CN106770582A - 新能源车用氢气传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源车用氢气传感器，包括壳体、设置在所述壳体内的无孔的气体隔离膜、气体检测单元以及湿度调控单元，所述气体检测单元位于所述气体隔离膜和湿度调控单元之间；所述气体检测单元包括进行质子传递的电解质、以及与所述电解质接触的工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极、对电极和参比电极均为多孔气体扩散电极；进入所述壳体的氢气以溶解‑脱附方式通过所述气体隔离膜，以喷洒方式到达气体检测单元，以涡旋方式进入所述工作电极中以发生化学反应。本发明的氢气传感器，适用于新能源汽车车内等环境的氢气含量检测，具有响应迅速、环境耐受性强、抗冲击及震动性好、选择性优良等优点。

Description

新能源车用氢气传感器

技术领域

本发明涉及一种氢气传感器，尤其涉及一种新能源车用氢气传感器。

背景技术

随着社会的发展以及人们生活水平的提高我国汽车保有量逐年增加，汽车在给人们的生活带来便利的同时也在一定程度上影响了人们的生活。传统汽车都是以石油为燃料的，而石油是一种有限资源，在汽车工业快速发展的同时必将带来国民经济对化石能源的依赖，加深能源生产与消费之间的矛盾；传统汽车的尾气含有很多有害成分，如温室气体二氧化碳、酸性气体二氧化硫、剧毒气体氮氧化物、引起雾霾的微小颗粒、燃烧不充分产生的一氧化碳等，据统计环境污染50％由传统汽车的排放引起。

为了保持我国汽车工业的持续发展，满足老百姓的用车梦想，同时既要缓解能源危机又要把碧水蓝天还给社会大众，就必须要发展新能源汽车。新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。目前的新能源汽车主要包括燃料电池车以及电动汽车。燃料电池车是以纯氢气为能源，结合燃料电池的动力性能开发出发的新能源汽车；电动汽车是指以蓄电池为动力行驶的用电机驱动的汽车。二者的工作原理虽然不同，但是都是零排放，适合于大力推广。新能源汽车有别于传统汽车，不光体现在动力源、技术、排放物等方面，在汽车制造过程中也有一些细节需要注意，比如燃料电池车使用纯氢气作为燃料，在车内有储氢罐，这就对储氢罐以及管路的密封性提出了要求，一旦发生泄漏后果不堪设想。目前的电动汽车普遍采用锂离子电池作为动力源，锂电在过冲或短路时电池内部物质发生分解会产生氢气，同时作为电池温度管理主要手段的冷却液在充电电压达到一定等级时也会发生分解产生氢气。

氢气是一种无色、无味、无毒、易燃易爆的气体，当空气中的氢气含量达到4％时就会发生爆炸。氢气由于无色无味，燃烧时火焰是透明的，因此其存在不易被感官发现，具有巨大的危险性。所以在新能源汽车上需要安装氢气监测单元，以达到实时在线检测氢气泄漏或生成情况，为人车安全保驾护航。

结合汽车这个特殊的应用场景，要求所使用的氢气检测单元具有以下特点：1)响应迅速：时间就是生命，要在泄露发生的最短时间内及时报警；2)准确可靠：由于该检测单元会提醒车主车辆存在氢气泄漏或者电池故障，必须马上停止使用，所以要求该检测单元一定要准确可靠，避免出现误报漏报等现象；3)环境耐受性强：汽车会行驶在各种极端天气条件下，所以该检测单元需要在各种环境条件下都有较好的检测性能；4)使用寿命长：车辆保养会给人们的使用带来一定的不变，所以该检测单元需要具有较长的使用寿命，避免频繁更换引起的不变；5)抗冲击及震动性强：由于该检测单元是使用在车辆上面，车辆行驶在各种路面条件下会存在很强的震动，所以检测单元需要具有较强的抗冲击及震动性能。

目前常用的氢气传感器有电化学式氢气传感器、燃料电池式氢气传感器、催化燃烧式氢气传感器及半导体式氢气传感器。以上传感器各有优缺点，先分别阐述如下：

1、电化学式氢气传感器

电化学式氢气传感器是目前广泛采用的氢气检测方法，主要原理是利用定电位电解法进行氢气检测。该类传感器的优点主要是检测下限比较低，适合于低浓度氢气检测；缺点在于易受环境温湿度变化的影响、抗冲击及震动能力差、有一定的电解质泄漏的几率等。另外电化学式氢气传感器响应速度比较长，T90(接触到氢气后达到90％阶跃所需要的时间)在90秒以上。传统电化学氢气传感器的这些缺陷主要由传感器本身的结构引起：1)在传统电化学传感器中普遍采用的是液体电解质充当传质途径。当传感器所使用的环境中存在强烈冲击及震动时液体电解质会成泡沫状飞出，一来导致电极脱离电解质引起传质不畅的问题；二来呈泡沫状飞出的电解质颗粒会通过O型圈的边缘溢出导致传感器出现漏液现象；除此之外即使是在正常使用中环境湿度的变化也会影响电解质的浓度，使其出现电解质干涸或者泄漏的现象；2)上述液体电解质与工作电极、对电极和参比电极之间呈层叠状接触，由于工作电极和对电极之间的传质距离较长导致工作电极上产生的氢离子和对电极上产生的氧离子要经过较长的路径才能结合成水分子，同时反应生成的电子也要经过较长的距离才能完成与外电路的传输，这就直接导致了传感器响应时间较长的现象；3)在传统电化学传感器中采用的是纯贵金属催化剂，并且贵金属催化剂以平铺的形式靠自身粘结力固定在催化剂基材上，以这种形式分布的催化剂实际上可以参与化学反应的只有最表面的一层，内层的催化剂由于被表面层的催化剂所掩盖接触不到气体，从而无法发挥作用；反应生成的质子还需要穿过内层催化剂墙才可以到达电解质部分，这样也就在一定程度上延长了传感器的响应时间；4)在传统电化学传感器中所使用的气体隔离膜具有纳米尺寸的微孔，由于氢气分子比较小可以直接顺畅的通过气体隔离膜到达传感器的工作电极处。如上所述，由于所使用的催化剂结构的限制使得这些以洪水之势涌入传感器内部的气体分子需要在工作电极上排队才能依次发生化学反应，这样也就在一定程度上延长了传感器的响应时间。

2、燃料电池式氢气传感器

燃料电池式氢气传感器是一个微型燃料电池，通过检测反应过程中产生的电量来实现氢气检测。其具有使用寿命长、环境耐受性强的优点；但是这类传感器由于是无源器件，由氢气和氧气的自动触发进行反应，所以响应速度非常慢，T80(接触到氢气后达到80％阶跃所需要的时间)在10分钟以上；

3、催化燃烧式氢气传感器

催化燃烧式氢气传感器是通过黑白元件组成的惠斯通电桥在接触到氢气后由于反应产生的热量导致桥臂失衡进行检测的。这类传感器的优点主要是响应比较迅速，T90(接触到氢气后达到90％阶跃所需要的时间)在30秒以内；但是这类传感器存在易受环境影响、漂移及衰减严重等明显缺陷；当环境温湿度发生变化时将会严重影响传感器的检测精度以及使用寿命；这类传感器无法准确检测5000PPM以下含量的氢气浓度；催化燃烧式传感器在使用过程中必须避免接触有机硅并且要避免强烈震动，否则将对传感器的性能带来不可逆转的损伤。

4、半导体式氢气传感器

半导体式氢气传感器的工作原理与催化燃烧式基本相同，只是半导体式传感器检测的是元件在接触到氢气前后电导率的变化。半导体式传感器同样存在漂移及衰减严重、易受环境温湿度影响等缺点，并且在使用过程中也是必须避免接触有机硅并且要避免强烈震动。

综上所述，由于目前的氢气传感器存在着各种各样的问题，都不适合于应用在车辆中氢气含量检测这个新兴领域，这就要求我们开发一种适合于监测车辆内部氢气含量的传感器，解决上述存在的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的新能源车用氢气传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种新能源车用氢气传感器，包括壳体、设置在所述壳体内的无孔的气体隔离膜、气体检测单元以及湿度调控单元，所述气体检测单元位于所述气体隔离膜和湿度调控单元之间；

所述气体检测单元包括进行质子传递的电解质、以及与所述电解质接触的工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极、对电极和参比电极均为多孔气体扩散电极；进入所述壳体的氢气以溶解-脱附方式通过所述气体隔离膜，以喷洒方式到达气体检测单元，以涡旋方式进入所述工作电极中以发生化学反应。

优选地，所述气体隔离膜的原料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯/四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶膜和氟化硅橡胶中的一种或多种的组合。

优选地，所述电解质为固态电解质；所述工作电极、对电极和参比电极分别平铺在所述电解质的两侧上，并且所述工作电极位于所述电解质朝向所述气体隔离膜的一侧上。

优选地，所述工作电极、对电极和参比电极均包括多孔憎水碳纸以及设置在所述多孔憎水碳纸上的贵金属催化剂层；所述贵金属催化剂层中，所述贵金属担载在导电碳颗粒上，所述多孔憎水碳纸上的微孔、导电碳颗粒之间的间隙形成供气体分子通过的传导路径。

优选地，所述湿度调控单元包括内装有湿度调节剂的容置室、以及密封在所述容置室开口上的防水透气的隔离膜；所述气体检测单元位于所述湿度调控单元的隔离膜一侧。

优选地，所述湿度调节剂由饱和金属盐溶液和金属盐固定混合制成；其中的金属盐为氯化锂、醋酸钾、氯化镁、碳酸钾、硝酸镁以及氯化钠中的一种或几种的混合组成。

优选地，所述隔离膜的原料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯/四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶及氟化硅橡胶中的一种或多种的组合。

优选地，所述壳体上设有数个插针，所述工作电极、对电极和参比电极分别通过引线与数个插针一一连接。

优选地，所述壳体上设有连通至所述气体隔离膜的进气孔；

所述壳体内设有贯穿所述壳体以供氧气进入其中的气体通道，所述气体通道位于所述湿度调控单元远离所述气体检测单元的一侧。

优选地，所述气体通道贯穿所述壳体的开口处设有供气体分子通过的透气膜，所述气体通道通过所述透气膜与所述壳体外部大气连通。

优选地，所述透气膜的原料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯/四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶及氟化硅橡胶中的一种或多种的组合。

本发明的新能源车用氢气传感器，适用于新能源汽车车内等环境的氢气含量检测，具有响应迅速、环境耐受性强、抗冲击及震动性好、选择性优良等优点，并且准确可靠、使用寿命长，特别适合于在高温下会生成大量有机硅的场所的汽车内氢气检测。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的新能源车用氢气传感器的剖面结构示意图；

图2是图1中气体检测单元的结构示意图；

图3是气体分子通过气体隔离膜至工作电极的原理图；

图4是图1中湿度调控单元的原理图；

图5是本发明的氢气传感器与现有氢气传感器进行氢气监测时的响应时间测试曲线图；

图6为本发明的氢气传感器进行环境试验的示意图；

图7是本发明的氢气传感器与现有氢气传感器进行环境试验前后的性能对比图；

图8是本发明的氢气传感器在不同氢气浓度下测试响应曲线图；

图9是本发明的氢气传感器与现有氢气传感器的有机硅中毒测试性能曲线图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一实施例的新能源车用氢气传感器，包括壳体10、设置在壳体10内的气体隔离膜20、气体检测单元30以及湿度调控单元40。气体检测单元30位于气体隔离膜20和湿度调控单元40之间。

其中，壳体10起到整个传感器的防护支撑作用，且内部具有腔室供气体隔离膜20、气体检测单元30以及湿度调控单元40等容置其中。壳体10上(如图1中所示的底部)设有数个插针，插针与气体检测单元30连接，还用于与外界PCB板相连，实时将气体检测单元30产生的电信号传送给外界PCB板。

壳体10的材料可以是PP、PC、ABS、尼龙等有一定强度和韧性的高分子聚合物，抗冲击及震动能力强，优选适用于酸性电解质的材料。

壳体10上设有连通至气体隔离膜20的进气孔11，环境中的气体从进气孔11进入壳体10内，通过气体隔离膜20至气体检测单元30。进一步，进气口11处可设有过滤膜对气体进行过滤，以滤去粉尘等固体杂质。

另外，壳体10内可设有气体扩散通道，连通进气孔11和气体检测单元30。气体隔离膜20容置在气体扩散通道内，进入壳体10的气体进入气体扩散通道，通过气体隔离膜21达到气体检测单元30。气体扩散通道的设置，减小了壳体10内腔室的空间，一方面极大的缩短了气体分子通过气体隔离膜20后到达气体检测单元30的距离，使得进入传感器中的气体分子既不会被原来比较大的腔室稀释掉又可以以最快的速度到达气体检测单元30的工作电极32以发生化学反应。

作为选择，气体扩散通道20可一体形成在壳体10内；或者，该新能源车用氢气传感器还包括两端开放的筒体，筒体的两端分别连通进气孔11和气体检测单元30，筒体的内部空间形成气体扩散通道20。筒体可选用与壳体10相同材料制成。

气体隔离膜20为密实无孔、防水性强的膜，可供气体分子通过，还可用于隔绝传感器与外界环境间的湿度交换。由于该气体隔离膜20较于传统的膜无微孔，气体分子要通过该气体隔离膜20必须先吸附在膜的表面，进而溶解进膜里，再从膜里脱附出来。因此，本发明中，通过该无孔的气体隔离膜20，使得进入壳体10的氢气以溶解-脱附方式通过气体隔离膜20，氢气不是以传统方式垂直通过膜而是以喷洒方式(非垂直方式)到达气体检测单元30。

氢气的上述通过方式，一来限制了进入传感器内部的气体分子的数量，从而避免出现大量氢气分子在气体检测单元30的工作电极32处排队发生化学反应的现象；二来溶解-脱附的动态过程使得通过气体隔离膜20进入到传感器内部的氢气分子立刻在工作电极32上发生反应，有助于加速反应的平衡，缩短响应时间。

此外，该气体隔离膜20具有的防水特性，水分子是无法溶解在该气体隔离膜20中，因此无法透过该膜。该气体隔离膜20在常压下可以保证氢气分子通过，而液体、粉尘以及较大的气体分子无法通过，以此保证了传感器具有优良的选择性，免受环境中其他共存气体分子的干扰。

另外，可通过精准控制气体隔离膜20的厚度来控制进入传感器内部的氢气分子的数量，既保证较好的检测精度又避免进入过多气体影响传感器的线性度。

作为选择，气体隔离膜20的原料可为聚四氟乙烯(PTFE)、聚过氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(PFEP)、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物(PFA)、聚乙烯/四氟乙烯共聚物(PETFE)、聚酰亚胺(PI)、硅橡胶(SR)膜和氟化硅橡胶(FSR)中的一种或多种的组合。

气体检测单元30在壳体10内位于气体隔离膜20和湿度调控单元40之间。本发明的氢气传感器采用定电位电解法来进行氢气的检测。

如图1、2所示，气体检测单元30包括进行质子传递的电解质31、以及与电解质31接触的工作电极32、对电极33和参比电极34；通过引入参比电极34来稳定工作电极32的电势，同时通过外加能量激发来加快反应的发生，以达到快速检测氢气的目的。

工作电极32、对电极33和参比电极34均为多孔气体扩散电极，可以是同样的多孔气体扩散电极，也可以是不同的多孔气体扩散电极。由于工作电极22为多孔气体扩散电极，通过气体隔离膜20到达气体检测单元30的氢气(H₂)可以漩涡方式到达工作电极22，并能以漩涡方式迅速进入工作电极22，以发生化学反应，可如图3所示。

如图3所示，工作电极32、对电极33和参比电极34由于均为多孔气体扩散电极，因此均可包括多孔憎水碳纸301以及设置在多孔憎水碳纸301上的贵金属催化剂层302；贵金属催化剂层为多孔气体扩散电极中的活性成分。贵金属催化剂层302中，贵金属可以是金(Au)、铑(Rh)、铂(Pt)、钌(Ru)、钯(Pd)、铱(Ir)、银(Ag)中的一种或几种金属的混合物，也可以是担载于导电碳颗粒上的上述金属或金属混合物，其中的导电碳颗粒可以是碳黑、碳纳米管或活性碳中的一种或几种的组合；本实施例中，贵金属催化剂层中，贵金属担载在导电碳颗粒上。

由于担载有贵金属的导电碳颗粒的形状不规则，使得导电碳颗粒之间形成有间隙，该间隙、多孔憎水碳纸上具有的微孔(纳米微孔)、以及导电碳颗粒本身具有的空隙形成供气体分子通过的传导路径，使得氢气可以快速到达电极的内外层以使所有催化剂都能发挥作用。到达工作电极32的氢气分子除了直接在工作电极32表面贵金属催化剂层302发生化学反应外，还通过传导路径以涡漩状进入贵金属催化剂层302内层，以包裹的方式迅速在整个贵金属催化剂层发生化学反应，保证了传感器的快速响应。氢气从传导路径通过如图3中箭头所示。

优选地，电解质31为固态电解质，可容置在一外壳内，零漏液几率以及抗冲击及震动能力强，使得传感器可以长期工作在环境中可能存在大量有机硅的场合。另外，可通过精选电解质31的厚度来控制传质的距离。外壳可由PP、PC、ABS、尼龙等有一定强度和韧性的高分子聚合物制成。

工作电极32、对电极33、参比电极34设置在电解质31上，与电解质31良好接触，以保证传质的通畅性。优选地，各电极与电解质31之间摒弃常用的层叠接触模式而改用平铺接触模式，以缩短传质距离加快响应速度。本实施例中，工作电极32、对电极33和参比电极34分别平铺在电解质31的两侧上，增加电极与电解质31的接触面积，使得整个电极都可以进行质子的传递。如图2中所示，工作电极32位于电解质31朝向气体隔离膜20的一侧上，对电极33和参比电极34位于电解质31的相对另一侧上，且对电极33和参比电极34相间隔，使得从气体隔离膜20过来的目标气体直接到达工作电极32发生化学反应，环境中的氧气在对电极33上发生化学反应，与工作电极32上的化学反应一起形成反应的闭环性，保证化学反应的持续性；参比电极34用于提供稳定的电势零点，防止输出信号受对电极上的化学反应以及漂移的影响，保证输出的稳定性。其中，工作电极32、对电极33和参比电极34可通过热压、粘接、刻蚀等方式牢固地固定在电解质31上。

气体检测单元30中，通过固态电解质的选择，以及各电极在电解质31上的设置方式，既避免出现电解质31与电极接触不良的现象、传感器漏液或电解质干涸的现象，又极大的提高了传感器的响应速度。

此外，工作电极32、对电极33和参比电极34分别通过引线与壳体10上数个插针一一连接。其中，结合图1、2，工作电极32通过引线321与插针101连接，对电极33通过引线331与插针102连接，参比电极34通过引线341与插针103连接。

电解质的传质能力与湿度息息相关，不同湿度下电解质的传质能力不同，进而表现为传感器的检测性能不同。为了消除环境湿度变化对电解质传质能力的影响，本发明的氢气传感器中，通过湿度调控单元40来调节壳体10内部湿度(水分含量)，使壳体10内电解质免受外界环境影响的作用。该单元由壳体以及封存在其中的湿度调节剂组成。

如图1所示，湿度调控单元40可包括内装有湿度调节剂的容置室41、以及密封在容置室41开口上的防水透气的隔离膜42；隔离膜42将湿度调节剂封存在容置室41内。容置室41形成在一外壳内，外壳可由PP、PC、ABS、尼龙等有一定强度和韧性的高分子聚合物制成，优选适用于酸性电解质的材料。

隔离膜42可供气体通过而液体及粉尘不可通过；湿度调节剂为具有特定浓缩湿度的物质，可由饱和金属盐溶液和金属盐固定混合制成，其中的金属盐为氯化锂、醋酸钾、氯化镁、碳酸钾、硝酸镁以及氯化钠中的一种或几种的混合组成。湿度调控单元40采用化学调控法和自扩散平衡法精准控制电解质内部水分含量，使其免受外界环境变化的影响。

当外界环境发生变化时，湿度调控单元40会自动调整其内的湿度调节剂，湿度调节剂会通过隔离膜42分别在湿度调控单元40及壳体10内部进行自扩散并迅速达到平衡，从而实现传感器内部的湿度调控，使其免受外界温湿度变化的影响：当环境湿度变大时湿度调控单元40会把可能进入传感器中的水分子吸收掉；当环境湿度减小时又会释放自存储的水分，始终保持传感器内部与外界湿度之间的平衡。当氢气浓度增加时反应生成的水分也会被湿度调控单元40吸收，从而保证传感器免受外界温湿度变化的影响。

如图4所示，隔离膜42在常压下可以让水蒸气透过，但液体和固体(如粉尘)无法通过。该隔离膜42的原料可以是聚四氟乙烯(PTFE)、聚过氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(PFEP)、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物(PFA)、聚乙烯/四氟乙烯共聚物(PETFE)、聚酰亚胺(PI)、硅橡胶(SR)及氟化硅橡胶(FSR)中的一种或多种的组合，为上述材料一种或多种组合制成的膜。

另外，由于氧气是氢气传感器中整个化学反应得以顺利完成的必备因素，所以充足的氧气供应在保证传感器的检测性能方面具有重要的意义。本发明中，壳体10内设有贯穿壳体10的气体通道50，以供氧气进入壳体10中，可以保证反应过程中氧气的供应，进而保证传感器的检测性能。优选地，该气体通道50位于湿度调控单元40远离气体检测单元(30)的一侧。

气体通道50贯穿壳体10的开口处设有供气体分子通过的透气膜51，气体通道50通过透气膜51与壳体10外部大气连通。所采用的透气膜51在常压下可以保证气体分子通过，但是液体以及粉尘无法通过，所用的透气膜51的原料可以是聚四氟乙烯(PTFE)、聚过氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(PFEP)、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物(PFA)、聚乙烯/四氟乙烯共聚物(PETFE)、聚酰亚胺(PI)、硅橡胶(SR)或氟化硅橡胶(FSR)中的一种或多种的组合。

以图1传感器放置方向为例，进气孔11开设在壳体10的顶部，气体通道50贯穿壳体10的底部。氢气分子通过气体隔离膜20达到工作电极32上发生相应的电化学反应并产生电信号；环境中的氧气通过气体通道50到达对电极32发生化学反应，与工作电极32上发生的电化学反应一起形成闭环反应，保证化学反应的完整性，从而实现环境中氢气的检测。

将本发明的氢气传感器监测浓度1％氢气作为测试，以英国城市技术公司型号为7HYT的氢气传感器作为对比，响应时间测试的曲线图如图5中所示，其中曲线A1为本发明的氢气传感器的响应曲线，曲线B1为对比氢气传感器的响应曲线。

从图中曲线可知，本发明的氢气传感器在测试1％的氢气时T90为14秒，而英国城市技术公司型号为7HYT的氢气传感器T90为93秒，可知本发明的氢气传感器响应迅速、对低含量的氢气灵敏度高，检测范围宽。

将本发明的氢气传感器进行环境试验：如图6所示，将本发明的氢气传感器密封放置于测试盒1上，测试盒1中部安装有风扇2保证传感器内的气体隔离膜20可以和测试盒1的环境空气进行充分的接触，同时在实验前将测试盒1中加入适量水；将上述测试盒1整体放置于环境控制为60℃、90％RH的恒温恒湿箱3中，在温度的作用下，测试盒1中的水分开始挥发，在风扇2的作用下在测试盒1内部达到平衡，同时结合外界恒温恒湿箱3中的湿度，使得传感器所处环境的相对湿度达到98％以上。

将英国城市技术公司型号为7HYT的氢气传感器作为对比，进行为期两周的环境试验，作为对比的7HYT的氢气传感器在试验进行到第二天的时候就出现了外壳开裂损坏的现象，而本发明的氢气传感器壳体完好。

环境试验前后氢气传感器的性能对比，如图7所示，其中(1)为试验前，(2)为试验后。其中线A2、A3代表本发明的氢气传感器，线B2、B3代表对比氢气传感器。

将本发明的氢气传感器在不同氢气浓度下进行测试，其响应曲线如图8所示。从图中可以看出传感器在0.02-18％的氢气范围内具有很好的线性响应，相关系数达0.9997。

将本发明的氢气传感器进行有机硅中毒性能测试，以日本费加罗公司型号为TGS821的氢气传感器作为对比。如图9所示，其中(1)为试验前，(2)为试验后，其中线A4、A5代表本发明的氢气传感器，线B4、B5代表对比氢气传感器。由图中可以看出，在进行有机硅中毒实验前两种氢气传感器都具有比较好的响应；在有机硅中毒实验后本发明的氢气传感器的主要性能没有发生变化，而TGS821的灵敏度出现了大幅度的下降。

综上所述，本发明的氢气传感器，通过所述气体隔离膜20、气体检测单元30以及湿度调控单元40的相配合，具有响应迅速(T90<30S)、环境耐受性强(可连续工作于-20-60度&5-100％RH，非结露)、抗冲击及震动性好、选择性优良等优点，且检测结果准确可靠、使用寿命长(可达5年以上)，适用于新能源汽车车内等环境的氢气含量检测，特别适合于在高温下会生成大量有机硅的场所的汽车内氢气检测。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种新能源车用氢气传感器，其特征在于，包括壳体（10）、设置在所述壳体（10）内的无孔的气体隔离膜（20）、气体检测单元（30）以及湿度调控单元（40），所述气体检测单元（30）位于所述气体隔离膜（20）和湿度调控单元（40）之间；

所述气体检测单元（30）包括进行质子传递的电解质（31）、以及与所述电解质（31）接触的工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34），所述工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34）均为多孔气体扩散电极；进入所述壳体（10）的氢气以溶解-脱附方式通过所述气体隔离膜（20），以喷洒方式到达气体检测单元（30），以涡旋方式进入所述工作电极（32）中以发生化学反应。

2.根据权利要求1所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述气体隔离膜（20）的原料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯/四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶膜和氟化硅橡胶中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述电解质（31）为固态电解质；所述工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34）分别平铺在所述电解质（31）的两侧上，并且所述工作电极（32）位于所述电解质（31）朝向所述气体隔离膜（20）的一侧上。

4.根据权利要求1所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34）均包括多孔憎水碳纸以及设置在所述多孔憎水碳纸（301）上的贵金属催化剂层（302）；所述贵金属催化剂层（302）中，所述贵金属担载在导电碳颗粒上，所述多孔憎水碳纸（301）上的微孔、导电碳颗粒之间的间隙形成供气体分子通过的传导路径。

5.根据权利要求1所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述湿度调控单元（40）包括内装有湿度调节剂的容置室（41）、以及密封在所述容置室（41）开口上的防水透气的隔离膜（42）；所述气体检测单元（30）位于所述湿度调控单元（40）的隔离膜（42）一侧。

6.根据权利要求5所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述湿度调节剂由饱和金属盐溶液和金属盐固定混合制成；其中的金属盐为氯化锂、醋酸钾、氯化镁、碳酸钾、硝酸镁以及氯化钠中的一种或几种的混合组成。

7.根据权利要求5所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述隔离膜（42）的原料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯/四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶及氟化硅橡胶中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求1-7任一项所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述壳体（10）上设有数个插针（101、102、103），所述工作电极（32）、对电极（33）和参比电极（34）分别通过引线（321、331、341）与数个插针（101、102、103）一一连接。

9.根据权利要求1-7任一项所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述壳体（10）上设有连通至所述气体隔离膜（20）的进气孔（11）；

所述壳体（10）内设有贯穿所述壳体（10）以供氧气进入其中的气体通道（50），所述气体通道（50）位于所述湿度调控单元（40）远离所述气体检测单元（30）的一侧。

10.根据权利要求9所述的新能源车用氢气传感器，其特征在于，所述气体通道（50）贯穿所述壳体（10）的开口处设有供气体分子通过的透气膜（51），所述气体通道通过所述透气膜（51）与所述壳体（10）外部大气连通；

所述透气膜（51）的原料为聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯/全氟丙乙烯醚共聚物、聚乙烯/四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、硅橡胶及氟化硅橡胶中的一种或多种的组合。