[發明專利]燃料電池內部溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器

在審

• 申請號: 201410638230.0
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104360279A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 郭航;王政;葉芳;馬重芳
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G01D21/02
• 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

1.燃料電池內部溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器，包括燃料電池流場板(1)、溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器(4)、引線(5)，在燃料電池流場板(1)上設有流道(2)和脊(3)，溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器(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-熱流密度-電流密度聯測傳感器(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-熱流密度-電流密度聯測傳感器(4)的面朝向燃料電池膜電極側并與之緊密接觸；其特征在于：

所述溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器(4)為采用真空蒸發鍍膜方法蒸鍍的七層薄膜：第一層為厚0.08-0.12μm的二氧化硅絕緣層(13)，第二層為蒸鍍在二氧化硅絕緣層(13)上厚為0.1-0.12μm的銅鍍層(14)，第三層為蒸鍍在二氧化硅絕緣層(13)上厚為0.1-0.12μm的鎳鍍層(15)；所述銅鍍層(14)同時包括薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱流計銅鍍層，所述鎳鍍層(15)同時包括薄膜熱電偶鎳鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層；所述薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀為長條形，中間相互搭接，搭接處構成薄膜熱電偶熱端結點(27)，首端為薄膜熱電偶接線引出端(28)；所述薄膜熱流計銅鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層的形狀分別為相互平行的四邊形，且首尾相互搭接，搭接處構成熱電堆，其中包括薄膜熱流計上結點(29)和薄膜熱流計下結點(30)，首端為薄膜熱流計接線引出端(31)；第四層為在銅鍍層(14)和鎳鍍層(15)上方蒸鍍的厚為0.08-0.12μm的二氧化硅保護層(16)，第五層為在薄膜熱流計上結點(29)所對應的二氧化硅鍍層上方蒸鍍一層厚為1.2-2.0μm的二氧化硅厚熱阻層(17)，第六層為在先前鍍層基礎上蒸鍍的一層厚為1.5-2.0μm的電流密度測量銅鍍層(18)，第七層為在電流密度測量銅鍍層(18)上方蒸鍍一層厚為0.1-0.12μm的電流密度測量金鍍層(19)；所述電流密度測量銅鍍層(18)和電流密度測量金鍍層(19)相互重疊，構成了電流密度測量金屬鍍層(32)，首端為電流密度測量金屬鍍層接線引出端(33)；

所述薄膜熱電偶接線引出端(28)、薄膜熱流計接線引出端(31)和電流密度測量金屬鍍層接線引出端(33)均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層(13)的同一側；

溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器的制作步驟包括步驟一(20)、步驟二(21)、步驟三(22)、步驟四(23)、步驟五(24)、步驟六(25)、步驟七(26)；具體而言，步驟一(20)，根據二氧化硅絕緣層掩膜(6)在燃料電池流場板(1)兩相鄰流道(2)之間的脊(3)上蒸鍍一層二氧化硅絕緣層(13)，作為絕緣襯底；步驟二(21)，在二氧化硅絕緣層(13)上根據銅鍍層掩膜(7)蒸鍍一層銅鍍層(14)；步驟三(22)，根據鎳鍍層掩膜(8)在二氧化硅絕緣層(13)上蒸鍍一層鎳鍍層(15)；步驟四(23)，在所鍍銅鍍層(14)和鎳鍍層(15)的上方根據二氧化硅保護層掩膜(9)蒸鍍一層二氧化硅保護層(16)，其即作為薄膜熱電偶的保護層，又作為薄膜熱流計的二氧化硅薄熱阻層；步驟五(24)，在薄膜熱流計上結點(29)所對應的二氧化硅鍍層上方根據二氧化硅厚熱阻層掩膜(10)蒸鍍一層二氧化硅厚熱阻層(17)；步驟六(25)，在步驟五的基礎上根據電流密度測量銅鍍層掩膜(11)，蒸鍍一層電流密度測量銅鍍層(18)；步驟七(26)，在電流密度測量銅鍍層(18)的上方根據電流密度測量金鍍層掩膜(12)蒸鍍一層電流密度測量金鍍層(19)；由以上步驟構成溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器，外接測量電路和數據采集設備即可實現對燃料電池內部溫度、熱流密度和電流密度的同步測量。

2.根據權利要求1所述的燃料電池內部溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器，其特征在于：所述溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器(4)中二氧化硅絕緣層(13)可制作成方形、圓形、多邊形、梯形、三角形、不規則圖形。

3.根據權利要求1所述的燃料電池內部溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器，其特征在于：所述溫度-熱流密度-電流密度聯測傳感器(4)中由銅和鎳組成的薄膜熱電偶和薄膜熱流計金屬鍍層材料還可以選用鎢和鎳、銅和鈷、鉬和鎳、銻和鈷替代，也可采用金屬混合物材料如銅和康銅替代。