CN115064737A - 一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法 - Google Patents

一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，涉及氢燃料电池技术领域；包括于燃料电池的氢气进气管路上分别设置电磁阀、温压一体传感器和体积流量计，将电磁阀、稳压一体传感器和体积流量计连接氢气流量监测上位机。本发明利用氢气进气管路中的温压一体传感器与体积流量计实时获取气体温度T、气体压强P与气体体积V0的数据，根据气体方程以及获取数据计算瞬时质量m，再通过对m与时间t的关系建立函数图像，以积分形式获取任意时间段的氢气累积消耗量，一方面零部件成本低，易于实现，再者实现燃料电池测试氢气用量的精细化管理，并且可以为氢气利用率的改善提供数据基础，同时可以较为精确测量氢气消耗。

Description

一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法。
背景技术
燃料电池属于氢能行业，处于起步试验应用阶段，前期产品性能都通过实验室实际测试确定；测试就需要高纯度氢气，氢气使用量非常大，且氢气成本很高，如何控制氢气使用量，提升氢气利用率就变得非常重要。生产过程中，氢气使用量统计，基本上是根据一个月用了多少集装格氢气或者月初进入氢气多少，月末剩余多少来统计。
传统的监测方式有两种，第一种为：测试过程中只是在测试台架前段增加流量计来检测，这种流量计功能单一，只显示瞬时流量，不能实现流量累积计算，且不能显示出任意时间段内的流量，只能根据瞬时数据和经验评估氢气消耗量，因此误差偏大。
第二种为：数显式流量计有流量累积功能，但是成本偏高，维护困难，基本上一件大几万块，且不能显示出任意时间段内的流量，这种计量采集到的数据还是要经过建模测算。
以上两种方式对后续研究氢气消耗的精细化管理不实用，同时对氢气利用的提高提供不了详细的数据，基本上还是估算，对于降低氢气浪费研究没有实际意义。
为此，本发明提出一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，包括以下步骤：
S1：于燃料电池的氢气进气管路上分别设置电磁阀、温压一体传感器和体积流量计；
S2：将电磁阀、稳压一体传感器和体积流量计连接氢气流量监测上位机；
S3：燃料电池工作时，电磁阀打开，氢气进入燃料电池的进气端，并且同时温压一体传感器和体积流量计分别实时监测氢气的温度T、压力P和体积流量V0，并将数据传递至氢气流量监测上位机处；
S4：氢气流量上位机根据温度、压力和体积流量数据计算氢气质量流量，并按照设定的表达形式进行体现。
优选地：所述S4中，计算流程包括以下步骤：
S41：根据气体状态方程计算：pV＝nR0T，其中n为气体摩尔数，p为压力，R0为普适气体常数，为8.31x107J/K·mol；
S42：将公式变换后，对单位质量气体有：
Figure BDA0003670977890000021
或p＝ρRT，其中ρ为密度，M为气体摩尔质量，R＝R0/M为气体常数，氢气的气体常数为41550J/kg·K，T为热力学温度，T＝t+273.15K；
S43：根据以上公式则可得
Figure BDA0003670977890000031
到及测得的p，t，就可以计算出瞬时密度ρ，则单位时间内质量流量为m＝ρV0,则
Figure BDA0003670977890000032
优选地：所述S43中，数据体现形式可以为表格、图形与函数坐标图中的任意一种。
优选地：所述S43中，数据体现形式为函数坐标图。
优选地：所述S43中，函数坐标图的横坐标为时间t，纵坐标为瞬时质量m。
优选地：所述S43中，任意时间段内，总质量m总为函数t＝n、t＝n+q、R∫(V0，T，P)和m＝0所围成的图形面积，其为
Figure BDA0003670977890000033
其中n为时间点，q为时间间隔。
优选地：所述温压一体传感器与体积流量计均采用多个串联式等距布置。
优选地：所述温压一体传感器与体积流量计整体跨度为进气管路总长的0.3-0.4倍。
优选地：所述S43中，
Figure BDA0003670977890000034
其中
Figure BDA0003670977890000035
其中g为温压一体传感器布置总个数，h为体积流量计布置总个数，l1为温压一体传感器等距布置间距，l2为最靠近燃料电池进气口的温压传感器距离燃料电池进气口的距离，l3为体积流量计等距布置间距，l4为最靠近燃料电池进气口的体积流量计燃料电池进气口的距离。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过利用氢气进气管路中的温压一体传感器与体积流量计实时获取气体温度T、气体压强P与气体体积V0的数据，根据气体方程以及获取数据计算瞬时质量m，再通过对m与时间t的关系建立函数图像，以积分形式获取任意时间段的氢气累积消耗量，一方面零部件成本低，易于实现，再者实现燃料电池测试氢气用量的精细化管理，并且可以为氢气利用率的改善提供数据基础，同时可以较为精确测量氢气消耗。
2.本发明通过采用多个等距串联形式，计算三个基本数据在管道中传输的变化率，然后以检测位置距离进气口距离数据为基础，计算后续变化量，从而再根据监测数据与变化量计算实际燃料电池进气口的各项数据，从而实现了数据的精确度。
附图说明
图1为本发明提出的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法的结构示意图；
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例1：
一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，包括以下步骤：
S1：于燃料电池的氢气进气管路上分别设置电磁阀、温压一体传感器和体积流量计；
S2：将电磁阀、稳压一体传感器和体积流量计连接氢气流量监测上位机；
S3：燃料电池工作时，电磁阀打开，氢气进入燃料电池的进气端，并且同时温压一体传感器和体积流量计分别实时监测氢气的温度T、压力P和体积流量V0，并将数据传递至氢气流量监测上位机处；
S4：氢气流量上位机根据温度、压力和体积流量数据计算氢气质量流量，并按照设定的表达形式进行体现。
所述S4中，计算流程包括以下步骤：
S41：根据气体状态方程计算：pV＝nR0T，其中n为气体摩尔数，p为压力，R0为普适气体常数，为8.31x107J/K·mol；
S42：将公式变换后，对单位质量气体有：
Figure BDA0003670977890000061
或p＝ρRT，其中ρ为密度，M为气体摩尔质量，R＝R0/M为气体常数，氢气的气体常数为41550J/kg·K，T为热力学温度，T＝t+273.15K；
S43：根据以上公式则可得
Figure BDA0003670977890000062
到及测得的p，t，就可以计算出瞬时密度ρ，则单位时间内质量流量为m＝ρV0,则
Figure BDA0003670977890000063
所述S43中，数据体现形式可以为表格、图形与函数坐标图中的任意一种，优选地：所述S43中，数据体现形式为函数坐标图。
所述S43中，函数坐标图的横坐标为时间t，纵坐标为瞬时质量m，则任意时间段内，总质量m总为函数t＝n、t＝n+q、R∫(V0，T，P)和m＝0所围成的图形面积，其为
Figure BDA0003670977890000064
其中n为时间点，q为时间间隔。
本实施例中：通过利用氢气进气管路中的温压一体传感器与体积流量计实时获取气体温度T、气体压强P与气体体积V0的数据，根据气体方程以及获取数据计算瞬时质量m，再通过对m与时间t的关系建立函数图像，以积分形式获取任意时间段的氢气累积消耗量，一方面零部件成本低，易于实现，再者实现燃料电池测试氢气用量的精细化管理，并且可以为氢气利用率的改善提供数据基础，同时可以精确测量氢气消耗。
实施例2：
一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，本实施例在实施例1的基础上做出以下改进：所述温压一体传感器与体积流量计均采用多个串联式等距布置，且总体跨度L为进气管路总长的0.3-0.4倍。
所述S43中，
Figure BDA0003670977890000071
其中
Figure BDA0003670977890000072
Figure BDA0003670977890000073
其中g为温压一体传感器布置总个数，h为体积流量计布置总个数，l1为温压一体传感器等距布置间距，l2为最靠近燃料电池进气口的温压传感器距离燃料电池进气口的距离，l3为体积流量计等距布置间距，l4为最靠近燃料电池进气口的体积流量计燃料电池进气口的距离。
由于气体在管道中输送的龙头损失效应，监测数据的P、T、V0，均会在输送过程中出现单向变化，而温压一体传感器与体积流量计监测数据均不能完全为燃料电池进气口的数据，所以在监测实际数据时，还会存在一定的偏差。
本实施例中：通过采用多个等距串联形式，计算三个基本数据在管道中传输的变化率，然后以检测位置距离进气口距离数据为基础，计算后续变化量，从而再根据监测数据与变化量计算实际燃料电池进气口的各项数据，从而实现了数据的精确度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：于燃料电池的氢气进气管路上分别设置电磁阀、温压一体传感器和体积流量计；
S2：将电磁阀、稳压一体传感器和体积流量计连接氢气流量监测上位机；
S3：燃料电池工作时，电磁阀打开，氢气进入燃料电池的进气端，并且同时温压一体传感器和体积流量计分别实时监测氢气的温度T、压力P和体积流量V0，并将数据传递至氢气流量监测上位机处；
S4：氢气流量上位机根据温度、压力和体积流量数据计算氢气质量流量，并按照设定的表达形式进行体现。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，其特征在于，所述S4中，计算流程包括以下步骤：
S41：根据气体状态方程计算：pV＝nR0T，其中n为气体摩尔数，p为压力，R0为普适气体常数，为8.31x107J/K·mol；
S42：将公式变换后，对单位质量气体有：
Figure FDA0003670977880000011
或p＝ρRT，其中ρ为密度，M为气体摩尔质量，R＝R0/M为气体常数，氢气的气体常数为41550J/kg·K，T为热力学温度，T＝t+273.15K；
S43：根据以上公式则可得
Figure FDA0003670977880000012
到及测得的p，t，就可以计算出瞬时密度ρ，则单位时间内质量流量为m＝ρV0,则
Figure FDA0003670977880000021
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，其特征在于，所述S43中，数据体现形式可以为表格、图形与函数坐标图中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，其特征在于，所述S43中，数据体现形式为函数坐标图。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，其特征在于，所述S43中，函数坐标图的横坐标为时间t，纵坐标为瞬时质量m。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，其特征在于，所述S43中，任意时间段内，总质量m总为函数t＝n、t＝n+q、R∫(V0，T，P)和m＝0所围成的图形面积，其为
Figure FDA0003670977880000022
其中n为时间点，q为时间间隔。
7.根据权利要求2-6任一所述的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，其特征在于，所述温压一体传感器与体积流量计均采用多个串联式等距布置。
8.根据权利要求7所述的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，其特征在于，所述温压一体传感器与体积流量计整体跨度为进气管路总长的0.3-0.4倍。
9.根据权利要求8所述的一种燃料电池氢气使用累积量的监控方法，其特征在于，所述S43中，
Figure FDA0003670977880000031
其中
Figure FDA0003670977880000032
其中g为温压一体传感器布置总个数，h为体积流量计布置总个数，l1为温压一体传感器等距布置间距，l2为最靠近燃料电池进气口的温压传感器距离燃料电池进气口的距离，l3为体积流量计等距布置间距，l4为最靠近燃料电池进气口的体积流量计燃料电池进气口的距离。
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