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全球首款高選擇性車載氫氣傳感器

日期:2021-05-24 15:42
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摘要: 著近年來氫燃料電池車輛的不斷增加,工信部、科技部及各級政府紛紛將發展氫能和氫燃料電池技術列為重點任務,將氫燃料電池汽車列為重點支持領域。由于氫氣具有易揮發、易燃、易爆及氫脆等特性,使得氫氣在使用過程中存在一定的安全隱患。2019年10月26日,中國汽車工業協會組織編制的《氫燃料電池汽車安全指南(2019版)》正式發布。該指南及其援引文件中都明確要求氫燃料電池汽車加裝氫氣傳感器或氫氣泄漏檢測裝置。 氫燃料電池車大致可以分三個部分,分別是后部的氫儲存區、中部的電池及逆變器、前部的燃料電池及動力總成。燃料...

著近年來氫燃料電池車輛的不斷增加,工信部、科技部及各級政府紛紛將發展氫能和氫燃料電池技術列為重點任務,將氫燃料電池汽車列為重點支持領域。由于氫氣具有易揮發、易燃、易爆及氫脆等特性,使得氫氣在使用過程中存在一定的安全隱患。2019年10月26日,中國汽車工業協會組織編制的《氫燃料電池汽車安全指南(2019版)》正式發布。該指南及其援引文件中都明確要求氫燃料電池汽車加裝氫氣傳感器或氫氣泄漏檢測裝置。

氫燃料電池車大致可以分三個部分,分別是后部的氫儲存區、中部的電池及逆變器、前部的燃料電池及動力總成。燃料電池汽車中,有氫氣留存的地方主要是電池堆和儲氫罐兩個部分。汽車需要配備氫氣傳感器對整車氫系統進行實時監控,只要出現異常,隨時迅速切斷整車氫氣供給,以確保燃料電池在加氫、用氫過程中安全。

目前車用氫氣傳感器多采用催化燃燒或半導體原理,這類氫氣傳感器檢查氫氣濃度范圍有限,少氧環境下無法正常工作,對周邊燃油車排放的COCH等未燃燒充分尾氣的抗干擾性能差,也無法在高濕度(特別是凝露情況)環境下工作。

                                                        不同氫氣檢測原理技術對比

檢測原理

催化燃燒

半導體

(金屬氧化物)

鈀合金薄膜

測量范圍

0100%LEL

0~10000

μmol/mol

15μmol/mol100%vol

需要O2

干擾氣體

CO、烴等

可燃氣體

還原性氣體

選擇性差

工作環境濕度

(15~90) %Rh

非結露

(15~90) %Rh

非結露

0~100%Rh

工作壽命

3~5

3~5

10

 

河南日立信股份有限公司依托多年在氫氣檢測領域積累的專業經驗,綜合比較各種氫氣測量技術,采用航天級氫氣檢測技術并結合公司在核島安全殼內氫氣檢測應用經驗,研制出新一代PDM系列車載氫氣傳感器。

 



鈀合金薄膜氫氣傳感器技術主要利用金屬薄膜對氣體的催化分解作用。氫氣分子吸附至合金薄膜表面,在鈀合金薄膜的催化作用下,氫氣分子分解成兩個氫原子,氫原子擴散至鈀合金晶格內部,引起晶格膨脹與相變,造成合金薄膜電導率產生變化,根據這一特性原理,可實現氫氣濃度的測量。

PDM系列車載氫氣傳感器利用鈀合金對氫氣選擇的專一性,實現多種復雜工況條件下的應用。可以在高溫環境中準確、可靠檢測氫氣,工作不受冷凝水的影響,甚至可以耐受液態水浸泡。具有響應速度快、不受HCCOCO2等氣體交叉干擾、是唯壹一種能夠實現μmol/mol乃至純氫的全量程測量的氫氣傳感器,采用納米工藝,具有優良抗震性能,合金材料又具備長壽命,使其非常適合在氫燃料電池汽車領域應用。

 

PDM氫氣傳感器技術指標

項目

技術參數

檢測氣體

H2

測量范圍

0~4% vol (0~10%vol)

測量誤差

±3%FS

工作溫度

-35~85

供電

12VDC

信號輸出

PWM @250Hz

功耗

1W

預期壽命

10

通氣測試:

使用配氣儀依次通入純氮氣,1%vol2%vol4%vol氫氣(背景氣為氮氣),用氮氣吹零后,再通入4%vol氫氣,重復三次。

PDM車載氫氣傳感器通氣測試(時間軸一個圓點一秒)



PDM氫氣傳感器測量值數據  

標氣值(%vol)

測量示值(%vol

*大示值誤差

1

2

3

0

0

0

0

0%

1

1.00

1.00

0.99

-0.25%FS

2

2.05

2.04

2.04

1%FS

3

3.12

3.11

3.12

2.75%FS

4

4.11

4.11

4.09

2.75%FS

 

PDM氫氣傳感器重復性測量數據

標氣(%vol

測量值(%vol

重復性

1

2

3

4

5

6

3

3.11

3.12

3.11

3.12

3.11

3.12

0.18%

 

PDM氫氣傳感器抗干擾性測試

該傳感技術通過在晶元表面敷上無機復合薄膜,可過濾COH2S、O2等介質的進入,具有優良的抗干擾特性:

PDM氫氣傳感器通入3%CH4氣體交叉干擾



PDM氫氣傳感器通入3%CO2氣體交叉干擾






 PDM氫氣傳感器通入1000ppmCO氣體交叉干擾



河南省日立信股份有限公司研制的新型鈀合金薄膜傳感器,可實現對氫能源汽車氫泄漏**監控,保證車輛的使用安全,相信隨著國際上對環保認知的不斷提高,國家政策的支持,我國氫能源汽車將會大量的普及,而以鈀合金薄膜傳感器為代表的氫氣傳感器也將會在汽車氫能源領域獲得更大的發展。

 

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