燃料电池电压采集装置、制作方法及燃料电池电堆制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种燃料电池电压采集装置、制作方法及燃料电池电堆。其中，燃料电池电压采集装置，包括：衬底层、覆盖层、导电层和弹垫；所述衬底层设置在覆盖层的下表面，所述导电层设置衬底层和覆盖层之间，所述导电层部分暴露，使得导电层暴露部分与采集点接触，所述弹垫设置在衬底层下表面，所述弹垫用于在导电层和采集点之间提供接触压力。将单体电池电压采集装置(CVP)与燃料电池边框集成，可以取消双极板上的巡检孔和巡检槽，避免了由于对双极板结构改变导致的双极板强度下降的问题；同时可以取消传统的CVP支架、弹圈、弹片等零部件，降低燃料电池系统冗余，提高集成度。提高集成度。提高集成度。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池电压采集装置、制作方法及燃料电池电堆


[0001]本专利技术属于燃料电池
，尤其是涉及一种燃料电池电压采集装置、制作方法及燃料电池电堆。

技术介绍

[0002]氢能和燃料电池系统是实现能源供应清洁化、优化能源消费结构的重要途径，可广泛应用到航空航天、交通运输、工业生产、家庭生活等各个领域。在燃料电池系统中，燃料电池电堆是发生电化学反应并产生电能的场所。燃料电池电堆一般由几十甚至上百片单体电池串联组成，每片单体电池的工作状态都将对整个电堆的性能和寿命产生直接影响。单体电池电压是反映单体电池工作状态最直观的参数指标，因此需要对电堆中单体电池电压进行在线实时监控，当发现某片单体电池的电压超出安全电压范围时，系统能够及时采取相应的故障处理措施或调整整机运行控制策略，以保证电堆的正常工作，从而保护电堆及延长电堆的使用寿命。
[0003]现有的单体电池电压采集装置(CVP)主要有插针式、胶粘式、弹片式和弹圈式。插针式CVP技术通过在双极板侧边上设置巡检孔，将巡检针插入巡检孔内，实现对单体电池电压信号的采集，如图1a所示。胶粘式CVP技术是通过强力胶将巡检线和双极板连接在一起，如图1b所示。金属弹片式或者弹圈式CVP技术需要在双极板侧边上开特殊形状的巡检槽，通过挤压力使金属弹片或弹圈嵌入双极板侧边的巡检槽内并与槽内壁抵接，实现对单体电池电压的采集，分别如图1c和图1d所示。
[0004]插针式CVP技术需要在双极板上预制巡检孔，预制巡检孔增加了双极板的结构设计难度，降低了双极板自身强度，同时容易出现插针松动脱落，导致电压信号丢失，难以承受使用工况的冲击振动，可靠性较差。胶粘式CVP技术的生产、安装工艺复杂，为了保证足够的粘接强度，一般会选择有极强粘性的强力胶，强力胶粘在电堆表面，使电堆的拆装维护性变差，另外随着电堆运行工况变化，电堆表面的温度、外形均会发生变化，这种变化将造成强力胶老化脱落，可靠性严重下降。金属弹片式或者弹圈式CVP技术需要在双极板侧边上开特殊形状的巡检槽，使双极板机构设计更加复杂，使双极板强度下降，另外在实际工况的冲击振动条件下，金属弹片和金属弹圈容易从巡检槽内脱落，出现虚接和短路等情况。同时，金属弹片和金属弹圈长时间保持压缩状态易造成金属疲劳，导致金属弹片或弹圈与双极板接触不良，电压信号丢失，可靠性较差。此外，上述插针式、胶粘式、弹片式和弹圈式CVP大多以手工安装为主，生产效率低，难以大规模批量化应用。
[0005]综上所述，专利技术人在实施本专利技术技术方案过程中发现，现有技术存在以下问题：
[0006]①
现有CVP技术需要在双极板上预制巡检孔或巡检槽，增加双极板的结构设计难度，降低了双极板强度；
②
现有CVP技术容易出现巡检线脱落、金属弹片或弹圈与双极板接触不良和电压信号丢失等可靠性差的技术问题；
③
现有CVP技术大多以手动安装为主，生产效率低，难以大规模批量化自动化应用。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种燃料电池电压采集装置、制作方法及燃料电池电堆。
[0008]第一方面，本公开实施例提供了一种燃料电池电压采集装置，包括：衬底层、覆盖层、导电层和弹垫；
[0009]所述衬底层设置在覆盖层的下表面，所述导电层设置衬底层和覆盖层之间，所述导电层部分暴露，使得导电层暴露部分与采集点接触，所述弹垫设置在衬底层下表面，所述弹垫用于在导电层和采集点之间提供接触压力。
[0010]可选的，还包括焊点孔和接触孔，所述覆盖层的第一侧设置第一边耳，所述焊点孔和接触孔设置在第一边耳上，所述导电层通过接触孔穿过覆盖层，导电层穿过接触孔的部分位于覆盖层上表面，导电层未穿过接触孔的部分位于覆盖层下表面；相对于接触孔的导电层远端在焊点孔暴露；所述衬底层上设置第二边耳，所述第二边耳与第一边耳相应设置，所述导电层未穿过接触孔的部分位于覆盖层下表面，所述弹垫用于保证接触点与采集点紧密接触；所述焊点孔和接触孔上方均设置镍层和金层。
[0011]第二方面，本公开实施例还提供了一种第一方面所述的采集装置的制备方法，包括：
[0012]制备衬底层、覆盖层和导电层，覆盖层上设置第一边耳，衬底层上设置第二边耳，在第一边耳上设置焊点孔和接触孔；
[0013]在导电层下表面涂覆胶层L4，在衬底层下表面涂覆胶层L5，将导电层的一端穿过接触孔，穿出部分贴附于覆盖层的上表面，未穿出部分贴附于覆盖层的下表面，将衬底层贴附于覆盖层的下表面，在焊点孔处形成焊盘，在接触孔处形成触点；
[0014]分别在触点和焊盘的上表面电镀镍层用作黏结层；
[0015]在镍层上电镀金层，金层用于防止器件在含水含氧环境下腐蚀失效；
[0016]用胶层L9将弹垫粘贴于衬底层的下表面，弹垫粘位于金层对应位置，弹垫用于在导电层和燃料电池双极板之间提供足够的接触压力。
[0017]可选的，形成焊盘之后还包括：在焊盘上焊接导线并在焊点上涂覆环氧树脂胶，以防止焊点受水氧环境的侵蚀。
[0018]可选的，所述导电层包括柔性基底层、胶层L3和铜箔层；
[0019]所述胶层L3涂覆在柔性基底层的上表面，所述铜箔层贴附于胶层L3上表面。
[0020]可选的，所述柔性基底层使用PEN薄膜。
[0021]可选的，所述衬底层和覆盖层使用PEN或P。
[0022]第三方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池电堆，包括第一方面所述的采集装置和双极板，所述采集装置与双极板间隔设置，导电层与相邻的双极板紧密电连接，使用两个采集装置分别采集单体电池两个双极板的电压，基于两个采集装置的电压差得到单体电池电压。
[0023]可选的，导电层与采集点的接触处位于密封圈外。
[0024]可选的，导电层与采集点的接触处位于密封圈内。
[0025]本专利技术提供的燃料电池电压采集装置，将单体电池电压采集装置(CVP)与燃料电池边框集成，可以取消双极板上的巡检孔和巡检槽，避免了由于对双极板结构改变导致的
双极板强度下降的问题；同时可以取消传统的CVP支架、弹圈、弹片等零部件，降低燃料电池系统冗余，提高集成度。
[0026]采用柔性导电薄膜CVP技术，利用导电薄膜、柔性衬底、弹垫实现CVP和双极板的软连接，大大提高了电压采集可靠性，避免了巡检线脱落、金属弹圈或弹片与双极板接触不良和电压信号丢失等问题。
[0027]将CVP与燃料电池边框集成，在装堆过程中即可完成CVP安装，从而实现大规模、批量化、自动化CVP安装，避免了现有的CVP技术需要手工安装，生产效率低的问题。
附图说明
[0028]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0029]图1a为现有技术中插针式CVP结构示意图；
[0030]图1b为现有技术中胶粘式CVP结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电压采集装置，其特征在于，包括：衬底层、覆盖层、导电层和弹垫；所述衬底层设置在覆盖层的下表面，所述导电层设置衬底层和覆盖层之间，所述导电层部分暴露，使得导电层暴露部分与采集点接触，所述弹垫设置在衬底层下表面，所述弹垫用于在导电层和采集点之间提供接触压力。2.根据权利要求1所述的燃料电池电压采集装置，其特征在于，还包括焊点孔和接触孔，所述覆盖层的第一侧设置第一边耳，所述焊点孔和接触孔设置在第一边耳上，所述导电层通过接触孔穿过覆盖层，导电层穿过接触孔的部分位于覆盖层上表面，导电层未穿过接触孔的部分位于覆盖层下表面；相对于接触孔的导电层远端在焊点孔暴露；所述衬底层上设置第二边耳，所述第二边耳与第一边耳相应设置，所述导电层未穿过接触孔的部分位于覆盖层和衬底层中间，所述弹垫用于保证接触点与采集点紧密接触；所述焊点孔和接触孔上方均设置镍层和金层。3.一种权利要求1或2所述的采集装置的制备方法，其特征在于，包括：制备衬底层、覆盖层和导电层，覆盖层上设置第一边耳，衬底层上设置第二边耳，在第一边耳上设置焊点孔和接触孔；在导电层下表面涂覆胶层L4，在衬底层下表面涂覆胶层L5，将导电层的一端穿过接触孔，穿出部分贴附于覆盖层的上表面，未穿出部分贴附于覆盖层的下表面，将衬底层贴附于覆盖层的下表面，在焊点孔处形成焊盘，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张硕猛，方川，李飞强，张国强，汪如意，刘海涛，段宇廷，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：