[发明专利]燃料电池内部温度-湿度-热流密度分布测量插片

说明书

技术领域

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

背景技术

燃料电池对于温度的变化十分敏感，如果燃料电池的结构设计不合理，将会导致内部热量无法及时排出，破坏内部温度场，造成局部异常高温，从而会导致燃料电池的膜电极失效。同样，燃料电池内部的湿度对其性能也有很大的影响，湿度的高低不仅影响燃料电池内质子交换膜的质子传递能力，还会影响燃料电池内部生成水的多少。若湿度不够，质子交换膜干涸，燃料电池的性能将会大幅降低，而湿度过高，燃料电池内部会集聚过多的凝结水，严重的会产生水淹现象，阻碍反应物向膜电极的传递，也会造成燃料电池性能的下降。

由此可以看出，了解燃料电池内部温度、湿度和热流密度的分布将对优化燃料电池结构设计、选取最佳运行工况有重要的指导意义。传统的研究大多集中于单一参数的研究，如通过在燃料电池内部植入热电偶、热电阻或微型传感器来进行温度的测量；通过特殊加工燃料电池流场板植入湿度传感器来进行湿度的测量。这些方法大多需要对燃料电池进行特殊的改造，制作复杂，成本高，而且每种参数测量对燃料电池的改造不具有通用性，甚至需要多次拆装燃料电池，严重影响了燃料电池性能的稳定。

本发明在导电基片的筋上布置有温度-湿度-热流密度联测传感器，实现了同步在线测量燃料电池内部温度分布、湿度分布和热流密度分布；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、湿度分布和热流密度分布的装置。该装置可作为独立构件安装于燃料电池内部，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，使燃料电池内部温度、湿度和热流密度分布测量的步骤得到了简化。

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-热流密度分布测量插片，包括导电基片1、漏缝2、筋3、温度-湿度-热流密度联测传感器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-热流密度联测传感器4设置在筋3上；引线5的一端与温度-湿度-热流密度联测传感器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-热流密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-热流密度联测传感器4的面朝向膜电极侧并与之紧密接触。

所述温度-湿度-热流密度联测传感器4包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元和薄膜热流计测热流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括八层薄膜：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16，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层16上蒸镀的厚为1.0-1.2μm的下电极铝镀层17，第三层为在下电极铝镀层17上方涂覆一层厚为0.5-1μm的高分子聚合物感湿介质层18，第四层为在高分子聚合物感湿介质层18上方蒸镀的厚为1.0-1.2μm的上电极铝镀层19；所述上电极铝镀层19、高分子聚合物感湿介质层18和下电极铝镀层17构成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端37，其中上电极铝镀层19的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层16上蒸镀的厚为0.1-0.12μm的铜镀层20，第六层为在二氧化硅绝缘层16上蒸镀的厚为0.1-0.12μm的镍镀层21；所述铜镀层20同时包括薄膜热电偶铜镀层和薄膜热流计铜镀层；所述镍镀层21同时包括薄膜热电偶镍镀层和薄膜热流计镍镀层；所述薄膜热电偶铜镀层和薄膜热电偶镍镀层的形状为长条形，中间相互搭接，搭接处构成薄膜热电偶热端结点32，首端为薄膜热电偶接线引出端33；所述薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状为相互平行的四边形，首尾相互搭接，搭接处构成热电堆，其中包括薄膜热流计上结点34和薄膜热流计下结点35，首端为薄膜热流计接线引出端36；第七层为在上电极铝镀层19、铜镀层20和镍镀层21上方蒸镀的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层22，第八层为在薄膜热流计上结点34所对应二氧化硅镀层的上方蒸镀一层厚为1.2-2.0μm的二氧化硅厚热阻层23。