视图；
[0028]图7示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置的装配结构图；
[0029]图8示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置的透视装配结构图；
[0030]图9(a)示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置中膜电极组件的装配图；
[0031]图9(b)示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置中一体化后的膜电极组件的结构图；
[0032]图1O示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置中阴极电流分区收集板PCBI的结构示意图；
[0033]图11示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置中阴极电流分区收集板的背面的结构示意图；
[0034]图12示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置中温湿度分区检测板PCB2的结构示意图；以及
[0035]图13示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置的堆叠结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]本发明提出一种基于多层PCB板(印刷电路板)的新型燃料电池分区电池装置及其内部性能表征部件，可实时监测电池内部各局部区域的实际反应电流密度分布，判断各种操作条件下燃料电池内部不同区域的反应性能及其性能衰减分布情况，同时通过内部设计的嵌入式温湿度传感器，测量出电池内部不同区域的温度与湿度分布，从而有目的性的改善电池的设计与操作参数，优化燃料电池性能与寿命，并大幅提高燃料电池研发效率。
[0040]该燃料电池装置包括依次贴合连接的阴极冷却板、阴极电流分区收集板、膜电极组件、阳极电流分区收集板、阳极冷却板，其中，膜电极组件包括交换膜，位于交换膜靠近阴极流场板的表面上的多个阴极催化剂层和多个阴极气体扩散层，以及位于交换膜靠近阳极流场板的表面上的多个阳极催化剂层和多个阳极气体扩散层；阴极冷却板靠近阴极集流板的表面上以及阳极冷却板靠近阳极集流板的表面上分别设置有多个流道覆盖区，每个流道覆盖区包括多条并行的冷却液体流道；阴极电流分区收集板和阳极电流分区收集板靠近膜电极组件的表面上均设置有多个流道覆盖区，每个流道覆盖区包括多条并行的气体流道，相邻气体流道之间设置有导电层，阴极组合式流场集流板远离膜电极组件的表面上设置有多个集流导电层，导电层与集流导电层电导通连接，每个集流导电层通过导线与集流端子连接，且每个导电层与集流端子之间的导线上串联有电流传感器。
[0041]上述燃料电池装置中，优选地，各阴极催化剂层和各阳极催化剂层在同一方向上以相同间隔依次排列，且多个阴极催化剂层的位置与各阳极催化剂层的位置一一对应。更优选地，阴极催化剂层和各阳极催化剂层具有相同的形状和尺寸。
[0042]上述膜电极组件还包括:覆盖于阴极催化剂层和阴极气体扩散层上的阴极密封垫片，以及覆盖于阳极催化剂层和阳极气体扩散层上的阳极密封垫，且阴极密封垫片具有面积和形状与阴极催化剂层相一致的中空区域，阳极密封垫片具有面积和形状与阳极催化剂层相一致的中空区域。各导电层的位置与阴极催化剂层的位置一一对应。各导电层与各阴极催化剂层具有相同的形状和尺寸。
[0043]燃料电池装置还包括设置于阴极电流分区收集板和阴极冷却板之间的温湿度分区检测板，温湿度分区检测板的表面上设置有通孔温湿度传感器，且温湿度传感器位于设置于相邻流道覆盖区之间的通孔中。阴极电流分区收集板和阳极电流分区收集板靠近膜电极组件的表面上还设置有多个反应分区，各反应分区的位置与各阴极催化剂层的位置一一对应。各反应分区与各阴极催化剂层具有相同的形状和尺寸。
[0044]进一步地，燃料电池装置还包括依次贴合于阴极冷却板上的阴极绝缘板和阴极端板，以及依次贴合于阳极冷却板上的阳极绝缘板和阳极端板，且燃料电池装置的所有部件通过螺栓紧固集成于一体。
[0045]本发明设计的燃料电池装置适用于质子交换膜燃料电池，也可适用于甲醇燃料电池、碱性燃料电池等。下面将以质子交换膜燃料电池(氢氧燃料电池)为例，并结合附图进一步说明本发明实施方式所提供的燃料电池装置。
[0046]图7示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置的装配结构图。其中，SSI，SS2分别为阴极端板与阳极端板，同时提供氢气、空气以及冷却水的进出口设计，通过端部螺栓的紧固将电池的所有部件装配集成于一体；CP1与CP2分别为阳极冷却板与阴极冷却板，其上刻有流道，供冷却水通过，以实现精确的电池温度梯度控制；PCB为基于多层印刷电路板设计的分区集流装置，由PCBl与PCB2部件构成，其中PCBl为电流分区收集板，PCB2为温湿度分区监测板;MEA为分区设计的膜电极组件，由质子交换膜、阴阳极催化剂层、阴阳极气体扩散层以及阴阳极密封垫片组成；TR为紧固螺栓，螺帽等。需要注意的是，阴极电流分区收集板和阳极电流分区收集板都为由PCBl与PCB2部件构成的PCB ;阴极电流分区收集板和阳极电流分区收集板互为对称结构。为了方便，图7中阳极电流分区收集板以PCBl和PCB2示出，而在图7中阴极电流分区收集板仅以PCB示出。
[0047]图8示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置的透视装配结构图。其中，Dl标注的箭头方向为氢气的流通路径；D2标注的虚线箭头方向为阳极冷却水的流通路径；D3标注的箭头方向为空气的流通路径；D4标注的虚线箭头方向为阴极冷却水的流通路径。(此处标注的氢气、空气与冷却水的流动方式，只是可行的流动方式的一种实例，并不局限于此种流动方式。氢气、空气与冷却水在电池中的流动方向可以是一致的，也可以是不一致的)
[0048]图9(b)示出了本发明实施方式所提供的燃料电池装置中一体化后的膜电极组件的结构图。M为交换膜(此处为质子交换膜)，MOOl为定位孔，M002为通孔以供冷却水穿过。在M的两侧分别涂有阴极催化剂和阳极催化剂，形成面积相等的区域(图中显示了十块区域)，由M003表示，在每个催化剂区域外侧覆盖有与催化剂区域面积相等的气体扩散层(包括阳极气体扩散层和阴极气体扩散层图中没有单独标出)(不同点)。Gl与G2分别为阴极密封垫片和阳极密封垫片，其中GOOl为定位孔，G002为通孔以供冷却水穿过，G003为中空区域，其面积及形状与催化剂涂覆区域M003 —致。
[0049]燃料电池装置的电流分区收集与温湿度分区采集部件为图7中的PCB，由PCBl与PCB2叠合构成，该部件能实现以下几个功能:(I)PCBl形成相互隔绝的相对独立的电池反应区域，以更为精确的测量不同区域的反应电流密度(隔绝相邻电池区域之间的横向电流)；(2)PCB2上集成温湿度传感器，以测量电池反应流场内部的温度与湿度分布。
[0050]图1O示出了本发明实施方式所提供的燃