燃料电池内部温度-湿度-电流密度分布测量插片，是燃料电池内部温度、湿度和电流密度分布的测量装置，其在导电基片上设置有与燃料电池流场板流道和脊相对应的漏缝和筋，并在筋上布置有温度-湿度-电流密度联测传感器；温度-湿度-电流密度联测传感器采用真空蒸发镀膜方法制作，包括九层薄膜。引线也采用真空蒸发镀膜方法制作，用于传递电信号，其延伸至流场板边缘处时放大形成引脚，以方便与外接数据采集设备相连。本发明专利技术可实现燃料电池内部温度分布、湿度分布和电流密度分布的同步在线测量；该装置独立于燃料电池，无需对燃料电池的结构进行特殊改造，可适配于平行流道、蛇形流道、交错型流道或其他流道形状的燃料电池流场板。
【技术实现步骤摘要】
燃料电池内部温度-湿度-电流密度分布测量插片
[0001 ] 本专利技术涉及一种燃料电池内部温度-湿度-电流密度分布测量插片，属于燃料电池检测
。
技术介绍
燃料电池受温度、湿度、气体流量、压力等多种因素的影响，通过监测燃料电池内部温度、湿度和电流密度的分布情况，能够反映出多种影响因素对燃料电池性能影响的机理，并为优化燃料电池的结构和选取合适的燃料电池运行工况提供依据。 燃料电池内部温度场的均匀程度与内部热量传递的顺畅与否和膜电极电化学反应速率的快慢都息息相关；湿度的高低不仅影响燃料电池中质子交换膜的质子传递能力，还对燃料电池在运行过程中凝结水排出有很大影响；电流密度能够反映出燃料电池内部气体浓度、凝结水、接触电阻等参数的变化情况。 由此可以看出，对燃料电池内部温度、湿度和热流密度进行测量很有必要。对于温度测量，传统的测量方法大多是将热电偶、热电阻或微型温度传感器植入燃料电池内或与燃料电池的膜电极热压成一体，这些方法大多需要对燃料电池的流场板或极板进行特殊改造，加工复杂；与燃料电池膜电极热压成一体，容易对膜电极的性能产生影响，同时制作成本高。对于湿度测量，方法有通过在燃料电池流场板上开孔，植入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；另外，还有采用刻蚀工艺制作湿度传感器以植入燃料电池内部进行湿度测量的方法。电流密度的测量，方法主要有子电池法、膜电极分割法、磁环组法等，大多需要对燃料电池的极板进行特殊改造，制作复杂，加工难度大。 同时，若分别对温度、湿度和电流密度的分布进行测量，需要对燃料电池进行多次拆装以安装多组测量传感器，同时需要对燃料电池的结构进行特殊的改造。由于燃料电池的性能的影响因素非常多，多次的拆装或结构的改变都会对其性能有很大的影响，也使得前后数据对比缺乏准确性。 本专利技术在导电基片的筋上布置温度-湿度-电流密度联测传感器，在不影响燃料电池运行和改变燃料电池结构的情况下，实现了同步在线测量燃料电池内部温度分布、湿度分布和电流密度分布，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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能同步在线测量燃料电池内部温度、湿度和电流密度分布的装置。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，减少了燃料电池的拆装次数，保证了燃料电池性能的稳定。 为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案如下:燃料电池内部温度-湿度-电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-电流密度联测传感器4、引线 5、定位孔7 ;所述漏缝2、筋3设置在导电基片I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-电流密度联测传感器4设置在筋3上；引线5的一端与温度-湿度-电流密度联测传感器4的接线引出端相接，另一端延伸至导电基片I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I四周，用以将导电基片I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-电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-电流密度联测传感器4的面朝向膜电极侧并与之紧密接触。 所述温度-湿度-电流密度联测传感器4包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元和电流密度测量金属镀层测电流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括九层薄膜:第一层为蒸镀在筋3上的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅绝缘层17，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层17上蒸镀的厚为1.0-1.2 μ m的下电极铝镀层18，第三层为在下电极铝镀层18上方涂覆一层厚为0.5-1 μ m的高分子聚合物感湿介质层19，第四层为在高分子聚合物感湿介质层19上方蒸镀的厚为1.0-1.2 μ m的上电极铝镀层20 ;所述上电极铝镀层20、高分子聚合物感湿介质层19和下电极铝镀层18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20的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层17上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶铜镀层21，第六层为在二氧化硅绝缘层17上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶镍镀层22 ;所述薄膜热电偶铜镀层21和薄膜热电偶镍镀层 22构成了薄膜热电偶，首端为薄膜热电偶接线引出端36，薄膜热电偶铜镀层21和薄膜热电偶镍镀层22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35 ;第七层为在上电极铝镀层20、薄膜热电偶铜镀层21和薄膜热电偶镍镀层22的上方蒸镀的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅保护层23，第八层为在薄膜热电偶铜镀层21和薄膜热电偶镍镀层22所在的二氧化硅保护层23的上方蒸镀一层厚为1.5-2.0 μ m的电流密度测量铜镀层24，第九层为在电流密度测量铜镀层24的上方蒸镀一层厚为0.1-0.12 μ m的电流密度测量金镀层25 ;所述电流密度测量铜镀层24和电流密度测量金镀层25相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层38，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端39。 所述薄膜热电偶接线引出端36、湿敏电容接线引出端37和电流密度测量金属镀层接线引出端39均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层17的同一侧。 所述导电基片I的形状可制作成方形、圆形、多边形、梯形、三角形、不规则图形。 所述导电基片I上漏缝2的形状可为蛇形漏缝、平行漏缝、孔状漏缝、交错型漏缝。 所述湿敏电容中上电极和下电极的金属镀层材料，还可选用金、铜、钼金属代替。 所述上电极铝镀层20的形状是根据掩膜的形状而设定的，其形状还可为锯齿状、梳状。 所述测温单元薄膜热电偶中，由铜和镍组成的纯金属镀层还可以选用钨和镍、铜和钴、钥和镍、锑和钴替代，也可采用金属混合物材料如铜和康铜替代。 所述薄膜热电偶铜镀层21和薄膜热电偶镍镀层22的形状是根据掩膜的形状而设定的，其形状还可以为椭圆形、弧形、波浪形、菱形以及不规则形状，相互搭接后的形状可为弧形、波浪形、锯齿形。 所述电流密度测量铜镀层24和电流密度测量金镀层25的形状是根据掩膜的形状而设定的，可为矩形、椭圆形、圆形、三角形、梯形、不规则图形。 所述薄膜热电偶接线引出端36、湿敏电容接线引出端37和电流密度测量金属镀层接线引出端39的形状还可为椭圆形、矩形、梯形、三角形，其位置还可相对的布置在二氧化硅绝缘层17的两侧。 所述引线5的宽度为0.1-0.2mm，在导电基片I的边缘处进行放大，形成引脚6。 引线5是采用真空蒸发镀膜方法蒸镀的四层薄膜构成:第一层为厚0.08-0.12 μ m的引线二氧化硅绝缘层40，第二层为厚0.1-0.12μπι的引线铜镀层41，第三层为厚0.1-0.12 μ m的引线金镀层42，最上一层为厚0.05-0.1 μ m的引线二氧化硅保护层43 ;其中，在引脚6处不蒸镀引线二氧化硅保护层。 [0021 ] 与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效本文档来自技高网...
【技术保护点】
燃料电池内部温度‑湿度‑电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‑电流密度联测传感器(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；其特征在于：所述温度‑湿度‑电流密度联测传感器(4)设置在筋(3)上；引线(5)的一端与温度‑湿度‑电流密度联测传感器(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‑电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‑电流密度联测传感器(4)的面朝向膜电极侧并与之紧密接触；所述温度‑湿度‑电流密度联测传感器(4)包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元和电流密度测量金属镀层测电流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括九层薄膜：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(17)，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层(17)上蒸镀的厚为1.0‑1.2μm的下电极铝镀层(18)，第三层为在下电极铝镀层(18)上方涂覆一层厚为0.5‑1μm的高分子聚合物感湿介质层(19)，第四层为在高分子聚合物感湿介质层(19)上方蒸镀的厚为1.0‑1.2μm的上电极铝镀层(20)；所述上电极铝镀层(20)、高分子聚合物感湿介质层(19)和下电极铝镀层(18)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(20)的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层(17)上蒸镀的厚为0.1‑0.12μm的薄膜热电偶铜镀层(21)，第六层为在二氧化硅绝缘层(17)上蒸镀的厚为0.1‑0.12μm的薄膜热电偶镍镀层(22)；所述薄膜热电偶铜镀层(21)和薄膜热电偶镍镀层(22)构成了薄膜热电偶，首端为薄膜热电偶接线引出端(36)，薄膜热电偶铜镀层(21)和薄膜热电偶镍镀层(22)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(35)；第七层为在上电极铝镀层(20)、薄膜热电偶铜镀层(21)和薄膜热电偶镍镀层(22)的上方蒸镀的厚为0.08‑0.12μm的二氧化硅保护层(23)，第八层为在薄膜热电偶铜镀层(21)和薄膜热电偶镍镀层(22)所在的二氧化硅保护层(23)的上方蒸镀一层厚为1.5‑2.0μm的电流密度测量铜镀层(24)，第九层为在电流密度测量铜镀层(24)的上方蒸镀一层厚为0.1‑0.12μm的电流密度测量金镀层(25)；所述电流密度测量铜镀层(24)和电流密度测量金镀层(25)相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层(38)，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端(39)；所述薄膜热电偶接线引出端(36)、湿敏电容接线引出端(37)和电流密度测量金属镀层接线引出端(39)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(17)的同一侧。...
【技术特征摘要】
1.燃料电池内部温度-湿度-电流密度分布测量插片，包括导电基片(I)、漏缝(2)、筋(3)、温度-湿度-电流密度联测传感器(4)、引线(5)、定位孔(7);所述漏缝(2)、筋(3)设置在导电基片(I)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；其特征在于:所述温度-湿度-电流密度联测传感器(4)设置在筋⑶上；引线(5)的一端与温度-湿度-电流密度联测传感器⑷的接线引出端相接，另一端延伸至导电基片(I)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(I)四周，用以将导电基片(I)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-电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-电流密度联测传感器(4)的面朝向膜电极侧并与之紧密接触； 所述温度-湿度-电流密度联测传感器(4)包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元和电流密度测量金属镀层测电流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括九层薄膜:第一层为蒸镀在筋(3)上的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅绝缘层(17)，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层(17)上蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的下电极铝镀层(18)，第三层为在下电极铝镀层(18)上方涂覆一层厚为0.5-1 μ m的高分子聚合物感湿介质层(19)，第四层为在高分子聚合物感湿介质层(19)上方蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的上电极铝镀层(20);所述上电极铝镀层(20)、高分子聚合物感湿介质层(19)和下电极铝镀层(18)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(20)的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层(17)上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶铜镀层(21)，第六层为在二氧化硅绝缘层(17)上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶镍镀层(22);所述薄膜热电偶铜镀层(21)和薄膜热电偶镍镀层(22)构成了薄膜热电偶，首端为薄膜热电偶接线引出端(36)，薄膜热电偶铜镀层(21)和薄膜热电偶镍镀层(22)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(35);第七层为在上电极铝镀层(20)、薄膜热电偶铜镀层(21)和薄膜热电偶镍镀层(22)的上方蒸镀的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅保护层(23)，第八层为在薄膜热电偶铜镀层(21)和薄膜热电偶镍镀层(22)所在的二氧化硅保护层(23)的上方蒸镀一层厚为1.5-2.0ym的电流密度测量铜镀层(24)，第九层为在电流密度测量铜镀层(24)的上方蒸镀一层厚为0.1-0.12 μ m的电流密度测量金镀层(25);所述电流密度测量铜镀层(24)和电流密度测...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭航，王政，叶芳，马重芳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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