CN116613355A - 用于获取单体电池温度分布的温度测试装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于获取单体电池温度分布的温度测试装置及制备方案，属于燃料电池温度测试技术领域，解决了现有技术传感器体积大、分辨率低、可靠性差且需要在双极板上预制测温孔并采用导线和光纤不适于批量生产的问题。该装置采用薄膜热电偶结构，作为单体电池的边框。温度测试装置的一对侧边缘处设有阵列分布的边耳，两侧边耳中部的薄膜热电偶结构从上到下包括PEN薄膜、纯铜箔、锡膏薄膜、纯铜镀层、康铜箔、PEN薄膜，另一对侧边缘设有燃料气口、空气口、冷却液口。纯铜箔、康铜箔的结构均包括设于边耳上的焊盘、设于PEN薄膜中部的结点区，以及连接焊盘、结点区的导线。所有结点区均位于反应活性区内；纯铜镀层和康铜箔组成测温端。

Description

用于获取单体电池温度分布的温度测试装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及燃料电池温度测试技术领域，尤其涉及一种用于获取单体电池温度分布的温度测试装置及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池系统是一种高效的氢能转化装置。在实际运行工况下，电堆内部温度在时间尺度上变化剧烈，空间尺度上分布不均匀，极易造成关键材料性能衰减甚至结构破坏。因此，需要对电堆内部各单片温度分布进行在线实时监控，在当发现电堆中单片的温度值超出安全温度范围时，能够及时采取故障处理措施或调整整机运行控制策略，保证电堆的正常工作，从而提高燃料电池系统耐久性。

现有的燃料电池内部温度分布测试技术主要包括热电偶探头植入技术、荧光衰减测温技术、布拉格光栅传感器技术和薄膜热电偶插片技术。

热电偶探头植入技术通过在流场板内部不同位置设置测温孔，将热电偶探头插入测温孔内，或者直接将热电偶探头布置在膜电极和碳纸中间，实现温度的检测。探头直径在0.3～1mm，需要在双极板上预制测温孔，增加了双极板的结构设计和加工难度，降低了双极板生产效率。为了得到多个位置的温度分布，需要增加测温孔数量，降低了双极板自身强度和气体在流道内的传输和分配均匀性。目前的双极板正在向更加轻薄化的方向发展，增加了测温孔设置难度。此外，探头的信号需要通过导线传输到燃料电池外部，导线横跨密封圈导致电堆密封性变差。如果将探头布置在膜电极和碳纸中间，会导致压堆过程中碳纸破损和质子交换膜机械损伤，干扰电池运行状态。

荧光衰减测温技术也需要在流场板内部不同位置设置测温孔，将头部带有荧光传感器的光纤插入测温孔内，由电子器件控制发光二极管光源给光纤直送脉冲光，激发荧光传感器产生荧光，产生的荧光返回后可计算出荧光衰减曲线，可通过对荧光衰减曲线与温度之间的关系测量温度。光纤直径(包括外部保护层)一般在0.2mm，开设测温孔和信号传输导线横跨密封圈带来与上述热电偶探头植入技术同样的双极板结构变化和密封问题。同时，该项技术的信号采集处理和解码标定十分复杂，检测速度缓慢，而燃料电池内部温度处于剧烈的动态变化中，不能满足动态检测的需要。此外，需要的配套光学组件十分复杂，集成度不高，且光路抖动也会影响测温的准确性。

布拉格光栅传感器技术通过在双极板的沟或脊上开设测温孔，将头部带有布拉格光栅传感器的光纤插入测温孔，燃料电池内部温度变化引起布拉格光栅传感器产生微形变，进而引起光纤中的反射波长改变，通过标定和反解即可获得温度变化。其光纤直径也一般在0.2mm，开设测温孔和信号传输导线横跨密封圈将同样带来的双极板结构变化和密封问题。同时，该项技术信号采集处理和解码标定也十分复杂，需要的配套光学组件十分复杂，且同样存在集成度不高、光路抖动的问题，使得空间分辨率极低。同时，燃料电池内部温度变化和压力变化都会造成传感器的微形变，难以解耦，造成较大的测试误差。此外，该光纤容易折断和损坏，可靠性较差。

薄膜热电偶插片技术是采用薄膜热电偶插片植入燃料电池内部，实现对燃料电池内部不同位置温度的检测。目前的电堆的上百片单电池内部的温度分布都处于动态变化中，需要对大量的薄膜热电偶。该技术采用的真空热蒸镀技术或者磁控溅射技术不适宜进行薄膜热电偶的批量化生产，生产成本极高，生产效率低下，且设备内部的镀膜腔内处于高温(180℃以上)和真空环境，限制了镀膜基底材料的选择只有聚酰亚胺薄膜和不锈钢。而燃料电池内部处于高温高湿酸性的电化学环境，聚酰亚胺和不锈钢在这种环境中的可靠性和耐久性较差，导致由这两种基底制备的薄膜热电偶在燃料电池内部无法长时间稳定运行，无法进行燃料电池的耐久性和可靠性测试。此外，薄膜热电偶插片作为电堆额外的植入物，需要增加额外的装配工序，对电堆装配结构、密封效果和接触电阻都产生了显著影响，干扰电堆稳定运行。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于获取单体电池温度分布的温度测试装置及制备方法，用以解决现有技术传感器体积大、分辨率低、可靠性差且需要在双极板上预制测温孔并采用导线和光纤不适于批量生产的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种用于获取单体电池温度分布的温度测试装置，该温度测试装置采用薄膜热电偶结构，作为每一待测单体电池的边框，集成于燃料电池电堆中；并且，

温度测试装置的一对侧边缘处设有呈阵列式分布的边耳，两侧边耳中部的薄膜热电偶结构包括从上到下依次设置的PEN薄膜、纯铜箔、锡膏薄膜、纯铜镀层、康铜箔、PEN薄膜，另一对侧边缘设有燃料气口、空气口、冷却液口；其中，

纯铜箔、康铜箔的结构均包括设于边耳上的焊盘、设于PEN薄膜中部的结点区，以及用于连接焊盘、结点区的导线；所有结点区均位于单体电池的反应活性区内；纯铜镀层仅涂覆于康铜箔的结点区表面，通过锡膏薄膜连接纯铜箔；纯铜镀层和康铜箔共同组成该温度测试装置的测温端，从焊盘处引出可输出电信号的测温线至测温仪表。

上述技术方案的有益效果如下：提供一种高可靠、成本低廉、可批量化生产的柔性温度分布测试方案，将薄膜热电偶与燃料电池边框集成，可以取消双极板上的测温孔，避免了由于对双极板结构改变导致的双极板强度下降、可靠性差和加工程序复杂的问题。同时，将薄膜热电偶与边框集成，可以避免在燃料电池电堆中引入额外的插片和器件，大大避免了对电堆装配结构的显著改变，尤其是密封结构，不干扰电堆稳定运行。将薄膜热电偶与边框集成，在装堆过程中还可完成测温系统的安装，从而实现大规模、批量化、自动化安装，避免了现有的温度分布测试技术需要后期手工安装，生产效率低的问题。

基于上述装置的进一步改进，纯铜箔与康铜箔成对分组设置，组数不小于10；并且，

对于每一组纯铜箔与康铜箔，焊盘均位于同一边耳上，且结点区连接；并且，纯铜箔与康铜箔各自的焊盘、结点区、导线均沿其焊盘所在边耳的中线对称。

进一步，两侧边耳呈对称分布；在每一正对的边耳之间，温度测试装置的两独立的结点区中间设有用于防止水氧和电化学环境侵蚀的横梁；并且，

横梁的宽度大于结点区的宽度；

横梁的材料为PEN材料。

进一步，所述横梁经过喷碳处理，以防止横梁造成电堆双极板与碳纸之间的接触电阻升高。

进一步，每侧边耳均采用长短交错式分布；并且，

锡膏薄膜未超出纯铜镀层所在区域。

进一步，温度测试装置的另一对侧边缘，一侧边缘设有空气进口、冷却液出口、氢气出口，另一侧边缘设有氢气进、冷却液进口、空气出口。

进一步，温度测试装置作为电池边框，设于电堆内的双极板和碳纸之间；并且，

温度测试装置的厚度为微米级或次微米级。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、提出了高柔性超薄热电偶技术，利用两种不同的金属导电薄膜构成热电偶，并封装在柔性高强度的边框材料中，薄膜热电偶尺寸和厚度均可以做到微米级甚至次微米级。

2、可以更好地适应电堆内部的压力变化、机械形变，可靠性大大提高；热电偶封装在边框材料中可以避免电堆内部的高温、高湿、高酸性和含氧电化学环境的侵蚀作用，大大提高可靠性。

3、热电偶输出信号只受温度影响，电堆内部压力变化、湿度变化、振动等对其输出信号无影响，避免多因素耦合，且配套设备简单，提高了可靠性。

4、传统热电偶、光纤传感器的尺寸大导致测温分辨率低，而微米级及次微米级薄膜热电偶可以极大地提高测温分辨率，同时还可以避免热电偶对碳纸、质子膜等关键材料的损伤，同时超薄尺度避免了传统技术需要导线或者光纤横跨密封圈的问题，超薄尺度的电极导线横框密封圈，对电堆密封效果影响可以忽略不计。

5、超薄尺度热电偶测温端的热量传递和热量平衡速度非常快，使其动态响应特性非常优异。

另一方面，本发明实施例提供了一种上述温度测试装置的制备方法，包括如下步骤：

S1.分别制备表面覆康铜的PEN薄膜、表面覆纯铜的PEN薄膜；

S2.根据电池边框的外形尺寸，对表面覆康铜的PEN薄膜、表面覆纯铜的PEN薄膜分别进行裁剪，使得其一对侧分别形成阵列式分布的边耳，另一对侧分别形成单体电池的燃料气口、空气口、冷却液口；

S3.根据单体电池的活性区面积、温度分布测试需求，对裁剪后的覆康铜的PEN薄膜和覆纯铜的PEN薄膜的表面金属层进行图案化处理，使得每一边耳的上表面形成焊盘，薄膜内侧上表面形成结点区以及用于连通结点区、焊盘的导线，作为温度测试装置的薄膜热电偶结构中的纯铜箔、康铜箔；

S4.在覆康铜的PEN薄膜上每一结点区均电镀一定厚度的纯铜镀层，并在纯铜镀层上点涂锡膏薄膜或导电胶薄膜；

S5.将覆康铜的PEN薄膜的纯铜镀层与覆纯铜的PEN薄膜的锡膏薄膜或导电胶薄膜相对贴合后，进行热压固化，得到所述温度测试装置。

进一步，步骤S1进一步包括：在PEN薄膜上均匀涂覆一定厚度的胶层，然后将一定厚度的康铜箔均匀地贴附于胶层上表面，热压合直至胶层固化，得到表面覆康铜的PEN薄膜；在PEN薄膜上均匀涂覆一定厚度的胶层，然后将一定厚度的纯铜箔均匀地贴附于胶层上表面，热压合直至胶层固化，得到表面覆纯铜的PEN薄膜；

步骤S3的图案化处理后，每一边耳的上表面一侧形成焊盘，另一侧形成焊盘孔；并且，

焊盘的面积大于焊盘孔的面积。

进一步，锡膏薄膜的厚度和面积使得热压合后锡膏不溢出纯铜镀层区域。

与现有技术相比，本发明的制备方法至少可实现如下有益效果之一：

1、提出采用电镀工艺制备高柔性超薄热电偶，可以避免传统的真空热蒸镀和磁控溅射技术由于其高温真空环境和狭小的镀膜空间，导致设备昂贵，靶材成本高，不适合于大规模批量化薄膜热电偶生产的问题。

2、采用电镀工艺，批量化生产效率高、成本低，且可选的柔性衬底材料更加多元化。

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本发明的重要特征或必要特征，也无意限制本发明的范围。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了实施例1温度测试装置的平面结构示意图；

图2示出了实施例1柔性边框集成薄膜热电偶网络截面结构示意图；

图3示出了实施例1温度测试装置作为边框的装配示意图；

图4示出了实施例2柔性边框集成薄膜热电偶网络示意图；

图5示出了实施例2电镀工艺形成薄膜热电偶的测温端示意图；

图6示出了实施例2点涂锡膏薄膜或者导电胶薄膜示意图；

图7示出了实施例3覆康铜的PEN薄膜刻蚀后的图案化电路；

图8示出了实施例3覆纯铜的PEN薄膜刻蚀后的图案化电路；

图9示出了实施例3压合的方向以及压合结果示意图。

附图标记

1-边框F1；2-边框F2；3-碳纸G1；4-碳纸G2；5-催化层C1；6-催化层C2；7-质子膜；8-单体电池；9-边耳；10-焊盘孔；10.1-焊盘；10.2-导线；10.3-结点区(包括13、16)；11-焊盘P1(位于覆康铜的PEN薄膜上)；

12-负极导线(位于覆康铜的PEN薄膜上)；13-结点区N1(位于覆康铜的PEN薄膜上)；14-焊盘P2(位于覆纯铜的PEN薄膜上)；15-正极导线(位于覆纯铜的PEN薄膜上)；16-结点区N2(位于覆纯铜的PEN薄膜上)；

17-纯铜镀层；18-锡膏薄膜；19-空气进口；20-冷却液出口；21-氢气出口；22-氢气进口；23-冷却液进口；

24-空气出口；25-反应活性区；26-横梁；27-测温线；

28-测温仪表。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

燃料电池电堆一般由几十甚至上百片单体电池8构成，单体电池8结构组成如图3所示，一般由边框F1(图3中的1)、边框F2(图3中的2)、碳纸G1(图3中的3)、碳纸G2(图3中的4)、催化层C1(图3中的5)、催化层C2(图3中的6)、质子膜(图3中的7)七个部分组成，经压合后形成单体电池8。目前，燃料电池中的边框材质大多选取具有高绝缘性、高热稳定性、高机械稳定性、高化学稳定性的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜和聚苯硫醚(PPS)薄膜，从而适应燃料电池内部高温、高湿、高酸性、含氧的电化学环境。

本发明基于燃料电池边框的结构和材质，在不显著改变单体电池8和燃料电池电堆结构的前提下，将超薄柔性薄膜热电偶集成到边框中。

实施例1

本发明的一个实施例，公开了一种用于获取单体电池温度分布的温度测试装置，如图1所示，该温度测试装置采用薄膜热电偶结构，作为每一待测单体电池8的边框，集成于燃料电池电堆中。

温度测试装置的一对侧边缘处设有呈阵列式分布的边耳9(最简单的是图1中的2×M阵列，即每侧具有M个边耳，边耳并不一定关于该对侧中心线对称，此外也可设置每侧呈长短交错式分布的边耳)，两侧边耳9中部的薄膜热电偶结构包括从上到下依次设置的PEN薄膜、纯铜箔、锡膏薄膜、纯铜镀层、康铜箔、PEN薄膜(如图2所述)，另一对侧边缘设有燃料气口(燃料气进口、燃料气出口)、空气口(空气进口、出气出口)、冷却液口(冷却液进口、冷却液出口)、对燃料气口、空气口、冷却液口的位置可不进行限定，以匹配选用的不同单体电池8(如图1所示)。

其中，纯铜箔、康铜箔的结构均包括设于边耳9上的焊盘10.1、设于PEN薄膜中部的结点区10.3，以及用于连接焊盘、结点区的导线10.2。所有结点区10.3均位于单体电池8的反应活性区25内。

纯铜镀层仅涂覆于康铜箔的结点区表面，通过锡膏薄膜连接纯铜箔。纯铜镀层和康铜箔共同组成该温度测试装置的测温端，从焊盘处引出可输出电信号的测温线27至测温仪表28。

与现有技术相比，本实施例提供了一种高可靠、成本低廉、可批量化生产的柔性温度分布测试方案，该方案提供的温度测试装置将薄膜热电偶与燃料电池边框集成，可以取消双极板上的测温孔，避免了由于对双极板结构改变导致的双极板强度下降、可靠性差和加工程序复杂的问题。同时，将薄膜热电偶与边框集成，可以避免在燃料电池电堆中引入额外的插片和器件，大大避免了对电堆装配结构的显著改变，尤其是密封结构，不干扰电堆稳定运行。将薄膜热电偶与边框集成，在装堆过程中还可完成测温系统的安装，从而实现大规模、批量化、自动化安装，避免了现有的温度分布测试技术需要后期手工安装，生产效率低的问题。

实施例2

在实施例1的基础上进行改进，纯铜箔与康铜箔成对分组设置，组数不小于10(2×5)，以实现良好的单体电池温度分布监测效果。

优选地，如图4所示，对于每一组纯铜箔与康铜箔，焊盘均位于同一边耳9上，且结点区连接。并且，纯铜箔与康铜箔各自的焊盘、结点区、导线均沿其焊盘所在边耳9的中线对称。此外，对于每一组纯铜箔与康铜箔，也可设置为焊盘分布在不同的边耳上，但会降低集成度、浪费材料以及影响美观度。

优选地，两侧的边耳9呈对称分布。在每一正对的边耳9之间，温度测试装置的两独立的结点区中间设有用于防止水氧和电化学环境侵蚀的横梁26，横梁26的材料为PEN材料。并且，横梁26的宽度大于结点区的宽度。

优选地，横梁26经过喷碳处理，以防止横梁造成电堆双极板与碳纸之间的接触电阻升高。

优选地，每侧边耳均可采用长短交错式分布，以布设更多的热电偶，获得更多的温度数据。

优选地，锡膏薄膜18未超出纯铜镀层17所在区域，如图5～6所示。

优选地，温度测试装置的另一对侧边缘，一侧边缘设有空气进口19、冷却液出口20、氢气出口21，另一侧边缘设有氢气进口22、冷却液进口23、空气出口24，如图4所示。

优选地，温度测试装置作为单体电池的电池边框，设于电堆内的双极板和碳纸之间。并且，温度测试装置的厚度为微米级或次微米级。薄膜热电偶很薄，植入边框后对边框结构、电堆结构改变不大。通过边框材料实现了热电偶封装，温度测试装置无需再额外封装，由于具有一定的柔性，保证了其密封性能。

与现有技术相比，本实施例提供的移动式测试仓具有如下

有益效果：

1、提出了高柔性超薄热电偶技术，利用两种不同的金属导电薄膜构成热电偶，并封装在柔性高强度的边框材料中，薄膜热电偶尺寸和厚度均可以做到微米级甚至次微米级。

2、可以更好地适应电堆内部的压力变化、机械形变，可靠性大大提高；热电偶封装在边框材料中可以避免电堆内部的高温、高湿、高酸性和含氧电化学环境的侵蚀作用，大大提高可靠性。

3、热电偶输出信号只受温度影响，电堆内部压力变化、湿度变化、振动等对其输出信号无影响，避免多因素耦合，且配套设备简单，提高了可靠性。

4、传统热电偶、光纤传感器的尺寸大导致测温分辨率低，而微米级及次微米级薄膜热电偶可以极大地提高测温分辨率，同时还可以避免热电偶对碳纸、质子膜等关键材料的损伤，同时超薄尺度避免了传统技术需要导线或者光纤横跨密封圈的问题，超薄尺度的电极导线横框密封圈，对电堆密封效果影响可以忽略不计。

实施例3

本发明还公开了一种实施例1或2所述温度测试装置的制备方法，包括如下步骤：

S1.分别制备表面覆康铜的PEN薄膜、表面覆纯铜的PEN薄膜；

S2.根据电池边框的外形尺寸，对表面覆康铜的PEN薄膜、表面覆纯铜的PEN薄膜分别进行裁剪，裁剪成若干个如图2所示形状，使得其一对侧分别形成阵列式分布的边耳9(边耳9用于后续承载薄膜热电偶正/负极的焊盘)，另一对侧分别形成单体电池8的燃料气口、空气口、冷却液口；

S3.根据单体电池8的活性区面积、温度分布测试需求(包括热电偶布置数量、位置等)，对裁剪后的覆康铜的PEN薄膜和覆纯铜的PEN薄膜的表面金属层进行图案化处理，分别得到如图7和图8所示的电路图案，使得每一边耳9的上表面形成焊盘，薄膜内侧上表面形成结点区以及用于连通结点区、焊盘的导线，作为温度测试装置的薄膜热电偶结构中的纯铜箔、康铜箔；这里的电路图案仅以2×5的分布规格进行展示，具体的分布规格可以根据实际测试需求进行任意调整，只需调整掩膜形状即可；黑色区域为被掩膜保护没有被刻蚀掉的康铜箔或者纯铜箔，白色区域为露出的PEN薄膜。

S4.在覆康铜的PEN薄膜上每一结点区均电镀一定厚度的纯铜镀层17，从而形成薄膜热电偶的测温端，如图5所示(具体方法为利用掩膜将焊盘P1(图7中的11)和负极导线12保护，而结点区N1(图7中的13)暴露，然后在电解槽中进行电镀操作)，并在纯铜镀层17上点涂锡膏薄膜18或导电胶薄膜，如图6所示，合理控制点涂锡膏薄膜18的厚度和面积，以保证热压合后锡膏不溢出纯铜镀层17区域为宜；

S5.将覆康铜的PEN薄膜的纯铜镀层17与覆纯铜的PEN薄膜的锡膏薄膜18或导电胶薄膜相对贴合后，进行热压固化，如图9所示，得到所述温度测试装置。

优选地，步骤S1进一步包括如下子步骤：

S11.在一块较大的、厚度为D/3～D/2(单体电池8中电池边框的厚度为D)的PEN薄膜上均匀涂覆一定厚度的胶层，然后将一定厚度的康铜箔均匀地贴附于胶层上表面，热压合直至胶层固化，得到表面覆康铜的PEN薄膜；

S12.在一块较大的、厚度为D/3～D/2(单体电池8中电池边框的厚度为D)的PEN薄膜上均匀涂覆一定厚度的胶层，然后将一定厚度的纯铜箔均匀地贴附于胶层上表面，热压合直至胶层固化，得到表面覆纯铜的PEN薄膜。

获得的表面覆康铜的PEN薄膜、表面覆纯铜的PEN薄膜用作边框薄膜热电偶制作原料。

优选地，步骤S3的图案化处理后，每一边耳9的上表面一侧形成焊盘，另一侧形成焊盘孔10。并且，焊盘的面积大于焊盘孔10的面积。焊盘孔10用于暴露部分焊盘，同时对焊盘边缘形成保护，提高可靠性。当两层贴合时，焊盘孔10四周的PEN薄膜可以对焊盘边缘形成保护，提高可靠性。焊盘P1(图7中的11)和焊盘P2(图8中的14)用于跟测温线27(热电偶测温导线或者温度补偿导线)和相关仪表连接。负极导线12和正极导线15用于传输电压信号，结点区N1(图9中的13)和.结点区N2(图9中的16)用于形成热电偶测温端。

优选地，步骤S5进一步包括：

S51.将涂覆胶层的如图8所示的覆纯铜PEN薄膜沿短边翻面180°，与如图7所示的覆康铜PEN薄膜正面相对贴合。

S52.在热压条件下将锡膏薄膜18(或者导电胶薄膜)固化，形成良好连接，得到如图9所示的压合器件。

根据热电偶中间导体定律，由于锡膏薄膜18的厚度极小，锡膏薄膜18和纯铜镀层17的界面温度T1与锡膏薄膜18和结点区N2(图9中16)的界面温度T2相同，根据热电偶中间导体定律，该锡膏薄膜18(或者导电胶薄膜)的引入不影响整个热电偶回路的热电动势。

优选地，锡膏薄膜18的厚度和面积使得热压合后锡膏不溢出纯铜镀层17区域。

可选地，燃料气口、空气口、冷却液口也可在该方法的步骤S6中制备。根据燃料电池单电池活性区、气体进出口和冷却液进出口的尺寸规格，对压合器件进行剪裁切割，得到如图4所示的柔性边框集成薄膜热电偶网络，用于测试燃料电池单电池温度分布。包括：空气进口19、冷却液出口20、氢气出口21、氢气进口22、冷却液进口23、空气出口24、反应活性区25和横梁26。其中，焊盘P1、负极导线、结点区N1、焊盘P2、正极导线、结点区N2夹在两层PEN薄膜中间，截面结构图如图2所示，同时横梁26宽度大于结点区宽度，起到保护作用，防止水氧和电化学环境的侵蚀，提高器件的可靠性。然后，在横梁26上进行喷碳处理，防止横梁26的存在造成双极板和碳纸之间的接触电阻升高。

实施时，图4所示的器件相当于图1中的边框F1(图3中的1)或者边框F2(图3中的2)，在电堆中位于双极板和碳纸中间，并且与双极板和碳纸紧密接触，接触电阻很小。把边框F1或者边框F2用图4所示器件替代，可以测试单电池阴极或者阳极面的温度分布。如果把边框F1和边框F2同时用图4所示器件替代，可以同时测试单电池阴极和阳极面的温度分布。

选用一定长度的与负极导线12和正极导线15材质相同的测温线27(或者补偿导线)，这里以康铜导线和纯铜导线为例，将一定长度的康铜导线焊接到康铜焊盘上，将一定长度的纯铜导线焊接到纯铜焊盘上，另一端与测温仪表28相连接。根据塞贝克原理，在两种不同材料的导体A和导体B组成的闭合回路中，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势，这种物理现象成为热电效应，两种不同材料的导体所组成的回路称为热电偶。这里，结点区N1、纯铜镀层17、锡膏薄膜18和结点区N2共同组成热电偶的测温端，测温线27另一端的测温仪表28构成热电偶的参考端。参考端温度不变，当测温端温度变化时，引起电动势变化，经过标定，可以得到测温端温度和电动势之间的一一对应关系，经过测温仪表的信号放大、转换、滤波可以直接显示测温端的温度值。

上述的边框的尺寸规格和材质(可以耐受燃料电池高温、高湿、高酸性、含氧的电化学环境即可)仅为进行技术方案说明，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述金属箔的材质和形状尺寸规格也仅为进行技术方案说明，并非用于限定本发明的保护范围，理论上只要是任意两种不同金属即可，并且与其尺寸形状无关。

上述薄膜热电偶的布置规格(2×5)和数量也仅为进行技术方案说明，可以根据实际测试需求，设置任意的布置规格和数量。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种用于获取单体电池温度分布的温度测试装置，其特征在于，该温度测试装置采用薄膜热电偶结构，作为每一待测单体电池的边框，集成于燃料电池电堆中；并且，

温度测试装置的一对侧边缘处设有呈阵列式分布的边耳，两侧边耳中部的薄膜热电偶结构包括从上到下依次设置的PEN薄膜、纯铜箔、锡膏薄膜、纯铜镀层、康铜箔、PEN薄膜，另一对侧边缘设有燃料气口、空气口、冷却液口；其中，

纯铜箔、康铜箔的结构均包括设于边耳上的焊盘、设于PEN薄膜中部的结点区，以及用于连接焊盘、结点区的导线；所有结点区均位于单体电池的反应活性区内；纯铜镀层仅涂覆于康铜箔的结点区表面，通过锡膏薄膜连接纯铜箔；纯铜镀层和康铜箔共同组成该温度测试装置的测温端，从焊盘处引出可输出电信号的测温线至测温仪表。

2.根据权利要求1所述的用于获取单体电池温度分布的温度测试装置，其特征在于，纯铜箔与康铜箔成对分组设置，组数不小于10；并且，

对于每一组纯铜箔与康铜箔，焊盘均位于同一边耳上，且结点区连接；并且，纯铜箔与康铜箔各自的焊盘、结点区、导线均沿其焊盘所在边耳的中线对称。

3.根据权利要求1或2所述的用于获取单体电池温度分布的温度测试装置，其特征在于，两侧边耳呈对称分布；在每一正对的边耳之间，温度测试装置的两独立的结点区中间设有用于防止水氧和电化学环境侵蚀的横梁；并且，

横梁的宽度大于结点区的宽度；

横梁的材料为PEN材料。

4.根据权利要求3所述的用于获取单体电池温度分布的温度测试装置，其特征在于，所述横梁经过喷碳处理，以防止横梁造成电堆双极板与碳纸之间的接触电阻升高。

5.根据权利要求4所述的用于获取单体电池温度分布的温度测试装置，其特征在于，每侧边耳均采用长短交错式分布；并且，

锡膏薄膜未超出纯铜镀层所在区域。

6.根据权利要求1、2、4、5任一项所述的用于获取单体电池温度分布的温度测试装置，其特征在于，温度测试装置的另一对侧边缘，一侧边缘设有空气进口、冷却液出口、氢气出口，另一侧边缘设有氢气进口、冷却液进口、空气出口。

7.根据权利要求6所述的用于获取单体电池温度分布的温度测试装置，其特征在于，温度测试装置作为电池边框，设于电堆内的双极板和碳纸之间；并且，

温度测试装置的厚度为微米级或次微米级。

8.一种权利要求1-7任一项所述温度测试装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.分别制备表面覆康铜的PEN薄膜、表面覆纯铜的PEN薄膜；

S2.根据电池边框的外形尺寸，对表面覆康铜的PEN薄膜、表面覆纯铜的PEN薄膜分别进行裁剪，使得其一对侧分别形成阵列式分布的边耳，另一对侧分别形成单体电池的燃料气口、空气口、冷却液口；

S3.根据单体电池的活性区面积、温度分布测试需求，对裁剪后的覆康铜的PEN薄膜和覆纯铜的PEN薄膜的表面金属层进行图案化处理，使得每一边耳的上表面形成焊盘，薄膜内侧上表面形成结点区以及用于连通结点区、焊盘的导线，作为温度测试装置的薄膜热电偶结构中的纯铜箔、康铜箔；

S4.在覆康铜的PEN薄膜上每一结点区均电镀一定厚度的纯铜镀层，并在纯铜镀层上点涂锡膏薄膜或导电胶薄膜；

S5.将覆康铜的PEN薄膜的纯铜镀层与覆纯铜的PEN薄膜的锡膏薄膜或导电胶薄膜相对贴合后，进行热压固化，得到所述温度测试装置。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：在PEN薄膜上均匀涂覆一定厚度的胶层，然后将一定厚度的康铜箔均匀地贴附于胶层上表面，热压合直至胶层固化，得到表面覆康铜的PEN薄膜；在PEN薄膜上均匀涂覆一定厚度的胶层，然后将一定厚度的纯铜箔均匀地贴附于胶层上表面，热压合直至胶层固化，得到表面覆纯铜的PEN薄膜；

步骤S3的图案化处理后，每一边耳的上表面一侧形成焊盘，另一侧形成焊盘孔；并且，

焊盘的面积大于焊盘孔的面积。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，锡膏薄膜的厚度和面积使得热压合后锡膏不溢出纯铜镀层区域。