CN102128651A - 用于燃料电池应用的喷射器流量测量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃料电池应用的喷射器流量测量。具体提供了一种用于确定从高压气箱通过脉冲喷射器流动至燃料电池堆的阳极侧的燃料流量的方法。恰在喷射器脉冲之前和紧随喷射器脉冲之后测量阳极子系统压力并确定这些压力之间的差。压力之间的差、阳极子系统的容积、理想气体常数、阳极子系统温度、在喷射事件期间由燃料电池堆内的反应所消耗的燃料、以及通过燃料电池堆的燃料电池内的膜的燃料穿过量被用于确定喷射器所喷射的氢气量。

Description

用于燃料电池应用的喷射器流量测量
技术领域
本发明总体涉及用于确定流入到燃料电池堆中的氢燃料的计量流量的方法,更具体而言,涉及用于确定通过脉冲式喷射器到达燃料电池堆的氢燃料的计量流量的方法,该方法使用了在脉冲喷射之前以及脉冲喷射之后的阳极子系统压力。
现有技术
氢是非常具有吸引力的燃料,因为它清洁且能够在燃料电池中被有效地用于产生电。氢燃料电池是这样的电化学装置,该电化学装置包括阳极和阴极,阳极和阴极之间具有电解质。阳极接收氢气,阴极接收氧气或者空气。氢气在阳极催化剂处分离以产生自由的质子和电子。质子通过电解质至阴极。该质子在阴极催化剂处与氧和电子反应以产生水。来自阳极的电子不能通过电解质,因而这些电子被引导通过载荷从而在被送至阴极之前执行做功。
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用于车辆的流行的燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜,例如全氟磺酸膜。阳极和阴极通常包括细碎的催化颗粒(通常是铂(Pt)),该催化颗粒支撑在碳颗粒上并与离聚物混合。催化混合物沉积在该膜的相对侧上。阳极催化混合物、阴极催化混合物和该膜的组合限定了膜电极组件(MEA)。MEA制造起来相对较贵且需要特定的条件以有效操作。
通常在燃料电池堆中组合几个燃料电池以产生所需的功率。例如,用于车辆的典型燃料电池堆可以具有两百或者更多叠置的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入气体,该阴极输入气体通常为通过压缩机强迫通过所述堆的空气流。所述堆并未消耗所有的氧气,一些空气作为阴极废气输出,该阴极废气可以包括作为堆的副产物的水。燃料电池堆也接收阳极氢输入气体,该阳极氢输入气体流入该堆的阳极侧。
燃料电池堆包括一系列双极板,该双极板定位在该堆内的几个MEA之间,其中双极板和MEA被定位在两个端板之间。双极板包括用于堆内相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳极气体流动通道设置在双极板的阳极侧上,该阳极气体流动通道允许阳极反应气体流动到各自的MEA。阴极气体流动通道设置在双极板的阴极侧上,该阴极气体流动通道允许阴极反应气体流动到各自的MEA。一个端板包括阳极气体流动通道,另外一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由例如不锈钢或者导电复合材料之类的导电材料制造。端板将燃料电池产生的电导出到该堆之外。双极板也包括冷却流体流经其中的流动通道。
在一些燃料电池系统设计中,利用一个或者更多个喷射器将来自高压气箱的氢燃料喷射到燃料电池堆的阳极侧内。该喷射器具有特定的孔口尺寸,且将根据需要用于所需的堆功率的氢气量而以特定的占空比操作。为了精确地控制和计量被传输到该堆中的氢燃料的量,燃料流量可以从燃料供给压力和温度以及喷射器孔口尺寸和占空比来计算。
为了减小燃料电池系统的成本和重量,特别是对汽车应用,希望消除尽可能多的部件。消除需要用于确定流动至燃料电池堆的阳极侧的燃料流量的压力和温度传感器是可以实现该目标的一种方式。
发明内容
根据本发明的教导,公开了一种用于确定从高压气箱通过脉冲喷射器流动至燃料电池堆的阳极侧的燃料流量的方法。恰在喷射器脉冲之前和紧随喷射器脉冲之后测量阳极子系统压力并确定压力之间的差。压力之间的差、阳极子系统的容积、理想气体常数、阳极子系统温度、在喷射事件期间由燃料电池堆内的反应所消耗的燃料、以及通过燃料电池堆的燃料电池内的膜的燃料穿过量(cross-over)被用于确定喷射器所喷射的氢气量。
本发明还包括以下方案:
方案1、一种用于确定通过脉冲装置的燃料流量的方法,所述脉冲装置将来自氢源的氢燃料提供至燃料电池堆的阳极侧,所述方法包括:
确定当所述装置打开时的装置事件;
确定恰在所述装置事件之前的所述燃料电池堆的阳极侧的压力;
确定紧随所述装置事件之后的所述燃料电池堆的阳极侧的压力;以及
使用紧随所述装置事件之后和恰在所述装置事件之前的压力之间的差来确定所述燃料流量。
方案2、根据方案1所述的方法,其中,确定所述阳极侧压力包括使用压力传感器。
方案3、根据方案1所述的方法,其中,所述脉冲装置为喷射器,所述装置事件为当所述喷射器打开时的喷射器事件。
方案4、根据方案3所述的方法,其中,确定所述喷射器事件包括确定所述喷射器的频率和占空比。
方案5、根据方案1所述的方法,其中,确定所述燃料流量还包括使用阳极子系统的容积和所述阳极子系统的温度。
方案6、根据方案5所述的方法,其中,确定所述燃料流量还包括使用理想气体常数、所述装置事件期间由所述堆消耗的燃料、以及在所述装置事件期间通过所述燃料电池堆的燃料电池内的膜的燃料穿过量。
方案7、根据方案6所述的方法,其中,确定所述燃料流量包括使用公式:
Ninj=(P2-P1)V/RT+Nii+Nxoi
其中Ninj为所述燃料流量,P2为所述装置事件之后的阳极子系统压力,P1为所述装置事件之前的阳极子系统压力,V为所述阳极子系统容积,R为理想气体常数,T为所述阳极子系统温度,Nii为所述装置事件期间由所述堆消耗的燃料,以及Nxoi为所述装置事件期间的燃料穿过量。
方案8、根据方案6所述的方法,其中,在所述装置事件期间由所述堆消耗的燃料是从测量的堆电流来计算。
方案9、根据方案6所述的方法,其中,所述装置事件期间燃料的穿过量是基于膜渗透率来计算。
方案10、根据方案1所述的方法,进一步包括:利用所述装置事件结束时的压力与恰在下一个装置事件开始之前的压力之间的差,来确定在装置事件之间的衰减持续时间期间所述阳极子系统内是否存在泄漏。
方案11、根据方案10所述的方法,其中,确定是否存在泄漏包括使用公式:
Nleak=(P2-P3)V/RT-Nio-Nxoo
其中Nleak是装置事件之间的所述泄漏量,P3是所述衰减持续时间之后的所述阳极子系统压力,Nio是所述衰减持续时间期间由所述堆消耗的燃料,以及Nxoo是所述衰减持续时间期间的燃料穿过量。
方案12、根据方案1所述的方法,其中,所述方法只在阳极放泄阀关闭时确定通过所述脉冲装置的燃料流量。
方案13、一种用于确定通过脉冲喷射器的燃料流量的方法,所述脉冲喷射器将氢燃料从氢源喷射到燃料电池堆的阳极侧,所述方法包括:
使用所述喷射器的频率和占空比来确定当所述喷射器打开时的喷射器事件;
使用压力传感器来确定恰在喷射器事件之前的所述燃料电池堆的阳极侧的压力;
使用压力传感器来确定紧随所述喷射器事件之后的所述燃料电池堆的阳极侧的压力;以及
使用在紧随所述喷射器事件之后的压力与恰在所述喷射器事件之前的压力之间的差、阳极子系统的容积、阳极子系统的温度以及理想气体常数来确定所述燃料流量。
方案14、根据方案13所述的方法,其中,确定所述燃料流量还包括使用所述喷射器事件期间由所述堆消耗的燃料以及所述喷射器事件期间通过所述燃料电池堆的燃料电池内的膜的燃料穿过量。
方案15、根据方案14所述的方法,其中,确定所述燃料流量包括使用公式:
Ninj=(P2-P1)V/RT+Nii+Nxoi
其中Ninj为所述燃料流量,P2为所述喷射器事件之后的阳极子系统压力,P1为所述喷射器事件之前的阳极子系统压力,V为所述阳极子系统容积,R为理想气体常数,T为所述阳极子系统温度,Nii为所述喷射器事件期间由所述堆消耗的燃料,以及Nxoi为所述喷射器事件期间的燃料穿过量。
方案16、根据方案14所述的方法,其中,在所述喷射器事件期间由所述堆消耗的燃料是从测量的堆电流来计算。
方案17、根据方案14所述的方法,其中,在所述喷射器事件期间的燃料穿过量是基于膜渗透率来计算。
方案18、根据方案13所述的方法,进一步包括:利用所述喷射器事件结束时的压力与恰在下一个喷射器事件开始之前的压力之间的差,来确定在喷射器事件之间的衰减持续时间期间所述阳极子系统内是否存在泄漏。
方案19、根据方案18所述的方法,其中,确定是否存在泄漏包括使用公式:
Nleak=(P2-P3)V/RT-Nio-Nxoo
其中Nleak是喷射器事件之间的所述泄漏量,P3是所述衰减持续时间之后的所述阳极子系统压力,Nio是所述衰减持续时间期间由所述堆消耗的燃料,以及Nxoo是所述衰减持续时间期间的燃料穿过量。
方案20、一种用于确定通过喷射器的燃料流量的系统,所述喷射器将氢燃料从氢源提供至燃料电池堆的阳极侧,所述系统包括:
用于确定所述喷射器打开时的喷射器事件的装置;
用于确定在恰在喷射器事件之前所述燃料电池堆的阳极侧的压力的装置;
用于确定在紧随所述喷射器事件之后所述燃料电池堆的阳极侧的压力的装置;以及
使用紧随所述喷射器事件之后的压力与恰在所述喷射器事件之前的压力之间的差来确定所述燃料流量的装置。
方案21、根据方案20所述的系统,其中,用于确定所述燃料流量的装置使用公式:
Ninj=(P2-P1)V/RT+Nii+Nxoi
其中Ninj为所述燃料流量,P2为所述喷射器事件之后的阳极子系统压力,P1为所述喷射器事件之前的阳极子系统压力,V为所述阳极子系统容积,R为理想气体常数,T为所述阳极子系统温度,Nii为所述喷射器事件期间由所述堆消耗的燃料,以及Nxoi为所述喷射器事件期间通过燃料电池膜的燃料穿过量。
方案22、根据方案20所述的系统,进一步包括:用于确定阳极子系统中是否存在泄漏的装置,所述装置使用公式:
Nleak=(P2-P3)V/RT-Nio-Nxoo
其中Nleak是喷射器事件之间的所述泄漏量,P3是喷射器事件之间的衰减持续时间之后的所述阳极子系统压力,Nio是所述衰减持续时间期间由所述堆消耗的燃料,以及Nxoo是所述衰减持续时间期间通过燃料电池膜的燃料穿过量。
本发明其他特点将从下述的说明、所附权利要求并结合附图而变得显而易见。
附图说明
图1是燃料电池系统的示意框图;
图2是横轴为时间、纵轴为喷射器操作的图形,其显示了图1的系统中的喷射器的喷射器循环;
图3是横轴为时间、纵轴为压力的图形,其显示了响应于喷射器脉冲的阳极子系统内的压力;
图4的流程框图显示了所提出的、使用了阳极子系统压力来确定阳极流量以及泄漏检测的算法;
图5是显示了设定喷射器占空比的算法的流程框图;以及
图6是显示了减少用于泄漏诊断的喷射器频率的算法的流程框图。
具体实施方式
以下涉及使用阳极子系统压力确定至燃料电池堆的燃料流的量的方法的本发明实施例的讨论在本质上只是示例性的,而绝非意图限制本发明、或者其应用或者使用。例如,本发明具有用于车辆上的燃料电池系统的特定应用。但是,普通技术人员将理解,本发明的方法可以具有用于其他类型的燃料电池系统的应用。
图1是包括燃料电池堆12的燃料电池系统10的示意框图。来自例如箱的高压氢源14的氢气在阳极输入管路16上被提供到燃料电池堆12的阳极侧。来自高压氢气源14的氢气通过压力调节器18调节并通过喷射器20喷射到堆12内。所述喷射器20用于表示适于此处所描述目的的单个喷射器或者一排喷射器。来自燃料电池堆12的阳极废气在阳极排气管路22上输出。放泄阀24设置在阳极排气管路22内,并周期地打开以将氮气从燃料电池堆12的阳极侧以普通技术人员很好理解的方式排出。在该设计中,在堆12无出口地(dead-ended)操作时,放泄阀24将通常是关闭的。在与此处讨论一致的替代设计中,阳极废气可以使用阳极再循环回路再循环到阳极输入管路16。阳极子系统压力。压力传感器26的位置意图表示用于测量阳极入口、阳极出口或者阳极入口和出口之间的再循环管路处的压力的任何合适的位置。
系统10也包括高温泵28,高温泵28以本领域普通技术人员很好理解的方式泵送冷却流体通过堆12之外的冷却剂环路30以及通过堆12内的冷却流体流动通道。温度传感器32测量流经冷却剂环路30的冷却流体的温度,并可以设置在冷却剂环路30内的任何合适的位置,例如在冷却流体通常是最凉的堆12的入口处或者在冷却流体通常是最热的燃料电池堆12的出口处。控制器34从压力传感器26接收压力信号以及从温度传感器32接收温度信号,并控制喷射器20的占空比和放泄阀24的位置。
图2是横轴为时间、纵轴为打开状态和关闭状态之间的喷射器操作的图形,其显示了喷射器20的循环。显示了两个喷射器脉冲,该喷射器脉冲具有用于在喷射器20打开时的喷射持续时间。从喷射器20在一个时刻被打开之时到喷射器20下一时刻被打开之时的时间是喷射器周期,并等于1除以喷射器频率。喷射器占空比是喷射器持续时间除以喷射器周期。从喷射器20被关闭的时刻到喷射器20被打开的下一时刻的时间通常称为喷射器衰减持续时间(decay duration)。
在由喷射持续时间限定的每个喷射事件期间,由压力传感器26测量的阳极子系统压力被观察到当即时喷射速率超过堆12的燃料消耗速率时上升。该压力上升可以被用于测量每个喷射事件中喷射到堆12内的氢气量以确定至堆12的燃料流量。如果该系统10是闭路系统,则当放泄阀24关闭时,喷射到堆12内的氢气量Ninj可以由下述限定:
Ninj=(P2-P1)V/RT+Nii+Nxoi    (1)
其中Ninj为被喷射的燃料量(摩尔),P2为喷射器事件之后的阳极子系统压力(kPa),P1为喷射器事件之前的阳极子系统压力(kPa),V为阳极子系统容积(L),R为理想气体常数(8.315kPa-L/mol-K),T为阳极子系统温度(K),Nii为所述喷射事件期间由于堆内反应所消耗的燃料(摩尔),以及Nxoi为所述喷射事件期间的气体或者燃料穿过量(摩尔)。
被喷射的燃料量Ninj是在喷射事件期间以摩尔计的被喷射的燃料量。在喷射事件期间由于燃料电池堆12内反应所消耗的燃料Nii是堆12所使用的燃料量且可以通过堆12的测量电流密度来确定。喷射事件期间的燃料穿过量Nxoi是在喷射事件期间渗透通过燃料电池内的膜的氢气量,其基于膜渗透率并且是许多参数(例如膜材料、阳极压力、阴极压力、温度等)的函数。阳极子系统的容积V从堆设计已知。阳极子系统温度T可以使用传感器32通过堆冷却剂温度来提供。在低功率操作下,该方法估计的燃料喷射将具有改进的精度,因为在短的喷射周期期间,所消耗的燃料和所穿过的燃料相对较少。在用于喷射事件的压力上升增加时,测量的精度通过在较低的喷射器频率下操作而进一步改进。
图3是横轴为时间、纵轴为压力的图形,其显示了喷射事件期间和之间的阳极子系统压力P。喷射事件通过在喷射器20打开时阳极子系统压力的陡降以及在喷射器20关闭时阳极子系统压力的陡升来识别。压力P1恰在喷射器20打开之前提供,压力P2在紧随喷射器20关闭之后提供。每个脉冲的压力上升用于估计被喷射的燃料。压力P3通常与压力P1相同,且为下一个喷射事件时的阳极子系统压力。此处讨论的压力特性特定于具有射流泵驱动再循环的系统,该系统具有压力变送器和再循环回路。初始压降是由于射流泵的抽吸导致的,且最终的压力上升是由于射流泵的抽吸停止所导致。但是,本发明也包括在其整个喷射/射流泵驱动循环上的压力改变。喷射事件正时已知为控制器对喷射操作进行驱动。
喷射器20在压力P2下关闭之时直到喷射器20在压力P3下打开的下一个时刻之间的压力衰减可以被用于确定阳极子系统是否存在泄漏。特别地,下述公式(2)可以被用于确定泄漏。
Nleak=(P2-P3)V/RT-Nio-Nxoo    (2)
其中Nleak为喷射事件之间泄漏的氢气量(摩尔),P3是衰减持续时间之后的阳极子系统压力(kPa),Nio为衰减持续时间期间由于堆内反应所导致消耗的燃料(摩尔),以及Nxoo为衰减持续时间期间的燃料穿过量(摩尔)。
在低功率操作下,泄漏估计将具有改进的精度,这是因为燃料消耗速率逐渐减小,通常减小为全功率的20至100分之一,而泄漏速率只是稍微减小,通常减小为4至8分之一,因为驱动泄漏的压差在低压下通常减小。该测量中的精度采用随着压力改变增加时具有的更长衰减持续时间来进一步改进。该类型的延长的衰减持续时间可以在非常受限的基础上进行,例如每驱动循环进行一次,以限制由于阳极匮乏(anode starvation)导致的潜在耐久性影响。泄漏量可以被衰减持续时间归一化以获得平均泄漏速率。衰减持续时间可以被用于归一化,因为泄漏将被假设在喷射持续时间期间以相同的速率发生。
阳极通常是压力控制的而不是流量控制的,使得供给管路压力和温度的移除将不影响正常的控制。但是,启动增压和头部清洗是在流量控制模式下进行。增压步骤的压力响应可以被用于估计平均喷射器流率,且该喷射器操作可以被继续以进行于头部清洗。不是所有的系统都使用增压步骤并具有清洗,但是启动时或者系统的操作中的任何点的压力响应可以被用于估计平均喷射器流率,以允许喷射器20的前馈控制。
供给管路压力也被用于检验箱阀关闭,但是也可以使用气体处理单元内的压力。在关闭时间(off-time)的氢气添加期间,供给管路压力可以被用于检验氢气的可用性。在没有此压力的情况下,可以在阳极填充尝试之后确定氢气的可用性,如果阳极填充增加压力,则供给管路在填充事件之前就具有压力。如果没有实现填充事件,那么氢供给阀将需要被打开来提供阳极填充。可替代地,该过程可以依赖于气体处理单元压力而不是供给管路压力,以便确定该箱阀是否需要被打开以支持关闭时间的氢添加。
喷射器流量由喷射器占空比和喷射器频率来控制。喷射器流量主要通过占空比来控制,但是在非常低的占空比下,喷射持续时间对于以较高的喷射器频率进行的可重复的喷射器打开而言太短。这样,喷射器频率在低功率(低占空比)下减小,使得每个喷射事件可具有合理的持续时间。对于喷射器/喷出器(ejector)驱动的再循环系统,最小的喷射持续时间也是所期望的,使得可以产生整个压差以方便在堆12的阳极流动通道之内和来自所述堆12的阳极流动通道的水的运动。
图4是用于系统40的流程框图,其显示了如上所述的用于估计最大喷射器流量的方法。最大的喷射器流量从前面的喷射事件的阳极子系统压力响应来确定。由于流量的脉冲属性,阳极子系统压力信号必须被滤波以抽取喷射循环内期望时刻的压力。理想地,喷射器打开的信号可以被用作压力信号的逻辑滤波器。优选地,喷射器打开信号是可获得的,因为这可以被用于确定喷射循环内的时间。否则,压力迹线可以被用来推断何时发生喷射事件。
方框42接收来自压力传感器26的压力信号和指示喷射器20打开的信号,并输出压力P1、P2和P3。喷射估计处理器方框44从方框42接收压力P1和P2以及由于在喷射事件期间的反应所导致消耗的燃料Nii、喷射事件期间的燃料穿过量Nxoi以及来自温度传感器32的温度信号。处理器方框44利用方程式(1)来计算所喷射燃料的量Ninj。喷射估计Ninj被用于确定在喷射事件期间所喷射的氢气量。然后喷射估计Ninj在方框46处基于喷射器20的占空比被调整比例至100%DC以达到最大流量,方框46接收喷射器占空比和频率。
可以基于喷射持续时间来使用校正,以考虑喷射器打开和关闭次数,其中喷射持续时间是从喷射器频率和占空比来确定。可以理解,喷射器估计应该只在阳极放泄阀24关闭时进行。但是,在替代的实施例中,可以估计放泄流量且基于该估计来校正阳极流量。从最大喷射器流量获得的值包括来自燃料供给压力和温度以及喷射器流量系数的效果,并可以用于几个喷射循环,这是因为在上游体积与喷射体积相比相对较大时供给状况不会迅速改变。最大喷射器流量可以被平均和/或者滤波以获得更平滑的控制响应。对于传统控制,为了估计最大的喷射器流量,可以使用作为扼流孔口的喷射器模型,该模型需要燃料供给压力和温度。对于这两种方法,所需喷射器流量除以最大喷射器流量所得的商被用于设定喷射器占空比,所述喷射器占空比控制氢气流量。图5是系统52的框图,其显示了用于确定喷射器占空比的一个过程,其包括将通过喷射器20的所需流量除以最大流量。
如上所讨论,喷射事件之间的阳极压力迹线可以被用于估计阳极子系统泄漏。泄漏估计处理器方框48接收压力P2和P3、衰减持续时间期间由于反应的缘故所消耗的燃料Nio以及衰减持续时间期间的燃料穿过量Nxoo,并使用公式(2)计算泄漏估计Nleak。然后值Nleak在方框50处被调整比例至整个时间,方框50也接收喷射器占空比和频率以确定泄漏速率。使用公式(2)进行的泄漏估计使用喷射事件之间的压力P2和P3之间的压力衰减来确定阳极子系统中的氢气损耗。该氢气的一部分被消耗掉,正如由测量的电流密度所确定的那样,一些氢气则被预期穿过所述膜。该差在压力衰减的时间期间被认为是泄漏。泄漏信号可以由此时间周期(即压力衰减压力测量值P2、P3之间的时间)调整比例至泄漏速率,该时间周期可以基于喷射器频率和占空比被近似为衰减持续时间。
对于传统控制,对泄漏的估计采用了被计量的输入以及被消耗的氢气之间的差,所述被消耗的氢气通过被测量的电流密度和所预期的穿过量来确定。该泄漏检测方法也可以与所提出的没有燃料供给压力和温度的燃料计量方法一起使用。该泄漏估计可以集成到几个喷射循环上以改进所述精度。
应该理解,泄漏估计应该只在阳极放泄阀24关闭时执行。如果泄漏速率超过阈值,则该系统可以设定诊断来请求服务(或维修)。过度泄漏的一个可能来源是被卡住的打开的放泄阀,因此校正动作也可以包括增加的废气稀释。
为了基于泄漏估计来改进压力衰减的精度,可通过使用较低喷射频率来增加衰减持续时间,在较低占空比下衰减持续时间也更长。较长的衰减持续时间可以被周期性地用于提供更为精确的泄漏估计,若更为精确的泄漏估计出于诊断目的而被请求的话。图6是对此加以说明的系统54的框图。由于喷射事件之间的较长时间导致阳极匮乏的可能性和较高的压力循环(这两者都可能对膜的耐久性造成影响),所以并不经常期望非常长的衰减。出于此原因,优选地,较长的衰减持续时间只是在需要用于泄漏诊断时非经常性地使用。
用于氮气穿过量的校正可以在喷射器和泄漏估计中使用。用于泄漏的校正可以用于喷射器估计中。该泄漏估计也可以用于增加所需的流量请求以补偿泄漏。
前述讨论仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域普通技术人员将从这样的讨论和附图以及权利要求容易地认识到,各种改变、修改和变化可以在不背离如所附权利要求限定的本发明的精神和保护范围的情况下来进行。

Claims (10)

1.一种用于确定通过脉冲装置的燃料流量的方法,所述脉冲装置将来自氢源的氢燃料提供至燃料电池堆的阳极侧,所述方法包括:
确定当所述装置打开时的装置事件;
确定恰在所述装置事件之前的所述燃料电池堆的阳极侧的压力;
确定紧随所述装置事件之后的所述燃料电池堆的阳极侧的压力;以及
使用紧随所述装置事件之后和恰在所述装置事件之前的压力之间的差来确定所述燃料流量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,确定所述阳极侧压力包括使用压力传感器。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述脉冲装置为喷射器,所述装置事件为当所述喷射器打开时的喷射器事件。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,确定所述喷射器事件包括确定所述喷射器的频率和占空比。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,确定所述燃料流量还包括使用阳极子系统的容积和所述阳极子系统的温度。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,确定所述燃料流量还包括使用理想气体常数、所述装置事件期间由所述堆消耗的燃料、以及在所述装置事件期间通过所述燃料电池堆的燃料电池内的膜的燃料穿过量。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,确定所述燃料流量包括使用公式:
Ninj=(P2-P1)V/RT+Nii+Nxoi
其中Ninj为所述燃料流量,P2为所述装置事件之后的阳极子系统压力,P1为所述装置事件之前的阳极子系统压力,V为所述阳极子系统容积,R为理想气体常数,T为所述阳极子系统温度,Nii为所述装置事件期间由所述堆消耗的燃料,以及Nxoi为所述装置事件期间的燃料穿过量。
8.根据权利要求6所述的方法,其中,在所述装置事件期间由所述堆消耗的燃料是从测量的堆电流来计算。
9.一种用于确定通过脉冲喷射器的燃料流量的方法,所述脉冲喷射器将氢燃料从氢源喷射到燃料电池堆的阳极侧,所述方法包括:
使用所述喷射器的频率和占空比来确定当所述喷射器打开时的喷射器事件;
使用压力传感器来确定恰在喷射器事件之前的所述燃料电池堆的阳极侧的压力;
使用压力传感器来确定紧随所述喷射器事件之后的所述燃料电池堆的阳极侧的压力;以及
使用在紧随所述喷射器事件之后的压力与恰在所述喷射器事件之前的压力之间的差、阳极子系统的容积、阳极子系统的温度以及理想气体常数来确定所述燃料流量。
10.一种用于确定通过喷射器的燃料流量的系统,所述喷射器将氢燃料从氢源提供至燃料电池堆的阳极侧,所述系统包括:
用于确定所述喷射器打开时的喷射器事件的装置;
用于确定在恰在喷射器事件之前所述燃料电池堆的阳极侧的压力的装置;
用于确定在紧随所述喷射器事件之后所述燃料电池堆的阳极侧的压力的装置;以及
使用紧随所述喷射器事件之后的压力与恰在所述喷射器事件之前的压力之间的差来确定所述燃料流量的装置。
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