CN112747799B - 燃料流体参数计算方法及气态燃料供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料流体参数计算方法及气态燃料供给系统，包括以下步骤：S1，获取流量调节阀的进阀处压力和进阀处温度，绘制得到流量调节阀的出阀处压力、出阀处流量的第一压力流量关系曲线图；S2，获取引射器的输出处压力、回路处压力其中一个压力，绘制得到引射器的输入处压力、输入处流量的第二压力流量关系曲线图；S3，基于流量调节阀的出阀处流量等于引射器的输入处流量以及流量调节阀的出阀处压力等于引射器的输入处压力的条件，重叠第一压力流量关系曲线图、第二压力流量关系曲线图的坐标系。本发明无需在引射器和流量调节阀之间的管路上增设压力检测装置，能够准确获取引射器的输入处压力和输入处流量。

Description

燃料流体参数计算方法及气态燃料供给系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料流体参数计算方法及气态燃料供给系统。
背景技术
为了实现阳极循环，燃料电池系统会采用引射器；为了获取引射器的输入处的气体流量，需要在引射器的输入处安装一个压力传感器，并且利用流量调节阀上下游的压力等信息，得出引射器的输入处的气体流量。
然后，在引射器的输入处额外设置压力传感器，这样会增加了燃料电池系统的成本，并且还会增加燃料电池系统的故障发生率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种燃料流体参数计算方法及气态燃料供给系统，无需在引射器和流量调节阀之间的管路上增设压力检测装置，基于引射器、流量调节阀的流量特性能够准确获取引射器的输入处压力和输入处流量，进而掌握引射器的工况，更好控制流量调节阀的开度，从而能够降低用于气态燃料供给系统的检测成本，提高气态燃料供给系统的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种燃料流体参数计算方法，所述燃料流体参数计算方法用于气态燃料供给系统，所述气态燃料供给系统包括引射器、阳极回流管路、阳极燃料供给管路、以及设有流量调节阀的新料输送管路，引射器具有回路接口、输出接口以及输入接口，阳极回流管路的出气端连接于回路接口，阳极燃料供给管路的进气端连接于输出接口，新料输送管路的出气端连接于输入接口，所述燃料流体参数计算方法包括以下步骤：
S1，获取流量调节阀的进阀处压力和进阀处温度，基于流量调节阀的流量特性曲线图，绘制得到流量调节阀的出阀处压力、出阀处流量的第一压力流量关系曲线图；
S2，获取引射器的输出处压力、回路处压力其中一个压力，基于引射器的流量特性曲线图，绘制得到引射器的输入处压力、输入处流量的第二压力流量关系曲线图；
S3，基于流量调节阀的出阀处流量等于引射器的输入处流量以及流量调节阀的出阀处压力等于引射器的输入处压力的条件，重叠第一压力流量关系曲线图、第二压力流量关系曲线图的坐标系，第一压力流量关系曲线图中的第一曲线和第二压力流量关系曲线图中的第二曲线的相交点为引射器的工况信息点。
优选地，所述流量调节阀的流量特性曲线图表征：在流量调节阀进阀处、出阀处的压力差保持恒定的条件下，流经于流量调节阀的流体流量与流量调节阀的阀芯开度之间的关系。
优选地，所述进阀处温度、进阀处压力、出阀处压力以及出阀处流量所对应的参数满足下述计算公式：
当
Figure BDA0002854388680000021
时，
Figure BDA0002854388680000022
当
Figure BDA0002854388680000023
时，
Figure BDA0002854388680000024
计算公式中，W为流量，p1为入口压力，T1为入口温度，p2为出口压力，γ为比热比，CD为喷口的流量系数，AT为喷口面积，R为理想气体常数。
优选地，所述阳极燃料供给管路上设有压力传感器。
优选地，所述新料输送管路上设有温压传感组件，温压传感组件位于流量调节阀的进阀处。
本发明还提供一种气态燃料供给系统，包括：
存储器，存储器用于存储计算机程序；
处理器，处理器与存储器相连，用于执行存储器所存储的计算机程序，以使气态燃料供给系统实施所述燃料流体参数计算方法。
如上所述，本发明的燃料流体参数计算方法及气态燃料供给系统，具有以下有益效果：无需在引射器和流量调节阀之间的管路上增设压力检测装置，基于引射器、流量调节阀的流量特性能够准确获取引射器的输入处压力和输入处流量，进而掌握引射器的工况，更好控制流量调节阀的开度，从而能够降低用于气态燃料供给系统的检测成本，提高气态燃料供给系统的可靠性。
附图说明
图1显示为本发明的气态燃料供给系统的示意图。
图2显示为第一压力流量关系曲线图和第二压力流量关系曲线图的第一重叠图；
图3显示为第一压力流量关系曲线图和第二压力流量关系曲线图的第二重叠图；
图4显示为第一压力流量关系曲线图和第二压力流量关系曲线图的第三重叠图。
元件标号说明
1 引射器
2 阳极回流管路
3 阳极燃料供给管路
4 流量调节阀
5 新料输送管路
6 压力传感器
7 温压传感组件
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种气态燃料供给系统，包括：引射器1、阳极回流管路2、阳极燃料供给管路3、以及设有流量调节阀4的新料输送管路5，引射器1具有回路接口、输出接口以及输入接口，阳极回流管路2的出气端连接于回路接口，阳极燃料供给管路3的进气端连接于输出接口，新料输送管路5的出气端连接于输入接口。
如图2、图3以及图4所示，上述气态燃料供给系统的燃料流体参数计算方法包括以下步骤：
S1，获取流量调节阀4的进阀处压力和进阀处温度，基于流量调节阀4的流量特性曲线图(流量调节阀4的流量特性曲线图为现有特性图，其显示有该流量调节阀4的技术指标和参数)，绘制得到流量调节阀4的出阀处压力、出阀处流量的第一压力流量关系曲线图；
S2，获取引射器1的输出处压力、回路处压力其中一个压力，基于引射器1的流量特性曲线图(引射器1的流量特性曲线图为现有特性图，其显示有该引射器1的技术指标和参数)，绘制得到引射器1的输入处压力、输入处流量的第二压力流量关系曲线图；
S3，基于流量调节阀4的出阀处流量等于引射器1的输入处流量以及流量调节阀4的出阀处压力等于引射器1的输入处压力的条件，重叠第一压力流量关系曲线图、第二压力流量关系曲线图的坐标系，第一压力流量关系曲线图中的第一曲线和第二压力流量关系曲线图中的第二曲线的相交点(该相交点也可由现有循环算法或现有遍历算法获得)为引射器1的工况信息点。
在本发明的燃料流体参数计算方法中，无需在引射器1和流量调节阀4之间的管路上增设压力检测装置，基于引射器1、流量调节阀4的流量特性能够准确获取引射器1的输入处压力和输入处流量，进而掌握引射器1的工况，更好控制流量调节阀4的开度，从而能够降低用于气态燃料供给系统的检测成本，提高气态燃料供给系统的可靠性。
例如，上述气态燃料供给系统可以是氢燃料供给系统，氢燃料供给系统采用上述燃料流体参数计算方法能够准确获取引射器1的输入处流量或者流量调节阀4的出阀处流量，随后与储氢瓶总容量的变化程度相比较，可以诊断储氢瓶和电堆之间的管路是否泄露。另外，也可以比较实际氢流量和理论氢流量的差值，诊断阳极燃料供给管路3、阳极回流管路2或电堆是否泄漏。最后，利用该引射器1的输入处流量还可以给氢动力车辆给出更为准确的实时氢耗信息。
具体的，本发明的燃料流体参数计算方法的技术效果如下：
图2显示有三条第一曲线和一条第二曲线，该三条第一曲线分别对应流量调节阀4的不同开度。第二曲线与第一条第一曲线相交于A点，第二曲线与第二条第一曲线相交于B点，第二曲线与第三条第一曲线相交于C点，第一条第一曲线对应于流量调节阀4的第一开度，第二条第一曲线对应于流量调节阀4的第二开度，第三条第一曲线对应于流量调节阀4的第三开度，第一开度＜第二开度＜第三开度。
如图3所示，当引射器1的输入处压力接近于引射器1的输出处压力时，引射器1的流量特性曲线偏离于压力和流量的线性关系，即流量特性曲线的斜率过大；当输入处压力有所偏差时，将产生较大的流量偏差。然而，本方法的燃料流体参数计算方法采用将上述第一压力流量关系曲线图、第二压力流量关系曲线图的坐标系相互重叠的方式，使第一曲线和第二曲线相交。此时可以看出，由于流量调节阀4的流量特性曲线位于恒定流量的平坦段，即使引射器1的输入处压力有所偏差，对相交点的实际流量计算的影响甚小，从而提高了引射器1的输入处流量的计算精度。
如图4所示：当流量调节阀4的开度较大时，流量调节阀4的出阀处压力接近于流量调节阀4的进阀处压力，此时，流量调节阀4的流量特性曲线的斜率过大，当出阀处压力有所偏差时，将产生较大的流量偏差。然而，本方法的燃料流体参数计算方法采用将上述第一压力流量关系曲线图、第二压力流量关系曲线图的坐标系相互重叠的方式，使第一曲线和第二曲线相交。此时可以看出，引射器1的流量特性曲线处于线性段，即使流量调节阀4的出阀处压力有所偏差，对相交点的实际流量计算的影响甚小，从而提高了流量调节阀4的出阀处流量的计算精度。
因此，上述气态燃料供给系统使用燃料流体参数计算方法，不管流量调节阀4和引射器1之间的管路内的压力为高压值或低压值，都能取得比较准确获取流量调节阀4和引射器1之间的压力和流量。
上述流量调节阀4的流量特性曲线图表征：在流量调节阀4进阀处、出阀处的压力差保持恒定的条件下，流经于流量调节阀4的流体流量与流量调节阀4的阀芯开度之间的关系。
上述进阀处温度(流量调节阀4的进阀处温度近似于流量调节阀4的出阀处温度，即出阀处温度所对应的温度数值可被进阀处温度所对应的温度数值替代使用)、进阀处压力、出阀处压力以及出阀处流量所对应的参数满足下述计算公式：
当
Figure BDA0002854388680000051
时，
Figure BDA0002854388680000052
当
Figure BDA0002854388680000053
时，
Figure BDA0002854388680000054
计算公式中，W为流量，，p1为入口压力，T1为入口温度，p2为出口压力，γ为比热比，CD为喷口的流量系数，AT为喷口面积，R为理想气体常数。
为了获取上述引射器1的输出处压力，上述阳极燃料供给管路3上设有压力传感器6。
为了获取上述流量调节阀4的进阀处压力和进阀处温度，上述新料输送管路5上设有温压传感组件7，温压传感组件7位于流量调节阀4的进阀处。
本发明还提供一种气态燃料供给系统，包括：
存储器，存储器用于存储计算机程序；
处理器，处理器与存储器相连，用于执行存储器所存储的计算机程序，以使气态燃料供给系统实施上述燃料流体参数计算方法。
综上所述，本发明的燃料流体参数计算方法及气态燃料供给系统无需在引射器和流量调节阀之间的管路上增设压力检测装置，基于引射器、流量调节阀的流量特性能够准确获取引射器的输入处压力和输入处流量，进而掌握引射器1的工况，更好控制流量调节阀的开度，从而能够降低用于气态燃料供给系统的检测成本，提高气态燃料供给系统的可靠性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种燃料流体参数计算方法，所述燃料流体参数计算方法用于气态燃料供给系统，所述气态燃料供给系统包括引射器(1)、阳极回流管路(2)、阳极燃料供给管路(3)、以及设有流量调节阀(4)的新料输送管路(5)，引射器(1)具有回路接口、输出接口以及输入接口，阳极回流管路(2)的出气端连接于回路接口，阳极燃料供给管路(3)的进气端连接于输出接口，新料输送管路(5)的出气端连接于输入接口，其特征在于，所述燃料流体参数计算方法包括以下步骤：
S1，获取流量调节阀(4)的进阀处压力和进阀处温度，基于流量调节阀(4)的流量特性曲线图，绘制得到流量调节阀(4)的出阀处压力、出阀处流量的第一压力流量关系曲线图；
S2，获取引射器(1)的输出处压力、回路处压力其中一个压力，基于引射器(1)的流量特性曲线图，绘制得到引射器(1)的输入处压力、输入处流量的第二压力流量关系曲线图；
S3，基于流量调节阀(4)的出阀处流量等于引射器(1)的输入处流量以及流量调节阀(4)的出阀处压力等于引射器(1)的输入处压力的条件，重叠第一压力流量关系曲线图、第二压力流量关系曲线图的坐标系，第一压力流量关系曲线图中的第一曲线和第二压力流量关系曲线图中的第二曲线的相交点为引射器(1)的工况信息点。
2.根据权利要求1所述燃料流体参数计算方法，其特征在于：所述流量调节阀(4)的流量特性曲线图表征：在流量调节阀(4)进阀处、出阀处的压力差保持恒定的条件下，流经于流量调节阀(4)的流体流量与流量调节阀(4)的阀芯开度之间的关系。
3.根据权利要求1所述燃料流体参数计算方法，其特征在于：所述进阀处温度、进阀处压力、出阀处压力以及出阀处流量所对应的参数满足下述计算公式：
当
Figure FDA0002854388670000011
时，
Figure FDA0002854388670000014
当
Figure FDA0002854388670000012
时，
Figure FDA0002854388670000013
计算公式中，W为流量，p1为入口压力，T1为入口温度，p2为出口压力，γ为比热比，CD为喷口的流量系数，AT为喷口面积，R为理想气体常数。
4.根据权利要求1所述燃料流体参数计算方法，其特征在于：所述阳极燃料供给管路(3)上设有压力传感器(6)。
5.根据权利要求1所述燃料流体参数计算方法，其特征在于：所述新料输送管路(5)上设有温压传感组件(7)，温压传感组件(7)位于流量调节阀(4)的进阀处。
6.一种气态燃料供给系统，其特征在于，包括：
存储器，存储器用于存储计算机程序；
处理器，处理器与存储器相连，用于执行存储器所存储的计算机程序，以使气态燃料供给系统实施如权利要求1至5中任一项所述的燃料流体参数计算方法。
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