[發明專利]燃料電池內部溫度-濕度聯測傳感器

有效

• 申請號: 201410637413.0
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104377373A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 郭航;王政;劉佳興;葉芳;馬重芳
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;G01K7/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于燃料電池內部熱參數測量領域，涉及燃料電池內部溫度和濕度的測量，特別涉及燃料電池內部溫度-濕度聯測傳感器。

背景技術

在燃料電池運行中，溫度和濕度是兩個非常重要的參數，對燃料電池的性能有著非常大的影響。燃料電池的性能對溫度比較敏感，由于燃料電池體的結構緊湊，隨著電化學反應的進行，電池內部熱量會不斷集聚，導致溫度升高，若溫度在適宜的范圍內則會對燃料電池的性能產生有益的影響；若溫度超過膜電極所能承受的范圍，則會導致膜電極性能下降甚至失效。因此燃料電池運行中，溫度控制問題是必須要解決的問題，而要解決這一問題就必須要清楚電池內部的溫度分布以及變化過程。

濕度對燃料電池性能的影響同樣重要。燃料電池內部的濕度影響質子交換膜的質子傳遞，若相對濕度過高，則不能把電池內部產生的水蒸氣帶出，電池內部將集聚大量的凝結水造成水淹，嚴重影響燃料電池的性能，若濕度過低則會導致膜電極干涸，使燃料電池性能下降，因此有必要監測電池內部的濕度，通過調節濕度使燃料電池的性能達到最佳。

傳統的測溫方法大多是將微型溫度傳感器、熱電偶或熱電阻埋入燃料電池的流道中，或與燃料電池的膜電極熱壓為一體，其往往需要對燃料電池的結構進行特殊改造，這不僅破壞了燃料電池整體結構，也對燃料電池的性能有很大的影響；對于測濕手段，方法有通過在燃料電池流場板上開孔，植入商業濕度傳感器來對燃料電池內部的濕度進行測量，該方法需要對燃料電池的流場板進行特殊的加工改造，加工難度大，且對燃料電池的密封性有一定的破壞性；還有通過采用刻蝕工藝制作濕度傳感器進行測量的方法，該方法的制作工藝復雜，制作成本高。

本發明是采用真空蒸發鍍膜方法制作而成，簡化了制作工序，降低了制作成本，并且將測溫單元和測濕單元集成于一個傳感器之上，能夠對燃料電池內部溫度和濕度進行同步測量，可方便靈活的布置在燃料電池流場板上，不需要對燃料電池流場板進行特殊改造，保證了燃料電池性能的穩定，該發明還具有結構簡單，制作方便，體積小，靈敏度高等優點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能同步測量燃料電池內部溫度和濕度的傳感器。該發明采用真空蒸發鍍膜方法將測溫單元和測濕單元集成于一體，具有結構簡單、制作方便、體積小等優點，方便了燃料電池電池內部溫度和濕度的測量研究。

為實現上述技術目的，本發明的技術方案如下：燃料電池內部溫度-濕度聯測傳感器，包括燃料電池流場板1、溫度-濕度聯測傳感器4、引線5，在燃料電池流場板1上設有流道2和脊3，溫度-濕度聯測傳感器4設置在燃料電池流場板1兩相鄰流道2之間的脊3上，引線5的一端與溫度-濕度聯測傳感器4的接線引出端相接，另一端延伸至燃料電池流場板1的邊緣；燃料電池組裝時，燃料電池流場板1上布置有溫度-濕度聯測傳感器4的面朝向燃料電池膜電極側并與之緊密接觸。

所述溫度-濕度聯測傳感器4集成了薄膜熱電偶測溫單元和濕敏電容測濕單元，采用真空蒸發鍍膜方法制作，包括七層薄膜：第一層為蒸鍍在脊3上的厚為0.08-0.12μm的二氧化硅絕緣層13，第二層為在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍的厚為1.0-1.2μm的下電極鋁鍍層14，第三層為在下電極鋁鍍層14上方涂覆一層厚為0.5-1μm的高分子聚合物感濕介質層15，第四層為在高分子聚合物感濕介質層15上方蒸鍍的厚為1.0-1.2μm的上電極鋁鍍層16；所述上電極鋁鍍層16、高分子聚合物感濕介質層15和下電極鋁鍍層14構成了濕敏電容，首端為濕敏電容接線引出端29，其中上電極鋁鍍層16的形狀為蛇形；第五層為在二氧化硅絕緣層上蒸鍍的厚為0.1-0.12μm的薄膜熱電偶銅鍍層17，第六層為在二氧化硅絕緣層上蒸鍍的厚為0.1-0.12μm的薄膜熱電偶鎳鍍層18；所述薄膜熱電偶銅鍍層17和薄膜熱電偶鎳鍍層18的形狀為長條形，中間相互搭接，搭接處構成薄膜熱電偶熱端結點28，首端為薄膜熱電偶接線引出端27；第七層為在先前鍍層的基礎上蒸鍍的厚為0.08-0.12μm的二氧化硅保護層19。

所述薄膜熱電偶接線引出端27和濕敏電容接線引出端29均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層13的同一側。