CN110797556A - 一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法 - Google Patents

一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110797556A
CN110797556A CN201911022627.6A CN201911022627A CN110797556A CN 110797556 A CN110797556 A CN 110797556A CN 201911022627 A CN201911022627 A CN 201911022627A CN 110797556 A CN110797556 A CN 110797556A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
hydrogen storage
storage container
consumption
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911022627.6A
Other languages
English (en)
Inventor
戴俊
吴智丁
杨进
何东阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Datang Hydropower Science and Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Datang Hydropower Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Datang Hydropower Science and Technology Research Institute Co Ltd filed Critical Datang Hydropower Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN201911022627.6A priority Critical patent/CN110797556A/zh
Publication of CN110797556A publication Critical patent/CN110797556A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F22/00—Methods or apparatus for measuring volume of fluids or fluent solid material, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了氢气检测技术领域的一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，通过在范德华方程式中对参数b值进行修正，增加参数c，并将参数c描述成压力函数cp，使方程式可以适用于更高压力的气体计算中，能够很好的描述全程压力下气体的真实行为，扩大了压力的适用范围，提高了储氢容器储氢量的测量准确度；通过直流电流传感器对氢氧燃料电池的输出电流进行检测，得出储氢容器的耗氢量，作为依据对储氢容器残存储氢量进行计算，提高了计算的准确性，可以更为准确地计算出储氢容器中的残存储氢量；使用户能够根据储氢容器的残存储氢量及时进行氢气的补充，方便使用，有助于氢氧燃料电池的推广适应。

Description

一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法
技术领域
本发明涉及氢气检测技术技术领域，具体为一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法。
背景技术
随着工业的发展和人们物质生活水平的提高,能源的需求也与日俱增。由于近几十年来使用的能源主要来自化石燃料(如煤、石油和天然气等)，而其使用不可避免地污染环境，再加上其储量有限，所以寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视,以期在21世纪中叶进入“氢能经济(hydrogeneconomy)”时代。氢能利用需要解决以下3个问题:氢的制取、储运和应用,而氢能的储运则是氢能应用的关键。氢在通常条件下以气态形式存在,且易燃、易爆、易扩散,使得人们在实际应用中要优先考虑氢储存和运输中的安全、高效和无泄漏损失,这就给储存和运输带来很大的困难。
固态储存是利用固体对氢气的物理吸附或化学反应等作用，将氢储存于固体材料中。固态储存一般可以做到安全、高效、高密度，是气态储存和液态储存之后，最有前途的研究发现。固态储存需要用到储氢材料，需找和研制高性能的储氢材料，成为固态储氢的当务之急，也是未来储氢发展和乃至整个氢能利用的关键。
在实际使用中，还无法很好的对氢氧燃料电池储氢容器的残存储氢量进行量测，不利于用户判断何时补充氢气，对氢氧燃料电池的使用推广带来了不利影响。
而对储氢容器残存储氢量进行量测主要存在以下两点问题：
1)由于氢气在不同温度和压力下的密度不同，因此不同材料的储氢性能各异，最终导致对储氢容器内的氢气实际容量的计算误差，因此只通过储氢容器标称容量作为储氢容器的实际储氢量，会导致储氢容器的残存储氢量的量测不准。
2)在氢氧燃料电池的实际使用过程中，无法对储氢容器的氢气消耗量进行准确量测，因而在依据氢气消耗量对储氢容器残存储氢量进行计算时亦会造成较大的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，提高对水泵叶轮裂纹检测的灵敏度，并对危害程度进行准确的评估，避免了叶轮表面裂纹扩展致使叶轮断裂的风险，确保水泵的正常运作，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，包括以下具体步骤：
步骤一，计算储氢容器的氢气总量；
步骤二，检测储氢容器的氢气消耗量；
步骤三，通过储氢容器的标称容量减去氢气消耗量，得出储氢容器的残存储氢量。
优选的，所述储氢容器的氢气总量通过以下公式计算：
式中：
p为气体压强，
V为总体积，
a为度量分子间引力的参数，
b为1摩尔分子本身包含的体积之和，
c为体积修正量，
R为普适气体常数，
T为环境温度。
由于气体分子在高压下更为密集，其相互的作用力更大，导致分子的体积压缩，因此在高压状态下范德华方程式中的参数b会相应缩小，则分子活动的空间体积会增大，使气体总体积V增大。在范德华方程式的基础上修正参数b，得到高压气体状态下的方程式。
气体分子随压力变化，在物理图像上c为压力函数。压力越大，分子体积收缩越多，参数b值越小；当压力为零时，c即为0。因此参数c满足一下物理性质：
1)压力为零时，方程式满足范德华方程式，参数c值为0；
2)压力增大时，气体分子的体积效应更明显，参数c值增大；
3)中低压力下，方程式与范德华方程式一致。
为满足上述物理性质，将参数c描述成压力的函数c(p)＝cp，带入范德华方程式中得出：
Figure BDA0002247718420000031
优选的，氢气在上述公式中，参数A、b、c的计算值为：
a＝0.02452Pa·m6/mol2，
b＝0.0000265m3/mol，
c＝8.9113×10-14m3/(Pa·mol)。
优选的，在步骤二中，检测储氢容器的氢气消耗量的方法如下：
1)对氢氧燃料电池的输出电流进行测量；
2)通过测量的电流强度计算得出储氢容器的氢气消耗量。
由于1mol的氢气中含2mol电子，可以得出，在氢氧燃料电池工作时，1mol的氢气产生2mol电子的电量。
因此，可以通过直流电流传感器对氢氧燃料电池的输出电流进行检测，得出储氢容器的耗氢量。
优选的，所述氢气消耗量的计算公式如下：
Figure BDA0002247718420000032
式中：
Cuc为消耗消耗氢气量(SL)，
I为燃料电池的输出电流(A)，
t为储氢容器的使用时间(s)，
n为单体电池数目，
η为燃料电池的耗氢效率，
22.4为气体摩尔体积(L/mol)，
96500为法拉第常数值(C/mol)。
优选的，所述储氢容器的残存储氢量的计算公式如下：
Cac＝Coc-Cuc
式中：
Cac为储氢容器的残存储氢量(SL)，
Coc为储氢容器的氢气总量(SL)。
优选的，氢氧燃料电池的输出电流通过电流传感器测量，直流电流传感器的测量范围为0.1mA-1000A。
优选的，对直流电流传感器测量出的电流强度进行积分时间数据处理计量输出电量，得出储氢容器消耗的电量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)该储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，通过在范德华方程式中对参数b值进行修正，增加参数c，并将参数c描述成压力函数cp，使方程式可以适用于更高压力的气体计算中，能够很好的描述全程压力下气体的真实行为，扩大了压力的适用范围，提高了储氢容器储氢量的测量准确度。
2)该储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，通过直流电流传感器对氢氧燃料电池的输出电流进行检测，得出储氢容器的耗氢量，作为依据对储氢容器残存储氢量进行计算，提高了计算的准确性，可以更为准确地计算出储氢容器中的残存储氢量；使用户能够根据储氢容器的残存储氢量及时进行氢气的补充，方便使用，有助于氢氧燃料电池的推广适应。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，包括以下具体步骤：
步骤一，计算储氢容器的氢气总量；
步骤二，检测储氢容器的氢气消耗量；
步骤三，通过储氢容器的标称容量减去氢气消耗量，得出储氢容器的残存储氢量。
其中，所述储氢容器的氢气总量通过以下公式计算：
Figure BDA0002247718420000051
式中：
p为气体压强，
V为总体积，
a为度量分子间引力的参数，
b为1摩尔分子本身包含的体积之和，
c为体积修正量，
R为普适气体常数，
T为环境温度。
其中，氢气在上述公式中，参数a、b、c的计算值为：
a＝0.02452Pa·m6/mol2，
b＝0.0000265m3/mol，
c＝8.9113×10-14m3/(Pa·mol)。
其中，在步骤二中，检测储氢容器的氢气消耗量的方法如下：
1)对氢氧燃料电池的输出电流进行测量；
2)通过测量的电流强度计算得出储氢容器的氢气消耗量。
其中，所述氢气消耗量的计算公式如下：
Figure BDA0002247718420000052
式中：
Cuc为消耗消耗氢气量，
I为燃料电池的输出电流，
t为储氢容器的使用时间，
n为单体电池数目，
η为燃料电池的耗氢效率。
其中，所述储氢容器的残存储氢量的计算公式如下：
Cac＝Coc-Cuc
式中：
Cac为储氢容器的残存储氢量，
Coc为储氢容器的氢气总量。
其中，氢氧燃料电池的输出电流通过电流传感器测量，直流电流传感器的测量范围为0.1mA-1000A。
其中，对直流电流传感器测量出的电流强度进行积分时间数据处理计量输出电量，得出储氢容器消耗的电量。
该储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，通过在范德华方程式中对参数b值进行修正，增加参数c，并将参数c描述成压力函数cp，使方程式可以适用于更高压力的气体计算中，能够很好的描述全程压力下气体的真实行为，扩大了压力的适用范围，提高了储氢容器储氢量的测量准确度；通过直流电流传感器对氢氧燃料电池的输出电流进行检测，得出储氢容器的耗氢量，作为依据对储氢容器残存储氢量进行计算，提高了计算的准确性，可以更为准确地计算出储氢容器中的残存储氢量；使用户能够根据储氢容器的残存储氢量及时进行氢气的补充，方便使用，有助于氢氧燃料电池的推广适应。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤一，计算储氢容器的氢气总量；
步骤二，检测储氢容器的氢气消耗量；
步骤三，通过储氢容器的标称容量减去氢气消耗量，得出储氢容器的残存储氢量。
2.根据权利要求1所述的一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，其特征在于，所述储氢容器的氢气总量通过以下公式计算：
Figure FDA0002247718410000011
式中：
p为气体压强，
V为总体积，
a为度量分子间引力的参数，
b为1摩尔分子本身包含的体积之和，
c为体积修正量，
R为普适气体常数，
T为环境温度。
3.根据权利要求2所述的一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，其特征在于，氢气在上述公式中，参数A、b、c的计算值为：a＝0.02452Pa·m6/mol2，b＝0.0000265m3/mol，c＝8.9113×10-14m3/(Pa·mol)。
4.根据权利要求1所述的一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，其特征在于，在步骤二中，检测储氢容器的氢气消耗量的方法如下
1)对氢氧燃料电池的输出电流进行测量；
2)通过测量的电流强度计算得出储氢容器的氢气消耗量。
5.根据权利要求4所述的一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，其特征在于，所述氢气消耗量的计算公式如下：
Figure FDA0002247718410000012
式中：
Cuc为消耗消耗氢气量，
I为燃料电池的输出电流，
t为储氢容器的使用时间，
n为单体电池数目，
η为燃料电池的耗氢效率。
6.根据权利要求4所述的一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，其特征在于，所述储氢容器的残存储氢量的计算公式如下：
Cac＝Coc-Cuc
式中：
Cac为储氢容器的残存储氢量，
Coc为储氢容器的氢气总量。
7.根据权利要求4所述的一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，其特征在于，氢氧燃料电池的输出电流通过电流传感器测量，直流电流传感器的测量范围为0.1mA-1000A。
8.根据权利要求7所述的一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，其特征在于，对直流电流传感器测量出的电流强度进行积分时间数据处理计量输出电量，得出储氢容器消耗的电量。
CN201911022627.6A 2019-10-25 2019-10-25 一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法 Pending CN110797556A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911022627.6A CN110797556A (zh) 2019-10-25 2019-10-25 一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911022627.6A CN110797556A (zh) 2019-10-25 2019-10-25 一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110797556A true CN110797556A (zh) 2020-02-14

Family

ID=69441193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911022627.6A Pending CN110797556A (zh) 2019-10-25 2019-10-25 一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110797556A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112856225A (zh) * 2021-01-29 2021-05-28 东南大学 一种液氢容器内氢质量的计量方法
CN115472868A (zh) * 2022-09-01 2022-12-13 上海卓微氢科技有限公司 一种燃料电池车辆储氢容器的储氢量自校正方法
EP4228040A1 (fr) * 2022-02-15 2023-08-16 Powidian Procédé d'estimation de l'autonomie restante d'un groupe électrogène autonome et dispositifs associés

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1396447A (zh) * 2002-07-30 2003-02-12 天津海蓝德能源技术发展有限公司 储氢器剩余氢气量的测量方法及其装置
US20030029224A1 (en) * 2001-08-13 2003-02-13 Pratt Steven D. Method and apparatus for determining the amount of hydrogen in a vessel
CN100489463C (zh) * 2005-04-27 2009-05-20 亚太燃料电池科技股份有限公司 储氢容器中可用残存储氢量的量测方法
CN106052791A (zh) * 2016-07-05 2016-10-26 杭州氢源科技有限公司 一种固态储氢器剩余氢气量的测量方法及其装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030029224A1 (en) * 2001-08-13 2003-02-13 Pratt Steven D. Method and apparatus for determining the amount of hydrogen in a vessel
CN1396447A (zh) * 2002-07-30 2003-02-12 天津海蓝德能源技术发展有限公司 储氢器剩余氢气量的测量方法及其装置
CN100489463C (zh) * 2005-04-27 2009-05-20 亚太燃料电池科技股份有限公司 储氢容器中可用残存储氢量的量测方法
CN106052791A (zh) * 2016-07-05 2016-10-26 杭州氢源科技有限公司 一种固态储氢器剩余氢气量的测量方法及其装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
戴伟等: ""体积法测量储氢量的状态方程研究"", 《原子能科学技术》 *
芶清泉等: ""高密度氩气的原子间相互作用与状态方程"", 《原子与分子物理学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112856225A (zh) * 2021-01-29 2021-05-28 东南大学 一种液氢容器内氢质量的计量方法
EP4228040A1 (fr) * 2022-02-15 2023-08-16 Powidian Procédé d'estimation de l'autonomie restante d'un groupe électrogène autonome et dispositifs associés
FR3132764A1 (fr) * 2022-02-15 2023-08-18 Powidian Procédé d’estimation de l’autonomie restante d’un groupe électrogène autonome et dispositifs associés
CN115472868A (zh) * 2022-09-01 2022-12-13 上海卓微氢科技有限公司 一种燃料电池车辆储氢容器的储氢量自校正方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110797556A (zh) 一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法
Leung et al. Blue energy fuels: converting ocean wave energy to carbon-based liquid fuels via CO 2 reduction
US20050109394A1 (en) Solar electrolysis power co-generation system
CN107681181A (zh) 一种燃料电池的性能诊断方法
CN106941178A (zh) 一种氟化碳及其制备方法和应用
CN202226927U (zh) 干燥高纯度氢气的水电解式产氢设备
Zini et al. A solar hydrogen hybrid system with activated carbon storage
Shkolnikov et al. 2 W power source based on air–hydrogen polymer electrolyte membrane fuel cells and water–aluminum hydrogen micro-generator
Silva Now is the time for energy materials research to save the planet
CN200986950Y (zh) 具有液位侦测功能的燃料储存装置
Willich et al. Pressurized solid oxide fuel cells with reformate as fuel
CN110580389A (zh) 一种电池极耳的优化方法
Durmuş et al. Experimental and modeling studies of a high-temperature electrochemical hydrogen compressor
CN204348815U (zh) 还原发电电池
Shin et al. Analysis of the total energy consumption through hydrogen compression for the operating pressure optimization of an alkaline water electrolysis system
Min et al. On-line measurement for ohmic resistance in direct methanol fuel cell by current interruption method
CN101420039B (zh) 燃料电池系统和计算燃料量的方法
CN112393858A (zh) 一种新能源汽车电池测试系统
CN103115649A (zh) 金属氢化物储氢器储存/释放氢气量在线测量方法及装置
CN108443703A (zh) 一种供给燃料电池模组的充氢设备及其智能充氢控制方法
CN101515650B (zh) 能量管理模块以及驱动装置
Chidziva et al. PEM electrolysis system performance and system safety integration
CN204029930U (zh) 一种固体氧化物燃料电池供电系统
CN101750464B (zh) 燃料浓度测量装置及方法
CN206574798U (zh) 一种基于液态储氢的一体化燃料存储装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200214