CN101158607A - 燃料电池内部温度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池内部温度测量方法，该方法采用0.1mm铜丝漆包线和0.1mm康铜丝漆包线制作成微型热电偶，将多个微型热电偶安装在燃料电池内部MEA表面，观察运行中燃料电池内部各节和各部位温度分布和变化。通过该方法可以直观地观察到燃料电池内部温度分布和变化，有效的获悉燃料电池内部反应情况，发现燃料电池存在的问题，从而改进燃料电池结构，提高燃料电池的运行寿命和可靠性。本发明具有结构新颖、制作方法简单、经济实用等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型燃料电池内部温度测量方法。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体为质子交换膜燃料电池组内部温度的测量方法。
背景技术
燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。它不受卡诺循环的限制，可以高效地将化学能转化为电能。由于世界环境污染日益严重和能源危机的出现加强了人们对石油替代品的开发，燃料电池是最有希望成为石油的可替代产品，因此世界各国都在投巨资加大燃料电池事业的研究和开发，由于燃料电池在电动汽车上的应用，成为下一代汽车的发展方向，世界各大汽车公司也纷纷加入到燃料电池事业开发的行列，促进了燃料电池事业的快速发展，燃料电池已经进入到商业化的前夜。
随着燃料电池事业的快速发展和商业化的推进，燃料电池的寿命和可靠性成为燃料电池向前的发展的关键，要想提高燃料电池的寿命和可靠性，必须了解燃料电池内部反应情况和温度变化情况，来对燃料电池进行结构改进，提高燃料电池的寿命和可靠性。如何通过观察燃料电池内部的温度分布，来判断燃料电池内部的反应情况，作为燃料电池内部结构好坏的判据，来改进燃料电池结构，提高燃料电池寿命和可靠性。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的燃料电池内部温度测量方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是设计研究一种新型的燃料电池内部温度测量方法。通过观察燃料电池运行过程中内部温度分布和温度变化，根据温度分布和变化情况判断燃料电池的气体分配情况，从而改进燃料电池结构，提高燃料电池的运行寿命和可靠性。本发明所述的燃料电池内部温度测量方法，是利用铜丝漆包线和康铜丝漆包线制备成微型热电偶，将多个微型热电偶安装在燃料电池内部MEA表面不同位置，组装成燃料电池，利用温度采集元件观察燃料电池运行过程中燃料电池内部温度分布和变化。其具体工作步骤如下：
A、利用0.05-0.2mm铜丝漆包线和0.05-0.2mm康铜丝漆包线制备成微型热电偶。具体制备工艺如下：将铜丝漆包线的一端和康铜丝漆包线的一端的外漆去除，然后将去除外漆的铜丝和康铜丝焊结在一起(或烧结在一起)，制成微型热电偶。将制备好的微型热电偶与温度采集元件连接，并用标准温度计、恒温水浴和冰水混合物对其进行温度校正。
B、将多个微型热电偶安装在燃料电池内部MEA表面不同位置，并和双极板组装成燃料电池。
C、将安装有微型热电偶的燃料电池置于燃料电池评价装置上运行。
D、利用温度采集元件与微型热电偶连接，测量燃料电池内部各点的温度分布和变化。
本发明所述的用铜丝漆包线和康铜丝漆包线制作的微型热电偶，也可以用其它型号的微型热电偶代替，进行燃料电池内部温度的测量。本发明所述的制成微型热电偶所用的铜丝漆包线和康铜丝漆包线，也可以用其它热电偶材料代替制备。本发明所述的制备热电偶的铜丝漆包线和康铜丝漆包线直径，最佳为0.05-0.1mm。
利用本发明可以测量燃料电池内部某一节或某几节的温度，也可以测量燃料电池内同一节不同位置的温度分布和变化。
通过该方法可以直观地观察到燃料电池内部温度分布和变化，有效的获悉燃料电池内部反应情况，发现燃料电池存在的问题，从而改进燃料电池结构，提高燃料电池的运行寿命和可靠性，促进燃料电池的商业化发展。
本发明具有结构新颖、制作方法简单、经济实用等特点，具有积极的社会效益和显著的经济效益。
附图说明
本发明共有4张附图，其中
附图1微型热电偶结构和标定示意图
附图2燃料电池内部温度的测量示意图
附图3加载过程中电池内部温度分布和变化曲线图
附图4不同加载速度时燃料电池内部温度变化曲线图
图中：1、微型热电偶2、铜丝漆包线3、康铜丝漆包线4、温度采集元件5、燃料电池6、标准温度计7、恒温水浴8、冰水混合物9、MEA10、双极板
具体实施方式
本发明的具体实施例如附图所示，利用0.1mm的铜丝漆包线2和0.1mm的康铜丝漆包线3制作成微型热电偶1，利用标准温度计6进行标定(如图1)。将3个微型热电偶1安装在燃料电池5内部的MEA9表面(如图2)。利用温度采集元件4观察燃料电池5运行过程中的内部温度的分布和变化。
其具体工作步骤如下：
A、利用0.1mm铜丝漆包线2和0.1mm康铜丝漆包线3制备成微型热电偶1，用于测量燃料电池5内部的温度，具体制备工艺如下：将0.1mm铜丝漆包线2的一端和0.1mm康铜丝漆包线3的一端的外漆去除，然后将去除外漆的铜丝和康铜丝焊结在一起(或烧结在一起)，制成微型热电偶1。将制备的微型热电偶1与温度采集元件4连接，并用标准温度计6、恒温水浴7和冰水混合物8对其进行温度校正。
B、将3个微型热电偶1安装在燃料电池5内部MEA9表面不同位置并和双极板10组装成燃料电池5。
C、将安装有微型热电偶1的燃料电池5置于燃料电池评价装置上运行，电池运行温度为60℃，空气压力25kpa，氢气压力40kpa，空气利用率40％，氢气利用率95％。
D、利用温度采集元件4与微型热电偶1连接，观察燃料电池5运行过程中，燃料电池5内部的温度分布和变化。
E、加载过程中燃料电池5内部温度分布和变化的测量。试验结果表明加载过程中燃料电池5内部的温度变化分布有所不同(如图3所示)，加载过程中燃料电池5进口处温度变化较大，其他部位变化不明显。通过观察燃料电池5内部的温度分布和温度变化(图3)，可知燃料电池5运行过程中，燃料电池5内部的温度分布和变化是不一致的，加载瞬间燃料电池5反应气体进口处温度迅速上升，达到一定温度后逐渐下降，然后趋于平稳，燃料电池5中间和出口温度变化相对较弱，表明燃料电池5运行过程中燃料电池5内部反应是不一致的，易导致燃料电池5局部损伤或失效，影响燃料电池5的寿命和稳定性。
F、不同加载速度燃料电池5内部温度变化的测量，测量结果表明加载速度越快，燃料电池5内部温度变化幅度越大(如图4所示)，表明加载速度越快，该处反应越剧烈，对燃料电池5的损伤越大，因此可以改进燃料电池5结构或优化操作条件，提高燃料电池5反应的一致性，提高燃料电池5的寿命和可靠性。
通过本发明可以直观地观察到燃料电池内部温度分布和变化，有效的获悉燃料电池内部反应情况，发现燃料电池存在的问题，从而改进燃料电池结构，提高燃料电池的运行寿命和可靠性。
Claims (4)
1.一种燃料电池内部温度测量方法，其特征在于是利用铜丝漆包线(2)和康铜丝漆包线(3)制备成微型热电偶(1)，将多个微型热电偶(1)安装在燃料电池(5)内部MEA(9)表面不同位置，组装成燃料电池(5)；利用温度采集元件(4)观察燃料电池(5)运行过程中，燃料电池(5)内部温度分布和变化；其具体工作步骤如下：
A、利用0.05-0.2mm铜丝漆包线(2)和0.05-0.2mm康铜丝漆包线(3)制备成微型热电偶(1)；具体制备工艺如下：将铜丝漆包线(2)的一端和康铜丝漆包线(3)的一端的外漆去除；然后将去除外漆的铜丝(2)和康铜丝(3)焊结在一起(或烧结在一起)，制成微型热电偶(1)；将制备好的微型热电偶(1)与温度采集元件(4)连接，并用标准温度计(6)、恒温水浴(7)和冰水混合物(8)对其进行温度校正；
B、将多个微型热电偶(1)安装在燃料电池内部MEA(9)表面不同位置，并和双极板(10)组装成燃料电池(5)；
C、将安装有微型热电偶(1)的燃料电池(5)置于燃料电池评价装置上运行；
D、利用温度采集元件(4)与微型热电偶(1)连接，测量燃料电池(5)内部各点的温度分布和变化。
2.根据权利要求1所述的燃料电池内部温度测量方法，其特征在于用铜丝漆包线(2)和康铜丝漆包线(3)制作的微型热电偶(1)，也可以用其他型号的微型热电偶代替，进行燃料电池内部温度的测量。
3.根据权利要求1所述的燃料电池内部温度测量方法，其特征在于制成微型热电偶(1)所用的铜丝漆包线(2)和康铜丝漆包线(3)，也可以用其他热电偶材料代替制备。
4.根据权利要求1所述的燃料电池内部温度测量方法，其特征在于用于制备微型热电偶(1)的铜丝漆包线(2)和康铜丝漆包线(3)直径，最佳为0.05-0.1mm。
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