傳感器在氫燃料電池生產(chǎn)中的應用

氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉換成電能的發(fā)電裝置。其基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應后，放出電子通過(guò)外部的負載到達陰極。

氫燃料電池系統是一個(gè)集多學(xué)科融合的復雜工程產(chǎn)品，由數十類(lèi)部件材料有機結合而成。目前氫燃料電池的設計應用主要集中在汽車(chē)領(lǐng)域。如下圖1所示。

圖1氫燃料電池汽車(chē)的動(dòng)力構成示意圖

氫燃料電池汽車(chē)系統構成圖如下圖2所示。

圖2氫燃料電池汽車(chē)系統構成圖

其中氫燃料電池系統的結構主要有燃料電池電堆、空壓機、氫氣循環(huán)泵、發(fā)動(dòng)機控制器、電壓變換器、車(chē)載氫系統、傳感器等數十類(lèi)部件構成。

氫燃料電池的生產(chǎn)工藝主要有兩個(gè)部分：

一、氫燃料系統組裝生產(chǎn)，其工藝流程如下圖3所示。

圖3氫燃料電池系統生產(chǎn)工藝流程圖

二、氫燃料電池電堆生產(chǎn)，其工藝流程如下圖4所示。

圖4氫燃料電池電堆生產(chǎn)工藝流程圖

在氫燃料電池電堆和氫燃料電池系統的生產(chǎn)過(guò)程中，傳感器的應用至關(guān)重要，比如在電堆生產(chǎn)中的“雙極板成型”工藝和“電堆測試”工藝以及燃料電池系統生產(chǎn)過(guò)程中的“成品檢測”工藝中的去離子水流量、電導測量，氫氣流量控制，壓力和溫度的測量都需要用到高性能的傳感器。

氫燃料電池中主要的傳感器

熱導式氣體傳感器

應用場(chǎng)景：生產(chǎn)過(guò)程中氫氣泄露檢測、氫氣循環(huán)和排放中氫含量的檢測

功能特點(diǎn)：

l 零點(diǎn)、滿(mǎn)量程點(diǎn)的自動(dòng)校正功能

l 可對其它氣體的干涉影響進(jìn)行補償運算

l 氣體濃度報警輸出及通訊輸出功能

技術(shù)參數：

測量原理 熱傳導式

測量范圍 0~3 … 100%

重復性 ±1%FS

超聲波流量計

應用場(chǎng)景：去離子水流量的測量控制

功能特點(diǎn)：

l 外夾式安裝，非接觸式測量，無(wú)壓損

l 金屬管、非金屬均可安裝

l 精度高，免維護

技術(shù)參數：

測量原理 超聲波時(shí)差法

測量范圍 0~0.3 ... 32m/s

測量精度 ±1% of rate

管道口徑 φ13~φ6000mm

熱式質(zhì)量流量計

應用場(chǎng)景：生產(chǎn)或檢測過(guò)程中氫氣、空氣流量的計量和控制。

功能特點(diǎn)：

l 高動(dòng)態(tài)量程比1000:1

l 超寬的流量范圍

l 快速響應t90低于4ms

技術(shù)參數：

測量原理 熱式質(zhì)量

測量范圍 0~20000ml/min

精度 ±0.2%FS

穩定性 ±0.015%FS

管路口徑 1/8inch，1/4inch

電導率電極

應用場(chǎng)景：去離子水水質(zhì)監測，電導測量。

功能特點(diǎn)：

l 雙極式電極系統

l 超大量程比

l 應用于工業(yè)場(chǎng)合

技術(shù)參數：

測量方式 電極式

測量范圍 0.05 μS/cm至1 mS/cm

電極常數 K=0.25px-1（2.5px-1依測量范圍）

操作壓力 16bar（最高達40bar）

溫度傳感器    

應用場(chǎng)景：空氣系統中進(jìn)出電堆的壓力測量；冷卻系統中去離子水的溫度、壓力測量；氫燃料管路中溫度、壓力測量。

功能特點(diǎn)：

l 高抗震動(dòng)、抗沖擊結構

l 可內置溫度變送器等多種規格

l 溫度測量精度等級可達AA級

技術(shù)參數：

測溫范圍 -70-850℃

測壓范圍 0~10kPa~40MPa

壓力長(cháng)期穩定性 ≤0.05％FS/年

壓力測量響應時(shí)間 90ms

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