CN101199073B - 设计成用来确保工作稳定性的燃料电池*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种被设计成能确保燃料电池组工作稳定性的燃料电池控制***。该***包含磁性传感器和控制器。磁性传感器用以测量电流所产生磁场的磁通量密度的变化，所述电流是由每个燃料电池中进行的电化学反应产生的。控制器被设计成能分析由磁性传感器测得的磁通量密度的变化以确定引起燃料电池组中局部出现发电能力下降的原因和位置。控制器可采取预定的措施以控制燃料电池组的工作，从而消除该燃料电池组发电能力下降的现象。

Description

设计成用来确保工作稳定性的燃料电池***
技术领域
本发明总的来说涉及一种燃料电池***，它被设计成能利用磁性传感器监测燃料电池组(fuel cell stack)中电流的分布，更具体地讲，涉及这样一种***，它可以确定引起燃料电池组发电能力下降的原因和位置，并采取选定的措施以消除该原因。
背景技术
燃料电池，尤其是固态聚合物燃料电池正被研发用于固定动力***或机动车辆的移动动力***。
如本技术领域中众所周知的，燃料电池用以将氢和氧电化学反应产生的能量转化为电能。具体地说，氢气(燃料)和氧气(空气)被输送至燃料电池并在电极发生电化学反应，其具有以下形式：
燃料电极    H2→2H++2e-
空气电极    2H++1/2O2+2e-→H2O
电池        H2+1/2O2→H2O
典型的燃料电池包括由电解质薄膜和固定在电解质薄膜两个侧面的空气电极、燃料电极组成的装置以及使装置保持在它们之间的分隔器(separator)。分隔器中设有气体流路。燃料电池中氧气被输送至空气电极而氢气被输送至燃料电极以产生电力。通常单个燃料电池难以提供足够实际使用的电力。多个燃料电池往往被装配成一组并串联起来以产生大量的电力。
燃料电池组的其中一个工作目的是要利用尽可能少的燃料气体(氢气)和空气(氧气)供应来产生最大量的电力。固态聚合物燃料电池组通常需要有湿气作为质子传输的媒介。为此，燃料气体在被输送至燃料电池组之前应该加湿。
燃料电池组中的反应产生水。然而，燃料电池组中过量的湿气会妨碍反应进行，从而引起燃料电池组发电能力的下降。因此，燃料电池组中的湿气量必须保持在有限范围内。
燃料电池组中的每个燃料电池也要求将湿气量保持在有限范围内。即使输送至燃料电池组气体的温度、压力或湿度得到控制而使燃料电池组的工作保持在所要求的状态，其中任何一个燃料电池也都有可能部分偏离所要求的状态。在这种情况下，这个燃料电池就不能产生所要求的电量，从而导致其发电面积的减小。这会加快这个发电部位的老化，于是使燃料电池组总的使用寿命减小。因此，必须使每个燃料电池中的湿气保持在所要求的值。
燃料电池组的工作状态一般是通过测量每个燃料电池的输出电压来监测的。具体地说，当其中某个燃料电池的输出电压发生不希望有的下降时，这个燃料电池可以被确定为出现故障。日本首次公报No.9-259913中介绍了一种燃料电池***，它被设计成能分析燃料电池组中的电流分布以判定对于燃料电池组中的反应来说气体供应是够还是不够。这种燃料电池***可控制输送至燃料电池组的气体流率或燃料电池组上的电负荷从而使燃料电池组的故障减到最少。这种燃料电池***能够监测燃料电池产生电力的能力，然而却不能诊断其中某个燃料电池是否有一部分不能产生电力。
发明内容
因此，本发明的主要目的是要提供一种燃料电池***，它可监测燃料电池组的发电状态以确保其工作稳定性。
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池控制装置，它被设计成能诊断燃料电池组的工作情况以确保所要求数量的电力。这种装置包括：(a)磁性传感器，其用以输出作为磁场的磁通量密度之函数的信号，所述磁场在燃料电池组的一部分周围产生，每个燃料电池中电化学反应所产生的电流流过这一部分；和控制器，其被设计成能分析从磁性传感器输出的信号以检测因该燃料电池组中局部出现发电能力下降而引起的磁通量密度的变化。控制器可采取预定的措施以控制燃料电池组的工作从而消除该燃料电池组发电能力下降的现象。具体地说，这种装置被设计成能诊断燃料电池组性能的部分下降并能消除这一缺陷以确保燃料电池组的工作稳定性。
在本发明的优选方式中，控制器把从磁性传感器输出的信号的值与一参考值作比较，该参考值是在所述燃料电池组正常工作以产生所要求电量的情况下预先确定的。当发现所述信号值与参考值之间有差异时，控制器采取预定的措施以消除该燃料电池组发电能力下降的现象。
磁性传感器所处位置对于其中一个燃料电池周围所产生磁场的选定部分是能够进行感测的。
磁性传感器可以固定于其中一个燃料电池的选定部分。
磁性传感器或者可以安置在其中一个燃料电池的选定部分中。
磁性传感器可以被安置在燃料电池组长度的中间。
每个燃料电池由一单元构成，所述单元包含由电解质薄膜、燃料电极和空气电极组成的组件，燃料侧分隔器，以及空气侧分隔器。燃料侧分隔器和空气侧分隔器分别固定在燃料电极和空气电极上。磁性传感器布置在燃料侧分隔器和空气侧分隔器的其中一个上面。
磁性传感器或者可以安装在燃料侧分隔器和空气侧分隔器的其中一个里面。
当检测到磁通量密度发生变化时，控制器选择对应于磁场选定部分的其中一个预定措施，并执行这个措施以控制燃料电池组的工作，从而消除磁通量密度的变化。
燃料电池组中的每个燃料电池具有通过那里将空气输送至燃料电池的空气入口、从那里排出空气的空气出口、通过那里将氢气输送至燃料电池的氢气入口、以及从那里排出氢气的氢气出口。磁性传感器所处位置对于空气入口、空气出口、氢气入口和氢气出口的其中一个周围出现的磁场的一部分是能够进行感测的。
燃料电池控制装置还可以包含第二磁性传感器，它对于空气入口、空气出口、氢气入口和氢气出口的其中另一个周围出现的磁场的一部分是能够进行感测的。控制器把从所述磁性传感器和所述第二磁性传感器输出的信号的值与参考值作比较，参考值是在燃料电池组正常工作以产生所要求电量的情况下预先确定的。当发现至少有一个信号值与相应的其中一个参考值之间有差异时，控制器选择其中一个预定措施以消除这种差异。
一集电器被布置在燃料电池组的其中一个端部上，由燃料电池组产生的电流从那里输出。
根据本发明的第二个方面，提供了一种测量燃料电池组中电流分布的方法，该燃料电池组的长度中包含多个燃料电池构成的叠组，它们分别由第一分隔器和第二分隔器以及夹在第一分隔器和第二分隔器之间的组件构成。该组件包括电解质、固定于电解质的第一表面上的空气电极、以及固定于电解质的与第一表面相反的第二表面上的燃料电极。这种方法包括以下步骤：(a)在燃料电池组的垂直于其长度的周边上设置磁性传感器，以测量由流过燃料电池组长度的电流所产生的磁场；(b)根据磁性传感器测得的磁场来确定燃料电池组中的电流分布。
在本发明的优选方式中，磁性传感器被安置在燃料电池组长度的中间。
这种方法还可以包括在燃料电池组的周边上设置额外的磁性传感器。
根据本发明的第三个方面，提供了一种燃料电池组，它包括：(a)装配成叠组(stack)的多个燃料电池，燃料电池中的每一个包括电解质、固定于电解质的第一表面上的空气电极、固定于电解质的与第一表面相反的第二表面上的燃料电极、以及将电解质、空气电极和燃料电极的组件夹在其中间的带有气体流路的分隔器；和(b)布置在燃料电池组的垂直于其长度的周边上的磁性传感器。
在本发明的优选方式中，磁性传感器被安置在电池组长度的中间。
燃料电池组还可以包括布置在其周边上的额外的传感器。
燃料电池组还可以包含一电流分布确定电路，它利用磁性传感器的输出来确定燃料电池组中的电流分布，所述输出是作为磁通量密度变化的函数而产生的。
根据本发明的第四个方面，提供了一种控制燃料电池组工作的方法，该燃料电池组的长度中包含多个燃料电池构成的叠组，它们分别由第一分隔器和第二分隔器以及夹在第一分隔器和第二分隔器之间的组件构成。该组件包括电解质、固定于电解质的第一表面上的空气电极、以及固定于电解质的与第一表面相反的第二表面上的燃料电极。这种方法包括以下步骤：(a)根据磁场来确定由燃料电池组产生的电量分布，所述磁场由流过燃料电池组长度的电流产生并用磁性传感器测得；和(b)根据电量分布来控制对燃料电池组的气体供应。
在本发明的优选方式中，磁性传感器被安置在电池组长度的中间。
这种方法还可以包括在燃料电池组的周边上设置额外的传感器。
所述控制步骤控制输送至空气电极和燃料电极的其中之一的气体的流率或气体的湿度。
根据本发明的第五个方面，提供了一种测量燃料电池组中电流分布的方法，该燃料电池组的长度中包含多个燃料电池构成的叠组，它们分别由第一分隔器和第二分隔器以及夹在第一分隔器和第二分隔器之间的组件构成。该组件包括电解质、固定于电解质的第一表面上的空气电极、以及固定于电解质的与第一表面相反的第二表面上的燃料电极。一集电器布置在燃料电池组长度的一端部，用以沿垂直于燃料电池组长度的方向输出由燃料电池组产生的电流。这种方法包括以下步骤：(a)在燃料电池组长度的一端部设置磁性传感器，以测量由流过集电器的电流所产生的磁场；和(b)根据磁性传感器测得的磁场来确定燃料电池组中的电流分布。
在本发明的优选方式中，集电器是集电板。磁性传感器用来测量集电板周围的磁场。
这种方法还可以包括，在燃料电池组长度的端部设置额外的磁性传感器。
根据本发明的第六个方面，提供了一种燃料电池组，它包括：(a)装配成叠组的多个燃料电池，燃料电池中的每一个包括电解质、固定于电解质的第一表面上的空气电极、固定于电解质的与第一表面相反的第二表面上的燃料电极、以及将电解质、空气电极和燃料电极的组件夹在其中间的带有气体流路的分隔器；(b)布置在燃料电池组长度一端部的集电器，用以输出由燃料电池组产生的电流；和(c)用以测量集电器周围所产生磁场的磁性传感器。
在本发明的优选方式中，集电器是集电板。磁性传感器用来测量集电板周围的磁场。
这种燃料电池组还可以包括在燃料电池组长度的端部上的额外的磁性传感器。
燃料电池组还可以包含一电流分布确定电路，它利用磁性传感器的输出来确定燃料电池组中的电流分布，所述输出是作为磁场的磁通量密度变化的函数而产生的。
根据本发明的第七个方面，提供了一种控制燃料电池组工作的方法，该燃料电池组的长度中包含多个燃料电池构成的叠组，它们分别由第一分隔器和第二分隔器以及夹在第一分隔器和第二分隔器之间的组件构成。该组件包括电解质、固定于电解质的第一表面上的空气电极、以及固定于电解质的与第一表面相反的第二表面上的燃料电极。一集电器布置在燃料电池组长度的一端部，用以沿垂直于燃料电池组长度的方向输出由燃料电池组产生的电流。这种方法包括以下步骤：(a)根据磁场来确定由燃料电池组产生的电量分布，所述磁场由流过集电器的电流产生并用磁性传感器测得；和(b)根据电量分布来控制对燃料电池组的气体供应。
在本发明的优选方式中，集电器是集电板。磁性传感器用来测量集电板周围的磁场。
这种方法还可以包括，在燃料电池组长度的端部设置额外的磁性传感器。
所述控制步骤控制输送至空气电极和燃料电极的其中之一的气体的流率或气体的湿度。
附图说明
图1是一框图，示出了根据本发明第一个实施例的燃料电池***；
图2是用图1中燃料电池***控制的燃料电池组的透视图；
图3是一局部纵向剖视图，示出了图2燃料电池组中每个燃料电池的结构；
图4是一平面图，示出了固定于燃料电池空气电极的分隔器；
图5是一平面图，示出了固定于燃料电池燃料电极的分隔器；
图6是一平面图，示出了燃料电池的电力产生区域；
图7是一平面图，示出了图6中所示电力产生区域周围生成的磁场；
图8是一平面图，示出了其中有一电化学反应失效区(disable area)的燃料电池；
图9是一平面图，示出了图8中燃料电池周围生成的磁场；
图10是一平面图，示出了固定在燃料电池空气电极上的分隔器的一种变型，其中安装有一磁性传感器；
图11(a)是一平面图，示出了固定在燃料电池空气电极上的分隔器的另一种变型，其中安装有一磁性传感器；
图11(b)是一截面视图，示出了其中安装有磁性传感器的燃料电池的内部结构；
图11(c)是一平面图，示出了安装在图11(b)燃料电池中的磁性传感器；
图12是一框图，示出了根据本发明第二个实施例的燃料电池***；
图13是安装在图12燃料电池***中的燃料电池组的平面图；
图14是一平面图，示出了由图13中燃料电池组产生的电流所流过的集电板；
图15是一透视图，示出了图14中集电板周围生成的磁场；
图16是一平面图，示出了当燃料电池组中某个燃料电池有一部分不能发电时的集电板；
图17是一透视图，示出了图16中集电板周围生成的磁场；和
图18是一透视图，示出了固定在集电板上的绝缘板，其中安装有磁性传感器。
具体实施方式
现在参见附图，在这些附图中相同的标号表示相同的部件，具体地说，图1示出了根据本发明第一个实施例的燃料电池***200，它被设计成能监测燃料电池组1发电能力的下降，确定其原因并控制燃料电池组1的工作以消除这一原因，从而确保燃料电池组1的工作稳定性。
图2示出了安装在燃料电池***200中的燃料电池装置100。燃料电池装置100包括燃料电池组1和磁性传感器2。
燃料电池组1由装配成叠组的多个燃料电池3构成。每个燃料电池3比如可以是固态聚合物燃料电池，并且象图3中所清楚示出的那样包括膜电极组件(MEA)和分隔器33、34。MEA由电解质薄膜30、空气电极(即阴极)31和燃料电极(即阳极)32构成。空气电极31和燃料电极32固定在电解质薄膜30的两面。MEA夹在分隔器33和34之间。分隔器33和34在下面也可分别被称作空气侧分隔器和燃料侧分隔器。磁性传感器2安装在燃料电池组1的外侧面上并围绕燃料电池组1的四周排列。
磁性传感器2位于电解质薄膜30以外的部位，其中磁性传感器2对燃料电池组1产生的磁场能够进行感测，它可以布置在离开燃料电池组1外表面给定距离处、布置在燃料电池组1的外表面上或是布置在燃料电池组1的外表面中。如后面将要详细介绍的那样，磁性传感器2最好尽可能靠近每个电池3中发生电化学反应的电力产生区域150布置。分隔器33和34的尺寸(即面积)大于每个电池3中的电力产生区域150。
每个磁性传感器2可以是已知的能够测量它所处位置磁场的任何一种磁性传感器。如果燃料电池组1是典型的聚合物电解质燃料电池组，其中电力产生区域150的面积为400平方厘米，电流密度为1安培/平方厘米，那么磁通量密度的最大值约为±6×10-4特斯拉(6高斯)。因此，磁性传感器2可以是霍耳传感器、磁阻元件或磁选通器传感器。其中易于测量垂直于电池3厚度延伸的平面上的磁场强度的磁性传感器最适合于用作磁性传感器2。
每个分隔器33和34用导电材料制成并起到电极接线板的作用。具体地说，燃料侧分隔器34起到负(-)电极端的作用，而空气侧分隔器33起到正(+)电极端的作用。图3示意性地示出了每个电池3的结构。空气侧和燃料侧分隔器33和34、空气电极31、燃料电极32以及电解质薄膜30实际上比图3中所示沿图纸面纵向的长度大很多。空气侧分隔器33和燃料侧分隔器34中的每一个实际上比电解质薄膜30的厚度大很多。举例来说，空气侧分隔器33和燃料侧分隔器34中每一个的厚度为1至2毫米。每个MEA包括电解质薄膜30、气体扩散层和催化剂，总的厚度为0.5毫米。每个电极31和32包括气体扩散层，其厚度大约为0.2毫米。催化剂布置在空气电极31和电解质薄膜30之间以及燃料电极32和电解质薄膜30之间。
图4示出了空气侧分隔器33的结构。空气侧分隔器33中设有空气流动孔330、空气入口331、空气出口333以及空气排放孔334。空气流动孔330经过空气入口331通向空气流动槽332的上游端。空气流动槽332在其下游端经过空气出口333通向空气排放孔334。空气从空气供应路径(未在图4中示出)输送至空气流动孔330，经过空气入口331流入空气流动槽332，然后到达其中某个电池3的电力产生区域150。接着空气经过空气出口333从空气流动槽332流出至空气排放孔334，并排放到空气排放路径(未在图4中示出)。空气供应路径通过增湿器42通向空气泵40，如图1中所示。空气排放路径通向空气排放器45。
空气侧分隔器33还包括氢气流动孔335和氢气排放孔336。氢气流动孔335通向氢气供应路径(未示出)。氢气排放孔336通向氢气排放路径(未示出)。氢气供应路径和氢气排放路径通向氢气供应器50和氢气排放器55，如图1中所示。
图5示出了燃料侧分隔器34的结构。燃料侧分隔器34中设有氢气流动孔340、氢气入口341、氢气出口343和氢气排放孔344。氢气流动孔340与空气侧分隔器33的氢气流动孔335相连以构成通向氢气供应路径的氢气入口路径。氢气排放孔344与空气侧分隔器33的氢气排放孔336相连以构成通向氢气排放路径的氢气出口路径。氢气流动孔340经过氢气入口341通向氢气流动槽342的上游端。氢气流动槽342在其下游端经过氢气出口343通向氢气排放孔344。氢气从氢气供应公共路径输送至氢气流动孔340，经过氢气入口341流入氢气流动槽342，然后到达其中某个电池3的电力产生区域150。接着氢气经过氢气出口343从氢气流动槽342流出至氢气排放孔344，并排放到氢气排放公共路径。
燃料侧分隔器34还包括空气流动孔345和空气排放孔346。空气流动孔345与空气侧分隔器33的空气流动孔330相连以构成通向空气供应路径的空气入口路径。空气排放孔346与空气侧分隔器33的空气排放孔334相连以构成与空气排放路径相连的空气出口路径。
空气侧分隔器33和燃料侧分隔器34中设有冷却剂流动孔337和冷却剂流动孔347，它们构成可使冷却剂再循环的冷却剂流动路径。
燃料电池组1比如可以由五十个(50)相互重叠的电池3以及将电池3夹在中间的分隔器33和34构成。分隔器33和34、电极31和32、以及电解质薄膜30被装配成一个单元(即燃料电池3)。燃料电池组1的所有分隔器33和34实际上相互面对面接合排列以构成空气入口和出口路径以及氢气入口和出口路径。
注意为了图示简洁起见，图4和5中所示的空气侧分隔器33和燃料侧分隔器34是从图3中燃料电池3的左侧看的。空气侧分隔器33和燃料侧分隔器34可以是任何已知的类型而且并不构成本发明的主要部分。因此在这里不会详细介绍。作为实例，日本专利首次公报No.11-339828中公开了可用于燃料电池组1的分隔器，该公报的内容通过引用而结合于本文中。
回头参见图2，燃料电池装置100还包括固定于燃料电池组1末端的集电板10。每个集电板10用方形金属板制成并具有沿垂直于燃料电池组1纵向的方向向外延伸的接线端(未示出)。集电板10的接线端还分别引向最外面两个燃料电池3的电极31和32。在装配燃料电池组1时，沿其纵向通过绝缘板用压板11从集电板10的外侧压紧燃料电池组1并使其固定以确保燃料电池组1的气密性和增强燃料电池3间的粘着力。
燃料电池组1具有给定的长度而且其截面是基本上方形的。每个磁性传感器2沿燃料电池组1的纵长方向分别安装在它四个侧面的中央。
回头参见图1，燃料电池***还包括空气泵40、增湿器42、装有止回阀的空气排放器45、氢气供应器50、装有止回阀的氢气排放器55、以及控制器6。空气泵40可以设有压力调节阀并用以将空气输送至增湿器42。增湿器42对空气加湿并通过空气输送公共路径将空气输送至每个燃料电池3。空气排放器45通过空气排放公共路径与每个燃料电池3相连。氢气供应器50包括一个泵或压力调节阀以及一个增湿器，用来通过氢气供应公共路径将氢气从氢气罐(未示出)输送至每个燃料电池3。氢气排放器55与氢气排放公共路径相连。冷却剂流动路径与冷却剂供应源以及排放器(未示出)相连。氢气供应器50设有氢气流率调节器和湿气流率调节器。空气泵40设有空气流率调节器。增湿器42设有湿气流率调节器。
控制器6与磁性传感器2、空气泵40、增湿器42、空气排放器45、氢气供应器50、以及氢气排放器55相连。控制器6用来控制氢气供应器50的氢气流率调节器、空气泵40的空气流率调节器、氢气供应器50的湿气流率调节器以及增湿器42的工作以选择性地调节氢气和空气的流率以及氢气和空气中所含湿气的数量。具体地说，控制器6可根据磁性传感器2的检测结果分析磁通量密度的变化以确定燃料电池组1中的电流分布，发现导致电流分布局部变化或不均匀的因素(比如燃料电池组1的性能下降)，并调节将要输送至燃料电池组1的氢气或空气的流率或者调节氢气或空气中所含湿气的数量以消除电流分布的不均匀性。
下面将介绍利用磁性传感器2得到燃料电池组1中电流分布的原理。
每个磁性传感器2可产生作为磁场(即磁通量密度)函数的输出，所述磁场是由沿燃料电池组1的长度方向(即每个电池3的宽度方向)流过燃料电池组1的电流产生的。
一般来说，通过无穷长导体的电流i(安培)将在距离导体达r(米)处产生如下面等式(1)所表示的磁通量密度B(韦伯/平方米)(即右手螺旋定则)。
B＝2×10-7(i/r)    (1)
当燃料电池组1工作时，由每个燃料电池3产生的电流沿纵向流过燃料电池组1。这将沿燃料电池组1的周围产生磁场。燃料电池组1中的每个电池3具有给定的截面。如果讲这一截面分成许多个分立的细小面积，燃料电池组1中产生的磁场可以被认为是流过各细小面积的电流所产生磁场的和。如果这些细小面积的其中一个或一些中没有电流经过(即没有电力产生)，就意味着产生电能的能力下降(即经过其中一个或一些细小面积的电流减少)，这将导致燃料电池组1周围的磁通量密度发生变化。控制器6利用磁性传感器2的输出监测这种变化，以确定燃料电池组1中电流分布的变化。
一般来说，假如电流流入有限的面积，在此有限面积上磁通量密度的分布可通过汇集由电流流动产生的磁通量来确定。下面将参见图6至9来说明燃料电池组1中作为电流分布函数而形成的磁场的磁通量密度，条件是燃料电池组1(即每个电池3)和一物体(未示出)比如燃料电池组外壳或燃料电池组支架的磁导率与空气是相同的。
假定每个电池3，如图6中所示，具有方形的可产生电力区域130。可产生电力区域130是电化学反应的发生区域，实际上它是电池3中由电解质薄膜30、空气电极31以及燃料电极32构成的面积，氢气和氧气被输送到那里。
在图6所示的电池3中，整个可产生电力区域130(即阴影线部分)上产生电力。当电化学反应进行而使电流垂直于图纸面从其前面向里流动时，将产生如顺时针方向磁力线所示的磁场。如图7中可以看到，磁场中的磁通量密度分布是这样的，即，在可产生电力区域130的周边附近的磁通量密度增大，而在中心附近的磁通量密度减小。
如果在可产生电力区域130中局部不发生电化学反应，如图8中的白色矩形140所示，那么将导致产生如图9中磁力线所示的磁场。具体地说，磁力线沿可产生电力区域130的周边以及电化学反应失效区140与可产生电力区域130之间的边界(即电化学反应失效区140的周边)顺时针方向延伸。电化学反应失效区140的外周边(即，可产生电力区域130的外周边与电化学反应失效区140的外周边重合的部分)附近的磁场的磁通量密度比电力产生区域150的外周边(即，可产生电力区域130的外周边与电力产生区域150的外周边重合的部分)附近的磁通量密度要小。而且，在可产生电力区域130的中央附近，磁通量密度大大减小。
图7和9中的电池3之间的比较显示，电力产生区域150周边附近的一部分磁场的磁通量密度不同于电化学反应失效区140外周边部分附近的磁场的磁通量密度，因此通过测量可产生电力区域130周边附近的磁通量密度能够发现电化学反应失效区140的存在，从而检测出燃料电池组1中的电流分布与燃料电池组1正常工作时相比发生了变化。
如果燃料电池组1的其中某个电池3由于某种原因导致局部发电能力的下降，于是在这个电池3出现了电化学反应失效区140，那么将导致在空间上与这一电池的电化学反应失效区140重合的其它电池3中的面积所流过的电流不足。因此，某个电池3中电化学反应失效区140的存在可以通过测量另一个电池3附近的磁通量密度而发现。
控制器6被设计成能利用磁性传感器2测量某个电池3的电力产生区域150周边附近的磁通量密度以发现燃料电池组1中的电流分布与正常工作时相比发生了变化，并用以确定电能产生失效区(即电化学反应失效区140)是否存在。磁性传感器2最好位于燃料电池组1长度的中间。其原因如下：
燃料电池组1是这样设计的，使得电流流过燃料电池组1的长度然后在集电板10中转向垂直于燃料电池组1长度的方向。
因此，如果磁性传感器2靠近其中一个集电板10布置，流过集电板10的电流所产生的磁场可能会将由此引起的电噪音加到磁性传感器2的输出中，这将导致在确定燃料电池组1中的电流分布时出现误差。
而且最好将至少一个磁性传感器2布置在比其它磁性传感器更加远离燃料电池组1的位置。通常，在确定电流分布时由于地磁会产生大约±0.3×10-4特斯拉(0.3高斯)的误差。这种误差可以通过以下方法消除，将其中一个磁性传感器2远离燃料电池组1布置，用以只是测量地磁并对其它传感器2的输出进行校正，从而抵消其中因地磁引起的误差成分。
此外，所使用的每个磁性传感器2最好各自包含两个传感元件：其中一个传感元件对垂直于燃料电池组1长度的二维平面中的竖向(y方向)磁通量能够进行感测，而另一个传感元件对该平面中的横向(x方向)磁通量能够进行感测。
回头参见图1，如上面所介绍的那样，燃料电池***200被设计成能利用磁性传感器2的输出发现燃料电池组1中电流分布的变化。其结构材料最好是任何低导磁性的材料如奥氏体不锈钢，这样就不会干扰燃料电池组1周围的磁场。当进行冷加工时，奥氏体不锈钢的导磁性往往会增大。这可以通过对钢进行退火来降到最低。
燃料电池***200用来确定燃料电池组1中的电流分布并控制氢气或氧气的流率、或氢气或氧气中所含湿气的数量，以维持燃料电池组1能够产生所要求水平的电能。
当工作时，燃料电池***200将空气(即氧气)输送至电池3的空气电极31并将氢气输送至电池3的燃料电极32，并在每个电池3中使氢气与氧气之间发生电化学反应以产生电能。电池3是通过固态聚合物燃料电池来实现的，并使用湿气作为质子传输的媒介。因此，利用安装在氢气供应器50中的增湿器对将要输送至电池3的氢气进行加湿。然而，过量的湿气会妨碍电池3中电力的产生，从而导致电池3发电能力的下降。因此，导致电池3中局部发生的发电能力下降的其中一个因素被认为是由湿气引起的。这种能力下降主要出现在每个电池3中靠近燃料侧分隔器34的氢气入口341处以及靠近空气侧分隔器33的空气出口333处的部分，加湿了的氢气进入氢气入口341而空气电极31上反应所产生的湿气停留在空气出口333。因此，通过监测磁性传感器2的输出，并将这些输出与燃料电池组1处于正常工作状态而产生预期电量时所测试得到的输出作比较，选择磁通量密度表现出发生了不希望有的变化的那个磁性传感器2，可以发现电池3中发电能力下降的部分的位置，然后可以确定导致发电能力下降的某些可能原因的其中一个原因。燃料电池控制***200中的控制器6调节输送至燃料电池组1的氢气或氧气(空气)的流率或其中所含的湿气数量以减少或消除发电能力下降的现象。
下面将更加详细地介绍燃料电池***200的工作。
空气供应器40将空气输送至增湿器42。增湿器42对空气加湿并通过空气侧分隔器33的空气流动孔330将空气输送至燃料电池3的空气电极31。氢气供应器50对氢气加湿并通过氢气侧分隔器34的氢气流动孔340将氢气输送至燃料电池3的燃料电极32。这使得每个燃料电池3中能够产生电力。当任何一个燃料电池3中都没有发生故障时，每个燃料电池3的整个电力产生区域150上将均匀地产生电能或电流，因此沿燃料电池组1纵向流动的电流的分布将是均匀的。
本专利申请的发明人通过实验发现，燃料电池组1发电能力的下降一般来说由以下六个因素的其中任何一个引起：1)缺少氢气，2)缺少空气，3)氢气增湿不够，4)氢气中有过量的湿气，5)空气增湿不够，和6)空气中有过量的湿气。第一个因素导致燃料侧分隔器34的氢气出口343附近电流减小。第二个因素导致空气侧分隔器33的空气出口333附近电流减小。第三个因素导致燃料侧分隔器34的氢气入口34 1附近电流减小。第四个因素导致燃料侧分隔器34的氢气入口341附近电流减小。第五个因素导致空气入口331附近电流减小。第六个因素导致空气侧分隔器33的空气出口333附近电流减小。
第二和第六个因素导致同样的结果并可以通过分析燃料电池组1的工作历程或燃料电池组1中循环冷却水的温度来相互区分。具体地说，当对燃料电池组1工作历程的分析显示已经产生了大量电力时，空气侧分隔器33的空气出口333附近电流减小被确定为是由于空气中有过量的湿气被输送至燃料电池组1而引起的。与此相反，当发现已经产生少量电力时，空气侧分隔器的空气出口333附近电流减小被确定为是由于输送至燃料电池组1的空气不够而引起的。工作历程最好记录在安装于控制器6的存储器里。当发现冷却水的温度较高时，这就意味着已经产生了大量电力。于是，空气侧分隔器33的空气出口333附近电流减小被确定为是由于空气中有过量的湿气被输送至燃料电池组1而引起的。与此相反，当发现冷却水的温度较低时，这就意味着已经产生的电力较少。于是，空气侧分隔器33的空气出口333附近电流减小被确定为是由于输送至燃料电池组1的空气不够而引起的。冷却水的温度可以通过阅读水温传感器的输出测得，水温传感器通常安装在冷却水循环***中。
与上述情况类似，第三和第四个因素导致同样的结果并可以通过分析燃料电池组1的工作历程或燃料电池组1中循环冷却水的温度来相互区分。具体地说，当对燃料电池组1工作历程的分析显示已经产生了大量电力时，氢气入口341附近发电能力的下降被确定为是由于输送至燃料电池组1的氢气中含有过量湿气而引起的。与此相反，当发现已经产生少量电力时，氢气入口341附近发电能力的下降被确定为是由于输送至燃料电池组1的氢气中湿气不够而引起的。当发现冷却水的温度较高时，这就意味着已经产生了大量电力。氢气入口341附近发电能力的下降被确定为是由于输送至燃料电池组1的氢气中含有过量湿气而引起的。与此相反，当发现冷却水的温度较低时，这就意味着已经产生的电力较少。氢气入口341附近发电能力的下降被确定为是由于输送至燃料电池组1的氢气中湿气不够而引起的。
第一个因素可通过增加供应至燃料电池组1的氢气来消除。这是通过控制氢气供应器50的流率调节器以增大氢气流率而实现的。
第二个因素可通过增加供应至燃料电池组1的空气来消除。这是通过控制空气泵40的流率调节器以增大空气流率而实现的。
第三个因素可通过加大氢气的增湿量来消除。这是通过控制氢气供应器50中增湿器的湿气流率调节器以增大加入氢气的湿气量而实现的。
第四个因素可通过减小氢气的增湿量来消除。这是通过控制氢气供应器50中增湿器的湿气流率调节器以减少加入氢气的湿气量而实现的。
第五个因素可通过加大空气的增湿量来消除。这是通过控制增湿器42的湿气流率调节器以增大加入空气的湿气量而实现的。
第六个因素可通过以下方法来消除，即临时打开空气排放器45的止回阀而从空气排放路径排水，关闭增湿器42以停止对空气加湿，和/或提高冷却水的温度。第三种方法是通过控制通常安装于冷却水循环***的散热器的工作来实现的，比如可以通过降低散热器风扇的速度而实现。
作为实例，下面将详细介绍第四和第六个因素以及如何消除这些因素，其中四个磁性传感器2靠近空气入口331、空气出口333、氢气入口341和氢气出口343固定在空气侧分隔器33和氢气侧分隔器34的一部分上或嵌入其中。
如上面所介绍的那样，通过在分隔器33和34中延伸的氢气入口路径，可将加湿氢气输送至每个燃料电池3的燃料电极32。氢气中所含的湿气充当质子传输的媒介。因此，当氢气经过每个燃料电池3的燃料侧分隔器34中的氢气流动槽342时，湿气作为质子传输媒介被消耗掉。这使得流过氢气流动槽342的氢气中所含的湿气浓度从氢气入口341到氢气出口342是减小的。
当到达燃料电极32的氢气中的湿气量增大时，也就是当氢气流动槽342的氢气入口341附近的湿气量发生不希望有的增大时，将对氢气入口341附近的燃料电极32的一部分上面的电化学反应造成妨碍，从而使这一部分的发电能力下降。这种下降将导致燃料电池3的电力产生区域150中发电量的变化，从而引起沿燃料电池组1的纵向流动的电流分布的变化，这种变化作为燃料侧分隔器34的氢气入口34 1附近磁通量密度的变化而被其中一个磁性传感器2检测到。
控制器6分析所有磁性传感器2的输出，将它们与相同电负荷下燃料电池组1处于正常工作状态时用磁性传感器2通过实验得到的基准传感器输出作比较，以选出与相应的基准传感器输出相比其输出发生了变化的那个磁性传感器2，并找出燃料电池组1中电流分布(即磁通量密度)产生变化的原因和位置，也就是确定由于氢气中含有过量的湿气而引起发电能力下降。接着控制器6控制氢气供应器50的湿气流率调节器以减少输送至燃料电池3的氢气中所加入的湿气量，直至这一个磁性传感器2的输出与相应基准传感器的输出一致。这样可以使燃料电池组1总的发电能力维持在所要求的水平。
我们注意到，输送至燃料电池组1的氢气中的湿气不足可以通过燃料电池组1产生电力的能力以及排放到氢气排放器55的氢气中的湿气量来确定。
在每个燃料电池3的空气电极31上由电化学反应产生的湿气往往会扩散到电解质薄膜30内并到达燃料电极32，用于将氢离子(H+)拉向空气电极31。这可以导致空气侧分隔器33的空气出口333附近的湿气量不够，从而引起发电能力的下降。
当经过电解质薄膜30的湿气量增大时，也就是当空气流动槽332中的湿气量发生不希望有的增大时，将导致湿气穿透电解质薄膜30而到达燃料电极32，从而使空气侧分隔器33中空气流动槽332的空气出口333附近的空气电极31的一部分电化学反应不足，因此这一部分的发电能力下降。这种下降将导致燃料电池3的电力产生区域150中发电量的变化，从而引起沿燃料电池组1的纵向流动的电流分布的变化，这种变化作为燃料电池3四周磁场的变化而被其中一个磁性传感器2检测到。
控制器6分析所有磁性传感器2的输出，将它们与基准传感器的输出作比较，如上面所介绍的那样，以选出与相应的基准传感器输出相比其输出发生了变化的那个磁性传感器2，并找出导致燃料电池组1中电流分布(即磁通量密度)产生变化的原因和位置，也就是确定由于空气流动槽332中的湿气过量而引起的发电能力下降。控制器6接着比如可以控制增湿器42的湿气流率调节器以减少空气流动槽332中的湿气量，直至这一个磁性传感器2的输出与相应基准传感器的输出一致。
燃料电池装置100可以被设计成能使用单个磁性传感器2。如上面所介绍的那样，燃料电池组1发电能力的下降被认为是由以下六个因素的其中任何一个引起的：1)缺少氢气，2)缺少空气，3)氢气增湿不够，4)氢气中有过量的湿气，5)空气增湿不够，和6)空气中有过量的湿气。已经发现第一个因素最有可能导致燃料电池组1发电能力的下降。因此，磁性传感器2可以只安装在氢气出口343附近的燃料侧分隔器34的一部分之上或之中以测量氢气出口343附近的其中一个燃料电池3的一部分可产生电力区域130周围磁通量密度的变化。控制器6将磁性传感器2的输出与通过实验得到的基准传感器输出作比较，并在磁性传感器2的输出与基准传感器的输出之间有差异时确定燃料电池组1的发电能力由于氢气不够而下降。
燃料电池装置100还可以被设计成能使用两个或三个磁性传感器2来检测燃料电池组1发电能力的下降。已经发现第三个因素(即氢气增湿不够)引起燃料电池组1发电能力下降的可能性较低。而第四个因素(即氢气中有过量的湿气)的可能性最低。因此，三个磁性传感器2可分别安装在氢气出口343附近的燃料侧分隔器34的一部分之上或之中，以及空气入口331和空气出口333附近的空气侧分隔器33的一部分之上或之中，而不再检测氢气入口341附近可能出现的电流减小。控制器6将每个磁性传感器2的输出与相应的通过实验得到的某个基准传感器的输出作比较，确定引起燃料电池组1发电能力下降的原因和位置，并象上面所介绍的那样采取其中某个或某些措施以恢复燃料电池组1的总发电量。
图10示出了空气侧分隔器33的一种变型，它具有固定于或嵌入到面对空气电极31的侧壁中的磁性传感器2。图中示出磁性传感器2位于空气入口331附近以测量那里因发电能力下降(即上面所介绍的第五个因素)引起的磁通量密度变化，但它也可以安装在空气出口333附近以确定第二或第六个因素。当然，可以将两个磁性传感器2安装在空气入口331和空气出口333附近。如图所示，磁性传感器2由两个传感元件组成：一个对垂直于分隔器33宽度延伸的平面上的磁通量能够进行感测，而另一个对x方向上的磁通量能够进行感测。
图11(a)示出了上面固定有磁性传感器2的空气侧分隔器33的另一种变型。如图11(b)中清楚所示，磁性传感器2布置在设于燃料侧分隔器34的凹部390内。分隔器33和34用碳制成。磁性传感器2被设计成沿二维方向(即x和y方向)能够进行感测。磁性传感器2由一芯片构成，上面带有磁阻元件410和一模拟处理器。芯片安装在0.3毫米厚的聚酰亚胺基底420上。正电极、x输出端、y输出端和负电极被粘贴到基底420上。接线端通过连接器(未示出)与控制器6相连。基底420上覆盖有绝缘材料用以使磁性传感器2与分隔器33和34电绝缘。基底420比如可以用环氧树脂粘合剂固定在分隔器33上。分隔器33和34或者可以用金属材料比如不锈钢制成。
图12示出了根据本发明第二个实施例的燃料电池***200，它与图1中燃料电池***的不同之处在于磁性传感器2固定在燃料电池组1的端部以监测发电能力的下降。与第一个实施例中相同的标号将被用来表示相同的部件，而且对它们的详细说明将被省去。
图13示出了包含燃料电池组1、集电板10、绝缘板4和压板11的燃料电池装置100。集电板10固定在燃料电池组1的端部。绝缘板4固定在集电板10上。压板11将燃料电池组1、集电板10和绝缘板4的组件紧密固定在一起以确保燃料电池组1的气密性并增强燃料电池3中间的粘结力。
如图14中所示，每个集电板10由板主体20和电流输出端21构成。板主体20的截面形状或面积与燃料电池组1的端部是相同的。电流输出端21从板主体20的侧边横向延伸出来。
由燃料电池3产生的电流沿燃料电池组1的长度方向流动，如图13中的箭头所示，并到达集电板10的板主体20。当到达板主体20时，电流转过90度而向电流输出端21运动。电流朝电流输出端21运动时，其电流密度增大。在图14中，箭头的宽度表示集电板10上电流密度的大小。图14中在最右侧竖直排列的箭头表示由燃料电池3的最右部分(当在图13中看时)产生电流的流动，它出现在集电板10的板主体20上最远离电流输出端21的部位。
由燃料电池3的最右部分左侧的部分所产生的电流，当在图13中看时，出现在集电板10中板主体20上的最右列箭头左侧的区域中并与右边的电流结合。通过这种方式，当在图14中看时，从板主体20的右端到电流输出端21的电流密度增大。
如果每个燃料电池3在可产生电力区域130上均匀地产生电力，当接近电流输出端21时，集电板10的板主体20上的电流密度基本上作为与电流输出端21距离的函数而增大。
如图15中清楚所示，电流通过集电板10的流动将在集电板10周围产生磁场。具体地说，如图15中所示，所产生的磁场是用环绕集电板10横向延伸截面的磁力线表示的。如果每个燃料电池3在其可产生电力区域130上均匀地产生电力，当接近电流输出端21时，磁通量密度的增大基本上与离开电流输出端21的距离成比例。
如果其中一个或一些燃料电池3的可产生电力区域130的一部分，比如图16中所示沿燃料电池组1的纵向与集电板10的板主体20中区域A重合的部分，没有发生电化学反应，那么板主体20的区域A中将会没有电流或出现弱电流。因此，在板主体20上紧挨着区域A的区域B中，电流是由沿燃料电池组1的纵向在空间上与区域B重合的燃料电池3的部分产生的，所以区域B中的电流密度将小于当所有燃料电池3都正常工作而在它们的可产生电力区域130上均匀地产生电力时的电流密度。
因此，如果电流没有出现在集电板10的区域A，如图17中所示，区域A的周围就不会产生磁场，于是区域B周围的磁通量密度将减小。这导致区域A和B周围的磁通量密度与所有燃料电池3都正常工作而在它们的可产生电力区域130上均匀地产生电力时相比发生了变化。这种变化被安装在绝缘板4中的磁性传感器2检测到，如图13中所示。换句话说，本实施例中的每个磁性传感器2可用来检测集电板10周围磁通量密度的变化，以指示沿燃料电池组1长度的磁通量密度变化(也就是燃料电池组1中电流分布的变化)。
与第一个实施例类似，控制器6用来监测因燃料电池组1中电流分布变化引起的磁性传感器2输出的变化，确定如上面所介绍的第一至第六个因素中导致燃料电池组1发电能力下降的那个因素，于是可采取如第一个实施例中所介绍的其中一种措施，以恢复整个燃料电池组1的发电量。
每个集电板10的厚度最好是固定的，使得当燃料电池组1正常工作时沿集电板10竖直方向的磁通量密度变化减到最小。
在某些情况下，当燃料电池3的一部分不能产生电力，也就是它具有电化学反应失效区140而在比如图16的区域A中没有电流出现时，由其它燃料电池3中与电化学反应失效区140空间上重合的部分所产生的电流可以绕过电化学反应失效区140而在集电板10上除了区域A之外的部分中集中，从而导致这一部分中磁通量密度的增大。即使在这种情况下，磁通量密度的增大也可以被其中一个磁性传感器2检测到以确定引起燃料电池组1发电能力下降的原因和位置。
回头参见图13，三个磁性传感器2被粘贴到与集电板10接合的每个绝缘板4上或嵌入其中。绝缘板4比如可以用不会干扰集电板10周围所产生磁场的玻璃环氧树脂制成。如第一个实施例中已经介绍的，所使用的磁性传感器2的数目并不限于图13中所示的那样。举例来说，某个磁性传感器2可以安装在其中任何一个绝缘板4上。
图18示出了四个磁性传感器2被嵌入到其中一个绝缘板4的四角中的实例。这种布置方式适合于检测因以下四个位置的其中任何一个位置发电能力下降而引起的集电板10周围磁场的磁通量密度的变化，这四个位置即空气侧分隔器33的空气入口331和空气出口333以及氢气侧分隔器34的氢气入口341和氢气出口343附近的可产生电力区域130的部分。
虽然已经通过优选实施例对本发明作了介绍以便更好地加以理解，但是应当认识到，在不脱离本发明原理的情况下，可以通过各种不同的方式来实施本发明。因此，本发明应当被理解为包含所有可能的实施例以及所示实施例的变型，在不脱离本发明原理的情况下，它们可以按照所附权利要求中所述的那样来实施。

Claims (16)

1.一种测量燃料电池组中电流分布的方法，所述燃料电池组包含多个相邻排列的燃料电池，它们分别由第一分隔器和第二分隔器以及夹在所述第一分隔器和第二分隔器之间的组件构成，所述组件包括电解质、固定于所述电解质的第一表面上的空气电极、以及固定于所述电解质的与所述第一表面相反的第二表面上的燃料电极，一集电器布置在所述燃料电池组的沿所述燃料电池排列的层叠方向而彼此相对的两端的其中一端，用以沿垂直于所述层叠方向的方向输出由所述燃料电池组产生的电流，所述方法包括以下步骤：
在所述燃料电池组的其中一个所述端部上设置磁性传感器，以测量由流过所述集电器的电流所产生的磁场；和
根据所述磁性传感器测得的磁场，来确定所述燃料电池组中的电流分布。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集电器是集电板，且所述磁性传感器用以测量所述集电板周围的磁场。
3.如权利要求1所述的方法，还包括，在所述燃料电池组的其中一个所述端部上设置额外的磁性传感器。
4.一种燃料电池组，包括：
装配成叠组的多个燃料电池，所述燃料电池中的每一个包括电解质、固定于所述电解质的第一表面上的空气电极、固定于所述电解质的与所述第一表面相反的第二表面上的燃料电极、以及将所述电解质、所述空气电极和所述燃料电极的组件夹在其中间的带有气体流路的分隔器；
集电器，其布置在所述燃料电池组的沿所述燃料电池排列的层叠方向而彼此相对的两端的其中一端，用以输出由所述燃料电池组产生的电流；和
磁性传感器，其用以测量所述集电器周围产生的磁场，所述磁性传感器被安装在所述燃料电池组的其中一个所述端部上。
5.如权利要求4所述的燃料电池组，其特征在于，所述集电器是集电板，且所述磁性传感器用以测量所述集电板周围的磁场。
6.如权利要求4所述的燃料电池组，还包括在所述燃料电池组的其中一个所述端部上的额外的磁性传感器。
7.如权利要求4所述的燃料电池组，还包括可利用所述磁性传感器的输出来确定所述燃料电池组中电流分布的电流分布确定电路，所述输出是作为所述磁场的磁通量密度变化的函数而产生的。
8.一种控制燃料电池组工作的方法，所述燃料电池组包含多个相邻排列的燃料电池，它们分别由第一分隔器和第二分隔器以及夹在所述第一分隔器和第二分隔器之间的组件构成，所述组件包括电解质、固定于所述电解质的第一表面上的空气电极、以及固定于所述电解质的与所述第一表面相反的第二表面上的燃料电极，一集电器布置在所述燃料电池组上沿所述层叠方向而彼此相对的两端部的其中一端部上，用以沿垂直于所述层叠方向的方向输出由所述燃料电池组产生的电流，所述方法包括以下步骤：
根据磁场来确定由所述燃料电池组产生的电量分布，所述磁场由流过所述集电器的电流产生并用安装在所述燃料电池组的其中一个所述端部上的磁性传感器进行测量；和
根据所述电量分布来控制对所述燃料电池组的气体供应。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述集电器是集电板，且所述磁性传感器用以测量所述集电板周围的磁场。
10.如权利要求8所述的方法，还包括，在所述燃料电池组的其中一个所述端部上设置额外的磁性传感器。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制步骤控制输送至所述空气电极和所述燃料电极其中之一的气体的流率或所述气体的湿度。
12.一种燃料电池组，包括：
装配成叠组的多个燃料电池，所述燃料电池中的每一个包括电解质、固定于所述电解质的第一表面上的空气电极、固定于所述电解质的与所述第一表面相反的第二表面上的燃料电极、以及将所述电解质、所述空气电极和所述燃料电极的组件夹在其中间的带有气体流路的分隔器；
用以测量所述燃料电池组周围产生的磁场的磁性传感器，所述磁性传感器安装在其中一个所述分隔器的相对表面的其中一个表面的外周边上，每个所述相对表面的延伸方向垂直于将所述燃料电池装配成所述燃料电池组的层叠方向。
13.如权利要求12所述的燃料电池组，其特征在于，所述电解质和所述分隔器中的每一个基本上都是方形的，。
14.如权利要求13所述的燃料电池组，其特征在于，所述磁性传感器安装在凹部中，所述凹部设置在面对所述空气电极的其中一个所述分隔器中。
15.如权利要求14所述的燃料电池组，其特征在于，所述凹部设置在所述其中一个所述分隔器的某个区域中，这个区域与所述电解质的其上固定有所述空气电极和所述燃料电极的所述第一表面和第二表面的区域是隔离的。
16.如权利要求15所述的燃料电池组，其特征在于，所述磁性传感器包含两个传感元件，其中一个传感元件对垂直于其中一个所述分隔器的宽度延伸的平面上的y方向上的磁通量能够进行感测，而另一个传感元件对垂直于所述y方向的x方向上的磁通量能够进行感测。
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