CN113675448B - 一种氢气流量计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氢气流量计算方法，所述氢气流量计算方法包括：检测燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的气体与来自氢气源的氢气混合之前氢气循环管路中的循环气体湿度φ1；检测进入电堆前燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的输入氢气湿度φ2；检测来自氢气源的氢气源氢气质量流量m3；根据循环气体湿度φ1、输入氢气湿度φ2和氢气源氢气质量流量m3通过质量守恒原理计算循环气体质量流量m1；根据循环气体质量流量m1和循环气体湿度φ1计算循环气体中的氢气质量流量mh。这种方法的优点在于：提供了一种通过两个温湿一体传感器测量并计算燃料电池循环路混合气体中氢气质量流量的方法，设备成本低，体积小；方法通用性高。

Description

一种氢气流量计算方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种氢气流量计算方法。
背景技术
氢燃料电池是一种将氢与氧反应产生的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，具有发电效率高，环境污染小等优点，因此被广泛应用于汽车领域。燃料电池系统包括电堆、氢气子系统、空气子系统、冷却系统。其中氢气子系统的功能，是为电堆提供适宜流量、压力、温度、湿度、浓度的氢气。在氢气子系统中，一般采用氢气循环泵或者引射器等装置将未反应的氢气、水蒸气、少量氮气的混合物循环到氢气入口再次进入电堆。在实际应用中通常需要得到燃料电池系统循环混合气中氢气的流量，以便于清晰了解影响电堆性能的因素。流量计大多仅适用于测试干燥气体流量且只能测量混合气体总流量，不能得到混合气体中其中一种气体的流量；同时，混合气体中的水蒸气会影响流量计的准确性和寿命。
在现有技术中获得混合气中氢气的流量有下列方法：1.使用质谱仪可以测出混合气体含量和种类，但是质谱仪成本较高、体积大，在系统上集成不方便；2.CN108475796A公开了一种用于确定在通过燃料电池的阳极或阴极再循环输送的气体混合物中的气体组分的含量的方法，该方法的计算基于挤压器原理，利用了循环装置的特性，因此该方法仅适用与泵类机械设备做循环装置的情况；3.专利US6881507设计了一个旋转式流量计测试混合气体同时利用氢浓度传感器测试氢气占混合气体比例，再计算出氢气流量的方法，但该专利使用了旋转式流量计，设备成本较高。
综上所述，需要提供一种氢气流量计算方法，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氢气流量计算方法，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氢气流量计算方法,其中所述氢气流量计算方法包括多个步骤：
步骤1：检测燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的气体与来自氢气源的氢气混合之前氢气循环管路中的循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000011
步骤2：检测进入电堆前燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的输入氢气湿度
Figure BDA0002493189560000023
步骤3：检测来自氢气源的氢气源氢气质量流量m3；
步骤4：根据循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000025
输入氢气湿度
Figure BDA0002493189560000024
和氢气源氢气质量流量m3通过质量守恒原理计算循环气体质量流量m1；
步骤5：根据循环气体质量流量m1和循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000026
计算循环气体中的氢气质量流量mh。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气流量计算方法，其中所述步骤4：根据循环气体湿度ф1、输入氢气湿度ф2和氢气源氢气质量流量m3通过质量守恒原理计算循环气体质量流量m1，计算公式为
Figure BDA0002493189560000021
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气流量计算方法，其中所述步骤5：根据循环气体质量流量m1和循环气体湿度φ1计算循环气体中的氢气质量流量mh，计算公式为
Figure BDA0002493189560000022
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气流量计算方法，其中循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000027
和输入氢气湿度
Figure BDA0002493189560000028
通过温湿一体传感器检测获得。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气流量计算方法，其中氢气源氢气质量流量m3通过流量计检测获得。
该氢气流量计算方法的优点在于：提供了一种通过两个温湿一体传感器测量并计算燃料电池循环路混合气体中氢气质量流量的方法，无需使用质谱仪，因此设备成本低，体积小；既适用于循环装置是泵类设备的燃料电池氢气系统，也适用于循环装置是引射器的情况，方法通用性高。
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气系统的示意图；
图2示出了根据本发明另一个实施方式的燃料电池氢气系统的示意图；
图3示出了适用于图1和图2示出的燃料电池氢气系统的一个实施方式的氢气流量计算方法的流程图。
具体实施方式
图1-3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气系统的示意图。如图1所示的燃料电池氢气系统包括电堆100、第一管路101、循环泵102、第二管路103、氢喷104、第三管路105和两个温湿一体传感器106，所述电堆100的氢气出口通过第一管路101与循环泵102连通，循环泵102通过第二管路103与氢喷104的第一端连交通，氢喷104的第二端与氢气源连通(未示出)，氢喷104的第三端通过第三管路105与电堆的氢气入口连通，两个温湿一体传感器106分别设置在第二管路103和第三管路105上，所述第一管路101、循环泵102、第二管路103、氢喷104和第三管路105组成燃料电池氢气系统的氢气循环管路，第二管路103上的温湿一体传感器106用于检测燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的气体与来自氢气源的氢气混合之前循环管路中的循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000031
第三管路105上的温湿一体传感器106用于检测进入电堆前燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的输入氢气湿度
Figure BDA0002493189560000032
图2示出了根据本发明另一个实施方式的燃料电池氢气系统的示意图。如图2所示的燃料电池氢气系统包括电堆200、第一管路201、引射器202、第二管路203和两个温湿一体传感器204，所述电堆200的氢气出口通过第一管路201与引射器202的第一进气口连通，引射器202的第二进气口与氢气源连通，引射器202的出气口通过第二管路203电堆的氢气入口连通，两个温湿一体传感器106分别设置在第一管路201和第二管路203上，所述第一管路201、引射器202和第二管路203组成燃料电池氢气系统的氢气循环管路，第一管路201上的温湿一体传感器204用于检测燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的气体与来自氢气源的氢气混合之前循环管路中的循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000033
第二管路203上的温湿一体传感器204用于检测进入电堆前燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的输入氢气湿度
Figure BDA0002493189560000034
图3示出了适用于图1和图2示出的燃料电池氢气系统的一个实施方式的氢气流量计算方法的流程图。如图3所示，所述氢气流量计算方法包括多个步骤：
步骤1：检测燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的气体与来自氢气源的氢气混合之前氢气循环管路中的循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000045
步骤2：检测进入电堆前燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的输入氢气湿度
Figure BDA0002493189560000046
步骤3：检测来自氢气源的氢气源氢气质量流量m3；
步骤4：根据循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000047
输入氢气湿度
Figure BDA0002493189560000048
和氢气源氢气质量流量m3通过质量守恒原理计算循环气体质量流量m1；
步骤5：根据循环气体质量流量m1和循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000049
计算循环气体中的氢气质量流量mh。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气流量计算方法，其中所述步骤4：根据循环气体湿度ф1、输入氢气湿度ф2和氢气源氢气质量流量m3通过质量守恒原理计算循环气体质量流量m1，计算公式为
Figure BDA0002493189560000041
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气流量计算方法，其中所述步骤5：根据循环气体质量流量m1和循环气体湿度φ1计算循环气体中的氢气质量流量mh，计算公式为
Figure BDA0002493189560000042
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气流量计算方法，其中循环气体湿度
Figure BDA0002493189560000043
和输入氢气湿度
Figure BDA0002493189560000044
通过温湿一体传感器检测获得。
根据本发明的上述一个实施方式提供的氢气流量计算方法，其中氢气源氢气质量流量m3通过流量计检测获得。
该氢气流量计算方法的优点在于：提供了一种通过两个温湿一体传感器测量并计算燃料电池循环路混合气体中氢气质量流量的方法，无需使用质谱仪，因此设备成本低，体积小；既适用于循环装置是泵类设备的燃料电池氢气系统，也适用于循环装置是引射器的情况，方法通用性高。
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 (3)

1.一种氢气流量计算方法，其特征在于，所述氢气流量计算方法包括多个步骤：
步骤1：检测燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的气体与来自氢气源的氢气混合之前氢气循环管路中的循环气体湿度
Figure FDA0003806275140000011
步骤2：检测进入电堆前燃料电池氢气系统的氢气循环管路中的输入氢气湿度
Figure FDA0003806275140000012
步骤3：检测来自氢气源的氢气源氢气质量流量m3；
步骤4：根据循环气体湿度
Figure FDA0003806275140000013
输入氢气湿度
Figure FDA0003806275140000014
和氢气源氢气质量流量m3通过质量守恒原理计算循环气体质量流量m1，计算公式为
Figure FDA0003806275140000015
步骤5：根据循环气体质量流量m1和循环气体湿度
Figure FDA0003806275140000016
计算循环气体中的氢气质量流量mh，计算公式为
Figure FDA0003806275140000017
2.如权利要求1所述的氢气流量计算方法，其特征在于，循环气体湿度
Figure FDA0003806275140000018
和输入氢气湿度
Figure FDA0003806275140000019
通过温湿一体传感器检测获得。
3.如权利要求1所述的氢气流量计算方法，其特征在于，氢气源氢气质量流量m3通过流量计检测获得。
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