CN110611111A - 一种燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法 - Google Patents

一种燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法，包括采集燃料电池氢系统的流量控制装置的输入端和输出端的压力、温度或湿度；根据流量控制装置的输入端和输出端的压力、温度或湿度，参照事先标定的流量控制装置的氢气流量与输入端和输出端压力、温度或湿度之间的关系，查表或计算得到氢气瞬时流量。这种方法的优点在于:不必使用专门的氢气流量测量装置，测量准确度高且不会对燃料电池的寿命造成不利影响。

Description

一种燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量方法，具体而言，涉及一种燃料电池氢系统的氢气 瞬时流量测量方法。
背景技术
氢燃料电池汽车技术日趋发展成熟，作为一种零污染、零排放的新能源 汽车，氢燃料电池汽车已经越来越多的进入到了交通系统，得到公众的广泛 认可。燃料电池车以氢气为燃料，通过燃料发动机，将化学能高效转化为电 能从而驱动汽车，整个过程仅排出纯净的水，因而是不久的将来取代传统化 石燃料汽车的最理想的节能环保型零排放交通工具。
氢气瞬时流量是燃料电池系统状态估计、性能表征和故障诊断的重要 参数，测量氢气的瞬时流量是十分必要的。但由于氢气流量测量装置体积大、 成本高，不利于系统集成和成本控制，因此现有的燃料电池系统一般使用间 接测量的方法得到氢气瞬时流量。
现有的技术无法对储氢气瓶进行在线老化情况检测，只能通过拆卸储氢 气瓶单独检测的方法检测储氢气瓶的老化情况，检测步骤复杂且耗费人力较 多。
现有的技术方案大多利用氢瓶中的压力和温度根据理想气体方程 (PV＝mRT)计算氢瓶中的剩余质量，根据氢瓶中的氢气质量变化确定氢气消 耗值，但由于氢瓶的压力通常高达35mPa或70mPa，压力传感器的分辨率较 低，车用环境的温度变化范围大(-40℃～85℃)，温度传感器分辨率较低， 因此在计算氢气质量方面的误差不可避免。
现有的另一种技术方案(用于燃料电池系统的氢气消耗测量方法，申请 号：201610894720.6)通过在燃料电池电堆阳极容腔形成压力差并利用理想 气体方程计算氢气消耗量，但是该波形会导致膜的两侧形成周期的压力差变 化，导致膜的机械应力变化，不利于其耐久性，现有的技术方案通常是保持 压力维持在恒定值。
综上所述，需要提供一种燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法，其 能够克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法，其能够 克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。
本发明的一个实施方式提供了一种燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测 量方法,所述氢气瞬时流量测量方法包括多个步骤：
步骤1：采集燃料电池氢系统的流量控制装置的输入端和输出端的压力、 温度或湿度；
步骤2：根据流量控制装置的输入端和输出端的压力、温度或湿度，参 照事先标定的流量控制装置的氢气流量与输入端和输出端压 力、温度或湿度之间的关系，查表或计算得到氢气瞬时流量。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气瞬时流量测量方法，其中所 述步骤1还包括采集流量控制装置的控制器的控制信号。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气瞬时流量测量方法，其中所 述步骤2还包括根据输入端和输出端的压力、温度或湿度以及控制器的控制 信号，参照事先标定的流量控制装置的氢气流量与输入端和输出端压力、温 度或湿度以及控制器的控制信号之间的关系，查表或计算得到氢气瞬时流量。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气瞬时流量测量方法，其中所 述燃料电池氢系统包括流量控制装置、第一检测组件、第二检测组件、控制 器、燃料电池、氢瓶、减压阀和电磁阀，第一检测组件包括气压计、温度计 和湿度计，第二检测组件包括气压计、温度计和湿度计，氢瓶通过流量控制 装置与燃料电池的进气端连通，第一检测组件设置在流量控制装置输入端的 管路上，第二检测组件设置在流量控制装置输出端的管路上，减压阀设置在 第一检测组件与氢瓶之间的管路上，电磁阀与燃料电池的排气端连通，控制 器与流量控制装置电连接。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气瞬时流量测量方法，其中所 述流量控制装置为机械调压阀、氢气喷射器或氢气引射器。
该氢气瞬时流量测量方法的优点在于：不必使用专门的氢气流量测量装 置；测量时不必在燃料电池的反应膜的两侧形成周期的压力差变化，因此不 会对燃料电池的寿命造成不利影响；对压力传感器和温度传感器的分辨率的 依赖度较低，测量准确度高。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理 解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发 明的保护范围构成限制。图中：
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的示意图；
图2示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的 氢气瞬时流量测量方法的流程图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人 员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些 常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在 本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组 合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式， 而仅由权利要求和它们的等同物限定。
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的示意图。如图 2所示，所述燃料电池氢系统包括流量控制装置1、第一检测组件2、第二 检测组件3、控制器4、燃料电池5、氢瓶6、减压阀7和电磁阀8，第一检 测组件2包括气压计21、温度计22和湿度计23，第二检测组件3包括气压 计31、温度计32和湿度计33，氢瓶6通过流量控制装置1与燃料电池5的进气端连通，第一检测组件2设置在流量控制装置1输入端的管路上，第二 检测组件3设置在流量控制装置1输出端的管路上，减压阀7设置在第一检 测组件2与氢瓶6之间的管路上，电磁阀8与燃料电池5的排气端连通，控 制器4与流量控制装置1电连接。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气瞬时流量测量方法，其中所 述流量控制装置1为包括但不限于机械调压阀、氢气喷射器或氢气引射器的 用于控制气体流量的装置。
图2示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电 池氢系统的氢气瞬时流量测量方法的流程图。如图2所示，所述 氢气瞬时流量测量方法包括多个步骤：
步骤101：采集燃料电池氢系统的流量控制装置1的输入端和输出端的 压力、温度或湿度；
步骤102：根据流量控制装置1的输入端和输出端的压力、温度或湿度， 参照事先标定的流量控制装置1的氢气流量与输入端和输出端 压力、温度或湿度之间的关系，查表或计算得到氢气瞬时流量。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气瞬时流量测量方法，其中所 述步骤101还包括采集燃料电池氢系统的流量控制装置1的控制器4的控制 信号，所述控制信号根据流量控制装置1的类型确定，例如，当流量控制装 置1为氢气喷射器时，控制信号通常为喷嘴的喷射脉宽或占空比。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气瞬时流量测量方法，其中所 述步骤102还包括根据输入端和输出端的压力、温度或湿度以及控制器4的 控制信号，参照事先标定的流量控制装置1的氢气流量与输入端和输出端压 力、温度或湿度以及控制器4的控制信号之间的关系，查表或计算得到氢气 瞬时流量。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气瞬时流量测量方法，具体的 以流量控制装置1为常用的氢气喷射器为例：事先标定氢气喷射器的氢气流 量-上下游压比-控制信号的MAP图；运行时，采集流量控制装置1上下游的 压力p0和p1，以及控制器4的控制信号喷射脉宽θ，计算压比根据上 述信号输入上述MAP图，查询得到氢气瞬时流量可选的，可以通过实 时采集上游温度信号T0和标定MAP图时的上游温度信号T0,map对氢气流量值 进行修正，修正后的流量值为其中为通过MAP 图查表得到的氢气瞬时流量。
该氢气瞬时流量测量方法的优点在于：不必使用专门的氢气流量测量装 置；测量时不必在燃料电池的反应膜的两侧形成周期的压力差变化，因此不 会对燃料电池的寿命造成不利影响；对压力传感器和温度传感器的分辨率的 依赖度较低，测量准确度高。
当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对 本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变 应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了 优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到 限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各 种改进和等同修改。

Claims (5)

1.一种燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法，其特征在于，所述氢气瞬时流量测量方法包括多个步骤：
步骤1：采集燃料电池氢系统的流量控制装置的输入端和输出端的压力、温度或湿度；
步骤2：根据流量控制装置的输入端和输出端的压力、温度或湿度，参照事先标定的流量控制装置的氢气流量与输入端和输出端压
力、温度或湿度之间的关系，查表或计算得到氢气瞬时流量。
2.如权利要求1所述的燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法，其特征在于，所述步骤1还包括采集流量控制装置的控制器的控制信号。
3.如权利要求2所述的燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法，其特征在于，所述步骤2还包括根据输入端和输出端的压力、温度或湿度以及控制器的控制信号，参照事先标定的流量控制装置的氢气流量与输入端和输出端压力、温度或湿度以及控制器的控制信号之间的关系，查表或计算得到氢气瞬时流量。
4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法，其特征在于，所述燃料电池氢系统包括流量控制装置、第一检测组件、第二检测组件、控制器、燃料电池、氢瓶、减压阀和电磁阀，第一检测组件包括气压计、温度计和湿度计，第二检测组件包括气压计、温度计和湿度计，氢瓶通过流量控制装置与燃料电池的进气端连通，第一检测组件设置在流量控制装置输入端的管路上，第二检测组件设置在流量控制装置输出端的管路上，减压阀设置在第一检测组件与氢瓶之间的管路上，电磁阀与燃料电池的排气端连通，控制器与流量控制装置电连接。
5.如权利要求4中任一权利要求所述的燃料电池氢系统的氢气瞬时流量测量方法，其特征在于，所述流量控制装置为机械调压阀、氢气喷射器或氢气引射器。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111244506A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 擎能动力科技(苏州)有限公司 新能源汽车燃料电池系统、工作方法、氢气进气流量计算方法、效率评价方法
CN112881024A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 一种氢燃料电池发动机用氢气喷射器测试装置及测试方法
CN113675448A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 北京亿华通科技股份有限公司 一种氢气流量计算方法
CN113809366A (zh) * 2020-06-15 2021-12-17 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池系统的停机控制方法及燃料电池系统、车辆
CN114335618A (zh) * 2020-09-30 2022-04-12 北京亿华通科技股份有限公司 一种基于环境湿度的燃料电池系统控制方法
WO2022228484A1 (zh) * 2021-04-29 2022-11-03 中国汽车技术研究中心有限公司 氢氧平衡法测量燃料电池汽车氢气消耗量的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050178463A1 (en) * 2004-02-12 2005-08-18 Kountz Kenneth J. Control method for high-pressure hydrogen vehicle fueling station dispensers
CN104236640A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 河北钢铁股份有限公司承德分公司 一种简易气体流量测量装置及测量方法
CN110112446A (zh) * 2019-06-12 2019-08-09 北京亿华通科技股份有限公司 一种燃料电池氢系统的剩余氢气计算方法
CN110137536A (zh) * 2019-06-05 2019-08-16 山东大学 一种燃料电池冷启动阳极吹扫装置及吹扫方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050178463A1 (en) * 2004-02-12 2005-08-18 Kountz Kenneth J. Control method for high-pressure hydrogen vehicle fueling station dispensers
CN104236640A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 河北钢铁股份有限公司承德分公司 一种简易气体流量测量装置及测量方法
CN110137536A (zh) * 2019-06-05 2019-08-16 山东大学 一种燃料电池冷启动阳极吹扫装置及吹扫方法
CN110112446A (zh) * 2019-06-12 2019-08-09 北京亿华通科技股份有限公司 一种燃料电池氢系统的剩余氢气计算方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111244506A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 擎能动力科技(苏州)有限公司 新能源汽车燃料电池系统、工作方法、氢气进气流量计算方法、效率评价方法
CN113675448A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 北京亿华通科技股份有限公司 一种氢气流量计算方法
CN113675448B (zh) * 2020-05-15 2023-01-03 北京亿华通科技股份有限公司 一种氢气流量计算方法
CN113809366A (zh) * 2020-06-15 2021-12-17 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池系统的停机控制方法及燃料电池系统、车辆
CN114335618A (zh) * 2020-09-30 2022-04-12 北京亿华通科技股份有限公司 一种基于环境湿度的燃料电池系统控制方法
CN112881024A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 一种氢燃料电池发动机用氢气喷射器测试装置及测试方法
WO2022228484A1 (zh) * 2021-04-29 2022-11-03 中国汽车技术研究中心有限公司 氢氧平衡法测量燃料电池汽车氢气消耗量的方法

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