传感器在氢燃料电池生产中的应用

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

氢燃料电池系统是一个集多学科融合的复杂工程产品，由数十类部件材料有机结合而成。目前氢燃料电池的设计应用主要集中在汽车领域。如下图1所示。

图1氢燃料电池汽车的动力构成示意图

氢燃料电池汽车系统构成图如下图2所示。

图2氢燃料电池汽车系统构成图

其中氢燃料电池系统的结构主要有燃料电池电堆、空压机、氢气循环泵、发动机控制器、电压变换器、车载氢系统、传感器等数十类部件构成。

氢燃料电池的生产工艺主要有两个部分：

一、氢燃料系统组装生产，其工艺流程如下图3所示。

图3氢燃料电池系统生产工艺流程图

二、氢燃料电池电堆生产，其工艺流程如下图4所示。

图4氢燃料电池电堆生产工艺流程图

在氢燃料电池电堆和氢燃料电池系统的生产过程中，传感器的应用至关重要，比如在电堆生产中的“双极板成型”工艺和“电堆测试”工艺以及燃料电池系统生产过程中的“成品检测”工艺中的去离子水流量、电导测量，氢气流量控制，压力和温度的测量都需要用到高性能的传感器。

氢燃料电池中主要的传感器

热导式气体传感器

应用场景：生产过程中氢气泄露检测、氢气循环和排放中氢含量的检测

功能特点：

l 零点、满量程点的自动校正功能

l 可对其它气体的干涉影响进行补偿运算

l 气体浓度报警输出及通讯输出功能

技术参数：

测量原理 热传导式

测量范围 0~3 … 100%

重复性 ±1%FS

超声波流量计

应用场景：去离子水流量的测量控制

功能特点：

l 外夹式安装，非接触式测量，无压损

l 金属管、非金属均可安装

l 精度高，免维护

技术参数：

测量原理 超声波时差法

测量范围 0~0.3 ... 32m/s

测量精度 ±1% of rate

管道口径 φ13~φ6000mm

热式质量流量计

应用场景：生产或检测过程中氢气、空气流量的计量和控制。

功能特点：

l 高动态量程比1000:1

l 超宽的流量范围

l 快速响应t90低于4ms

技术参数：

测量原理 热式质量

测量范围 0~20000ml/min

精度 ±0.2%FS

稳定性 ±0.015%FS

管路口径 1/8inch，1/4inch

电导率电极

应用场景：去离子水水质监测，电导测量。

功能特点：

l 双极式电极系统

l 超大量程比

l 应用于工业场合

技术参数：

测量方式 电极式

测量范围 0.05 µS/cm至1 mS/cm

电极常数 K=0.25px-1（2.5px-1依测量范围）

操作压力 16bar（最高达40bar）

温度传感器    

应用场景：空气系统中进出电堆的压力测量；冷却系统中去离子水的温度、压力测量；氢燃料管路中温度、压力测量。

功能特点：

l 高抗震动、抗冲击结构

l 可内置温度变送器等多种规格

l 温度测量精度等级可达AA级

技术参数：

测温范围 -70-850℃

测压范围 0~10kPa~40MPa

压力长期稳定性 ≤0.05％FS/年

压力测量响应时间 90ms

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