umfaßt die Oberfläche 18 mit den Kontaktflächen 22. In dieser ersten Lage 24 sind jeweils einer Kontaktfläche 22 zugeordnet mehrere Ausnehmungen 26 gebildet, welche gasdicht gefüllt sind, beispielsweise mit einem elektrisch leitenden Material 28. Es ist auch möglich, die Durchkontaktierungen durch Verkleidung der Wände der Ausnehmungen 26 mit einem elektrisch leitenden Material herzustellen, wobei der eventuell verbleibende Zwischenraum gasdicht gefüllt ist (das Füllmaterial muß hier nicht elektrisch leitend sein). Beispielsweise sind die Ausnehmungen 26 mit Kupfer gefüllt. Die Kontaktflächen 22 sitzen auf diesen gefüllten Ausnehmungen 26 und sind mit diesen elektrisch verbunden. Dadurch sind Stromleitungselemente 30 gebildet, mittels welchen sich ein elektrischer Strom von den jeweiligen Kontaktflächen 22 her durch die erste Lage 24 führen läßt. Die Stromleitungselemente 30 sind dabei quer zur Oberfläche 18 angeordnet, so daß ein Stromfluß durch die erste Lage 24 hindurch erfolgen kann.The measuring device 10 is preferably constructed in several layers. A first layer 24 covers the surface 18 with the contact areas 22 , In this first position 24 are each a contact area 22 assigned multiple recesses 26 formed, which are filled gas-tight, for example with an electrically conductive material 28 , It is also possible to cover the vias by covering the walls of the recesses 26 with an electrically conductive material, the remaining space is filled gas-tight (the fill material does not have to be electrically conductive here). For example, the recesses 26 filled with copper. The contact areas 22 sit on these filled recesses 26 and are electrically connected to them. This makes power line elements 30 formed, by means of which an electrical current from the respective contact surfaces 22 forth through the first layer 24 can lead. The power line elements 30 are transverse to the surface 18 arranged so that a current flow through the first layer 24 can be done through.

Jeder Kontaktfläche 22 ist eine Mehrzahl von Stromleitungselementen 30 zugeordnet. Es ist auch möglich, jedem Stromleitungselement 30 an der Oberfläche 18 eine eigene Kontaktfläche zuzuordnen (in der Zeichnung nicht gezeigt).Any contact area 22 is a plurality of power line elements 30 assigned. It is also possible to use any power line element 30 on the surface 18 assign your own contact area (not shown in the drawing).

Die Kontaktflächen 22 können vergoldet sein. Dadurch erhält man eine Verminderung des Kontaktwiderstands zur elektrochemischen Elektrode bei erhöhter chemischer Beständigkeit.The contact areas 22 can be gold-plated. This results in a reduction in the contact resistance to the electrochemical electrode with increased chemical resistance.

Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt ein Meßsegment 20 8 × 8 Stromleitungselemente 30 als Durchkontaktierungen, wobei beispielsweise 7 × 7 Meßsegmente 20 vorgesehen sind. Ein Meßsegment 20 weist an der Oberfläche 18 eine Fläche von 7 mm × 7 mm auf. Der Teil eines solchen Meßsegments 20, welcher in der ersten Lage 24 liegt und mit einer entsprechenden Kontaktfläche 22 an der Oberfläche 18 verbunden ist, ist in 5 gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 32 versehen.In one embodiment, includes a measurement segment 20 8 × 8 power line elements 30 as vias, for example 7 × 7 measuring segments 20 are provided. A measuring segment 20 points to the surface 18 an area of 7 mm × 7 mm. The part of such a measuring segment 20 which is in the first position 24 lies and with a corresponding contact surface 22 on the surface 18 is connected in 5 shown and there with the reference number 32 Mistake.

Dadurch, daß einem Meßsegment 20, welches eine Kontaktfläche 22 aufweist, eine Mehrzahl von insbesondere gitterförmig angeordneten Stromleitungselementen 30 als Durchkontaktierungen zugeordnet ist, läßt sich eine Strombeaufschlagung über den gesamten Bereich der Kontaktfläche 22 ermitteln, unabhängig von eventuell integrierten Gaskanälen. Die Ableitung des Stroms durch die erste Lage 24 hindurch ist gewährleistet.The fact that a measuring segment 20 which has a contact area 22 has, a plurality of in particular grid-like arranged power line elements 30 is assigned as plated-through holes, current can be applied over the entire area of the contact area 22 determine, regardless of any integrated gas channels. Deriving the current through the first layer 24 through it is guaranteed.

Wenn die Stromleitungselemente 30 massiv ausgebildet sind oder die Ausnehmungen 26 gefüllt sind, läßt sich ein Gasdurchtritt in unter der ersten Lage 24 angeordnete weitere Lagen verhindern.If the power line elements 30 are solid or the recesses 26 are filled, a gas passage in under the first layer 24 Prevent arranged further layers.

Auf die erste Lage 24 folgt eine zweite Lage 34. In der zweiten Lage 34 sind dabei, wie in den 2 und 6 angedeutet, einem Meßsegment 20 zugeordnete Stromleitungselemente 30 über eine Kontaktschicht 36 leitend miteinander verbunden. Die Kontaktschichten 36 benachbarter Meßsegmente 20 sind dabei elektrisch gegeneinander isoliert.On the first layer 24 a second layer follows 34 , In the second layer 34 are there, as in the 2 and 6 indicated, a measuring segment 20 associated power line elements 30 via a contact layer 36 conductively connected. The contact layers 36 of adjacent measuring segments 20 are electrically isolated from each other.

Von den den jeweiligen Meßsegmenten 20 zugeordneten Kontaktschichten 36 führt jeweils ein einziges Stromleitungselement 38 nach unten in eine benachbarte dritte Lage 40 (2 und 7). In der dritten Lage 40 sind Widerstandselemente 42, 44 (3(a), 4 und 7) angeordnet.Of the respective measuring segments 20 assigned contact layers 36 carries a single power line element 38 down to an adjacent third layer 40 ( 2 and 7 ). In the third position 40 are resistance elements 42 . 44 ( 3 (a) . 4 and 7 ) arranged.

Die Widerstandselemente 42 dienen zur Strommessung und die Widerstandselemente 44 dienen zur Temperaturmessung.The resistance elements 42 are used for current measurement and the resistance elements 44 are used for temperature measurement.

Ein Widerstandselement 42, welches einem Meßsegment 20 zugeordnet ist, liegt im wesentlichen parallel zur Oberfläche 18 orientiert in der dritten Lage 40 mit einer Stromflußrichtung, die quer zur Stromflußrichtung in den Stromleitungselementen 30 ist und insbesondere rechtwinklig zu der Stromflußrichtung durch die erste Lage 24 liegt. Dadurch läßt sich die Dicke der Meßvorrichtung 10 quer zur Oberfläche 18 gering halten bzw. gezielt einstellen.A resistance element 42 , which is a measuring segment 20 is essentially parallel to the surface 18 oriented in the third position 40 with a current flow direction that is transverse to the current flow direction in the power line elements 30 is and in particular at right angles to the direction of current flow through the first layer 24 lies. This allows the thickness of the measuring device 10 across the surface 18 keep it low or set it specifically.

Die Widerstandselemente 42 sind entsprechend den Meßsegmenten 20 beispielsweise in einem Raster verteilt in der dritten Lage 40 angeordnet.The resistance elements 42 are according to the measuring segments 20 for example distributed in a grid in the third layer 40 arranged.

Ein Widerstandselement 42 ist dabei an Leitungen 46, 48 über Anschlüsse 50, 52 angekoppelt. Diese Leitungen 46 verlaufen in der dritten Lage 40 zu einem seitlichen Rand der Meßvorrichtung 10. Über sie läßt sich die an den jeweiligen Widerstandselementen 42 abfallende Spannung messen.A resistance element 42 is on lines 46 . 48 via connections 50 . 52 coupled. These lines 46 run in the third layer 40 to a side edge of the measuring device 10 , It can be used on the respective resistance elements 42 Measure the falling voltage.

Die Widerstandselemente 42 sind zur Strombeaufschlagung nach oben zu der zweiten Lage 34 hin über die Stromleitungselemente 38 kontaktiert. Nach unten zu einer vierten Lage 54 hin ist jedem Widerstandselement 42 ein einziges Stromleitungselement 56 vorgesehen (3(b)).The resistance elements 42 are up to the second layer to apply current 34 towards the power line elements 38 contacted. Down to a fourth layer 54 there is any resistance element 42 a single power line element 56 intended ( 3 (b) ).

Bei Stromfluß durch eine Kontaktfläche 22 fließt der Strom über die entsprechenden Stromleitungselemente 30 auf das zugeordnete Widerstandselement 42 des jeweiligen Meßsegments 20 ab mit einer Richtung, die quer zur Oberfläche 18 ist. In dem Widerstandselement 42 fließt der Strom dann zwischen den entsprechenden Ankopplungsstellen an das Stromleitungselement 38 und das Stromleitungselement 56 durch das Widerstandselement 42 hindurch mit einer Stromflußrichtung, welche quer zur Stromflußrichtung in den Stromleitungselementen 30 liegt.When current flows through a contact surface 22 the current flows through the corresponding power line elements 30 to the associated resistance selement 42 of the respective measuring segment 20 off with a direction that is perpendicular to the surface 18 is. In the resistance element 42 The current then flows between the corresponding coupling points on the current conducting element 38 and the power line element 56 through the resistance element 42 through with a current flow direction which is transverse to the current flow direction in the power line elements 30 lies.

An den Anschlüssen 50, 52 ist die abfallende Spannung abgreifbar.At the connections 50 . 52 the falling voltage can be tapped.

Zwischen entsprechenden Widerstandselementen 42, die den jeweiligen Meßsegmenten 20 zugeordnet sind, sind die Widerstandselemente 44 angeordnet. Dadurch sind zwischen den Meßsegmenten 20 für die Strommessung Temperaturmessungs-Meßsegmente 57 angeordnet. Diese weisen eine größere Fläche für den Stromdurchfluß auf als die Widerstandselemente 42. Sie dienen zur Temperaturmessung, indem sie extern mit einem definierten Strom beaufschlagt werden und die jeweils abfallende Spannung gemessen wird, wobei die Temperaturabhängigkeit des Widerstands der Widerstandselemente 44 bekannt ist, so daß aus einer elektrischen Messung die Temperatur ermittelbar ist.Between corresponding resistance elements 42 , the respective measuring segments 20 are assigned are the resistance elements 44 arranged. As a result, there are between the measuring segments 20 for current measurement temperature measurement measuring segments 57 arranged. These have a larger area for the current flow than the resistance elements 42 , They are used for temperature measurement by externally applying a defined current and measuring the voltage drop in each case, the temperature dependence of the resistance of the resistance elements 44 is known so that the temperature can be determined from an electrical measurement.

Ein Widerstandselement 44 ist dazu zwischen Anschlußleitungen 58, 60 gebildet, wie in 4 gezeigt. Über diese Anschlußleitungen 58, 60, welche in der dritten Lage 40 nach außen verlaufen, kann ein Strom durch das Widerstandselement 44 geschickt werden. Die zwischen Anschlüssen 62, 64 abfallende Spannung wird gemessen, wobei entsprechende Leitungen 66, 68 vorgesehen sind, die an den Rand der Meßvorrichtung 10 führen. Diese Leitungen 66, 68 verlaufen in der dritten Lage 40.A resistance element 44 is between connecting lines 58 . 60 formed as in 4 shown. About these connecting lines 58 . 60 which in the third position 40 can flow outward, a current through the resistance element 44 sent. The between connections 62 . 64 falling voltage is measured using appropriate lines 66 . 68 are provided on the edge of the measuring device 10 to lead. These lines 66 . 68 run in the third layer 40 ,

Ein Widerstandselement 44 ist beispielsweise, wie in 4 gezeigt, mäanderförmig ausgebildet mit Leiterbahnen, welche zwischen den Anschlüssen 62 und 64 verlaufen. Dadurch läßt sich in der dritten Lage 40 über eine Spannungsmessung die Temperatur ermitteln.A resistance element 44 is, for example, as in 4 shown, meandering with conductor tracks, which between the connections 62 and 64 run. This allows the third layer 40 Determine the temperature using a voltage measurement.

Mehrere Widerstandselemente 44 sind in der dritten Lage 40 in Reihe geschaltet. Dadurch läßt sich die Stromversorgung vereinfachen, da weniger externe Anschlüsse benötigt werden.Several resistance elements 44 are in the third position 40 connected in series. This simplifies the power supply because fewer external connections are required.

Wie aus den 4 und 7 ersichtlich ist, sind die Widerstandselemente 44 so zwischen den Widerstandselementen 42 der entsprechenden Meßsegmente 20 angeordnet, daß sie deren regelmäßige Anordnung nicht stören, wobei gleichzeitig die Leiterbahnen der Leitungen 58, 60 und 66, 68 in der entsprechenden dritten Lage 40 geführt sind.Like from the 4 and 7 can be seen are the resistance elements 44 so between the resistance elements 42 of the corresponding measuring segments 20 arranged that they do not interfere with their regular arrangement, at the same time the conductor tracks of the lines 58 . 60 and 66 . 68 in the corresponding third position 40 are led.

Durch die vierte Lage 54 (3(b) und 8) hindurch ist jedem Widerstandselement 42 zugeordnet ein Stromleitungselement 70 geführt. Die jeweiligen Stromleitungselemente 70 sind dabei mit einer eine fünfte Lage 72 (2 und 9) bildenden Äquipotentialfläche 74 verbunden. Bei dieser handelt es sich beispielsweise um eine Kupferplatte oder eine Kupferschicht. Über diese Äquipotentialfläche 74, welche eine Kontakteinrichtung bildet, wird der Strom weitergeleitet.Because of the fourth layer 54 ( 3 (b) and 8th ) is through each resistance element 42 assigned a power line element 70 guided. The respective power line elements 70 are with a fifth layer 72 ( 2 and 9 ) forming equipotential surface 74 connected. This is, for example, a copper plate or a copper layer. Over this equipotential surface 74 , which forms a contact device, the current is passed on.

In der vierten Lage 54 sind auch quer zur Oberfläche 18 verlaufende Stromleitungselemente 76 angeordnet (2, 3(b), 8), die jeweils einem Meßsegment 20 zugeordnet sind und mit dem jeweiligen Widerstandselement 42 verbunden sind.In the fourth position 54 are also across the surface 18 trending power line elements 76 arranged ( 2 . 3 (b) . 8th ), each a measuring segment 20 are assigned and with the respective resistance element 42 are connected.

Ein solches Stromleitungselement 76 ist weiterhin an eine Leiterbahn 78 gekoppelt, welche in der vierten Lage 54 zu einer Seite der Meßvorrichtung 10 läuft.Such a power line element 76 is still on a track 78 coupled which in the fourth position 54 to one side of the measuring device 10 running.

Bei der Ankopplungsstelle eines Stromleitungselements 76 an ein Widerstandselement 42 handelt es sich um einen Kalibrieranschluß 80. Zur Kalibrierung des Widerstandselements 42 eines Meßsegments 20 wird über den Kalibrieranschluß 80, d. h. über das Stromleitungselement 76, ein definierter Strom durch das Widerstandselement 42 geschickt. Der Stromfluß erfolgt dabei durch die Leiterbahn 78 über das Stromleitungselement 76 durch das Widerstandselement 42 und dann durch die Stromleitungselemente 56 und 70 zur Äquipotentialfläche 74 zur Schließung des Stromkreises. Die abfallende Spannung wird an den Anschlüssen 50, 52 abgegriffen.At the coupling point of a power line element 76 to a resistance element 42 it is a calibration connection 80 , For calibration of the resistance element 42 of a measuring segment 20 is via the calibration connection 80 , ie via the power line element 76 , a defined current through the resistance element 42 cleverly. The current flows through the conductor track 78 via the power line element 76 through the resistance element 42 and then through the power line elements 56 and 70 to the equipotential surface 74 to close the circuit. The falling voltage is at the connections 50 . 52 tapped.

Es läßt sich dann zur Vorbereitung der Messung der Widerstandswert bei definierten Temperaturen ermitteln. Die entsprechenden Werte werden beispielsweise beim Kalibriervorgang temperaturabhängig in einer Tabelle gespeichert.It can then be used to prepare the measurement, determine the resistance value at defined temperatures. The corresponding values are, for example, during the calibration process temperature-dependent stored in a table.

Bei einem eigentlichen Meßvorgang, bei dem die lokale Stromverteilung an der elektrochemischen Elektrode 12 gemessen wird, wird dann über die Widerstandselemente 44 die Temperatur ermittelt. Durch Messung des Spannungsabfalls der Widerstandselemente 42 läßt sich dann durch Berücksichtigung der hinterlegten Widerstandswerte bei der bestimmten Temperatur der jeweils über die Widerstandselemente 42 fließende Strom ermitteln, welcher wiederum von der elektrochemischen Elektrode 12 geliefert wird.In an actual measuring process in which the local current distribution at the electrochemical electrode 12 is then measured via the resistance elements 44 the temperature is determined. By measuring the voltage drop of the resistance elements 42 can then be taken into account by taking into account the stored resistance values at the specific temperature, in each case via the resistance elements 42 determine flowing current, which in turn from the electrochemical electrode 12 is delivered.

Durch die räumliche Positionierung der Meßsegmente 20 bezüglich der Oberfläche 18 wiederum lassen sich dadurch die lokalen Ströme an der elektrochemischen Elektrode 12 messen, so daß sich die lokale Stromverteilung auf der elektrochemischen Elektrode 12 ermitteln läßt.Due to the spatial positioning of the measuring segments 20 regarding the surface 18 in turn, this allows the local currents at the electrochemical electrode 12 measure so that the local current distribution on the electrochemical electrode 12 can be determined.

Wenn der Widerstandswert der Widerstandselemente 42 in seiner Abhängigkeit von der Temperatur bekannt ist, dann ist ein solcher Kalibrierungsvorgang nicht notwendig.If the resistance value of the resistance elements 42 as its dependence on the temperature is known, then such a calibration process is not necessary.

Grundsätzlich ist es durch die erfindungsgemäße Lösung auch möglich, wenn die Widerstandselemente 42 entsprechend ausgebildet sind mit bekannter Temperaturabhängigkeit, die lokale Wärmeverteilung auf der elektrochemischen Elektrode 12 zu messen.In principle, the solution according to the invention also makes it possible for the resistance elements 42 the local heat distribution on the electrochemical electrode is designed accordingly with a known temperature dependence 12 to eat.

Die Widerstandselemente 44 dienen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel dazu, die Temperatur in der dritten Lage 40 zu messen und dadurch aus dem Kalibrierungsergebnis mit hoher Genauigkeit einem gemessenen Spannungsabfall einen Stromwert für den Strom, welcher durch die entsprechenden Widerstandselemente 42 fließt, zuordnen zu können.The resistance elements 44 serve in the embodiment shown, the temperature in the third position 40 to measure and thereby the calibration result with high accuracy, a measured voltage drop, a current value for the current which is passed through the corresponding resistance elements 42 flows to be able to assign.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung 10 ist mit Anschlußelementen versehen, an welchen die entsprechenden Spannungswerte abgreifbar sind. Beispielsweise sind an der ersten Lage 24 und der vierten Lage 54 ein erstes Anschlußelement 82 und ein zweites Anschlußelement 84 gebildet. Über diese Anschlußelemente 82, 84 läßt sich an entsprechenden Kontakten jeweils der Spannungsabfall, welcher den Widerstandselementen 42 der einzelnen Meßsegmente 20 zugeordnet ist, abgreifen. Die entsprechenden Spannungssignale lassen sich dann an eine Auswerteeinrichtung weitergeben, um bei bekannter Temperatur aus dem Spannungswert über einen Widerstandswert aus einer Tabelle den Stromwert ermitteln zu können.The measuring device according to the invention 10 is provided with connection elements on which the corresponding voltage values can be tapped. For example, at the first layer 24 and the fourth layer 54 a first connection element 82 and a second connector 84 educated. About these connectors 82 . 84 the voltage drop, which is the resistance elements, can be connected to the corresponding contacts 42 of the individual measuring segments 20 assigned, tap. The corresponding voltage signals can then be passed on to an evaluation device in order to be able to determine the current value from the voltage value using a resistance value from a table at a known temperature.

Es kann noch ein drittes Anschlußelement 86 (9) vorgesehen sein, welches zur Kalibrierung der Widerstandselemente 42 dient. Über dieses Anschlußelement 86 lassen sich die Widerstandselemente 42 definiert mit Strom beaufschlagen und es läßt sich der zugehörige Spannungsabfall ermitteln, um insbesondere die temperaturabhängige Widerstandscharakteristik aufnehmen zu können.There can also be a third connection element 86 ( 9 ) can be provided, which is used to calibrate the resistance elements 42 serves. About this connector 86 the resistance elements 42 Apply current in a defined manner and the associated voltage drop can be determined, in particular to be able to record the temperature-dependent resistance characteristic.

Die mehrlagige Meßvorrichtung 10 wird durch bekannte Verfahren hergestellt, indem beispielsweise die erste Lage 24 zuerst hergestellt wird und sukzessive die zweite Lage 34, die dritte Lage 40 und die vierte Lage 54 gebildet werden. Anschließend wird die fünfte Lage 72 hergestellt.The multi-layer measuring device 10 is produced by known methods, for example by the first layer 24 the first layer is produced and the second layer successively 34 , the third layer 40 and the fourth layer 54 be formed. Then the fifth layer 72 manufactured.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind 7 × 7 Meßsegmente 20 vorgesehen, welche in einem Quadratgitter angeordnet sind. Zwischen benachbarten Meßsegmenten liegt ein Abstand von 0,2 mm. Eine Meßfläche entsprechend einer Kontaktfläche 22 weist eine Fläche von 50,2 mm × 50,2 mm auf.In one embodiment, 7 × 7 measurement segments 20 provided, which are arranged in a square grid. There is a distance of 0.2 mm between adjacent measuring segments. A measurement area corresponding to a contact area 22 has an area of 50.2 mm × 50.2 mm.

Ein Meßsegment 20 umfaßt 8 × 8 Stromleitungselemente 30 in einem Raster entsprechend einem regelmäßigen Quadratgitter mit einem Abstand von 0,9 mm. Der Durchmesser eines Stromleitungselements 30 beträgt 0,3 mm.A measuring segment 20 includes 8 × 8 power line elements 30 in a grid corresponding to a regular square grid with a distance of 0.9 mm. The diameter of a power line element 30 is 0.3 mm.

Die Meßwiderstände selber weisen bei dem Ausführungsbeispiel eine Länge von 1,9 mm zwischen den Anschlüssen 50 und 52 auf. Die Breite quer dazu beträgt 1 mm und die Höhe in der dritten Lage 40 12 μm. Bei 20°C beträgt der Widerstand 2,73 mΩ; bei 70°C beträgt der Widerstand 3,32 mΩ.The measuring resistors themselves have a length of 1.9 mm between the connections in the exemplary embodiment 50 and 52 on. The width across is 1 mm and the height in the third layer 40 12 μm. The resistance is at 20 ° C 2 , 73 mΩ; at 70 ° C the resistance is 3.32 mΩ.

Die Widerstandselemente 44 werden beim Ausführungsbeispiel durch zwölf Bahnen gebildet, welche im Abstand von 0,2 mm verlaufen und 10 mm lang sind.The resistance elements 44 are formed in the exemplary embodiment by twelve tracks, which run at a distance of 0.2 mm and are 10 mm long.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung 10 wird wie folgt eingesetzt:
Bei einem Kalibrierungsvorgang werden über das dritte Anschlußelement 86 die Widerstandselemente 42 ausgemessen, indem bei einer definierten Temperatur und definierter Strombeaufschlagung der Spannungsabfall an den einzelnen Widerstandselementen 42 gemessen wird. Die temperaturabhängigen Widerstandswerte werden gespeichert. Bei der Kalibrierungsmessung erfolgt kein Stromfluß über die Stromleitungselemente 30.The measuring device according to the invention 10 is used as follows:
During a calibration process, the third connection element 86 the resistance elements 42 measured by the voltage drop across the individual resistance elements at a defined temperature and a defined current 42 is measured. The temperature-dependent resistance values are saved. During the calibration measurement, there is no current flow through the power line elements 30 ,

Bei der Ausmessung der elektrochemischen Elektrode 12 wird die Meßvorrichtung 10 mit ihrer Oberfläche 18 an der Oberfläche dieser elektrochemischen Elektrode 12 positioniert. Bei Stromfluß wird der Strom über die Kontaktflächen 22 durch die Stromleitungselemente 30 durch die erste Lage 24 hindurch auf die jeweiligen Widerstandselemente 42 abgeleitet, die quer zu den Stromleitungselementen 30 orientiert sind. Der entsprechende Spannungsabfall wird gemessen und aus den gespeicherten Werten läßt sich dann der jedem Meßsegment 20 zugeordnete Stromwert ermitteln. Dadurch erhält man die lokale Stromverteilung an der elektrochemischen Elektrode.When measuring the electrochemical electrode 12 becomes the measuring device 10 with their surface 18 on the surface of this electrochemical electrode 12 positioned. When the current flows, the current flows through the contact surfaces 22 through the power line elements 30 through the first layer 24 through to the respective resistance elements 42 derived across the power line elements 30 are oriented. The corresponding voltage drop is measured and the stored values can then be used for each measuring segment 20 Determine the assigned current value. This gives the local current distribution at the electrochemical electrode.

Claims (27)

Meßvorrichtung zur Messung der lokalen Stromverteilung/Wärmeverteilung an einer elektrochemischen Elektrode (12), umfassend eine Mehrzahl von Meßsegmenten (20), wobei ein Meßsegment (20) ein Widerstandselement (42) und mindestens ein Stromleitungselement (30) aufweist, über welches die elektrochemische Elektrode (12) kontaktierbar ist und eine Stromableitung zu dem zugeordneten Widerstandselement (42) erfolgt, dadurch gekennzeichnet , daß das einem Meßsegment (20) zugeordnete Widerstandselement (42) so orientiert ist, daß der Stromfluß an diesem Widerstandselement (42) in einer Richtung quer zu der Stromflußrichtung an dem Stromleitungselement (30) erfolgt.Measuring device for measuring the local current distribution / heat distribution on an electrochemical electrode ( 12 ), comprising a plurality of measuring segments ( 20 ), with a measuring segment ( 20 ) a resistance element ( 42 ) and at least one power line element ( 30 ), via which the electrochemical electrode ( 12 ) can be contacted and a current discharge to the assigned resistance element ( 42 ), characterized in that the one measuring segment ( 20 ) assigned resistance element ( 42 ) is oriented so that the current flow at this resistance element ( 42 ) in a direction transverse to the direction of current flow on the current conducting element ( 30 ) he follows. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stromleitungselemente (30) quer zu einer der elektrochemischen Elektrode (12) zugewandten Oberfläche (18) der Meßvorrichtung angeordnet sind.Measuring device according to claim 1, characterized in that power line elements ( 30 ) across one of the electrochemical electrodes ( 12 ) facing surface ( 18 ) the measuring device are arranged. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (42) im wesentlichen parallel zu einer der elektrochemischen Elektrode (12) zugewandten Oberfläche (18) der Meßvorrichtung orientiert sind.Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the resistance elements ( 42 ) essentially parallel to one of the electrochemical electrodes ( 12 ) facing surface ( 18 ) of the measuring device are oriented. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßsegment (20) eine geschlossene Kontaktoberfläche (22) für die elektrochemische Elektrode (12) aufweist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a measuring segment ( 20 ) a closed contact surface ( 22 ) for the electrochemical electrode ( 12 ) having. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Stromleitungselementen (30) mit der Kontaktoberfläche (22) verbunden ist.Measuring device according to claim 4, characterized in that a plurality of power line elements ( 30 ) with the contact surface ( 22 ) connected is. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitungselemente (30) in einem Raster bezogen auf die Kontaktoberfläche (22) angeordnet sind.Measuring device according to claim 5, characterized in that the power line elements ( 30 ) in a grid based on the contact surface ( 22 ) are arranged. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktoberflächen (22) in einem Raster auf der der elektrochemischen Elektrode (12) zugewandten Oberfläche (18) der Meßvorrichtung angeordnet sind.Measuring device according to one of claims 4 to 6, characterized in that contact surfaces ( 22 ) in a grid on that of the electrochemical electrode ( 12 ) facing surface ( 18 ) the measuring device are arranged. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß Stromleitungselemente (30), welche von der Oberfläche (18) der Meßvorrichtung weg führen, welche der elektrochemischen Elektrode (12) zugewandt ist, derart ausgebildet sind, daß eine Gasdichtigkeit gewährleistet ist.Measuring device according to one of claims 2-7, characterized in that power line elements ( 30 ) which from the surface ( 18 ) away from the measuring device, which corresponds to the electrochemical electrode ( 12 ) is facing, are designed such that gas tightness is guaranteed. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Stromleitungselemente (30) Ausnehmungen (26) vorgesehen sind, welche gasdicht ausgefüllt sind.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that in order to form the power line elements ( 30 ) Recesses ( 26 ) are provided, which are filled gas-tight. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Widerstandselement (42) eine elektrische Spannung abgreifbar ist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that on each resistance element ( 42 ) an electrical voltage can be tapped. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (42) bezüglich ihres Widerstandswerts kalibrierbar sind.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance elements ( 42 ) can be calibrated with regard to their resistance value. Meßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstandselement (42) einen oder mehrere Kalibrierungsanschlüsse (80) aufweist.Measuring device according to claim 11, characterized in that a resistance element ( 42 ) one or more calibration connections ( 80 ) having. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Meßsegmente (57) zur Temperaturmessung vorgesehen sind.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more measuring segments ( 57 ) are provided for temperature measurement. Meßvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturmessungs-Meßsegment (57) ein Widerstandselement (44) bekannter Temperaturcharakteristik umfaßt. Measuring device according to claim 13, characterized in that a temperature measurement measuring segment ( 57 ) a resistance element ( 44 ) known temperature characteristics. Meßvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessungs-Meßsegmente (57) zwischen Meßsegmenten (20) für die Stromverteilung angeordnet sind.Measuring device according to claim 13 or 14, characterized in that the temperature measurement measuring segments ( 57 ) between measuring segments ( 20 ) are arranged for power distribution. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mehrlagigen Aufbau.measuring device according to one of the preceding claims, characterized by a multilayer structure. Meßvorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Lage (40), in welcher die Widerstandselemente (42) angeordnet sind.Measuring device according to claim 16, characterized by a layer ( 40 ) in which the resistance elements ( 42 ) are arranged. Meßvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch eine zweite Lage (24), in welcher Stromleitungselemente (30) angeordnet sind, welche zu einer der elektrochemischen Elektrode (12) zugewandten Oberfläche (18) der Meßvorrichtung führen.Measuring device according to claim 16 or 17, characterized by a second layer ( 24 ) in which power line elements ( 30 ) are arranged, which to one of the electrochemical electrode ( 12 ) facing surface ( 18 ) of the measuring device. Meßvorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine dritte Lage (34), welche zwischen der zweiten Lage (24) mit den Stromleitungselementen (30), welche zu der Oberfläche (18) führen, und der Lage (40) mit den Widerstandselementen (42) angeordnet ist, und welche Stromleitungselemente (38) zu den Widerstandselementen (42) umfaßt.Measuring device according to claim 18, characterized by a third layer ( 34 ) between the second layer ( 24 ) with the power line elements ( 30 ) which to the surface ( 18 ) and the location ( 40 ) with the resistance elements ( 42 ) is arranged, and which power line elements ( 38 ) to the resistance elements ( 42 ) includes. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, gekennzeichnet durch eine vierte Lage (54), welche Leitungen (78) für eine Kalibrierung der Widerstandselemente (42) umfaßt.Measuring device according to one of claims 16 to 19, characterized by a fourth layer ( 54 ) which lines ( 78 ) for a calibration of the resistance elements ( 42 ) includes. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, gekennzeichnet durch eine äußere Lage (72), welche für eine elektrische Kontaktierung einer Oberfläche der Meßvorrichtung sorgt, welche der Oberfläche (18), die der zu messenden elektrochemischen Elektrode (12) zugewandt ist, gegenüberliegend ist.Measuring device according to one of claims 16 to 20, characterized by an outer layer ( 72 ), which ensures electrical contacting of a surface of the measuring device, which of the surface ( 18 ) that of the electrochemical electrode to be measured ( 12 ) is facing, is opposite. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-21, durch gekennzeichnet, daß eine Kontakteinrichtung (72), welche der Oberfläche (18) der Meßvorrichtung gegenüberliegt, die der zu messenden elektrochemischen Elektrode (12) zugewandt ist, eine Äquipotentialfläche (74) umfaßt.Measuring device according to one of claims 2-21, characterized in that a contact device ( 72 ) which the surface ( 18 ) is opposite the measuring device which is the electrochemical electrode to be measured ( 12 ) faces an equipotential surface ( 74 ) includes. Meßvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtung (72) mit Kühlkanälen versehen ist.Measuring device according to claim 22, characterized in that the contact device ( 72 ) is provided with cooling channels. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Anschlußelement (82; 84) für einen Spannungsabgriff.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized by at least one connecting element ( 82 ; 84 ) for a voltage tap. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Anschlußelement (86) für eine Kalibrierungsmessung der Widerstandselemente (42).Measuring device according to one of the preceding claims, characterized by at least one connecting element ( 86 ) for a calibration measurement of the resistance elements ( 42 ). Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Integration in eine Kontaktplatte zur Anordnung zwischen einer benachbarten Anode (14) und der elektrochemischen Elektrode, Kathode (12).Measuring device according to one of the preceding claims, characterized by an integration in a contact plate for arrangement between an adjacent anode ( 14 ) and the electrochemical electrode, cathode ( 12 ). Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Integration in ein Gasverteilungselement, mittels welchem Reaktionsgas zu einer elektrochemischen Elektrode (12) zuführbar ist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized by an integrati on in a gas distribution element, by means of which reaction gas to an electrochemical electrode ( 12 ) can be fed.
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