專利名稱：燃料電池內(nèi)部溫度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體為質(zhì)子交換膜燃料電池組內(nèi)部溫度的測量 方法。
技術(shù)背景燃料電池是一種將燃料與氧化劑中的化學(xué)能通過電極上的電催化反應(yīng)直接 轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它不受卡諾循環(huán)的限制，可以高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為 電能。由于世界環(huán)境污染日益嚴(yán)重和能源危機(jī)的出現(xiàn)加強(qiáng)了人們對(duì)石油替代品 的開發(fā)，燃料電池是最有希望成為石油的可替代產(chǎn)品，因此世界各國都在投巨 資加大燃料電池事業(yè)的研究和開發(fā)，由于燃料電池在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用，成為 下一代汽車的發(fā)展方向，世界各大汽車公司也紛紛加入到燃料電池事業(yè)開發(fā)的 行列，促進(jìn)了燃料電池事業(yè)的快速發(fā)展，燃料電池已經(jīng)進(jìn)入到商業(yè)化的前夜。隨著燃料電池事業(yè)的快速發(fā)展和商業(yè)化的推進(jìn)，燃料電池的壽命和可靠性 成為燃料電池向前的發(fā)展的關(guān)鍵，要想提高燃料電池的壽命和可靠性，必須了 解燃料電池內(nèi)部反應(yīng)情況和溫度變化情況，來對(duì)燃料電池進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提高 燃料電池的壽命和可靠性。如何通過觀察燃料電池內(nèi)部的溫度分布，來判斷燃 料電池內(nèi)部的反應(yīng)情況，作為燃料電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)好壞的判據(jù)，來改進(jìn)燃料電池 結(jié)構(gòu)，提高燃料電池壽命和可靠性。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，研究 設(shè)計(jì)一種新型的燃料電池內(nèi)部溫度測量方法，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問 題是十分必要的。 發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)研究一種新型的 燃料電池內(nèi)部溫度測量方法。通過觀察燃料電池運(yùn)行過程中內(nèi)部溫度分布和溫 度變化，根據(jù)溫度分布和變化情況判斷燃料電池的氣體分配情況，從而改進(jìn)燃 料電池結(jié)構(gòu)，提高燃料電池的運(yùn)行壽命和可靠性。本發(fā)明所述的燃料電池內(nèi)部 溫度測量方法，是利用銅絲漆包線和康銅絲漆包線制備成微型熱電偶，將多個(gè)
微型熱電偶安裝在燃料電池內(nèi)部MEA表面不同位置，組裝成燃料電池，利用溫 度采集元件觀察燃料電池運(yùn)行過程中燃料電池內(nèi)部溫度分布和變化。其具體工 作步驟如下A、 利用0.05-0.2mm銅絲漆包線和0.05-0.2mm康銅絲漆包線制備成微型熱 電偶。具體制備工藝如下將銅絲漆包線的一端和康銅絲漆包線的一端的外漆 去除，然后將去除外漆的銅絲和康銅絲焊結(jié)在一起(或燒結(jié)在一起)，制成微型 熱電偶。將制備好的微型熱電偶與溫度采集元件連接，并用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)、恒溫 水浴和冰水混合物對(duì)其進(jìn)行溫度校正。B、 將多個(gè)微型熱電偶安裝在燃料電池內(nèi)部MEA表面不同位置，并和雙極板 組裝成燃料電池。C、 將安裝有微型熱電偶的燃料電池置于燃料電池評(píng)價(jià)裝置上運(yùn)行。D、 利用溫度采集元件與微型熱電偶連接，測量燃料電池內(nèi)部各點(diǎn)的溫度分 布和變化。本發(fā)明所述的用銅絲漆包線和康銅絲漆包線制作的微型熱電偶，也可以用 其它型號(hào)的微型熱電偶代替，進(jìn)行燃料電池內(nèi)部溫度的測量。本發(fā)明所述的制 成微型熱電偶所用的銅絲漆包線和康銅絲漆包線，也可以用其它熱電偶材料代 替制備。本發(fā)明所述的制備熱電偶的銅絲漆包線和康銅絲漆包線直徑，最佳為 0.05國0.1mm。利用本發(fā)明可以測量燃料電池內(nèi)部某一節(jié)或某幾節(jié)的溫度，也可以測量燃 料電池內(nèi)同 一節(jié)不同位置的溫度分布和變化。通過該方法可以直觀地觀察到燃料電池內(nèi)部溫度分布和變化，有效的獲悉 燃料電池內(nèi)部反應(yīng)情況，發(fā)現(xiàn)燃料電池存在的問題，從而改進(jìn)燃料電池結(jié)構(gòu)， 提高燃料電池的運(yùn)行壽命和可靠性，促進(jìn)燃料電池的商業(yè)化發(fā)展。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎、制作方法簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，具有積極的社會(huì) 效益和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。


本發(fā)明共有4張附圖，其中附圖1微型熱電偶結(jié)構(gòu)和標(biāo)定示意圖 附圖2燃料電池內(nèi)部溫度的測量示意圖 附圖3加載過程中電池內(nèi)部溫度分布和變化曲線圖 附圖4不同加載速度時(shí)燃料電池內(nèi)部溫度變化曲線中1、微型熱電偶2、銅絲漆包線3、康銅絲漆包線4、溫度采集元 件5、燃料電池6、標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)7、恒溫水浴8、冰水混合物9、 MEA 10、 雙極板具體實(shí)施方式
本發(fā)明的具體實(shí)施例如附圖所示，利用O. lmm的銅絲漆包線2和0. lmm的康銅 絲漆包線3制作成微型熱電偶1，利用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)6進(jìn)行標(biāo)定(如圖l)。將3個(gè)微 型熱電偶1安裝在燃料電池5內(nèi)部的MEA9表面(如圖2)。利用溫度采集元件4觀察 燃料電池5運(yùn)行過程中的內(nèi)部溫度的分布和變化。其具體工作步驟如下A、 利用O. lmm銅絲漆包線2和0. lmm康銅絲漆包線3制備成微型熱電偶1， 用于測量燃料電池5內(nèi)部的溫度，具體制備工藝如下將O. lmm銅絲漆包線2的一 端和O. l腿康銅絲漆包線3的一端的外漆去除，然后將去除外漆的銅絲和康銅絲 焊結(jié)在一起(或燒結(jié)在一起)，制成微型熱電偶l。將制備的微型熱電偶l與溫度 采集元件4連接，并用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)6、恒溫水浴7和冰水混合物8對(duì)其進(jìn)行溫度校 正。B、 將3個(gè)微型熱電偶1安裝在燃料電池5內(nèi)部MEA9表面不同位置并和雙極板 10組裝成燃料電池5。C、 將安裝有微型熱電偶1的燃料電池5置于燃料電池評(píng)價(jià)裝置上運(yùn)行，電池 運(yùn)行溫度為60。C，空氣壓力25kpa，氫氣壓力40kpa，空氣利用率40% ，氫氣利用 率95%。D、 利用溫度采集元件4與微型熱電偶1連接，觀察燃料電池5運(yùn)行過程中， 燃料電池5內(nèi)部的溫度分布和變化。E、 加載過程中燃料電池5內(nèi)部溫度分布和變化的測量。試驗(yàn)結(jié)果表明加載 過程中燃料電池5內(nèi)部的溫度變化分布有所不同(如圖3所示)，加載過程中燃料 電池5進(jìn)口處溫度變化較大，其他部位變化不明顯。通過觀察燃料電池5內(nèi)部的 溫度分布和溫度變化(圖3)，可知燃料電池5運(yùn)行過程中，燃料電池5內(nèi)部的溫 度分布和變化是不一致的，加載瞬間燃料電池5反應(yīng)氣體進(jìn)口處溫度迅速上升，
達(dá)到一定溫度后逐漸下降，然后趨于平穩(wěn)，燃料電池5中間和出口溫度變化相對(duì)較弱，表明燃料電池5運(yùn)行過程中燃料電池5內(nèi)部反應(yīng)是不一致的，易導(dǎo)致燃料 電池5局部損傷或失效，影響燃料電池5的壽命和穩(wěn)定性。F、不同加載速度燃料電池5內(nèi)部溫度變化的測量，測量結(jié)果表明加載速度 越快，燃料電池5內(nèi)部溫度變化幅度越大(如圖4所示)，表明加載速度越快，該 處反應(yīng)越劇烈，對(duì)燃料電池5的損傷越大，因此可以改進(jìn)燃料電池5結(jié)構(gòu)或優(yōu)化 操作條件，提高燃料電池5反應(yīng)的一致性，提高燃料電池5的壽命和可靠性。通過本發(fā)明可以直觀地觀察到燃料電池內(nèi)部溫度分布和變化，有效的獲悉 燃料電池內(nèi)部反應(yīng)情況，發(fā)現(xiàn)燃料電池存在的問題，從而改進(jìn)燃料電池結(jié)構(gòu)， 提高燃料電池的運(yùn)行壽命和可靠性。
權(quán)利要求
1、一種燃料電池內(nèi)部溫度測量方法，其特征在于是利用銅絲漆包線(2)和康銅絲漆包線(3)制備成微型熱電偶(1)，將多個(gè)微型熱電偶(1)安裝在燃料電池(5)內(nèi)部MEA(9)表面不同位置，組裝成燃料電池(5)；利用溫度采集元件(4)觀察燃料電池(5)運(yùn)行過程中，燃料電池(5)內(nèi)部溫度分布和變化；其具體工作步驟如下A、利用0.05-0.2mm銅絲漆包線(2)和0.05-0.2mm康銅絲漆包線(3)制備成微型熱電偶(1)；具體制備工藝如下將銅絲漆包線(2)的一端和康銅絲漆包線(3)的一端的外漆去除；然后將去除外漆的銅絲(2)和康銅絲(3)焊結(jié)在一起(或燒結(jié)在一起)，制成微型熱電偶(1)；將制備好的微型熱電偶(1)與溫度采集元件(4)連接，并用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)(6)、恒溫水浴(7)和冰水混合物(8)對(duì)其進(jìn)行溫度校正；B、將多個(gè)微型熱電偶(1)安裝在燃料電池內(nèi)部MEA(9)表面不同位置，并和雙極板(10)組裝成燃料電池(5)；C、將安裝有微型熱電偶(1)的燃料電池(5)置于燃料電池評(píng)價(jià)裝置上運(yùn)行；D、利用溫度采集元件(4)與微型熱電偶(1)連接，測量燃料電池(5)內(nèi)部各點(diǎn)的溫度分布和變化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度測量方法，其特征在于用銅絲 漆包線(2)和康銅絲漆包線(3)制作的微型熱電偶(1)，也可以用其他型號(hào) 的微型熱電偶代替，進(jìn)行燃料電池內(nèi)部溫度的測量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池內(nèi)部溫度測量方法，其特征在于制成微 型熱電偶(1)所用的銅絲漆包線(2)和康銅絲漆包線(3)，也可以用其他熱 電偶材料代替制備。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池內(nèi)部溫度測量方法，其特征在于用于制 備微型熱電偶(1)的銅絲漆包線(2)和康銅絲漆包線(3)直徑，最佳為 0.05-0.1mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池內(nèi)部溫度測量方法，該方法采用0.1mm銅絲漆包線和0.1mm康銅絲漆包線制作成微型熱電偶，將多個(gè)微型熱電偶安裝在燃料電池內(nèi)部MEA表面，觀察運(yùn)行中燃料電池內(nèi)部各節(jié)和各部位溫度分布和變化。通過該方法可以直觀地觀察到燃料電池內(nèi)部溫度分布和變化，有效的獲悉燃料電池內(nèi)部反應(yīng)情況，發(fā)現(xiàn)燃料電池存在的問題，從而改進(jìn)燃料電池結(jié)構(gòu)，提高燃料電池的運(yùn)行壽命和可靠性。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎、制作方法簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，故屬于一種集經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性為一體的新型燃料電池內(nèi)部溫度測量方法。
文檔編號(hào)G01K7/02GK101158607SQ200710157379
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者明 侯, 侯中軍, 孫立言, 徐洪峰, 明平文, 燕希強(qiáng), 衣寶廉 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司