CN112086669A - 一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法及系统，方法包括：采集目标测试点的空气温度和空气压力，目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中；利用目标测试点的空气温度和空气压力，确定目标测试点的空气相对湿度；将目标测试点的空气相对湿度作为燃料电池堆的进口空气湿度。在本申请中，通过以上方式可以完成燃料电池堆的供应空气的湿度的监测。

Description

一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法及系统
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法及系统。
背景技术
目前，为保证燃料电池堆的长期稳定运行，一般需对向燃料电池堆供应的空气进行增湿处理。增湿后的空气湿度过大，容易导致燃料电池堆发生水淹现象，引发空气供应不足，电堆输出性能受限；若增湿后的空气湿度过小，大流量的干燥空气会带走燃料电池堆的隔膜水分，失水的隔膜会导致电池内阻增大，电堆的工作效率会下降。基于上述分析，有必要对供应空气的湿度进行监测。
但是，如何对供应空气的湿度进行监测成为问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法及系统，以达到完成燃料电池堆的供应空气的湿度的监测的目的，技术方案如下：
一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法，包括：
采集目标测试点的空气温度和空气压力，所述目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中；
利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度；
将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
优选的，所述利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度，包括：
利用湿空气维里方程关系式
Figure BDA0002095581210000021
计算得到所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数xv；
其中，
Figure BDA0002095581210000022
Figure BDA0002095581210000023
Figure BDA0002095581210000024
Figure BDA0002095581210000025
p1表示在所述目标测试点采集到的空气压力，单位为Pa；Vm表示湿空气标准体积，取值为0.0224m3/mol；R表示气体常数，取值为8.314Pa·m3·mol-1·K-1；t1表示在所述目标测试点采集到的空气温度，单位为K；xv表示所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数；
利用相对湿度计算关系式
Figure BDA0002095581210000026
计算所述目标测试点的空气相对湿度；
RH(％)表示所述目标测试点的空气相对湿度，
Figure BDA0002095581210000027
表示在在t1温度下水蒸气饱和蒸汽压。
优选的，所述采集目标测试点的空气温度和空气压力，包括：
利用目标温度传感器采集所述目标测试点的空气温度；
利用目标压力传感器采集所述目标测试点的空气压力。
优选的，所述目标温度传感器为所述燃料电池系统内原有的温度传感器中的其中一个；
所述目标压力传感器为所述燃料电池系统内原有的压力传感器中的其中一个。
优选的，所述目标温度传感器为针对所述燃料电池系统增加的温度传感器；
所述目标压力传感器为针对所述燃料电池系统增加的压力传感器。
一种燃料电池系统供应空气的湿度测量系统，包括：
采集装置，用于采集目标测试点的空气温度和空气压力，所述目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中；
处理装置，用于利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度，及将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
优选的，所述处理装置具体用于：
利用湿空气维里方程关系式
Figure BDA0002095581210000031
计算得到所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数xv；
其中，
Figure BDA0002095581210000032
Figure BDA0002095581210000033
Figure BDA0002095581210000034
Figure BDA0002095581210000035
p1表示在所述目标测试点采集到的空气压力，单位为Pa；Vm表示湿空气标准体积，取值为0.0224m3/mol；R表示气体常数，取值为8.314Pa·m3·mol-1·K-1；t1表示在所述目标测试点采集到的空气温度，单位为K；xv表示所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数；
利用相对湿度计算关系式
Figure BDA0002095581210000036
计算所述目标测试点的空气相对湿度；
RH(％)表示所述目标测试点的空气相对湿度，
Figure BDA0002095581210000037
表示在在t1温度下水蒸气饱和蒸汽压。
优选的，所述采集装置包括：
目标温度传感器，用于采集所述目标测试点的空气温度；
目标压力传感器，用于采集所述目标测试点的空气压力。
优选的，所述目标温度传感器为所述燃料电池系统内原有的温度传感器中的其中一个；
所述目标压力传感器为所述燃料电池系统内原有的压力传感器中的其中一个。
优选的，所述目标温度传感器为针对所述燃料电池系统增加的温度传感器；
所述目标压力传感器为针对所述燃料电池系统增加的压力传感器。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
在本申请中，将目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中，可以降低空气流动过程中水分发生相态变化引起的误差，在此基础上，利用采集到的空气温度和空气压力，确定目标测试点的空气相对湿度，实现利用较少的数据确定目标测试点的空气相对湿度，在确定出目标测试点的空气相对湿度之后，将目标测试点的空气相对湿度作为燃料电池堆的进口空气湿度，完成燃料电池堆的供应空气的湿度的监测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法的流程图；
图2是本申请提供的另一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法的流程图；
图3是本申请提供的再一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法的流程图；
图4是本申请提供的再一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法的流程图；
图5是本申请提供的再一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法的流程图；
图6是本申请提供的一种燃料电池系统供应空气的湿度测量系统的逻辑结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例公开了一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法，包括：采集目标测试点的空气温度和空气压力，所述目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中；利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度；将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。在本申请中，可以降低空气流动过程中水分发生相态变化引起的误差，并利用较少的数据确定目标测试点的空气相对湿度，完成燃料电池堆的供应空气的湿度的监测。
如图1所示的，为本申请提供的一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法实施例1的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S11、采集目标测试点的空气温度和空气压力，所述目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中。
基于空气的湿度可以根据空气的其他属性值(如，空气温度和空气压力)进行估算的原则，本实施例设置采集空气温度和空气压力的方式来确定空气相对湿度。具体在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中设置目标测试点，并采集目标测试点的空气温度和空气压力。
步骤S12、利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度。
本实施例中，可根据目标测试点的空气温度和空气压力与其空气相对湿度的关系，在目标测试点的空气温度和空气压力已知的基础上，确定目标测试点的空气相对湿度。
利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度的具体实施方式，在本实施例中不做限制。
步骤S13、将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
由于目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中，因此可以将目标测试点的空气相对湿度直接作为燃料电池堆的进口空气湿度。
在本申请中，将目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中，可以降低空气流动过程中水分发生相态变化引起的误差，在此基础上，利用采集到的空气温度和空气压力，确定目标测试点的空气相对湿度，实现利用较少的数据确定目标测试点的空气相对湿度，在确定出目标测试点的空气相对湿度之后，将目标测试点的空气相对湿度作为燃料电池堆的进口空气湿度，完成燃料电池堆的供应空气的湿度的监测。
作为本申请另一可选实施例，参照图2，为本申请提供的一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法实施例2的流程示意图，本实施例主要是对上述实施例1描述的燃料电池系统供应空气的湿度测量方法的细化方案，如图2所示，该方法可以包括但并不局限于以下步骤：
步骤S21、采集目标测试点的空气温度和空气压力，所述目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中。
步骤S21的详细过程可以参见实施例1中步骤S11的相关介绍，在此不再赘述。
步骤S22、利用湿空气维里方程关系式
Figure BDA0002095581210000061
计算得到所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数xv。
其中，
Figure BDA0002095581210000071
Figure BDA0002095581210000072
Figure BDA0002095581210000073
Figure BDA0002095581210000074
p1表示在所述目标测试点采集到的空气压力，单位为Pa；Vm表示湿空气标准体积，取值为0.0224m3/mol；R表示气体常数，取值为8.314Pa·m3·mol-1·K-1；t1表示在所述目标测试点采集到的空气温度，单位为K；xv表示所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数。
步骤S23、利用相对湿度计算关系式
Figure BDA0002095581210000075
计算所述目标测试点的空气相对湿度。
RH(％)表示所述目标测试点的空气相对湿度，
Figure BDA0002095581210000076
表示在在t1温度下水蒸气饱和蒸汽压。
步骤S22-S23为实施例1中步骤S12的一种具体实施方式。
步骤S24、将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
步骤S24的详细过程可以参见实施例1中步骤S13的相关介绍，在此不再赘述。
作为本申请另一可选实施例，参照图3，为本申请提供的一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法实施例3的流程示意图，本实施例主要是对上述实施例1描述的燃料电池系统供应空气的湿度测量方法的细化方案，如图3所示，该方法可以包括但并不局限于以下步骤：
步骤S31、利用目标温度传感器采集所述目标测试点的空气温度。
本实施例中，可以利用属于燃料电池系统的温度传感器采集目标测试点的空气温度，不需要额外增设温度传感器，减少系统开销。
步骤S32、利用目标压力传感器采集所述目标测试点的空气压力。
本实施例中，可以利用属于燃料电池系统的压力传感器采集目标测试点的空气压力，不需要额外增设压力传感器，减少系统开销。
步骤S31-S32为实施例1中步骤S11的一种具体实施方式。
步骤S33、利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度。
步骤S34、将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
步骤S33-S34的详细过程可以参见实施例1中步骤S12-S13的相关介绍，在此不再赘述。
作为本申请另一可选实施例，参照图4，为本申请提供的一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法实施例4的流程示意图，本实施例主要是对上述实施例3描述的燃料电池系统供应空气的湿度测量方法的细化方案，如图4所示，该方法可以包括但并不局限于以下步骤：
步骤S41、利用所述燃料电池系统内原有的温度传感器中的其中一个采集所述目标测试点的空气温度。
本实施例中，可以利用所述燃料电池系统内原有的温度传感器中的其中一个采集目标测试点的空气温度，不需要额外增设温度传感器，减少系统开销。
步骤S41为实施例3中步骤S31的一种具体实施方式。
步骤S42、利用所述燃料电池系统内原有的压力传感器中的其中一个采集所述目标测试点的空气压力。
本实施例中，可以利用所述燃料电池系统内原有的压力传感器中的其中一个采集目标测试点的空气压力，不需要额外增设压力传感器，减少系统开销。
步骤S42为实施例3中步骤S32的一种具体实施方式。
步骤S43、利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度。
步骤S44、将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
步骤S43-S44的详细过程可以参见实施例3中步骤S33-S34的相关介绍，在此不再赘述。
作为本申请另一可选实施例，参照图5，为本申请提供的一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法实施例5的流程示意图，本实施例主要是对上述实施例3描述的燃料电池系统供应空气的湿度测量方法的细化方案，如图5所示，该方法可以包括但并不局限于以下步骤：
步骤S51、利用针对所述燃料电池系统增加的温度传感器采集所述目标测试点的空气温度。
本实施例中，可以利用针对所述燃料电池系统增加的温度传感器采集目标测试点的空气温度，可以提高空气温度采集的可靠性。
步骤S51为实施例3中步骤S51的一种具体实施方式。
步骤S52、利用针对所述燃料电池系统增加的温度传感器采集所述目标测试点的空气压力。
本实施例中，可以利用针对所述燃料电池系统增加的温度传感器采集目标测试点的空气压力，可以提高空气压力采集的可靠性。
步骤S52为实施例3中步骤S32的一种具体实施方式。
步骤S53、利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度。
步骤S54、将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
步骤S53-S54的详细过程可以参见实施例3中步骤S33-S34的相关介绍，在此不再赘述。
接下来介绍本申请提供的燃料电池系统供应空气的湿度测量系统，下文介绍的燃料电池系统供应空气的湿度测量系统与上文介绍的燃料电池系统供应空气的湿度测量方法可相互对应参照。
请参见图6，燃料电池系统供应空气的湿度测量系统包括：采集装置11和处理装置12。
采集装置11，用于采集目标测试点的空气温度和空气压力，所述目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中；
处理装置12，用于利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度，及将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
本实施例中，处理装置12具体可以用于：
利用湿空气维里方程关系式
Figure BDA0002095581210000101
计算得到所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数xv；
其中，
Figure BDA0002095581210000102
Figure BDA0002095581210000103
Figure BDA0002095581210000104
Figure BDA0002095581210000105
p1表示在所述目标测试点采集到的空气压力，单位为Pa；Vm表示湿空气标准体积，取值为0.0224m3/mol；R表示气体常数，取值为8.314Pa·m3·mol-1·K-1；t1表示在所述目标测试点采集到的空气温度，单位为K；xv表示所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数；
利用相对湿度计算关系式
Figure BDA0002095581210000106
计算所述目标测试点的空气相对湿度；
RH(％)表示所述目标测试点的空气相对湿度，
Figure BDA0002095581210000111
表示在在t1温度下水蒸气饱和蒸汽压。
本实施例中，上述采集装置11可以包括：
目标温度传感器，用于采集所述目标测试点的空气温度；
目标压力传感器，用于采集所述目标测试点的空气压力。
本实施例中，所述目标温度传感器可以为所述燃料电池系统内原有的温度传感器中的其中一个；
所述目标压力传感器可以为所述燃料电池系统内原有的压力传感器中的其中一个。
本实施例中，所述目标温度传感器可以为针对所述燃料电池系统增加的温度传感器；
所述目标压力传感器可以为针对所述燃料电池系统增加的压力传感器。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上对本申请所提供的一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法，其特征在于，包括：
采集目标测试点的空气温度和空气压力，所述目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中；
利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度；
将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度，包括：
利用湿空气维里方程关系式
Figure FDA0002095581200000011
计算得到所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数xv；
其中，
Figure FDA0002095581200000012
Figure FDA0002095581200000013
Figure FDA0002095581200000014
Figure FDA0002095581200000015
p1表示在所述目标测试点采集到的空气压力，单位为Pa；Vm表示湿空气标准体积，取值为0.0224m3/mol；R表示气体常数，取值为8.314Pa·m3·mol-1·K-1；t1表示在所述目标测试点采集到的空气温度，单位为K；xv表示所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数；
利用相对湿度计算关系式
Figure FDA0002095581200000016
计算所述目标测试点的空气相对湿度；
RH(％)表示所述目标测试点的空气相对湿度，
Figure FDA0002095581200000017
表示在在t1温度下水蒸气饱和蒸汽压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集目标测试点的空气温度和空气压力，包括：
利用目标温度传感器采集所述目标测试点的空气温度；
利用目标压力传感器采集所述目标测试点的空气压力。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标温度传感器为所述燃料电池系统内原有的温度传感器中的其中一个；
所述目标压力传感器为所述燃料电池系统内原有的压力传感器中的其中一个。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标温度传感器为针对所述燃料电池系统增加的温度传感器；
所述目标压力传感器为针对所述燃料电池系统增加的压力传感器。
6.一种燃料电池系统供应空气的湿度测量系统，其特征在于，包括：
采集装置，用于采集目标测试点的空气温度和空气压力，所述目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中；
处理装置，用于利用所述目标测试点的空气温度和空气压力，确定所述目标测试点的空气相对湿度，及将所述目标测试点的空气相对湿度作为所述燃料电池堆的进口空气湿度。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理装置具体用于：
利用湿空气维里方程关系式
Figure FDA0002095581200000021
计算得到所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数xv；
其中，
Figure FDA0002095581200000022
Figure FDA0002095581200000023
Figure FDA0002095581200000024
Figure FDA0002095581200000031
p1表示在所述目标测试点采集到的空气压力，单位为Pa；Vm表示湿空气标准体积，取值为0.0224m3/mol；R表示气体常数，取值为8.314Pa·m3·mol-1·K-1；t1表示在所述目标测试点采集到的空气温度，单位为K；xv表示所述目标测试点的湿空气中水蒸气摩尔分数；
利用相对湿度计算关系式
Figure FDA0002095581200000032
计算所述目标测试点的空气相对湿度；
RH(％)表示所述目标测试点的空气相对湿度，
Figure FDA0002095581200000033
表示在在t1温度下水蒸气饱和蒸汽压。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述采集装置包括：
目标温度传感器，用于采集所述目标测试点的空气温度；
目标压力传感器，用于采集所述目标测试点的空气压力。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述目标温度传感器为所述燃料电池系统内原有的温度传感器中的其中一个；
所述目标压力传感器为所述燃料电池系统内原有的压力传感器中的其中一个。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述目标温度传感器为针对所述燃料电池系统增加的温度传感器；
所述目标压力传感器为针对所述燃料电池系统增加的压力传感器。
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