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全球首款高选择性车载氢气传感器

日期:2020-08-14 16:31
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摘要: 着近年来氢燃料电池车辆的不断增加,工信部、科技部及各级政府纷纷将发展氢能和氢燃料电池技术列为重点任务,将氢燃料电池汽车列为重点支持领域。由于氢气具有易挥发、易燃、易爆及氢脆等特性,使得氢气在使用过程中存在一定的安全隐患。2019年10月26日,中国汽车工业协会组织编制的《氢燃料电池汽车安全指南(2019版)》正式发布。该指南及其援引文件中都明确要求氢燃料电池汽车加装氢气传感器或氢气泄漏检测装置。 氢燃料电池车大致可以分三个部分,分别是后部的氢储存区、中部的电池及逆变器、前部的燃料电池及动力总成。燃料...

着近年来氢燃料电池车辆的不断增加,工信部、科技部及各级政府纷纷将发展氢能和氢燃料电池技术列为重点任务,将氢燃料电池汽车列为重点支持领域。由于氢气具有易挥发、易燃、易爆及氢脆等特性,使得氢气在使用过程中存在一定的安全隐患。2019年10月26日,中国汽车工业协会组织编制的《氢燃料电池汽车安全指南(2019版)》正式发布。该指南及其援引文件中都明确要求氢燃料电池汽车加装氢气传感器或氢气泄漏检测装置。

氢燃料电池车大致可以分三个部分,分别是后部的氢储存区、中部的电池及逆变器、前部的燃料电池及动力总成。燃料电池汽车中,有氢气留存的地方主要是电池堆和储氢罐两个部分。汽车需要配备氢气传感器对整车氢系统进行实时监控,只要出现异常,随时迅速切断整车氢气供给,以确保燃料电池在加氢、用氢过程中安全。

目前车用氢气传感器多采用催化燃烧或半导体原理,这类氢气传感器检查氢气浓度范围有限,少氧环境下无法正常工作,对周边燃油车排放的COCH等未燃烧充分尾气的抗干扰性能差,也无法在高湿度(特别是凝露情况)环境下工作。

                                                        不同氢气检测原理技术对比

检测原理

催化燃烧

半导体

(金属氧化物)

钯合金薄膜

测量范围

0100%LEL

0~10000

μmol/mol

15μmol/mol100%vol

需要O2

干扰气体

CO、烃等

可燃气体

还原性气体

选择性差

工作环境湿度

(15~90) %Rh

非结露

(15~90) %Rh

非结露

0~100%Rh

工作寿命

3~5

3~5

10

 

河南日立信股份有限公司依托多年在氢气检测领域积累的专业经验,综合比较各种氢气测量技术,采用航天级氢气检测技术并结合公司在核岛安全壳内氢气检测应用经验,研制出新一代PDM系列车载氢气传感器。

 



钯合金薄膜氢气传感器技术主要利用金属薄膜对气体的催化分解作用。氢气分子吸附至合金薄膜表面,在钯合金薄膜的催化作用下,氢气分子分解成两个氢原子,氢原子扩散至钯合金晶格内部,引起晶格膨胀与相变,造成合金薄膜电导率产生变化,根据这一特性原理,可实现氢气浓度的测量。

PDM系列车载氢气传感器利用钯合金对氢气选择的专一性,实现多种复杂工况条件下的应用。可以在高温环境中准确、可靠检测氢气,工作不受冷凝水的影响,甚至可以耐受液态水浸泡。具有响应速度快、不受HCCOCO2等气体交叉干扰、是唯壹一种能够实现μmol/mol乃至纯氢的全量程测量的氢气传感器,采用纳米工艺,具有优良抗震性能,合金材料又具备长寿命,使其非常适合在氢燃料电池汽车领域应用。

 

PDM氢气传感器技术指标

项目

技术参数

检测气体

H2

测量范围

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

测量误差

±3%FS

工作温度

-35~85

供电

12VDC

信号输出

PWM @250Hz

功耗

1W

预期寿命

10

通气测试:

使用配气仪依次通入纯氮气,1%vol2%vol4%vol氢气(背景气为氮气),用氮气吹零后,再通入4%vol氢气,重复三次。

PDM车载氢气传感器通气测试(时间轴一个圆点一秒)



PDM氢气传感器测量值数据  

标气值(%vol)

测量示值(%vol

*大示值误差

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氢气传感器重复性测量数据

标气(%vol

测量值(%vol

重复性

1

2

3

4

5

6

3

3.11

3.12

3.11

3.12

3.11

3.12

0.18%

 

PDM氢气传感器抗干扰性测试

该传感技术通过在晶元表面敷上无机复合薄膜,可过滤COH2S、O2等介质的进入,具有优良的抗干扰特性:

PDM氢气传感器通入3%CH4气体交叉干扰



PDM氢气传感器通入3%CO2气体交叉干扰






 PDM氢气传感器通入1000ppmCO气体交叉干扰



河南省日立信股份有限公司研制的新型钯合金薄膜传感器,可实现对氢能源汽车氢泄漏**监控,保证车辆的使用安全,相信随着国际上对环保认知的不断提高,国家政策的支持,我国氢能源汽车将会大量的普及,而以钯合金薄膜传感器为代表的氢气传感器也将会在汽车氢能源领域获得更大的发展。