配備有氫氣泄漏檢測器的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)。更特別地，其涉及能夠進行以監(jiān)測該設(shè)備的狀態(tài)和其運行管理為目的的測量的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池目前是在被作出以限制特別是交通方面的環(huán)境污染的努力的范圍中的大量研宄的主題。在那些研宄中，目前研宄最多的無疑是使用空氣或者純氧作為氧化劑的氫燃料電解發(fā)電機。呈水浸漬的聚合物膜的形式的固體電解質(zhì)的使用已經(jīng)提供了顯著的進步。另一方面，還存在特別是為了存儲呈化學(xué)能形式的電能的電解器的發(fā)展。
[0003]在研發(fā)這些新的解決方案的范圍中待解決的主要主題之一是安全性。具體地說，燃料電池不僅使用取自大氣的氣體，而且使用在壓力下存儲的氣體。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不論是直接在存儲器件處還是在該氣體從存儲器至燃料電池的傳送期間，這些氣體的不合需要的擴散都可能發(fā)生。由于這些氣體中的一些是易燃的，所以必須能夠快速地檢測其泄漏，以便避免對電池使用者危險的事故。此外，為了不過多地干擾燃料電池的運行，有用的是，能夠避免諸如將導(dǎo)致電池的不必要關(guān)斷的任何錯誤的泄漏檢測。
[0004]因此，近年來已經(jīng)研發(fā)了在燃料電池的環(huán)境氣體中的氣體、特別是氫氣的濃度的傳感器。所述傳感器以借助于具有加熱電阻的敏感單元測量熱導(dǎo)率為基礎(chǔ)，所述敏感單元的加熱或者耗散冷卻取決于周圍環(huán)境氣體的熱導(dǎo)率并且因此通常取決于所述周圍環(huán)境氣體的成分。因為與易于與氫氣混合的大部分常見氣體相比氫氣的熱導(dǎo)率非常高，所以這些相對緊湊并且使用簡單的傳感器特別適于氣體中氫氣水平的測量。
[0005]例如，公開的申請EP0291462描述了基于熱導(dǎo)率變化檢測空氣中的氣體的該原理。更確切地說，該文件公開了一種采用該原理的氣體微(型)傳感器。該微傳感器的敏感元件由通過化學(xué)侵蝕或者由硅基底濺射沉積的傳統(tǒng)技術(shù)獲得的氧化錫層構(gòu)成。
[0006]已經(jīng)設(shè)想了使用該類型的傳感器以便檢測周圍環(huán)境空氣中的可能在燃料電池的運行或關(guān)斷期間發(fā)生的氫氣泄漏。具體地說，對于這種傳感器來說，可以使用能夠產(chǎn)生表示所測得的氫氣濃度的模擬信號并且因此當(dāng)該濃度的大且意外的提高發(fā)生時能夠給出警告的微(型)控制器。然而，由于對應(yīng)于由于空氣中實際沒有氫氣而導(dǎo)致的零濃度測量的信號與對應(yīng)于由于裝置的傳感器和/或另一元件的故障而導(dǎo)致的零濃度測量的信號相類似，這種裝置的安全性缺陷已經(jīng)被觀察到。
[0007]因此，由于氫氣泄漏可能在未被檢測到的情況下發(fā)生，現(xiàn)有裝置未提供足夠的可靠性。本發(fā)明的目的是提供一種能夠滿足該可靠性要求的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，其設(shè)有用于檢測氣體泄漏的器件以及能夠?qū)崟r檢驗檢測裝置的正確運行的器件。
[0009]更確切地說，本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，其具有:電化學(xué)電池的疊置件(疊層)，每個所述電化學(xué)電池包括具有與電解質(zhì)電接觸的一個表面的至少一個電極板；連接至電路中的每個電池的所述表面、用于與所述疊置件的外部交換氣體的管件；
[0010]對圍繞所述疊置件的空氣中的氫氣濃度敏感的檢測器(傳感器)；所述傳感器包括直接暴露于所述氣體的組分的現(xiàn)場濃度中的敏感單元，以及
[0011]至少一個微(型)控制器。
[0012]所述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，微控制器包括用于基于濃度測量產(chǎn)生和傳輸模擬濃度信息的器件以及用于產(chǎn)生和傳輸檢測器的正確運行的模擬信號的器件。
[0013]有利地，濃度被測量的氣體是氫氣。
[0014]此外，在有利的實施例中，微控制器包括用于檢驗監(jiān)測儀和/或傳感器的一個或多個部件的完整性的器件。因此，狀態(tài)監(jiān)測儀的正確運行的該模擬信號的存在能夠警告使用者檢測裝置的元件故障。。
[0015]此外，在本發(fā)明的另一實施例中，微控制器包括檢驗濃度測量與所產(chǎn)生的模擬濃度信息的一致性的器件。
[0016]在本發(fā)明的另一實施例中，正確運行的模擬信號是常高信號。因此，當(dāng)裝置正確地運行時發(fā)出高信號，并且當(dāng)檢測到裝置的故障時發(fā)出低信號或者零信號。此外，這使得裝置的供應(yīng)(供電)中斷也能夠被解釋為故障，因為在該情況下不會發(fā)出模擬信號，這對應(yīng)于零信號。
[0017]在本發(fā)明的一種特定構(gòu)造中，檢測器或者狀態(tài)監(jiān)測儀包括單一模擬輸出(端)。在該情況下，表示所測得氣體濃度的信號和正確運行的信號必須在該單一輸出上發(fā)出。因此，在該構(gòu)造中，有用的是，正確運行的模擬信號是以有規(guī)律的時間間隔(每隔一定時間)發(fā)出的常高信號。這使得能夠在兩個信息項不會混亂的情況下在同一輸出上發(fā)出兩個獨立的信息項。
【附圖說明】
[0018]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將從以下給出的參考附圖的說明中顯現(xiàn)，所述附圖通過非限制性實例顯示本發(fā)明主題的實施例。
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明特別是在燃料電池中使用的、帶有其處理電子元件的氣體混合物中的氫氣濃度檢測器的實施例的高度簡化示意圖。
[0020]圖2顯示了由根據(jù)本發(fā)明的傳感器輸送的模擬信號的變化。
【具體實施方式】
[0021]圖1顯示了包括敏感電路的面板32的氫氣傳感器11的示意圖，所述面板由呈板片或者膜形式的基底、例如硅基底組成?；淄扛灿杏杀惶幚韱卧?2控制的電流源從供電端(子)133和供電端(子)134供電的集成或者沉積電加熱電阻132。面板32的表面之一包括溫度傳感器135，所述溫度傳感器135例如由所謂的PT100熱阻層形成，并由一組導(dǎo)體136連接至處理單元12，以便提供對應(yīng)于在加熱和散熱至周圍環(huán)境氣體的雙重作用下的敏感單元面板32的瞬時溫度的信號。此外，氫氣濃度傳感器11結(jié)合有溫度探測器138、例如PT100探測器，以便確定周圍環(huán)境氣體的溫度。例如，在1988年5月11日的專利文件EP0291 462 BI和1991年2月25日的專利文件EP O 501 089 Al中描述了這種傳感器的物理部件。
[0022]氫氣濃度傳感器11的處理單元12包括由4條信號線連接至敏感單元32的數(shù)字模塊82。在圖1中示意性示出的數(shù)字模塊82是算法功能的概要表示，其被安裝在微(型)控制器中并且包括用于計算預(yù)定用于燃料電池的控制單元的氫氣濃度傳感器11的輸出量的模塊81。
[0023]在處理單元12的輸出(端)處的第一線301通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器控制施加至面板32的傳感器的加熱電阻132的電壓。可以基于用于調(diào)節(jié)控制單元80中的加熱功率的站或級(stage) 311來控制電壓值。在下文中，假定加熱電阻以功率調(diào)節(jié)模式供電，雖然加熱電阻132的諸如電壓調(diào)節(jié)或者電流調(diào)節(jié)的其他供電模式也是可能的。
[0024]第二線303接收為流過加熱電阻132的電流的映像的電壓信號。該信息被處理單元12的輸入(端)處的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換，以便被用于監(jiān)測在氫氣濃度傳感器11的電阻132中實際耗散的加熱功率的電路313處理。在示意圖中可以看到，被發(fā)送至數(shù)字模塊82中的比較器320的該信息與在計算模塊81的輸出(端)322處產(chǎn)生的設(shè)定值進行比較。在數(shù)字模塊82中，這兩個量的比較結(jié)果控制加熱功率調(diào)節(jié)器311的輸入321。因此，敏感單元30的面板32的加熱由基于在數(shù)字模塊82的輸出322處在每個瞬間顯示的加熱功率的設(shè)定值的數(shù)字反饋回路產(chǎn)