燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，屬于燃料電池內(nèi)部參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，其溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，包括七層薄膜：首先蒸鍍一層二氧化硅絕緣層，在其上方蒸鍍下電極鋁鍍層，然后涂覆高分子聚合物感濕介質(zhì)，上方在蒸鍍上電極鋁鍍層，其次在二氧化硅絕緣層上分別蒸鍍薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層，最后在蒸鍍一層二氧化硅保護(hù)層。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃料電池內(nèi)部溫度和濕度的同步測(cè)量且無(wú)需對(duì)燃料電池流場(chǎng)板等結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊改造，保證了燃料電池性能的穩(wěn)定；該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，體積小等優(yōu)點(diǎn)，可布置于各種流道形狀的燃料電池流場(chǎng)板上對(duì)燃料電池內(nèi)部的溫度和濕度進(jìn)行同步測(cè)量。
【專利說(shuō)明】燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池內(nèi)部熱參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，涉及燃料電池內(nèi)部溫度和濕度的測(cè)量，特別涉及燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]在燃料電池運(yùn)行中，溫度和濕度是兩個(gè)非常重要的參數(shù)，對(duì)燃料電池的性能有著非常大的影響。燃料電池的性能對(duì)溫度比較敏感，由于燃料電池體的結(jié)構(gòu)緊湊，隨著電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，電池內(nèi)部熱量會(huì)不斷集聚，導(dǎo)致溫度升高，若溫度在適宜的范圍內(nèi)則會(huì)對(duì)燃料電池的性能產(chǎn)生有益的影響；若溫度超過(guò)膜電極所能承受的范圍，則會(huì)導(dǎo)致膜電極性能下降甚至失效。因此燃料電池運(yùn)行中，溫度控制問(wèn)題是必須要解決的問(wèn)題，而要解決這一問(wèn)題就必須要清楚電池內(nèi)部的溫度分布以及變化過(guò)程。
[0003]濕度對(duì)燃料電池性能的影響同樣重要。燃料電池內(nèi)部的濕度影響質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳遞，若相對(duì)濕度過(guò)高，則不能把電池內(nèi)部產(chǎn)生的水蒸氣帶出，電池內(nèi)部將集聚大量的凝結(jié)水造成水淹，嚴(yán)重影響燃料電池的性能，若濕度過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致膜電極干涸，使燃料電池性能下降，因此有必要監(jiān)測(cè)電池內(nèi)部的濕度，通過(guò)調(diào)節(jié)濕度使燃料電池的性能達(dá)到最佳。
[0004]傳統(tǒng)的測(cè)溫方法大多是將微型溫度傳感器、熱電偶或熱電阻埋入燃料電池的流道中，或與燃料電池的膜電極熱壓為一體，其往往需要對(duì)燃料電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊改造，這不僅破壞了燃料電池整體結(jié)構(gòu)，也對(duì)燃料電池的性能有很大的影響；對(duì)于測(cè)濕手段，方法有通過(guò)在燃料電池流場(chǎng)板上開孔，植入商業(yè)濕度傳感器來(lái)對(duì)燃料電池內(nèi)部的濕度進(jìn)行測(cè)量，該方法需要對(duì)燃料電池的流場(chǎng)板進(jìn)行特殊的加工改造，加工難度大，且對(duì)燃料電池的密封性有一定的破壞性；還有通過(guò)采用刻蝕工藝制作濕度傳感器進(jìn)行測(cè)量的方法，該方法的制作工藝復(fù)雜，制作成本高。
[0005]本發(fā)明是采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作而成，簡(jiǎn)化了制作工序，降低了制作成本，并且將測(cè)溫單元和測(cè)濕單元集成于一個(gè)傳感器之上，能夠?qū)θ剂想姵貎?nèi)部溫度和濕度進(jìn)行同步測(cè)量，可方便靈活的布置在燃料電池流場(chǎng)板上，不需要對(duì)燃料電池流場(chǎng)板進(jìn)行特殊改造，保證了燃料電池性能的穩(wěn)定，該發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，體積小，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能同步測(cè)量燃料電池內(nèi)部溫度和濕度的傳感器。該發(fā)明采用真空蒸發(fā)鍍膜方法將測(cè)溫單元和測(cè)濕單元集成于一體，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、體積小等優(yōu)點(diǎn)，方便了燃料電池電池內(nèi)部溫度和濕度的測(cè)量研究。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，包括燃料電池流場(chǎng)板1、溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4、引線5，在燃料電池流場(chǎng)板I上設(shè)有流道2和脊3，溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4設(shè)置在燃料電池流場(chǎng)板I兩相鄰流道2之間的脊3上，引線5的一端與溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4的接線引出端相接，另一端延伸至燃料電池流場(chǎng)板I的邊緣；燃料電池組裝時(shí)，燃料電池流場(chǎng)板I上布置有溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4的面朝向燃料電池膜電極側(cè)并與之緊密接觸。
[0008]所述溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4集成了薄膜熱電偶測(cè)溫單元和濕敏電容測(cè)濕單元，采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，包括七層薄膜:第一層為蒸鍍?cè)诩?上的厚為0.08-0.12 μ m的二氧化硅絕緣層13，第二層為在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍的厚為1.0-1.2 μ m的下電極鋁鍍層14，第三層為在下電極鋁鍍層14上方涂覆一層厚為0.5-1 μ m的高分子聚合物感濕介質(zhì)層15，第四層為在高分子聚合物感濕介質(zhì)層15上方蒸鍍的厚為1.0-1.2μπι的上電極鋁鍍層16 ;所述上電極鋁鍍層16、高分子聚合物感濕介質(zhì)層15和下電極鋁鍍層14構(gòu)成了濕敏電容，首端為濕敏電容接線引出端29，其中上電極鋁鍍層16的形狀為蛇形；第五層為在二氧化硅絕緣層上蒸鍍的厚為0.1-0.12 μ m的薄膜熱電偶銅鍍層17，第六層為在二氧化硅絕緣層上蒸鍍的厚為0.1-0.12μπι的薄膜熱電偶鎳鍍層18 ;所述薄膜熱電偶銅鍍層17和薄膜熱電偶鎳鍍層18的形狀為長(zhǎng)條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點(diǎn)28，首端為薄膜熱電偶接線引出端27 ;第七層為在先前鍍層的基礎(chǔ)上蒸鍍的厚為
0.08-0.12 μ m的二氧化硅保護(hù)層19。
[0009]所述薄膜熱電偶接線引出端27和濕敏電容接線引出端29均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層13的同一側(cè)。
[0010]溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器的制作步驟包括步驟一 20、步驟二 21、步驟三22、步驟四23、步驟五24、步驟六25、步驟七26 ;具體而言，步驟一 20，在燃料電池流場(chǎng)板1的脊3上根據(jù)二氧化硅絕緣層掩膜6蒸鍍一層二氧化硅絕緣層13，作為絕緣襯底；步驟二 21，在二氧化硅絕緣層13上根據(jù)下電極鋁鍍層掩膜7蒸鍍一層下電極鋁鍍層14 ;步驟三22，根據(jù)高分子聚合物感濕介質(zhì)層掩膜8在下電極鋁鍍層14上方涂覆一層高分子聚合物感濕介質(zhì)層15 ；步驟四23，在高分子聚合物感濕介質(zhì)層15的上方根據(jù)上電極鋁鍍層掩膜9蒸鍍一層上電極鋁鍍層16 ;步驟五24，根據(jù)薄膜熱電偶銅鍍層掩膜10在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍一層薄膜熱電偶銅鍍層17 ;步驟六25，根據(jù)薄膜熱電偶鎳鍍層掩膜11在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍一層薄膜熱電偶鎳鍍層18 ;步驟七26，在先前鍍層的基礎(chǔ)上根據(jù)二氧化硅保護(hù)層掩膜12蒸鍍一層二氧化硅保護(hù)層19，以保護(hù)傳感器不受燃料電池內(nèi)部電流的干擾；由以上步驟構(gòu)成溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，外接測(cè)量電路和數(shù)據(jù)采集設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池內(nèi)部溫度和濕度的同步測(cè)量。
[0011]所述溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4中二氧化硅絕緣層13可制作成方形、圓形、多邊形、梯形、三角形、不規(guī)則圖形。
[0012]所述濕敏電容上下電極的金屬鍍層材料，還可選用金、銅和鉬金屬代替。
[0013]所述上電極鋁鍍層16的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可為鋸齒狀、梳狀。
[0014]所述薄膜熱電偶金屬鍍層材料中，由銅和鎳組成的純金屬鍍層還可以選用鎢和鎳、銅和鈷、鑰和鎳、銻和鈷替代，也可采用金屬混合物材料如銅和康銅替代。
[0015]所述薄膜熱電偶銅鍍層17和薄膜熱電偶鎳鍍層18的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，還可以為橢圓形、弧形、波浪形、菱形以及不規(guī)則形狀，相互搭接后的形狀可為弧形、波浪形、鋸齒形。
[0016]所述薄膜熱電偶接線引出端27和濕敏電容接線引出端29可分別相對(duì)的布置在二氧化硅絕緣層13的兩側(cè)，其形狀還可為橢圓形、矩形、梯形、三角形。
[0017]所述引線5的寬度為0.1-0.2mm，是采用真空蒸發(fā)鍍膜方法蒸鍍的四層薄膜構(gòu)成:第一層為厚0.08-0.12 μ m的引線二氧化硅絕緣層30，第二層為厚0.1-0.12 μ m的引線銅鍍層31，第三層為厚0.1-0.12 μ m的引線金鍍層32，最上一層為厚0.05-0.1 μ m的引線二氧化硅保護(hù)層33。
[0018]引線二氧化硅絕緣層30與引線銅鍍層31和引線金鍍層32在形狀、位置和尺寸上均一致，引線二氧化硅保護(hù)層33與前三層在形狀和位置上相同，但在靠近流場(chǎng)板邊緣處，
要略短于前三層。
[0019]所述燃料電池流場(chǎng)板I上流道2的形狀可為平行流道、蛇形單通道流道、蛇形多通道流道、插指型流道流、不規(guī)則流道。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0021]本發(fā)明是采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作而成，簡(jiǎn)化了傳感器的制作工序，將薄膜熱電偶測(cè)溫單元和濕敏電容測(cè)濕單元集成一體，解決了燃料電池內(nèi)部溫度和濕度同步測(cè)量的問(wèn)題，不需要對(duì)燃料電池流場(chǎng)板進(jìn)行特殊改造，且采用薄膜熱電偶作為測(cè)溫單元，與熱電阻相比靈敏度更高，線性度更好；同時(shí)，該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，體積小等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種流道形狀的燃料電池流場(chǎng)板，可同步測(cè)量燃料電池內(nèi)部某一位置的溫度和濕度，也可對(duì)多個(gè)位置進(jìn)行同步測(cè)量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器在平行流道流場(chǎng)板上布置的主觀示意圖；
[0023]圖2為燃料電池流場(chǎng)板上單個(gè)溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器的主觀示意圖；
[0024]圖3為燃料電池流場(chǎng)板上單個(gè)溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器的制作流程圖；
[0025]圖4為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器引線的截面主觀示意圖；
[0026]圖5為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器在插指型流道流場(chǎng)板上布置的主觀示意圖；
[0027]圖6為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器在蛇形單通道流道流場(chǎng)板上布置的主觀示意圖；
[0028]圖7為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器在蛇形多通道流道流場(chǎng)板上布置的主觀示意圖；
[0029]圖中，1、燃料電池流場(chǎng)板，2、流道，3、脊，4、溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，5、引線；
[0030]6-12為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器各層掩膜:6、二氧化硅絕緣層掩膜，7、下電極鋁鍍層掩膜，8、高分子聚合物感濕介質(zhì)層掩膜，9、上電極鋁鍍層掩膜，10、薄膜熱電偶銅鍍層掩膜，11、薄膜熱電偶鎳鍍層掩膜，12、二氧化硅保護(hù)層掩膜；
[0031]13-19為根據(jù)掩膜制作的溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器各膜層:13、二氧化硅絕緣層，14、下電極鋁鍍層，15、高分子聚合物感濕介質(zhì)層，16、上電極鋁鍍層，17、薄膜熱電偶銅鍍層，18、薄膜熱電偶鎳鍍層，19、二氧化硅保護(hù)層；
[0032]20-26為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器的制作步驟:20、步驟一，21、步驟二，22、步驟三，23、步驟四，24、步驟五，25、步驟六，26、步驟七；
[0033]27、薄膜熱電偶接線引出端，28、薄膜熱電偶熱端結(jié)點(diǎn)，29、濕敏電容接線引出端；
[0034]30、引線二氧化硅絕緣層，31、引線銅鍍層，32、弓丨線金鍍層，33、引線二氧化硅保護(hù)層。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0036]參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器包括燃料電池流場(chǎng)板1、溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4、引線5，在燃料電池流場(chǎng)板1上設(shè)有流道2和脊3，溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4設(shè)置在燃料電池流場(chǎng)板1兩相鄰流道2之間的脊3上，引線5的一端與溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4的接線引出端相接，另一端延伸至燃料電池流場(chǎng)板1的邊緣，用于傳遞傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)；燃料電池組裝時(shí)，燃料電池流場(chǎng)板1上布置有溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4的面朝向燃料電池膜電極側(cè)并與之緊密接觸。
[0037]參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明所述的溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4集成了薄膜熱電偶測(cè)溫單元和濕敏電容測(cè)濕單元，采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作而成，包括七層薄膜:第一層為蒸鍍?cè)谌剂想姵亓鲌?chǎng)板1兩相鄰流道2之間的脊3上的厚為0.08-0.12 μ m的二氧化硅絕緣層13，第二層為在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍的厚為1.0-1.2 μ m的下電極鋁鍍層14，第三層為在下電極鋁鍍層14上方涂覆一層厚為0.5-1 μ m的高分子聚合物感濕介質(zhì)層15，第四層為在高分子薄膜感濕介質(zhì)層15上方蒸鍍的厚為1.0-1.2μπι的上電極鋁鍍層16，第五層為在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍的厚為0.1-0.12 μ m的薄膜熱電偶銅鍍層17，第六層為在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍的厚為0.1-0.12 μ m的薄膜熱電偶鎳鍍層18，第七層為在先前鍍層的基礎(chǔ)上蒸鍍的厚為0.08-0.12 μ m的二氧化硅保護(hù)層19。
[0038]圖3為單個(gè)溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器的制作流程圖:6-12為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器各層掩膜，13-19為根據(jù)掩膜制作的溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器各膜層，20-26為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器的制作步驟。首先在燃料電池流場(chǎng)板1的脊3上根據(jù)二氧化硅絕緣層掩膜6蒸鍍一層二氧化硅絕緣層13，作為傳感器的襯底，并與燃料電池流場(chǎng)板充分絕緣，從而完成步驟一 20 ;步驟二 21為在二氧化硅絕緣層13上根據(jù)下電極鋁鍍層掩膜7蒸鍍一層下電極鋁鍍層14，步驟三22為在下電極鋁鍍層14上方根據(jù)高分子聚合物感濕介質(zhì)層掩膜8涂覆一層高分子聚合物感濕介質(zhì)層15，步驟四23為在高分子聚合物感濕介質(zhì)層15的上方根據(jù)上電極鋁鍍層掩膜9蒸鍍一層上電極鋁鍍層16 ;其中，下電極鋁鍍層14、高分聚合物感濕介質(zhì)層15和上電極鋁鍍層16構(gòu)成了濕敏電容，實(shí)現(xiàn)了濕度的測(cè)量；步驟五24為根據(jù)薄膜熱電偶銅鍍層掩膜10在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍一層薄膜熱電偶銅鍍層17，步驟六25為根據(jù)薄膜熱電偶鎳鍍層掩膜11在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍一層薄膜熱電偶鎳鍍層18 ;其中薄膜熱電偶銅鍍層17和薄膜熱電偶鎳鍍層18構(gòu)成了薄膜熱電偶，從而實(shí)現(xiàn)了溫度測(cè)量；步驟七26為在先前鍍層的基礎(chǔ)上根據(jù)二氧化硅保護(hù)層掩膜12蒸鍍一層二氧化硅保護(hù)層19，以保護(hù)傳感器不受燃料電池內(nèi)部電流的干擾；由以上步驟構(gòu)成溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，外接測(cè)量電路和數(shù)據(jù)采集設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池內(nèi)部溫度和濕度的同步測(cè)量。
[0039]其中，溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器的整體形狀是由二氧化硅絕緣層的形狀來(lái)決定的，其不僅可以制作成圖3所示的方形，還可為圓形、多邊形、梯形、三角形、不規(guī)則圖形等其它形狀。步驟二 21和步驟四23完成的濕敏電容上電極和下電極的金屬材料還可選用金、銅、鉬等其他金屬替代，其中，濕敏電容上電極鋁鍍層16的形狀不僅可為圖3所示的蛇形，還可為鋸齒狀、梳狀等其他形狀。步驟五24和步驟六25完成的薄膜熱電偶銅鍍層17和薄膜熱電偶鎳鍍層18的形狀為長(zhǎng)條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點(diǎn)28 ;薄膜熱電偶銅鍍層17和薄膜熱電偶鎳鍍層18的形狀根據(jù)掩膜的不同而不同，還可為橢圓形、弧形、波浪形、菱形以及不規(guī)則形狀等其它形狀，相互搭接后的形狀可為弧形、波浪形、鋸齒形等；薄膜熱電偶金屬鍍層的材料還可為鎢和鎳、銅和鈷、鑰和鎳、銻和鈷等替代，也可采用金屬混合物材料如銅和康銅替代。
[0040]薄膜熱電偶的首端為薄膜熱電偶接線引出端27，濕敏電容的首端為濕敏電容接線引出端29，其作用為方便與引線5相連，進(jìn)行電信號(hào)的傳導(dǎo)。薄膜熱電偶接線引出端27和濕敏電容接線引出端29的形狀不僅可為圖3所示的形狀，還可為橢圓形、矩形、梯形、三角形等其它形狀，其位置可均布置在二氧化硅絕緣層13的同一側(cè)，也可相對(duì)的布置在二氧化硅絕緣層13的兩側(cè)，即當(dāng)薄膜熱電偶接線引出端27為于二氧化硅絕緣層13的上側(cè)時(shí)，濕敏電容接線引出端29可布置在與薄膜熱電偶接線引出端27相對(duì)的二氧化硅絕緣層13的另一側(cè)，以方便傳感器引線5在流場(chǎng)板上的布置。
[0041]圖4為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器引線的截面示意圖，該引線5的寬度為0.1-0.2mm,是由真空蒸發(fā)鍍膜方法蒸鍍的四層薄膜構(gòu)成:第一層為厚0.08-0.12 μ m的引線二氧化硅絕緣層30，第二層為厚0.1-0.12μπι的引線銅鍍層31，第三層為厚0.1-0.12μπι的引線金鍍層32，最上一層為厚0.05-0.1 μ m的引線二氧化硅保護(hù)層33 ;引線二氧化硅絕緣層30與引線銅鍍層31和引線金鍍層32在形狀、位置和尺寸上均一致，引線二氧化硅保護(hù)層33與前三層在形狀和位置上相同，但在靠近流場(chǎng)板邊緣處，要略短于前三層，以方便與外接數(shù)據(jù)采集設(shè)備的引線連接。
[0042]圖5為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器在插指型流道流場(chǎng)板上的布置示意圖，在插指型流道流場(chǎng)板的脊上布置有溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4，引線5 —端與溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器接線引出端相接，另一端延伸至流場(chǎng)板邊緣。
[0043]圖6為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器在蛇形單通道流道流場(chǎng)板上的布置示意圖，在流場(chǎng)板的脊上布置有溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4，引線5 —端與溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器接線引出端相接，另一端延伸至流場(chǎng)板邊緣。
[0044]圖7為溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器在蛇形多通道流道流場(chǎng)板上的布置示意圖，在流場(chǎng)板的脊上布置有溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器4，引線5 —端與溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器接線引出端相接，另一端延伸至流場(chǎng)板邊緣。
[0045]本發(fā)明的溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器是采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作而成，包括七層薄膜，將薄膜熱電偶和濕敏電容集成一體，實(shí)現(xiàn)了燃料電池內(nèi)部溫度和濕度的同步測(cè)量；該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，體積小，布置在燃料電池內(nèi)部對(duì)燃料電池的性能影響小。
【權(quán)利要求】
1.燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，包括燃料電池流場(chǎng)板(I)、溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器(4)、引線(5)，在燃料電池流場(chǎng)板(I)上設(shè)有流道(2)和脊(3)，溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器⑷設(shè)置在燃料電池流場(chǎng)板⑴兩相鄰流道⑵之間的脊⑶上，引線(5)的一端與溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器(4)的接線引出端相接，另一端延伸至燃料電池流場(chǎng)板(I)的邊緣；燃料電池組裝時(shí)，燃料電池流場(chǎng)板(I)上布置有溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器(4)的面朝向燃料電池膜電極側(cè)并與之緊密接觸；其特征在于: 所述溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器(4)集成了薄膜熱電偶測(cè)溫單元和濕敏電容測(cè)濕單元，采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，包括七層薄膜:第一層為蒸鍍?cè)诩?3)上的厚為0.08-0.12 μ m的二氧化硅絕緣層(13)，第二層為在二氧化硅絕緣層(13)上蒸鍍的厚為1.0-1.2μπι的下電極鋁鍍層(14)，第三層為在下電極鋁鍍層(14)上方涂覆一層厚為0.5-1μπι的高分子聚合物感濕介質(zhì)層(15)，第四層為在高分子聚合物感濕介質(zhì)層(15)上方蒸鍍的厚為1.0-1.2 μ m的上電極鋁鍍層(16);所述上電極鋁鍍層(16)、高分子聚合物感濕介質(zhì)層(15)和下電極鋁鍍層(14)構(gòu)成了濕敏電容，首端為濕敏電容接線引出端(29)，其中上電極鋁鍍層(16)的形狀為蛇形；第五層為在二氧化硅絕緣層上蒸鍍的厚為0.1-0.12 μ m的薄膜熱電偶銅鍍層(17)，第六層為在二氧化硅絕緣層上蒸鍍的厚為0.1-0.12 μ m的薄膜熱電偶鎳鍍層(18);所述薄膜熱電偶銅鍍層(17)和薄膜熱電偶鎳鍍層(18)的形狀為長(zhǎng)條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點(diǎn)(28)，首端為薄膜熱電偶接線引出端(27);第七層為在先前鍍層的基礎(chǔ)上蒸鍍的厚為0.08-0.12 μ m的二氧化硅保護(hù)層(19)； 所述薄膜熱電偶接線引出端(27)和濕敏電容接線引出端(29)均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層(13)的同一側(cè)。 溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器的制作步驟包括步驟一(20)、步驟二(21)、步驟三(22)、步驟四(23)、步驟五(24)、步驟六(25)、步驟七(26);具體而言，步驟一(20)，在燃料電池流場(chǎng)板(I)的脊(3)上根據(jù)二氧化硅絕緣層掩膜(6)蒸鍍一層二氧化硅絕緣層(13)，作為絕緣襯底；步驟二(21)，在二氧化硅絕緣層(13)上根據(jù)下電極鋁鍍層掩膜(7)蒸鍍一層下電極鋁鍍層(14);步驟三(22)，根據(jù)高分子聚合物感濕介質(zhì)層掩膜(8)在下電極鋁鍍層(14)上方涂覆一層高分子聚合物感濕介質(zhì)層(15);步驟四(23)，在高分子聚合物感濕介質(zhì)層(15)的上方根據(jù)上電極鋁鍍層掩膜(9)蒸鍍一層上電極鋁鍍層(16);步驟五(24)，根據(jù)薄膜熱電偶銅鍍層掩膜(10)在二氧化硅絕緣層(13)上蒸鍍一層薄膜熱電偶銅鍍層(17);步驟六(25)，根據(jù)薄膜熱電偶鎳鍍層掩膜(11)在二氧化硅絕緣層(13)上蒸鍍一層薄膜熱電偶鎳鍍層(18);步驟七(26)，在先前鍍層的基礎(chǔ)上根據(jù)二氧化硅保護(hù)層掩膜(12)蒸鍍一層二氧化硅保護(hù)層(19)，以保護(hù)傳感器不受燃料電池內(nèi)部電流的干擾；由以上步驟構(gòu)成溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，外接測(cè)量電路和數(shù)據(jù)采集設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池內(nèi)部溫度和濕度的同步測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，其特征在于:所述溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器(4)中二氧化硅絕緣層(13)可制作成方形、圓形、多邊形、梯形、三角形、不規(guī)則圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，其特征在于:所述濕敏電容上下電極的金屬鍍層材料，還可選用金、銅和鉬金屬代替。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，其特征在于:所述上電極鋁鍍層(16)的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可為鋸齒狀、梳狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，其特征在于:所述薄膜熱電偶金屬鍍層材料中，由銅和鎳組成的純金屬鍍層還可以選用鎢和鎳、銅和鈷、鑰和鎳、銻和鈷替代，也可采用金屬混合物材料如銅和康銅替代。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，其特征在于:所述薄膜熱電偶銅鍍層(17)和薄膜熱電偶鎳鍍層(18)的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，還可以為橢圓形、弧形、波浪形、菱形以及不規(guī)則形狀，相互搭接后的形狀可為弧形、波浪形、鋸齒形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，其特征在于:所述薄膜熱電偶接線引出端(27)和濕敏電容接線引出端(29)可分別相對(duì)的布置在二氧化硅絕緣層(13)的兩側(cè)，其形狀還可為橢圓形、矩形、梯形、三角形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，其特征在于:所述引線(5)的寬度為0.1-0.2mm，是采用真空蒸發(fā)鍍膜方法蒸鍍的四層薄膜構(gòu)成:第一層為厚0.08-0.12 μ m的引線二氧化硅絕緣層(30)，第二層為厚0.1_0.12 μ m的引線銅鍍層(31)，第三層為厚0.1-0.12 μ m的引線金鍍層(32)，最上一層為厚0.05-0.1ym的引線二氧化硅保護(hù)層(33)； 引線二氧化硅絕緣層(30)與引線銅鍍層(31)和引線金鍍層(32)在形狀、位置和尺寸上均一致，引線二氧化硅保護(hù)層(33)與前三層在形狀和位置上相同，但在靠近流場(chǎng)板邊緣處，要略短于前三層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度聯(lián)測(cè)傳感器，其特征在于:所述燃料電池流場(chǎng)板(I)上流道(2)的形狀可為平行流道、蛇形單通道流道、蛇形多通道流道、插指型流道流、不規(guī)則流道。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK104377373SQ201410637413
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】郭航, 王政, 劉佳興, 葉芳, 馬重芳 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)