燃料电池内部温度-热流密度-电流密度分布测量插片，是燃料电池内部温度、热流密度和电流密度分布的测量装置，其在导电基片两相邻漏缝之间的筋上布置有温度-热流密度-电流密度联测传感器，导电基片上的漏缝和筋与燃料电池流场板的流道和脊相互对应，电信号通过引线传递至外接测量电路及数据采集设备；温度-热流密度-电流密度联测传感器是由采用真空蒸发镀膜方法蒸镀的七层薄膜构成。本发明专利技术可实现对燃料电池内部温度、热流密度和电流密度分布的同步在线测量；该装置可作为独立的构件安装于燃料电池内部，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、交错形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-热流密度-电流密度分布测量插片
本专利技术涉及一种燃料电池内部温度-热流密度-电流密度分布测量插片，属于燃料电池检测
技术介绍
燃料电池内部的参数能够反映出燃料电池运行过程中传热传质的变化情况，对于掌握燃料电池最佳运行工况和优化传热传质过程有重要的意义。许多研究人员针对燃料电池内部的温度、热流密度和电流密度展开了多种方法的测量，以探索燃料电池运行过程中传热传质的机理和需找提高燃料电池性能的办法。燃料电池内部温度场的均匀程度很大程度上影响到燃料电池膜电极表面上电化学反应的均匀性程度，从而影响到了燃料电池的性能；燃料电池结构设计的合理与否会对其内部热量的释放产生重要的影响，热量传递的好坏也会影响温度场的分布；燃料电池内部的局部电流密度能够反映出反应物流量、水淹状况、接触电阻等因素对燃料电池性能的影响，通过测量燃料电池内部的局部电流密度可以预测燃料电池内部的水淹情况，气体分别情况；因此可以看出，温度、热流密度和电流密度对燃料电池内部的传热传质有很大的影响，通过测量该参数有助于寻找强化燃料电池内部传热传质的途径，提高燃料电池的性能。温度的测量，传统的方法主要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，这些方法不仅加工制作困难，而且测温元件的植入也破坏了燃料电池整体结构的气密性，甚至降低了膜电极的活性面积，进而影响到了燃料电池的性能；电流密度测量，主要方法有子电池法、局部膜电极法、磁环组法等，这些方法大多需要对燃料电池的极板或流场板进行加工改造或分割膜电极组件，加工难度大、工艺复杂、制作成本高。而对燃料电池内部的参数进行逐一测量，无疑增加了测量工作的复杂程度和工作量，同时对燃料电池性能的稳定也有很大的影响，因此制作能够同步测量燃料电池内部多种参数的测量装置是很有必要的。本专利技术的燃料电池内部温度-热流密度-电流密度分布测量插片能够实现同步在线测量燃料电池内部温度、热流密度和电流密度的分布情况，独立于被测燃料电池，不需要对被测燃料电池的结构进行特殊改造，减少了对燃料电池的拆装次数，从而降低了由于多参数分布测量而带来的成本增加和工作量增加，也减少了对燃料电池性能的破坏。
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分布、热流密度分布和电流密度分布的装置。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、热流密度和电流密度分布测量的步骤。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-热流密度-电流密度分布测量插片，包括导电基片1、漏缝2、筋3、温度-热流密度-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；所述温度-热流密度-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-热流密度-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-热流密度-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-热流密度-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-热流密度-电流密度联测传感器4为采用真空蒸发镀膜方法在筋3上蒸镀的七层薄膜：第一层为厚0.08-0.12μm的二氧化硅绝缘层15，第二层为蒸镀在二氧化硅绝缘层15上厚为0.1-0.12μm的铜镀层16，第三层为蒸镀在二氧化硅绝缘层15上厚为0.1-0.12μm的镍镀层17；所述铜镀层16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17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29，首端为薄膜热电偶接线引出端30；所述薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状分别为相互平行的四边形，且首尾相互搭接，搭接处构成热电堆，其中包括薄膜热流计上结点31和薄膜热流计下结点32，首端为薄膜热流计接线引出端33；第四层为在铜镀层16和镍镀层17上方蒸镀的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层18，第五层为在薄膜热流计上结点31所对应的二氧化硅镀层上方蒸镀一层厚为1.2-2.0μm的二氧化硅厚热阻层19，第六层为在先前镀层基础上蒸镀的一层厚为1.5-2.0μm的电流密度测量铜镀层20，第七层为在电流密度测量铜镀层20上方蒸镀一层厚为0.1-0.12μm的电流密度测量金镀层21；所述电流密度测量铜镀层20和电流密度测量金镀层21相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层34，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端35。所述薄膜热电偶接线引出端30、薄膜热流计接线引出端33和电流密度测量金属镀层接线引出端35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；导电基片1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。所述温度-热流密度-电流密度联测传感器4中由铜和镍组成的薄膜热电偶和薄膜热流计金属镀层材料还可以选用钨和镍、铜和钴、钼和镍、锑和钴替代，也可采用金属混合物材料如铜和康铜替代。所述温度-热流密度-电流密度联测传感器4中薄膜热电偶铜镀层和薄膜热电偶镍镀层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。所述温度-热流密度-电流密度联测传感器4中薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状是根据掩膜的形状而设定的，其形状还可为长条形、弧形、菱形，首尾相互搭接后的形状可为锯齿形、弧形、波浪形、Z字形。所述二氧化硅厚热阻层19还可位于薄膜热流计下结点32的上方。所述温度-热流密度-电流密度联测传感器4中的薄膜热流计至少包括一对薄膜热流计上结点31、薄膜热流计下结点32。所述电流密度测量铜镀层20和电流密度测量金镀层21的形状是根据掩膜的形状而设定的，其形状可为方形、圆形、椭圆形、梯形。所述薄膜热电偶接线引出端30、薄膜热流计接线引出端32和电流密度测量金属镀层接线引出端35可分别相对的布置于二氧化硅绝缘层15的两侧，其形状还可制作为椭圆形、矩形、梯形、三角形。引线5的宽度为0.1-0.2mm，在导电基片1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0.08-0.12μm的引线二氧化硅绝缘层36，第二层为厚0.1-0.12μm的引线铜镀层37，第三层为厚0.1-0.12μm的引线金镀层38，最上一层为厚0.05-0.1μm的引线二氧化硅保护层39；其中，在引脚6处不蒸镀引线二氧化硅保护层39。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果。本专利技术的燃料电池内部温度-热流密度-电流密度分布测量插片，在导电基片的筋上布置有温度-热流密度-电流密度联测传感器，可在燃料电池运行过程中本文档来自技高网...
【技术保护点】
燃料电池内部温度‑热流密度‑电流密度分布测量插片，包括导电基片(1)、漏缝(2)、筋(3)、温度‑热流密度‑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‑热流密度‑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‑热流密度‑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‑热流密度‑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‑热流密度‑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‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)为采用真空蒸发镀膜方法在筋(3)上蒸镀的七层薄膜：第一层为厚0.08‑0.12μm的二氧化硅绝缘层(15)，第二层为蒸镀在二氧化硅绝缘层(15)上厚为0.1‑0.12μm的铜镀层(16)，第三层为蒸镀在二氧化硅绝缘层(15)上厚为0.1‑0.12μm的镍镀层(17)；所述铜镀层(16)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(17)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(29)，首端为薄膜热电偶接线引出端(30)；所述薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状分别为相互平行的四边形，且首尾相互搭接，搭接处构成热电堆，其中包括薄膜热流计上结点(31)和薄膜热流计下结点(32)，首端为薄膜热流计接线引出端(33)；第四层为在铜镀层(16)和镍镀层(17)上方蒸镀的厚为0.08‑0.12μm的二氧化硅保护层(18)，第五层为在薄膜热流计上结点(31)所对应的二氧化硅镀层上方蒸镀一层厚为1.2‑2.0μm的二氧化硅厚热阻层(19)，第六层为在先前镀层基础上蒸镀的一层厚为1.5‑2.0μm的电流密度测量铜镀层(20)，第七层为在电流密度测量铜镀层(20)上方蒸镀一层厚为0.1‑0.12μm的电流密度测量金镀层(21)；所述电流密度测量铜镀层(20)和电流密度测量金镀层(21)相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层(34)，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端(35)；所述薄膜热电偶接线引出端(30)、薄膜热流计接线引出端(33)和电流密度测量金属镀层接线引出端(35)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(15)的同一侧。...
【技术特征摘要】
1.燃料电池内部温度-热流密度-电流密度分布测量插片，包括导电基片(1)、漏缝(2)、筋(3)、温度-热流密度-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-热流密度-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-热流密度-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-热流密度-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-热流密度-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-热流密度-电流密度联测传感器(4)为采用真空蒸发镀膜方法在筋(3)上蒸镀的七层薄膜：第一层为厚0.08-0.12μm的二氧化硅绝缘层(15)，第二层为蒸镀在二氧化硅绝缘层(15)上厚为0.1-0.12μm的铜镀层(16)，第三层为蒸镀在二氧化硅绝缘层(15)上厚为0.1-0.12μm的镍镀层(17)；所述铜镀层(16)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(17)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(29)，首端为薄膜热电偶接线引出端(30)；所述薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状分别为相互平行的四边形，且首尾相互搭接，搭接处构成热电堆，其中包括薄膜热流计上结点(31)和薄膜热流计下结点(32)，首端为薄膜热流计接线引出端(33)；第四层为在铜镀层(16)和镍镀层(17)上方蒸镀的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层(18)，第五层为在薄膜热流计上结点(31)所对应的二氧化硅保护层(18)上方蒸镀一层厚为1.2-2.0μm的二氧化硅厚热阻层(19)，第六层为在先前镀层基础上蒸镀的一层厚为1.5-2.0μm的电流密度测量铜镀层(20)，第七层为在电流密度测量铜镀层(20)上方蒸镀一层厚为0.1-0.12μm的电流密度测量金镀层(21)；所述电流密度测量铜镀层(20)和电流密度测量金镀层(21)相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层(34)，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端(35)；所述薄膜热电偶接线引出端(30)、薄膜热流计接线引出端(33)和电流密度测量金属镀层接线引出端(35)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(15)的同一侧。2.根据权利要求1所述的燃料电池...
【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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