新能源车用氢气传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种新能源车用氢气传感器，包括壳体、设置在所述壳体内的无孔的气体隔离膜、气体检测单元以及湿度调控单元，所述气体检测单元位于所述气体隔离膜和湿度调控单元之间；所述气体检测单元包括进行质子传递的电解质、以及与所述电解质接触的工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极、对电极和参比电极均为多孔气体扩散电极；进入所述壳体的氢气以溶解‑脱附方式通过所述气体隔离膜，以喷洒方式到达气体检测单元，以涡旋方式进入所述工作电极中以发生化学反应。本发明专利技术的氢气传感器，适用于新能源汽车车内等环境的氢气含量检测，具有响应迅速、环境耐受性强、抗冲击及震动性好、选择性优良等优点。

Hydrogen sensor for new energy vehicle

The present invention discloses a new energy vehicle hydrogen sensor, which comprises a shell, wherein the shell is arranged in the gas pore free isolation membrane, gas detection unit and humidity control unit, the gas detection unit is located on the gas separation membrane and the humidity control unit; the gas detection unit, including electrolyte the proton transfer and working electrode, and the electrolyte contact of the electrode and the reference electrode, the working electrode of the electrode, and the reference for both electrode porous gas diffusion electrode; into the shell of hydrogen through the gas separation membrane to dissolve desorption, by spraying way to the gas detection unit on the way, vortex into the working electrode by chemical reaction. The hydrogen sensor of the invention is suitable for detecting the hydrogen content in the environment of the new energy automobile and the vehicle, and has the advantages of rapid response, strong environmental tolerance, good shock resistance and vibration, good selectivity, etc..

【技术实现步骤摘要】
新能源车用氢气传感器
本专利技术涉及一种氢气传感器，尤其涉及一种新能源车用氢气传感器。
技术介绍
随着社会的发展以及人们生活水平的提高我国汽车保有量逐年增加，汽车在给人们的生活带来便利的同时也在一定程度上影响了人们的生活。传统汽车都是以石油为燃料的，而石油是一种有限资源，在汽车工业快速发展的同时必将带来国民经济对化石能源的依赖，加深能源生产与消费之间的矛盾；传统汽车的尾气含有很多有害成分，如温室气体二氧化碳、酸性气体二氧化硫、剧毒气体氮氧化物、引起雾霾的微小颗粒、燃烧不充分产生的一氧化碳等，据统计环境污染50％由传统汽车的排放引起。为了保持我国汽车工业的持续发展，满足老百姓的用车梦想，同时既要缓解能源危机又要把碧水蓝天还给社会大众，就必须要发展新能源汽车。新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。目前的新能源汽车主要包括燃料电池车以及电动汽车。燃料电池车是以纯氢气为能源，结合燃料电池的动力性能开发出发的新能源汽车；电动汽车是指以蓄电池为动力行驶的用电机驱动的汽车。二者的工作原理虽然不同，但是都是零排放，适合于大力推广。新能源汽车有别于传统汽车，不光体现在动力源、技术、排放物等方面，在汽车制造过程中也有一些细节需要注意，比如燃料电池车使用纯氢气作为燃料，在车内有储氢罐，这就对储氢罐以及管路的密封性提出了要求，一旦发生泄漏后果不堪设想。目前的电动汽车普遍采用锂离子电池作为动力源，锂电在过冲或短路时电池内部物质发生分解会产生氢气，同时作为电池温度管理主要手段的冷却液在充电电压达到一定等级时也会发生分解产生氢气。氢气是一种无色、无味、无毒、易燃易爆的气体，当空气中的氢气含量达到4％时就会发生爆炸。氢气由于无色无味，燃烧时火焰是透明的，因此其存在不易被感官发现，具有巨大的危险性。所以在新能源汽车上需要安装氢气监测单元，以达到实时在线检测氢气泄漏或生成情况，为人车安全保驾护航。结合汽车这个特殊的应用场景，要求所使用的氢气检测单元具有以下特点：1)响应迅速：时间就是生命，要在泄露发生的最短时间内及时报警；2)准确可靠：由于该检测单元会提醒车主车辆存在氢气泄漏或者电池故障，必须马上停止使用，所以要求该检测单元一定要准确可靠，避免出现误报漏报等现象；3)环境耐受性强：汽车会行驶在各种极端天气条件下，所以该检测单元需要在各种环境条件下都有较好的检测性能；4)使用寿命长：车辆保养会给人们的使用带来一定的不变，所以该检测单元需要具有较长的使用寿命，避免频繁更换引起的不变；5)抗冲击及震动性强：由于该检测单元是使用在车辆上面，车辆行驶在各种路面条件下会存在很强的震动，所以检测单元需要具有较强的抗冲击及震动性能。目前常用的氢气传感器有电化学式氢气传感器、燃料电池式氢气传感器、催化燃烧式氢气传感器及半导体式氢气传感器。以上传感器各有优缺点，先分别阐述如下：1、电化学式氢气传感器电化学式氢气传感器是目前广泛采用的氢气检测方法，主要原理是利用定电位电解法进行氢气检测。该类传感器的优点主要是检测下限比较低，适合于低浓度氢气检测；缺点在于易受环境温湿度变化的影响、抗冲击及震动能力差、有一定的电解质泄漏的几率等。另外电化学式氢气传感器响应速度比较长，T90(接触到氢气后达到90％阶跃所需要的时间)在90秒以上。传统电化学氢气传感器的这些缺陷主要由传感器本身的结构引起：1)在传统电化学传感器中普遍采用的是液体电解质充当传质途径。当传感器所使用的环境中存在强烈冲击及震动时液体电解质会成泡沫状飞出，一来导致电极脱离电解质引起传质不畅的问题；二来呈泡沫状飞出的电解质颗粒会通过O型圈的边缘溢出导致传感器出现漏液现象；除此之外即使是在正常使用中环境湿度的变化也会影响电解质的浓度，使其出现电解质干涸或者泄漏的现象；2)上述液体电解质与工作电极、对电极和参比电极之间呈层叠状接触，由于工作电极和对电极之间的传质距离较长导致工作电极上产生的氢离子和对电极上产生的氧离子要经过较长的路径才能结合成水分子，同时反应生成的电子也要经过较长的距离才能完成与外电路的传输，这就直接导致了传感器响应时间较长的现象；3)在传统电化学传感器中采用的是纯贵金属催化剂，并且贵金属催化剂以平铺的形式靠自身粘结力固定在催化剂基材上，以这种形式分布的催化剂实际上可以参与化学反应的只有最表面的一层，内层的催化剂由于被表面层的催化剂所掩盖接触不到气体，从而无法发挥作用；反应生成的质子还需要穿过内层催化剂墙才可以到达电解质部分，这样也就在一定程度上延长了传感器的响应时间；4)在传统电化学传感器中所使用的气体隔离膜具有纳米尺寸的微孔，由于氢气分子比较小可以直接顺畅的通过气体隔离膜到达传感器的工作电极处。如上所述，由于所使用的催化剂结构的限制使得这些以洪水之势涌入传感器内部的气体分子需要在工作电极上排队才能依次发生化学反应，这样也就在一定程度上延长了传感器的响应时间。2、燃料电池式氢气传感器燃料电池式氢气传感器是一个微型燃料电池，通过检测反应过程中产生的电量来实现氢气检测。其具有使用寿命长、环境耐受性强的优点；但是这类传感器由于是无源器件，由氢气和氧气的自动触发进行反应，所以响应速度非常慢，T80(接触到氢气后达到80％阶跃所需要的时间)在10分钟以上；3、催化燃烧式氢气传感器催化燃烧式氢气传感器是通过黑白元件组成的惠斯通电桥在接触到氢气后由于反应产生的热量导致桥臂失衡进行检测的。这类传感器的优点主要是响应比较迅速，T90(接触到氢气后达到90％阶跃所需要的时间)在30秒以内；但是这类传感器存在易受环境影响、漂移及衰减严重等明显缺陷；当环境温湿度发生变化时将会严重影响传感器的检测精度以及使用寿命；这类传感器无法准确检测5000PPM以下含量的氢气浓度；催化燃烧式传感器在使用过程中必须避免接触有机硅并且要避免强烈震动，否则将对传感器的性能带来不可逆转的损伤。4、半导体式氢气传感器半导体式氢气传感器的工作原理与催化燃烧式基本相同，只是半导体式传感器检测的是元件在接触到氢气前后电导率的变化。半导体式传感器同样存在漂移及衰减严重、易受环境温湿度影响等缺点，并且在使用过程中也是必须避免接触有机硅并且要避免强烈震动。综上所述，由于目前的氢气传感器存在着各种各样的问题，都不适合于应用在车辆中氢气含量检测这个新兴领域，这就要求我们开发一种适合于监测车辆内部氢气含量的传感器，解决上述存在的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种改进的新能源车用氢气传感器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种新能源车用氢气传感器，包括壳体、设置在所述壳体内的无孔的气体隔离膜、气体检测单元以及湿度调控单元，所述气体检测单元位于所述气体隔离膜和湿度调控单元之间；所述气体检测单元包括进行质子传递的电解质、以及与所述电解质接触的工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极、对电极和参比电极均为多孔气体扩散电极；进入所述壳体的氢气以溶解-脱附方式通过所述气体隔离膜，以喷洒方式到达气体检测单元，以涡旋方式进入所述工作电极中以发生化学反应。优选地，所述气体隔离膜的原料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新能源车用氢气传感器，其特征在于，包括壳体（10）、设置在所述壳体（10）内的无孔的气体隔离膜（20）、气体检测单元（30）以及湿度调控单元（40），所述气体检测单元（30）位于所述气体隔离膜（20）和湿度调控单元（40）之间；所述气体检测单元（30）包括进行质子传递的电解质（31）、以及与所述电解质（31）接触的工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34），所述工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34）均为多孔气体扩散电极；进入所述壳体（10）的氢气以溶解‑脱附方式通过所述气体隔离膜（20），以喷洒方式到达气体检测单元（30），以涡旋方式进入所述工作电极（32）中以发生化学反应。

【技术特征摘要】
1.一种新能源车用氢气传感器，其特征在于，包括壳体（10）、设置在所述壳体（10）内的无孔的气体隔离膜（20）、气体检测单元（30）以及湿度调控单元（40），所述气体检测单元（30）位于所述气体隔离膜（20）和湿度调控单元（40）之间；所述气体检测单元（30）包括进行质子传递的电解质（31）、以及与所述电解质（31）接触的工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34），所述工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34）均为多孔气体扩散电极；进入所述壳体（10）的氢气以溶解-脱附方式通过所述气体隔离膜（20），以喷洒方式到达气体检测单元（30），以涡旋方式进入所述工作电极（32）中以发生化学反应。2.根据权利要求1所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述气体隔离膜（20）的原料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯/四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶膜和氟化硅橡胶中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述电解质（31）为固态电解质；所述工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34）分别平铺在所述电解质（31）的两侧上，并且所述工作电极（32）位于所述电解质（31）朝向所述气体隔离膜（20）的一侧上。4.根据权利要求1所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34）均包括多孔憎水碳纸以及设置在所述多孔憎水碳纸（301）上的贵金属催化剂层（302）；所述贵金属催化剂层（302）中，所述贵金属担载在导电碳颗粒上，所述多孔憎水碳纸（301）上的微孔、导电碳颗粒之间的间隙形成供气体分子通过的传导路径。5.根据权利要求1所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述湿度调控单元（40）包括内装有...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晓霞，赵旭，
申请(专利权)人：深圳市深安旭传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44