[发明专利]燃料电池内部温度-湿度分布测量插片

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池内部温度-湿度分布测量插片，属于燃料电池检测技术领域。

背景技术

在燃料电池的运行中，温度和湿度是两个非常重要的参数，其分布的均匀性也能够反应出燃料电池膜电极表面电化学反应的均匀性，对燃料电池的性能有着非常大的影响。

燃料电池内部的电化学反应是燃料电池内部热量的主要来源，由于燃料电池结构的紧凑性，导致内部温度场并不均匀，其反过来又会影响到燃料电池的电化学反应；燃料电池内局部热量聚集，温度异常升高超出适宜范围，将会会导致膜电极性能下降甚至失效。而湿度又是影响质子交换膜质子传递和反应物传递的重要因素，若相对湿度过高，则不能把燃料电池内部产生的水蒸气带出，内部将集聚大量的凝结水造成水淹，严重影响燃料电池的性能，若湿度过低则会导致膜电极干涸，使燃料电池性能下降。因此，有必要测量燃料电池内部温度和湿度分布，为选取燃料电池的最佳运行工况和优化结构设计提供依据。

温度的测量方法大多是将微型温度传感器、热电偶或热电阻埋入燃料电池的流道中，或与燃料电池的膜电极热压为一体，其往往需要对燃料电池的结构进行特殊改造，这不仅破坏了燃料电池整体结构，也对燃料电池的性能有很大的影响；对于测湿手段，方法有通过在燃料电池流场板上开孔，植入商业湿度传感器来对燃料电池内部的湿度进行测量，该方法需要对燃料电池的流场板进行特殊的加工改造，加工难度大，且对燃料电池的密封性有一定的破坏性；还有通过采用刻蚀工艺制作湿度传感器进行测量的方法，该方法的制作工艺较为复杂，制作成本高。

本发明主要采用真空蒸发镀膜技术制作，在导电基片上布置温度-湿度联测传感器，其集成了薄膜热电偶测温单元和湿敏电容测湿单元，实现了同步在线测量燃料电池内部温度分布和湿度分布，采用薄膜热电偶比热电阻具有更好的线性度，更快的响应时间；该测量装置独立于被测燃料电池，无需对燃料电池进行结构改造，减少了对燃料电池的拆装次数，从而保证了燃料电池性能的稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能同步在线测量燃料电池内部温度分布和湿度分布的装置。该装置独立于被测燃料电池，结构简单，制作方便，无需对燃料电池内部结构进行特殊改造，简化了燃料电池内部温度分布和湿度分布测量的步骤。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：燃料电池内部温度-湿度分布测量插片，包括导电基片1、漏缝2、筋3、温度-湿度联测传感器4、引线5、定位孔7；所述漏缝2、筋3设置在导电基片1上，筋3位于两相邻漏缝2之间，漏缝2和筋3的形状和尺寸分别与燃料电池流场板上流道和脊的形状和尺寸相同，漏缝2和筋3的位置分别与燃料电池流场板流道和脊相对应；所述温度-湿度联测传感器4设置在筋3上；引线5的一端与温度-湿度联测传感器4的接线引出端相接，另一端延伸至导电基片1的边缘并放大形成引脚6；定位孔7对称、均匀设置在导电基片1四周，用以将导电基片1固定在燃料电池流场板上；燃料电池组装时，燃料电池内部温度-湿度分布测量插片布置在燃料电池流场板与膜电极中间，其设置有温度-湿度联测传感器4的面朝向膜电极侧并与之紧密接触。

所述温度-湿度联测传感器4包括测温单元和测湿单元，测温单元由薄膜热电偶构成，测湿单元由湿敏电容构成，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括七层薄膜：第一层为蒸镀在筋3上的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅绝缘层15，第二层为在二氧化硅绝缘层15上蒸镀的厚为1.0-1.2μm的下电极铝镀层16，第三层为在下电极铝镀层16上方涂覆一层厚为0.5-1μm的高分子聚合物感湿介质层17，第四层为在高分子聚合物感湿介质层17上方蒸镀的厚为1.0-1.2μm的上电极铝镀层18；所述上电极铝镀层18、高分子聚合物感湿介质层17和下电极铝镀层16构成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端31，其中上电极铝镀层18的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层15上蒸镀的厚为0.1-0.12μm的薄膜热电偶铜镀层19，第六层为在二氧化硅绝缘层15上蒸镀的厚为0.1-0.12μm的薄膜热电偶镍镀层20；所述薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20的形状为长条形，中间相互搭接，搭接处构成薄膜热电偶热端结点30，首端为薄膜热电偶接线引出端29；第七层为在之前所镀所有金属镀层的上方蒸镀厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层21。

所述薄膜热电偶接线引出端29和湿敏电容接线引出端31均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层15的同一侧。

所述导电基片1的形状可制作成方形、圆形、多边形、梯形、三角形、不规则图形。