[发明专利]燃料电池内部温度分布测量插片

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池内部温度分布测量插片，涉及燃料电池内部温度分布的测量，特别涉及一种瞬态温度分布的测量装置。

背景技术

现有的燃料电池内部的温度分布测试方法，测量所需时间长，体积大，热容量大，对变化着的温度响应有滞后现象，不能满足高瞬态温度测量的需求，有些测量方法还需改变燃料电池自身的结构，因此薄膜型的热电偶由于测温时间短，准确性高，热容量小，能够测量瞬态温度的变化等日益受到国内外研究人员的重视。

由于燃料电池自身的结构使得其内部的温度测量较为困难，而且传统的用热电偶测量燃料电池内部温度的方法如将热电偶植入燃料电池的流道等需要频繁的拆卸电池，操作繁琐，并且每次测量时在燃料电池流道中放置热电偶的位置不能准确统一，在拆装电池前后测量得到的实验数据对比性较差，并且由于热电偶的宏观引线等会导致燃料电池的泄露问题，另外，这些测量方法对燃料电池的整体性能也有较大的影响。

目前国际上对燃料电池内温度分布的测量主要有如下几种技术：

1、将热电偶与燃料电池制作为一体：这种方法是将热电偶直接制作在经特殊加工的燃料电池的流场板上，最终与燃料电池制作成为一体，通过引线将信号传出。这种方法虽然能够测量燃料电池内部的温度分布情况，但该方法相当复杂，加工难度很大，制作成本较高，同时这种技术需要改变燃料电池原来的结构，需要为测量温度分布专门制造或改造一种特殊的燃料电池，因此测量出来的实验结果不能与同类型的燃料电池进行对比，并且此方法也不能普遍应用于其他类型的燃料电池。

2、远红外辐射测温：也即红外热成像技术，这种方法是利用被测物体的温度变化时产生的光和热的辐射强度来进行测温。用这种方法测量燃料电池内部温度的分布，测量技术独立于燃料电池，不需要在燃料电池内放置热电偶，也不需要有连接线，可远距离非接触测温，并且收集帧频高，空间分辨率高，测量方便，对电池的整体性能影响也不大，尤其对测量燃料电池外表面的温度分布非常实用，能够测量燃料电池整个流场区域的温度分布情况。但用该方法测量燃料电池内部的温度分布时，需要改变电池的结构，选用可以透过红外线的透明的材料做端板，以保证燃料电池密封的同时可以让红外辐射透过。但在有水珠存在等情况下，用该方法就不能得到燃料电池内部真实的温度分布，而在燃料电池中，有水珠产生是绝大多数工况下都会出现的情况。因此，这种方法的应用范围受到一定的限制。再者，此方法要是用于电池堆内部的温度测量，则只能用于离电池堆端板最近的单电池的温度测量。

3、将热电偶植入燃料电池中：这种方法有两种方式：1)将热电偶植入燃料电池的流道中进行测温。这种测量方法是将热电偶放入经过特殊加工的燃料电池的流道中，或者将热电偶放置在流道中特制的热电偶套中；2)将热电偶热压到膜电极组件的扩散层和催化层中。这两种方式均是通过测量燃料电池的局部温度，来估算出整个流场区域的温度分布情况，通过传感器或热电偶两端的引线输出信号。该测温方法能够得到燃料电池内部更为精确的温度值，结构简单、测量范围广，可以普遍用于燃料电池内部的温度测量，但是这种测量技术需要做的准备工作很多，操作复杂，并且某个热电偶可能坏掉而不能输出信号，也可能因为宏观引出线而导致燃料电池的泄漏等问题。另外，这种方法的响应时间、空间分辨率和测量精度都还不能满足目前瞬变温度的测量要求，测量出来的温度只是放置热电偶处的局部温度，而不是燃料电池内部的温度场。并且不能准确的在线测量电池内部的温度变化情况，每次放置热电偶的位置也不能准确统一，拆装电池相对比较麻烦，因此实验结果没有很好的对比性。

从上述可以看出，这些燃料电池内部温度分布测量方法的主要缺点有：

1、加工制作复杂，有些测温元件不能完全独立于被测的燃料电池；

2、需要改变燃料电池的原有结构，需采用特殊能透过红外辐射的透明材料，或经过特殊加工的流场板，因而得出的实验结果不能与同类型的燃料电池进行比较；

3、测量元件的灵敏度低、精度低；

4、使用不方便，准备工作繁琐，拆装电池不易；

5、不能普遍适用于所有类型的燃料电池。

综上所述，由于燃料电池内的温度分布不均匀且是瞬态的，至今为止还没有一种简单有效的方法，可以准确快速的测量燃料电池内部的温度分布。随着科技的发展、设备的小型化以及节能的需求，采用响应速度快、灵敏度高、体积小的薄膜热电偶来进行燃料电池内部温度分布的测量是一个重要的研究方向。

发明内容