[发明专利]用于燃料电池系统的压力传感器

说明书

技术领域

本发明总体涉及燃料电池系统，并且更具体地涉及在燃料电池系统的湿环境中使用的压力传感器。

背景技术

燃料电池已经被提出作为一种洁净、高效和环保的功率源用于电动车以及各种其它应用。尤其是，燃料电池已经被视作现代车辆中所用的传统内燃发动机的潜在替代者。

一类燃料电池称为质子交换膜（PEM）燃料电池。PEM燃料电池通常包括三个基本构件：阴极、阳极和电解质膜。阴极和阳极通常包括细分的催化剂，例如铂，支撑在碳颗粒上并且与离子聚合物混合。电解质膜夹在阴极和阳极层之间形成膜电极组件（MEA）。MEA通常设置在多孔扩散介质（DM）之间，该多孔扩散介质促进气态反应物的传输，气态反应物通常是来自氢源的氢和来自空气流的氧，以用于电化学燃料电池反应。在汽车应用中，单个的燃料电池经常串联地堆叠在一起以形成具有足够的电压来为电动车提供功率的燃料电池堆。DM和MEA压在一对导电板之间，在双极板情形中，该导电板在堆内相邻电池之间传导电流，而在处于堆的端部处的单极板情形中，该导电板向堆外传导电流。

每个板包含至少一个活性区域，该活性区域将气态反应物分配在阳极与阴极的主面之上。这些活性区域（也称为流场）通常包括多个流通道以便将气态反应物从进气歧管提供至PEM的两侧上的电极。特别地，氢通过该通道流向阳极，在那里催化剂促进其分离为质子和电子。在PEM的相对侧上，氧通过通道流到阴极，在阴极，氧吸引氢质子通过PEM。通过外部电路将电子作为有用的能量而俘获，并且在阴极侧电子与质子、氧结合以产生水蒸气。

通过这些通道的反应物的流量必须精确，以保持最优的燃料电池性能。反应物的流量通常由与反应物的流路连通的一个或多个压力传感器来监测。传感器的不精确的压力测量能够导致燃料电池内的低反应物压力。低的反应物压力能够导致对于产生期望的电输出所必需的反应物的不足供给。或者，不精确的压力测量能够导致高反应物压力，该高反应物压力能够造成其它问题。当燃料电池操作于零度以下的温度或低于水的冰点之下的温度时，已知的压力传感器可能会产生这些不精确的测量。这样的温度可能造成燃料电池内的水蒸气冷凝和结冰。结冰的冷凝物能够与反应物流路和压力传感器之间的连通相干扰，导致不精确的压力测量。随着时间的推移，结冰的冷凝物还可能造成压力传感器的腐蚀，降低传感器的可用寿命。

期望生产一种用于燃料电池系统的压力传感器，其尤其是在燃料电池系统内的水结冰的操作情况期间优化压力传感器的持久性和精度。

发明内容

根据本发明，发现了一种用于燃料电池系统的压力传感器，其尤其是在燃料电池系统内的水结冰的操作情况期间优化压力传感器的持久性和精度。

在一个实施例中，压力传感器包括：壳体，该壳体具有形成于其中的中空内部和从壳体向外延伸的入口管道；以及由所述入口管道和在所述壳体的壁中形成的孔而形成的连通路径，所述连通路径包括疏水特征，所述疏水特征防止不期望的材料在所述连通路径中的形成和累积中的至少一个，其中，所述连通路径允许流体流到所述壳体的内部以有利于流体的压力测量。

在另一实施例中，压力传感器包括：壳体，壳体具有形成于其中的中空内部和从壳体向外延伸的入口管道，该壳体具有形成于其中的连通路径，该连通路径包括入口管道和形成于壳体的壁中的孔，其中，连通路径允许流体流到壳体的内部以有利于流体的压力测量；以及至少部分地设置在连通路径中的疏水插入物，其防止不期望的材料在连通路径中的形成和累积的至少一个，疏水插入物具有设置在壳体的入口管道内的第一端和延伸进入流体流路中的第二端。

在另一个实施例中，压力传感器包括：壳体，该壳体具有形成于其中的中空内部和从壳体向外延伸的入口管道；以及由所述入口管道和在所述壳体的壁中形成的孔而形成的连通路径，所述入口管道的至少一部分包括使得表面为疏水的增强内表面，并防止不期望的材料在所述连通路径中的形成和累积中的至少一个，其中，所述连通路径允许流体流到所述壳体的内部以有利于流体的压力测量。

此外，本发明还涉及以下技术方案。

1. 一种压力传感器，包括：

壳体，具有形成于所述壳体中的中空内部和从所述壳体向外延伸的入口管道；以及

由所述入口管道和在所述壳体的壁中形成的孔而形成的连通路径，所述连通路径包括疏水特征，所述疏水特征防止不期望的材料在所述连通路径中的形成和累积中的至少一个，其中，所述连通路径允许流体流到所述壳体的内部以有利于流体的压力测量。