傳感器在氫燃料電池生產中的應用

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

氫燃料電池系統是一個集多學科融合的復雜工程產品，由數十類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領域。如下圖1所示。

圖1氫燃料電池汽車的動力構成示意圖

氫燃料電池汽車系統構成圖如下圖2所示。

圖2氫燃料電池汽車系統構成圖

其中氫燃料電池系統的結構主要有燃料電池電堆、空壓機、氫氣循環泵、發動機控制器、電壓變換器、車載氫系統、傳感器等數十類部件構成。

氫燃料電池的生產工藝主要有兩個部分：

一、氫燃料系統組裝生產，其工藝流程如下圖3所示。

圖3氫燃料電池系統生產工藝流程圖

二、氫燃料電池電堆生產，其工藝流程如下圖4所示。

圖4氫燃料電池電堆生產工藝流程圖

在氫燃料電池電堆和氫燃料電池系統的生產過程中，傳感器的應用至關重要，比如在電堆生產中的“雙極板成型”工藝和“電堆測試”工藝以及燃料電池系統生產過程中的“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

應用場景：生產過程中氫氣泄露檢測、氫氣循環和排放中氫含量的檢測

功能特點：

l 零點、滿量程點的自動校正功能

l 可對其它氣體的干涉影響進行補償運算

l 氣體濃度報警輸出及通訊輸出功能

技術參數：

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

應用場景：去離子水流量的測量控制

功能特點：

l 外夾式安裝，非接觸式測量，無壓損

l 金屬管、非金屬均可安裝

l 精度高，免維護

技術參數：

測量原理 超聲波時差法

測量范圍 0~0.3 ... 32m/s

測量精度 ±1% of rate

管道口徑 φ13~φ6000mm

熱式質量流量計

應用場景：生產或檢測過程中氫氣、空氣流量的計量和控制。

功能特點：

l 高動態量程比1000:1

l 超寬的流量范圍

l 快速響應t90低于4ms

技術參數：

測量原理 熱式質量

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

應用場景：去離子水水質監測，電導測量。

功能特點：

l 雙極式電極系統

l 超大量程比

l 應用于工業場合

技術參數：

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    

應用場景：空氣系統中進出電堆的壓力測量；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：

l 高抗震動、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

技術參數：

測溫范圍 -70-850℃

測壓范圍 0~10kPa~40MPa

壓力長期穩定性 ≤0.05％FS/年

壓力測量響應時間 90ms

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