CN112213370A - 一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法和装置，包括采集电堆实时电流，设置氢气过量系数，实时检测电堆入口实时氢气流量；根据电堆实时电流、氢气过量系数和电堆入口实时氢气流量，判断氢气过量系数是否设置成功，若否，则调整氢气循环泵的转速直至氢气过量系数设置成功；当设置成功，计算得到电堆实时运行效率；重新设置多个氢气过量系数，得到每个氢气过量系数下的电堆实时运行效率；根据所有氢气过量系数和所有电堆实时运行效率，生成电堆化学计量灵敏度曲线。本发明可以检测并生成在不同电流下的化学计量灵敏度曲线，对于指导电堆的系统集成和氢燃料电池的运行，具有非常重要的意义。

Description

一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法和装置
技术领域
本发明涉及氢燃料电池电堆的测量领域，尤其涉及一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法和装置。
背景技术
在全球日益增长的能源需求，愈演愈烈的环境危机，与日俱增的人口压力等背景下，新型的清洁能源利用方式越来越受人们重视。其中，氢氢燃料电池具有高效率、零污染、低噪音、启动快等优势，具有广阔的发展前景，是下一代车用动力的发展方向之一。
氢燃料电池电堆是氢燃料电池系统的核心，在氢燃料电池运行时，电堆的氢气化学计量对氢燃料电池的性能有着极其重要的影响，给电堆提供适当化学计量的氢气，可以确保足够的反应物浓度，同时起到除水的作用。
然而，电堆在不同的电流下，反应所需要的氢气流量不同，所需的化学计量系数也不相同，所反映的化学计量灵敏度也不同。探索不同工作电流下，电堆所需要的合适的化学计量系数或化学计量灵敏度，显得十分重要。针对该问题，目前尚无解决方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法和装置，可以检测并生成在不同电流下氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度曲线，对于指导电堆的系统集成和氢燃料电池的运行，具有非常重要的意义。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法，包括以下步骤：
步骤1：采集电堆实时电流，设置氢气过量系数，并实时检测电堆入口实时氢气流量；
步骤2：根据所述电堆实时电流、所述氢气过量系数和所述电堆入口实时氢气流量，判断所述氢气过量系数是否设置成功，若是，则执行步骤3；若否，则调整氢气循环泵的转速，直至所述氢气过量系数设置成功后，执行所述步骤3；
步骤3：采集电堆实时电压，根据所述电堆实时电压、所述电堆实时电流和所述电堆入口实时氢气流量，计算得到在所述氢气过量系数下的电堆实时运行效率；
步骤4：重新设置多个氢气过量系数，并分别基于每个氢气过量系数重复所述步骤1至所述步骤3，得到每个氢气过量系数下的电堆实时运行效率；
步骤5：根据所有氢气过量系数和所有氢气过量系数对应的电堆实时运行效率，生成所述电堆实时电流下的电堆化学计量灵敏度曲线。
依据本发明的另一方面，还提供了一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测装置，应用于本发明中所述的一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法中，包括上位机、电气控制模块和氢气循环调节模块；
所述上位机与所述电气控制模块电连接，所述电气控制模块与所述氢气循环调节模块电连接；
所述上位机，用于设置氢气过量系数，并下发至所述电气控制模块；
所述电气控制模块，用于采集电堆实时电流；
所述氢气循环调节模块，用于实时检测电堆入口实时氢气流量并上传至所述电气控制模块；
所述电气控制模块，还用于根据所述电堆实时电流、所述氢气过量系数和所述电堆入口实时氢气流量，判断所述氢气过量系数是否设置成功；若是，则采集电堆实时电压，根据所述电堆实时电压、所述电堆实时电流和所述电堆入口实时氢气流量，计算得到在所述氢气过量系数下的电堆实时运行效率，并上传至所述上位机；若否，则控制所述氢气循环调节模块调节氢气循环泵的转速，直至所述氢气过量系数设置成功后，采集电堆实时电压，根据所述电堆实时电压、所述电堆实时电流和所述电堆入口实时氢气流量，计算得到在所述氢气过量系数下的电堆实时运行效率，并上传至所述上位机；
所述氢气循环调节模块，还用于调节所述氢气循环泵的转速；
所述电气控制模块，还用于得到在所述上位机重新设置的每个氢气过量系数下的电堆实时运行效率，并上传至所述上位机；
所述上位机，还用于根据所有氢气过量系数和所有氢气过量系数对应的电堆实时运行效率，生成所述电堆实时电流下的电堆化学计量灵敏度曲线。
本发明的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法和装置的有益效果是：由于在氢燃料电池运行时，一般会给电堆提供过量的氢气流量，而过量的氢气流量与氢气过量系数息息相关，因此，首先设置一个氢气过量系数，然后结合电堆实时电流和氢气过量系数来判断实时检测的电堆入口处的电堆入口实时氢气流量是否满足氢气过量系数的设置，即这个设置的氢气过量系数是否合适，当设置成功时，说明该氢气过量系数是合适的，可以根据采集的电堆实时电压、电堆实时电流和电堆入口实时氢气流量来计算出在该情况下的电堆实时运行效率；而当氢气过量系数设置不成功时，则说明该设置的氢气过量系数在当前情况下不合适，需要通过调节氢气循环泵的转速来使得调节后的电堆入口实时氢气流量满足氢气过量系数的设置，即通过调节氢气循环泵的转速来得到使得该设置的氢气过量系数合适，并同样计算在该设置成功后的情况下的电堆实时运行效率(由于电堆实时电压、电堆实时电流和电堆入口实时氢气流量都是实时采集的，因此在设置成功后的计算对应的是调节后的电堆电压、电堆电流和电堆入口氢气流量)；最后再重新设置氢气过量系数，按照同样的方法得到每个氢气过量系数下的电堆实时运行效率，依据每一组氢气过量系数—电堆实时运行效率，即可生成能反映出电堆化学计量灵敏度的曲线，即电堆化学计量灵敏度曲线；
本发明的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法和装置，可以检测并生成在不同电流下氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度曲线，对于指导电堆的系统集成和氢燃料电池的运行，具有非常重要的意义，弥补了氢燃料电池电堆的燃料化学计量领域的技术空白。
附图说明
图1为本发明实施例一中一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一中判断氢气过量系数是否调节成功的流程示意图；
图3为本发明实施例一中又一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法的流程示意图；
图4为本发明实施例一中化学计量灵敏度检测的完整流程示意图；
图5为本发明实施例二中一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测装置的结构示意图；
图6为本发明实施例二中检测装置的完整结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、控制器，2、电压传感器，3、电流传感器，4、空气流量计，5、空压机，6、增湿器，7、第二压力传感器，8、尾气阀，9、减压阀，10、开关阀，11、比例阀，12、第一压力传感器，13、电堆，14、储氢罐，15、氢气流量计，16、上位机，17、氢气循环泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面结合附图，对本发明进行说明。
实施例一、如图1所示，一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法，包括以下步骤：
S1：采集电堆实时电流，设置氢气过量系数，并实时检测电堆入口实时氢气流量；
S2：根据所述电堆实时电流、所述氢气过量系数和所述电堆入口实时氢气流量，判断所述氢气过量系数是否设置成功，若是，则执行步骤3；若否，则调整氢气循环泵的转速，直至所述氢气过量系数设置成功后，执行所述步骤3；
S3：采集电堆实时电压，根据所述电堆实时电压、所述电堆实时电流和所述电堆入口实时氢气流量，计算得到在所述氢气过量系数下的电堆实时运行效率；
S4：重新设置多个氢气过量系数，并分别基于每个氢气过量系数重复S1至S3，得到每个氢气过量系数下的电堆实时运行效率；
S5：根据所有氢气过量系数和所有氢气过量系数对应的电堆实时运行效率，生成所述电堆实时电流下的电堆化学计量灵敏度曲线。
由于在氢燃料电池运行时，一般会给电堆提供过量的氢气流量，而过量的氢气流量与氢气过量系数息息相关，因此，首先设置一个氢气过量系数，然后结合电堆实时电流和氢气过量系数来判断实时检测的电堆入口处的电堆入口实时氢气流量是否满足氢气过量系数的设置，即这个设置的氢气过量系数是否合适，当设置成功时，说明该氢气过量系数是合适的，可以根据采集的电堆实时电压、电堆实时电流和电堆入口实时氢气流量来计算出在该情况下的电堆实时运行效率；而当氢气过量系数设置不成功时，则说明该设置的氢气过量系数在当前情况下不合适，需要通过调节氢气循环泵的转速来使得调节后的电堆入口实时氢气流量满足氢气过量系数的设置，即通过调节氢气循环泵的转速来使得氢气过量系数设置成功，并同样计算在该设置成功后的情况下的电堆实时运行效率(由于电堆实时电压、电堆实时电流和电堆入口实时氢气流量都是实时采集的，因此在设置成功后的计算对应的是调节后的电堆电压、电堆电流和电堆入口氢气流量)；最后再重新设置氢气过量系数，按照同样的方法得到每个氢气过量系数下的电堆实时运行效率，依据每一组氢气过量系数—电堆实时运行效率，即可生成能反映出电堆化学计量灵敏度的曲线，即电堆化学计量灵敏度曲线；
本实施例的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法，可以检测并生成在不同电流下氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度曲线，对于指导电堆的系统集成和氢燃料电池的运行，具有非常重要的意义，弥补了氢燃料电池电堆的燃料化学计量领域的技术空白。
优选地，如图2所示，S2具体包括以下步骤：
S21：根据所述电堆实时电流和所述氢气过量系数计算得到电堆入口理论氢气流量；
S22：判断所述电堆入口实时氢气流量是否等于所述电堆入口理论氢气流量，若是，则判定所述氢气过量系数设置成功，并执行S3；若否，则不断调整氢气循环泵的转速，实时检测在调整所述氢气循环泵的转速后的所述电堆入口实时氢气流量，直至所述电堆入口实时氢气流量等于所述电堆入口理论氢气流量后，执行S3。
通过设置的氢气过量系数和电堆实时电流，可以算出理论上电堆入口所需的氢气流量，即为电堆入口理论氢气流量，便于后续作为判断所设置的氢气过量系数是否设置成功的依据，通过电堆入口实时氢气流量与电堆入口理论氢气流量的直接对比，能准确判断出氢气过量系数设置成功与否，便于后续获取电堆化学计量灵敏度曲线，检测出电堆的化学计量灵敏度。
具体地，计算所述电堆入口理论氢气流量的具体公式为：
Figure BDA0002710361400000071
其中，
Figure BDA0002710361400000072
为所述电堆入口理论氢气流量，n1为所述氢气过量系数，k为氢气流量固定参数，I为所述电堆实时电流，N为氢燃料电池片数。
具体地，计算所述电堆实时运行效率的具体公式为：
Figure BDA0002710361400000073
其中，nF为所述电堆实时运行效率，U为所述电堆实时电压，F为所述电堆入口实时氢气流量，
Figure BDA0002710361400000074
为氢气低热值。
优选地，如图3所示，还包括：
S6：计算所述电堆化学计量灵敏度曲线的多个曲线斜率，并根据预设曲线斜率判别式，从所有曲线斜率中得到目标曲线斜率；
S7：根据所述目标曲线斜率，在所述电堆化学计量灵敏度曲线中获取所述目标曲线斜率对应的目标化学计量系数。
根据电堆化学计量灵敏度曲线，即n1-nF曲线，可以得到每一小段曲线的曲线斜率，通过预设曲线斜率判别式对每个曲线斜率进行判别，可以得到最优化的最合适的曲线斜率，即目标曲线斜率，进而依据目标曲线斜率在n1-nF曲线中找到对应的最优化的最合适的氢气过量系数，即目标化学计量系数。因此，通过S6和S7，能根据检测出的化学计量灵敏度曲线，选择出合适的化学计量比，进一步为电堆的系统集成和氢燃料电池的运行提供指导依据。
具体地，在燃料电池全功率范围内，每一档电流下，都可以得到这样一个电堆化学计量灵敏度曲线。根据电堆化学计量灵敏度曲线，可以求得每个计量比的曲线斜率。其中，为了考虑到减少氢气循环泵寄生功率，同时尽可能提高燃料电池电堆效率，选择作为3＜k′＜3.5(其中，k′为曲线斜率)作为预设曲线斜率判别式，即在3＜k′＜3.5范围内的曲线斜率所对应的氢气过量系数，即为最合适的化学计量系数(目标化学计量系数)。
具体地，本实施例完整的检测方法的流程图如图4所示。
实施例二、如图5所示，一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测装置，应用于实施例一中的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法中，包括上位机、电气控制模块和氢气循环调节模块；
所述上位机与所述电气控制模块电连接，所述电气控制模块与所述氢气循环调节模块电连接；
所述上位机，用于设置氢气过量系数，并下发至所述电气控制模块；
所述电气控制模块，用于采集电堆实时电流；
所述氢气循环调节模块，用于实时检测电堆入口实时氢气流量并上传至所述电气控制模块；
所述电气控制模块，还用于根据所述电堆实时电流、所述氢气过量系数和所述电堆入口实时氢气流量，判断所述氢气过量系数是否设置成功；若是，则采集电堆实时电压，根据所述电堆实时电压、所述电堆实时电流和所述电堆入口实时氢气流量，计算得到在所述氢气过量系数下的电堆实时运行效率，并上传至所述上位机；若否，则控制所述氢气循环调节模块调节氢气循环泵的转速，直至所述氢气过量系数设置成功后，采集电堆实时电压，根据所述电堆实时电压、所述电堆实时电流和所述电堆入口实时氢气流量，计算得到在所述氢气过量系数下的电堆实时运行效率，并上传至所述上位机；
所述氢气循环调节模块，还用于调节所述氢气循环泵的转速；
所述电气控制模块，还用于得到在所述上位机重新设置的每个氢气过量系数下的电堆实时运行效率，并上传至所述上位机；
所述上位机，还用于根据所有氢气过量系数和所有氢气过量系数对应的电堆实时运行效率，生成所述电堆实时电流下的电堆化学计量灵敏度曲线。
本实施例的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测装置，可以检测并生成在不同电流下氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度曲线，对于指导电堆的系统集成和氢燃料电池的运行，具有非常重要的意义，弥补了氢燃料电池电堆的燃料化学计量领域的技术空白。
优选地，所述电气控制模块包括电流传感器、电压传感器和控制器；
所述控制器分别与所述上位机、所述氢气循环调节模块、所述电流传感器和所述电压传感器电连接；
所述电流传感器用于采集所述电堆实时电流，所述电压传感器用于采集所述电堆实时电压；
所述控制器具体用于：
根据所述电堆实时电流和所述氢气过量系数计算得到电堆入口理论氢气流量；
判断所述电堆入口实时氢气流量是否等于所述电堆入口理论氢气流量，若是，则判定所述氢气过量系数设置成功，若否，则不断调整所述氢气循环调节模块中的氢气循环泵的转速，实时检测在调整所述氢气循环泵的转速后的所述电堆入口实时氢气流量，直至所述电堆入口实时氢气流量等于所述电堆入口理论氢气流量。
优选地，计算所述电堆入口理论氢气流量的具体公式为：
Figure BDA0002710361400000091
其中，
Figure BDA0002710361400000092
为所述电堆入口理论氢气流量，n1为所述氢气过量系数，k为氢气流量固定参数，I为所述电堆实时电流，N为氢燃料电池片数。
优选地，计算所述电堆实时运行效率的具体公式为：
Figure BDA0002710361400000101
其中，nF为所述电堆实时运行效率，U为所述电堆实时电压，F为所述电堆入口实时氢气流量，
Figure BDA0002710361400000102
为氢气低热值。
优选地，所述上位机还具体用于：
计算所述电堆化学计量灵敏度曲线的多个曲线斜率，并根据预设曲线斜率判别式，从所有曲线斜率中得到目标曲线斜率；
根据所述目标曲线斜率，在所述电堆化学计量灵敏度曲线中获取所述目标曲线斜率对应的目标化学计量系数。
具体地，本实施例中的检测装置的完成结构图如图6所示，氢燃料电池电堆如图6中标号为13的部件，上位机如图6中标号为16的部件，控制器如图6中标号为1的部件，电压传感器如图6中标号为2的部件，电流传感器如图6中标号为3的部件，氢气循环调节模块包括图6中的氢气流量计15和氢气循环泵17。
具体地，如图6所示，检测装置还包括空气流量计4、空压机5、增湿器6、第二压力传感器7、尾气阀8、减压阀9、开关阀10、比例阀11、第一压力传感器12和储氢罐14等常规部件。其中，空气流量计4、空压机5、增湿器6和第二压力传感器7形成了电堆入口处的空气通路；减压阀9、开关阀10、比例阀11、第一压力传感器12、氢气流量计15和氢气循环泵17和储氢罐14形成了电堆入口处的氢气通路。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采集电堆实时电流，设置氢气过量系数，并实时检测电堆入口实时氢气流量；
步骤2：根据所述电堆实时电流、所述氢气过量系数和所述电堆入口实时氢气流量，判断所述氢气过量系数是否设置成功，若是，则执行步骤3；若否，则调整氢气循环泵的转速，直至所述氢气过量系数设置成功后，执行所述步骤3；
步骤3：采集电堆实时电压，根据所述电堆实时电压、所述电堆实时电流和所述电堆入口实时氢气流量，计算得到在所述氢气过量系数下的电堆实时运行效率；
步骤4：重新设置多个氢气过量系数，并分别基于每个氢气过量系数重复所述步骤1至所述步骤3，得到每个氢气过量系数下的电堆实时运行效率；
步骤5：根据所有氢气过量系数和所有氢气过量系数对应的电堆实时运行效率，生成所述电堆实时电流下的电堆化学计量灵敏度曲线。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：
步骤21：根据所述电堆实时电流和所述氢气过量系数计算得到电堆入口理论氢气流量；
步骤22：判断所述电堆入口实时氢气流量是否等于所述电堆入口理论氢气流量，若是，则判定所述氢气过量系数设置成功，并执行所述步骤3；若否，则不断调整氢气循环泵的转速，实时检测在调整所述氢气循环泵的转速后的所述电堆入口实时氢气流量，直至所述电堆入口实时氢气流量等于所述电堆入口理论氢气流量后，执行所述步骤3。
3.根据权利要求2所述的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法，其特征在于，计算所述电堆入口理论氢气流量的具体公式为：
Figure FDA0002710361390000021
其中，
Figure FDA0002710361390000022
为所述电堆入口理论氢气流量，n1为所述氢气过量系数，k为氢气流量固定参数，I为所述电堆实时电流，N为氢燃料电池片数。
4.根据权利要求3所述的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法，其特征在于，计算所述电堆实时运行效率的具体公式为：
Figure FDA0002710361390000023
其中，nF为所述电堆实时运行效率，U为所述电堆实时电压，F为所述电堆入口实时氢气流量，
Figure FDA0002710361390000024
为氢气低热值。
5.根据权利要求1至4任一项所述的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法，其特征在于，还包括：
步骤6：计算所述电堆化学计量灵敏度曲线的多个曲线斜率，并根据预设曲线斜率判别式，从所有曲线斜率中得到目标曲线斜率；
步骤7：根据所述目标曲线斜率，在所述电堆化学计量灵敏度曲线中获取所述目标曲线斜率对应的目标化学计量系数。
6.一种氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测装置，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一项所述的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测方法中，包括上位机、电气控制模块和氢气循环调节模块；
所述上位机与所述电气控制模块电连接，所述电气控制模块与所述氢气循环调节模块电连接；
所述上位机，用于设置氢气过量系数，并下发至所述电气控制模块；
所述电气控制模块，用于采集电堆实时电流；
所述氢气循环调节模块，用于实时检测电堆入口实时氢气流量并上传至所述电气控制模块；
所述电气控制模块，还用于根据所述电堆实时电流、所述氢气过量系数和所述电堆入口实时氢气流量，判断所述氢气过量系数是否设置成功；若是，则采集电堆实时电压，根据所述电堆实时电压、所述电堆实时电流和所述电堆入口实时氢气流量，计算得到在所述氢气过量系数下的电堆实时运行效率，并上传至所述上位机；若否，则控制所述氢气循环调节模块调节氢气循环泵的转速，直至所述氢气过量系数设置成功后，采集电堆实时电压，根据所述电堆实时电压、所述电堆实时电流和所述电堆入口实时氢气流量，计算得到在所述氢气过量系数下的电堆实时运行效率，并上传至所述上位机；
所述氢气循环调节模块，还用于调节所述氢气循环泵的转速；
所述电气控制模块，还用于得到在所述上位机重新设置的每个氢气过量系数下的电堆实时运行效率，并上传至所述上位机；
所述上位机，还用于根据所有氢气过量系数和所有氢气过量系数对应的电堆实时运行效率，生成所述电堆实时电流下的电堆化学计量灵敏度曲线。
7.根据权利要求6所述的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测装置，其特征在于，所述电气控制模块包括电流传感器、电压传感器和控制器；
所述控制器分别与所述上位机、所述氢气循环调节模块、所述电流传感器和所述电压传感器电连接；
所述电流传感器用于采集所述电堆实时电流，所述电压传感器用于采集所述电堆实时电压；
所述控制器具体用于：
根据所述电堆实时电流和所述氢气过量系数计算得到电堆入口理论氢气流量；
判断所述电堆入口实时氢气流量是否等于所述电堆入口理论氢气流量，若是，则判定所述氢气过量系数设置成功，若否，则不断调整所述氢气循环调节模块中的氢气循环泵的转速，实时检测在调整所述氢气循环泵的转速后的所述电堆入口实时氢气流量，直至所述电堆入口实时氢气流量等于所述电堆入口理论氢气流量。
8.根据权利要求7所述的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测装置，其特征在于，计算所述电堆入口理论氢气流量的具体公式为：
Figure FDA0002710361390000041
其中，
Figure FDA0002710361390000042
为所述电堆入口理论氢气流量，n1为所述氢气过量系数，k为氢气流量固定参数，I为所述电堆实时电流，N为氢燃料电池片数。
9.根据权利要求8所述的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测装置，其特征在于，计算所述电堆实时运行效率的具体公式为：
Figure FDA0002710361390000043
其中，nF为所述电堆实时运行效率，U为所述电堆实时电压，F为所述电堆入口实时氢气流量，
Figure FDA0002710361390000044
为氢气低热值。
10.根据权利要求6至9任一项所述的氢燃料电池电堆的化学计量灵敏度的检测装置，其特征在于，所述上位机还具体用于：
计算所述电堆化学计量灵敏度曲线的多个曲线斜率，并根据预设曲线斜率判别式，从所有曲线斜率中得到目标曲线斜率；
根据所述目标曲线斜率，在所述电堆化学计量灵敏度曲线中获取所述目标曲线斜率对应的目标化学计量系数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113224355A (zh) * 2021-05-06 2021-08-06 永安行科技股份有限公司 氢燃料电池电堆的在线监测方法、系统及使用该监测方法的氢燃料电动车
CN114243064A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6558827B1 (en) * 2001-02-26 2003-05-06 Utc Fuel Cells, Llc High fuel utilization in a fuel cell
JP2004273162A (ja) * 2003-03-05 2004-09-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池制御システム
US20060014063A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
CN109411784A (zh) * 2018-12-11 2019-03-01 中国重汽集团济南动力有限公司 一种商用车燃料电池发动机供气系统
CN109524690A (zh) * 2017-09-20 2019-03-26 上海汽车集团股份有限公司 一种燃料电池氢气循环控制系统和方法
CN109980252A (zh) * 2019-03-25 2019-07-05 武汉海亿新能源科技有限公司 一种燃料电池氢气和空气供给控制方法、装置和系统
CN110931824A (zh) * 2019-11-29 2020-03-27 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池冷却液流量分配系统及其控制方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6558827B1 (en) * 2001-02-26 2003-05-06 Utc Fuel Cells, Llc High fuel utilization in a fuel cell
JP2004273162A (ja) * 2003-03-05 2004-09-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池制御システム
US20060014063A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
CN109524690A (zh) * 2017-09-20 2019-03-26 上海汽车集团股份有限公司 一种燃料电池氢气循环控制系统和方法
CN109411784A (zh) * 2018-12-11 2019-03-01 中国重汽集团济南动力有限公司 一种商用车燃料电池发动机供气系统
CN109980252A (zh) * 2019-03-25 2019-07-05 武汉海亿新能源科技有限公司 一种燃料电池氢气和空气供给控制方法、装置和系统
CN110931824A (zh) * 2019-11-29 2020-03-27 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池冷却液流量分配系统及其控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
戴朝华 等: "质子交换膜燃料电池单体电压均衡性研究综述", 《中国电机工程学报》 *
邵静玥 等: "车用质子交换膜燃料电池典型工况的试验研究", 《汽车工程》 *
黄俭标 等: "低氢气计量比下车载工况燃料电池电堆耐久性研究", 《高校化学工程学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113224355A (zh) * 2021-05-06 2021-08-06 永安行科技股份有限公司 氢燃料电池电堆的在线监测方法、系统及使用该监测方法的氢燃料电动车
CN114243064A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置
CN114243064B (zh) * 2021-12-08 2024-02-13 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置

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