CN116995273B - 一种大功率燃料电池系统含水状态检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率燃料电池系统含水状态检测方法及装置，涉及燃料电池技术领域，该方法包括：采集大功率燃料电池系统运行过程中的运行参数；根据运行参数计算进入燃料电池系统的水流量、电化学反应产生的水流量、进入尾气水收集装置的水流量和流出燃料电池系统的水流量，根据质量守恒的基本原理，通过计算流入、流出系统的水流量以及电化学反应生成的水流量，进行计算得到大功率燃料电池系统的含水状态，本发明测量过程方便，测量结果准确直观。

Description

一种大功率燃料电池系统含水状态检测方法及装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种大功率燃料电池系统含水状态检测方法及装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(简称PEMFC)可以将氢气中的化学能直接转换为电能，并反应生成水。在电化学反应过程中，水不仅是电化学反应的生成物，同时影响着质子传递以及电荷传输过程。在燃料电池运行过程中，需要保持内部质子交换膜处于良好的水合状态，以维持质子传导能力处于最优状态，燃料电池输出性能较稳定。在PEMFC日常运行过程中，含水状态故障是最为常见的故障，主要表现为干燥以及水淹。出现干燥故障时，由于质子交换膜部分位置未得到充分水合，内阻上升，产热增加，长时间的干燥甚至可能造成质子交换膜物理结构的破坏，造成不可逆损伤。出现水淹故障时，液态水析出逐渐堵塞流道或者反应区域，使得反应气体无法到达反应位点，造成局部“缺气”的现象，严重者此时燃料电池会发生其余副反应，造成碳载体的损伤。因此合适的含水状态检测方法对PEMFC的正常运行至关重要。

现有的含水状态检测方法包括：直接/间接观测法、物理信号法以及电化学信号法，其中直接/间接观测法对设备要求较高，不适用于大功率燃料电池系统；物理信号法的精度受操作条件的影响较大；电化学信号法需要一定的测量时间，且在长时间运行后，检测的准确性有所降低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种大功率燃料电池系统含水状态检测方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种大功率燃料电池系统含水状态检测方法，包括：

采集大功率燃料电池系统运行过程中的运行参数；所述运行参数包括环境压力、环境温度、环境相对湿度、进入燃料电池系统的空气流量、流出燃料电池系统的空气流量、电堆拉载电流、尾气水液位、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量；

根据所述环境压力、所述环境温度、所述环境相对湿度以及所述进入燃料电池系统的空气流量，计算进入燃料电池系统的水流量；

根据所述燃料电池系统电堆中单电池的片数以及所述电堆拉载电流计算电化学反应产生的水流量；

根据所述尾气水液位以及所述大功率燃料电池系统运行的运行时间确定进入尾气水收集装置的水流量；

根据所述流出燃料电池系统的空气流量、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量计算流出燃料电池系统的水流量；所述流出燃料电池系统的水流量包括从氢气侧流出燃料电池系统的水流量和从空气侧流出燃料电池系统的水流量；

根据所述进入燃料电池系统的水流量、所述电化学反应产生的水流量、所述进入尾气水收集装置的水流量以及所述流出燃料电池系统的水流量，计算大功率燃料电池系统的水含量变化率；所述水含量变化率用于反映大功率燃料电池系统的含水状态。

可选地，所述进入燃料电池系统的水流量的计算公式如下：

其中，Q_v，in，sys表示进入燃料电池系统的水流量，Q_{air，in，sys}表示进入燃料电池系统的空气流量，P_amb表示环境压力，RH表示环境相对湿度，P_sat表示环境的饱和蒸汽压，T_amb表示环境温度，M_v表示水的相对分子质量，M_a表示空气的相对分子质量。

可选地，所述电化学反应产生的水流量的计算公式如下：

其中，Q_v，gen，ca表示电化学反应产生的水流量，N表示燃料电池电堆中单电池的片数，I_st表示电堆拉载电流，F表示法拉第常数。

可选地，根据所述尾气水液位以及所述大功率燃料电池系统运行的运行时间确定进入尾气水收集装置的水流量，具体包括：

以所述运行时间为x轴，以所述尾气水液位为y轴，得到拟合直线；所述拟合直线的斜率为进入尾气水收集装置的水流量。

可选地，所述从氢气侧流出燃料电池系统的水流量的计算公式如下：

其中，Q_w，out，an表示从氢气侧流出燃料电池系统的水流量，m_{w，ancollect}表示氢气侧尾气水质量，t表示运行时间。

所述从空气侧流出燃料电池系统的水流量的计算公式如下：

其中，Q_w，out，ca表示从空气侧流出燃料电池系统的水流量，m_{w，cacollect}表示空气侧尾气水质量，Q_{air，out，sys}表示流出燃料电池系统的空气流量，P_v，sat表示尾气温度对应的饱和蒸汽压，M_v表示水的相对分子质量，P_amb表示环境压力。

本发明还提供了一种大功率燃料电池系统含水状态检测装置，包括：

运行参数采集模块，用于采集大功率燃料电池系统运行过程中的运行参数；所述运行参数包括环境压力、环境温度、环境相对湿度、进入燃料电池系统的空气流量、流出燃料电池系统的空气流量、电堆拉载电流、尾气水液位、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量；

进入燃料电池系统的水流量计算模块，用于根据所述环境压力、所述环境温度、所述环境相对湿度以及所述进入燃料电池系统的空气流量，计算进入燃料电池系统的水流量；

电化学反应产生的水流量计算模块，用于根据所述燃料电池系统电堆中单电池的片数以及所述电堆拉载电流计算电化学反应产生的水流量；

进入尾气水收集装置的水流量计算模块，用于根据所述尾气水液位以及所述大功率燃料电池系统运行的运行时间确定进入尾气水收集装置的水流量；

流出燃料电池系统的水流量计算模块，用于根据所述流出燃料电池系统的空气流量、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量计算流出燃料电池系统的水流量；所述流出燃料电池系统的水流量包括从氢气侧流出燃料电池系统的水流量和从空气侧流出燃料电池系统的水流量；

水含量变化率计算模块，用于根据所述进入燃料电池系统的水流量、所述电化学反应产生的水流量、所述进入尾气水收集装置的水流量以及所述流出燃料电池系统的水流量，计算大功率燃料电池系统的水含量变化率；所述水含量变化率用于反映大功率燃料电池系统的含水状态。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明以大功率燃料电池系统作为整体，根据质量守恒的基本原理，通过计算流入、流出系统的水流量以及电化学反应生成的水流量，进行计算得到大功率燃料电池系统的含水状态，测量过程方便，测量结果准确直观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明提供的大功率燃料电池系统含水状态检测方法的流程图；

图2为大功率燃料电池系统内部水迁移过程的示意图；

图3为大功率燃料电池系统含水状态检测的具体结构示意图；

图4为大功率燃料电池系统阴极、阳极尾气水含量随工作温度的变化曲线图；

图5为大功率燃料电池系统内部含水量随工作温度的变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种大功率燃料电池系统含水状态检测方法及装置，根据质量守恒的基本原理，计算大功率燃料电池系统内部水含量的变化率，即大功率燃料电池系统内部水含量的变化率＝进入系统的水流量+电化学反应产生的水流量-流出系统的水流量-进入尾气水收集装置的水流量，以此反映大功率燃料电池系统内部含水状态。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的大功率燃料电池系统含水状态检测方法，包括以下步骤：

S1：采集大功率燃料电池系统运行过程中的运行参数；所述运行参数包括环境压力、环境温度、环境相对湿度、进入燃料电池系统的空气流量、流出燃料电池系统的空气流量、电堆拉载电流、尾气水液位、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量。

在实际应用中，向大功率燃料电池系统的阳极通入干燥的氢气，压力为13～17bara，按生产商规定的方式启动大功率燃料电池系统；使大功率燃料电池系统运行在某一功率点(所运行的功率点不得高于燃料电池系统的额定功率)，并稳定运行10min。稳定运行的定义是：在这段时间内大功率燃料电池系统的输出功率始终处于平均功率的97％～103％，且电堆冷却路入口温度始终处于平均温度的±2℃。

记录在稳定运行过程中，环境温度传感器采集的环境温度、湿度传感器采集的环境相对湿度、空气流量计采集的进入和流出燃料电池系统的空气流量、电堆拉载电流、尾气水收集装置的液位传感器采集到的尾气水液位、尾气温度传感器采集到的尾气温度。

下面步骤中各计算公式中环境温度、湿度、流量等参数使用10min内传感器的平均值进行计算。

S2：根据所述环境压力、所述环境温度、所述环境相对湿度以及所述进入燃料电池系统的空气流量，计算进入燃料电池系统的水流量。

其中，Q_v，in，sys表示进入燃料电池系统的水流量，Q_{air，in，sys}表示进入燃料电池系统的空气流量，单位g/s；P_amb表示环境压力，单位kPa；RH表示环境相对湿度，P_sat表示环境的饱和蒸汽压，T_amb表示环境温度，单位K；M_v表示水的相对分子质量，单位g/mol；M_a表示空气的相对分子质量，单位g/mol。

S3：根据所述燃料电池系统电堆中单电池的片数以及所述电堆拉载电流计算电化学反应产生的水流量。

其中，Q_v，gen，ca表示电化学反应产生的水流量，N表示燃料电池电堆中单电池的片数，I_st表示电堆拉载电流，单位A；F表示法拉第常数，取96485C/mol。

S4：根据所述尾气水液位以及所述大功率燃料电池系统运行的运行时间确定进入尾气水收集装置的水流量。

以运行时间为x轴，尾气水收集装置的液位传感器数值(即尾气水液位)为y轴，得到拟合直线l，拟合直线l的斜率即进入尾气水收集装置的液态水的流量。

S5：根据所述流出燃料电池系统的空气流量、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量计算流出燃料电池系统的水流量；所述流出燃料电池系统的水流量包括从氢气侧流出燃料电池系统的水流量和从空气侧流出燃料电池系统的水流量。

从空气侧流出的燃料电池系统的水流量Q_w，out，ca由两部分组成：空气侧收集装置中收集到的液态水以及水汽分离后的饱和蒸汽中所携带的水蒸气，即

其中，m_{w，cacollect}表示空气侧尾气水收集装置收集到的空气侧尾气水质量，单位g；Q_{air，out，sys}表示流出燃料电池系统的空气流量，单位g/s，可通过下式计算：

其中，P_v，sat表示尾气温度对应的饱和蒸汽压，可以采用环境的饱和蒸汽压的计算公式进行计算。

从氢气侧流出的系统的水流量Q_w，out，an为：

m_{w，ancollect}表示氢气侧尾气水收集装置收集到的液体质量(即氢气侧尾气水质量)，单位g；t表示运行时间。

S6：根据所述进入燃料电池系统的水流量、所述电化学反应产生的水流量、所述进入尾气水收集装置的水流量以及所述流出燃料电池系统的水流量，计算大功率燃料电池系统的水含量变化率；所述水含量变化率用于反映大功率燃料电池系统的含水状态。

大功率燃料电池系统内部水含量的变化率＝进入系统的水流量+电化学反应产生的水流量一流出系统的水流量一进入尾气水收集装置的液态水的流量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)以大功率燃料电池系统作为整体，通过计算流入、流出系统的水流量以及电化学反应生成的水流量，进行计算得到大功率燃料电池系统的含水状态，测量过程方便，测量结果准确直观。

(2)通过本发明可以测量大功率燃料电池系统在不同工作条件下内部水含量，以指导大功率燃料电池系统额定工作条件的确定。

(3)通过本发明可以建立大功率燃料电池系统含水状态的定量指标，为大功率燃料电池系统含水状态影响因素的分析、评价指标的建立等提供了直接的表征途径。

实施例二

为了便于理解实施例一提供的方法，本实施例以具体结构为例进行详细介绍。

在运行过程中，大功率燃料电池系统内部的水迁移过程如图2所示。而对于燃料电池系统，流入系统的空气经过膜增湿器的加湿后流入电堆，反应后的气体经过膜增湿器与流入系统的干空气进行水流量的交换，最终排出系统。另一方面，燃料电池系统中氢气侧一般采用氢气循环的方式以提高氢气利用率，未反应的氢气经过水分离器将内部的液态水分离后，与流入系统的干氢气汇流后流入电堆。对于整个大功率燃料电池系统而言，水的质量满足质量守恒定律，即大功率燃料电池系统内部的水的变化率＝进入大功率燃料电池系统的水流量+电化学反应产生的水流量一流出大功率燃料电池系统的水流量。

流出大功率燃料电池系统的水流量由两部分组成：尾气水收集装置中收集到的液态水以及水汽分离后的饱和蒸汽中所携带的水蒸气，前者通过拟合时间-液位传感器曲线获得，后者通过尾气温度传感器以饱和蒸汽压计算可得。

本实施例中，大功率燃料电池系统为一个由410片单电池组成的额定净输出功率为100kW的燃料电池系统，如图3所示，首先将尾气冷凝装置2与大功率燃料电池系统1尾气出口相连；然后将尾气水分离装置3与尾气冷凝装置2出口相连，尾气水收集装置4与尾气水分离装置3液体出口相连，最后将尾气温度传感器6与尾气水分离装置3气体出口相连，最终排入大气。本实施例中数据处理器7为计算机，最后将大功率燃料电池系统1以及液位传感器5、尾气温度传感器6的串口数据传输端口与数据处理器7的串口数据传输端口相连。

尾气冷凝装置2用于将大功率燃料电池系统1反应后排出的高温、高湿尾气冷凝，以便更准确的收集尾气中的液态水；尾气水分离装置3用于将冷凝后尾气中的液态水分离；尾气水收集装置4用于收集分离的液态水；液位传感器5，安装在尾气水收集装置4中，用于采集分离的液态水的液位变化率，以计算分离的液态水的流量；尾气温度传感器6用于测量分离后液态水的温度；数据处理器7用于拟合尾气水收集装置4的液态水的流量，并处理其他传感器数据，得到大功率燃料电池含水状态。

向大功率燃料电池系统1的氢气路通入16.2bara的干燥氢气。设置大功率燃料电池系统1的电堆拉载电流为120A，并调整空压机转速以及背压阀开度，使得空气计量系数为2.8。依靠电堆自身发热，将冷却液入口温度逐渐提升至55±1℃，并启动温度闭环控制程序，保持该温度；

待大功率燃料电池系统1的净输出功率稳定后，开始计时，在该工况下稳定运行10min，记录液位传感器5以及尾气温度传感器6的数据；

以时间为x轴，尾气水收集装置的液位传感器5数值为y轴，得到拟合直线l。拟合直线l的斜率即进入尾气水收集装置4的液态水的流量，同时以尾气温度传感器6的数值计算水汽分离后饱和蒸汽所携带的水蒸气的流量，最终获得流出大功率燃料电池系统1的水流量(阴极：2.8g/s；阳极：1.3g/s)。

以5℃的步长逐渐增加冷却液入口温度，以0.2的步长逐渐减少空气计量比，重复上述实验，最终获得如图4中(a)和(b)所示的曲线。可以观察到随着温度的升高，阴极尾气水含量总体呈现出上升的趋势，阳极尾气水含量总体呈现出下降的趋势。

以大功率燃料电池系统1内部水含量的变化率＝进入系统的水流量+电化学反应产生的水流量-流出系统的水流量-进入尾气水收集装置4的液态水的流量的基本方法计算不同状态下大功率燃料电池系统1内部水含量的变化率，结果如图5所示。

为了提高测量精度，可以延长大功率燃料电池系统1稳定运行的时间，等到大功率燃料电池系统1内部电化学状态、水状态完全稳定后再采集数据计算。

实施例三

为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供了一种大功率燃料电池系统含水状态检测装置。

包括：

运行参数采集模块，用于采集大功率燃料电池系统运行过程中的运行参数；所述运行参数包括环境压力、环境温度、环境相对湿度、进入燃料电池系统的空气流量、流出燃料电池系统的空气流量、电堆拉载电流、尾气水液位、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量。

进入燃料电池系统的水流量计算模块，用于根据所述环境压力、所述环境温度、所述环境相对湿度以及所述进入燃料电池系统的空气流量，计算进入燃料电池系统的水流量。

电化学反应产生的水流量计算模块，用于根据所述燃料电池系统电堆中单电池的片数以及所述电堆拉载电流计算电化学反应产生的水流量。

进入尾气水收集装置的水流量计算模块，用于根据所述尾气水液位以及所述大功率燃料电池系统运行的运行时间确定进入尾气水收集装置的水流量。

流出燃料电池系统的水流量计算模块，用于根据所述流出燃料电池系统的空气流量、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量计算流出燃料电池系统的水流量；所述流出燃料电池系统的水流量包括从氢气侧流出燃料电池系统的水流量和从空气侧流出燃料电池系统的水流量。

水含量变化率计算模块，用于根据所述进入燃料电池系统的水流量、所述电化学反应产生的水流量、所述进入尾气水收集装置的水流量以及所述流出燃料电池系统的水流量，计算大功率燃料电池系统的水含量变化率；所述水含量变化率用于反映大功率燃料电池系统的含水状态。

本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (6)

1.一种大功率燃料电池系统含水状态检测方法，其特征在于，包括：

采集大功率燃料电池系统运行过程中的运行参数；所述运行参数包括环境压力、环境温度、环境相对湿度、进入燃料电池系统的空气流量、流出燃料电池系统的空气流量、电堆拉载电流、尾气水液位、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量；

根据所述环境压力、所述环境温度、所述环境相对湿度以及所述进入燃料电池系统的空气流量，计算进入燃料电池系统的水流量；

根据所述燃料电池系统电堆中单电池的片数以及所述电堆拉载电流计算电化学反应产生的水流量；

根据所述尾气水液位以及所述大功率燃料电池系统运行的运行时间确定进入尾气水收集装置的水流量；

根据所述流出燃料电池系统的空气流量、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量计算流出燃料电池系统的水流量；所述流出燃料电池系统的水流量包括从氢气侧流出燃料电池系统的水流量和从空气侧流出燃料电池系统的水流量；流出大功率燃料电池系统的水流量由两部分组成：尾气水收集装置中收集到的液态水以及水汽分离后的饱和蒸汽中所携带的水蒸气，前者通过拟合时间-液位传感器曲线获得，后者通过尾气温度传感器以饱和蒸汽压计算可得；

根据所述进入燃料电池系统的水流量、所述电化学反应产生的水流量、所述进入尾气水收集装置的水流量以及所述流出燃料电池系统的水流量，计算大功率燃料电池系统的水含量变化率；所述水含量变化率用于反映大功率燃料电池系统的含水状态；

所述进入燃料电池系统的水流量的计算公式如下：

其中，Q_veinesys表示进入燃料电池系统的水流量，Q_aireinesys表示进入燃料电池系统的空气流量，P_amb表示环境压力，RH表示环境相对湿度，P_sat表示环境的饱和蒸汽压，T_amb表示环境温度，M_v表示水的相对分子质量，M_a表示空气的相对分子质量；

大功率燃料电池系统为一个由410片单电池组成的额定净输出功率为100kW的燃料电池系统，首先将尾气冷凝装置与大功率燃料电池系统尾气出口相连；然后将尾气水分离装置与尾气冷凝装置出口相连，尾气水收集装置与尾气水分离装置液体出口相连，最后将尾气温度传感器与尾气水分离装置气体出口相连，最终排入大气。

2.根据权利要求1所述的大功率燃料电池系统含水状态检测方法，其特征在于，所述电化学反应产生的水流量的计算公式如下：

其中，Q_v，gen，ca表示电化学反应产生的水流量，N表示燃料电池电堆中单电池的片数，I_st表示电堆拉载电流，F表示法拉第常数。

3.根据权利要求1所述的大功率燃料电池系统含水状态检测方法，其特征在于，根据所述尾气水液位以及所述大功率燃料电池系统运行的运行时间确定进入尾气水收集装置的水流量，具体包括：

以所述运行时间为x轴，以所述尾气水液位为y轴，得到拟合直线；所述拟合直线的斜率为进入尾气水收集装置的水流量。

4.根据权利要求1所述的大功率燃料电池系统含水状态检测方法，其特征在于，所述从氢气侧流出燃料电池系统的水流量的计算公式如下：

其中，Q_w，out，an表示从氢气侧流出燃料电池系统的水流量，m_{w，ancollect}表示氢气侧尾气水质量，t表示运行时间。

5.根据权利要求1所述的大功率燃料电池系统含水状态检测方法，其特征在于，所述从空气侧流出燃料电池系统的水流量的计算公式如下：

其中，Q_w，out，ca表示从空气侧流出燃料电池系统的水流量，m_{w，cacollect}表示空气侧尾气水质量，Q_{air，out，sys}表示流出燃料电池系统的空气流量，P_v，sat表示尾气温度对应的饱和蒸汽压，M_v表示水的相对分子质量，P_amb表示环境压力。

6.一种大功率燃料电池系统含水状态检测装置，其特征在于，包括：

运行参数采集模块，用于采集大功率燃料电池系统运行过程中的运行参数；所述运行参数包括环境压力、环境温度、环境相对湿度、进入燃料电池系统的空气流量、流出燃料电池系统的空气流量、电堆拉载电流、尾气水液位、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量；

进入燃料电池系统的水流量计算模块，用于根据所述环境压力、所述环境温度、所述环境相对湿度以及所述进入燃料电池系统的空气流量，计算进入燃料电池系统的水流量；

电化学反应产生的水流量计算模块，用于根据所述燃料电池系统电堆中单电池的片数以及所述电堆拉载电流计算电化学反应产生的水流量；

进入尾气水收集装置的水流量计算模块，用于根据所述尾气水液位以及所述大功率燃料电池系统运行的运行时间确定进入尾气水收集装置的水流量；

流出燃料电池系统的水流量计算模块，用于根据所述流出燃料电池系统的空气流量、氢气侧尾气水质量、空气侧尾气水质量计算流出燃料电池系统的水流量；所述流出燃料电池系统的水流量包括从氢气侧流出燃料电池系统的水流量和从空气侧流出燃料电池系统的水流量；

水含量变化率计算模块，用于根据所述进入燃料电池系统的水流量、所述电化学反应产生的水流量、所述进入尾气水收集装置的水流量以及所述流出燃料电池系统的水流量，计算大功率燃料电池系统的水含量变化率；所述水含量变化率用于反映大功率燃料电池系统的含水状态；

所述进入燃料电池系统的水流量的计算公式如下：

其中，Q_veinesys表示进入燃料电池系统的水流量，Q_aireinesys表示进入燃料电池系统的空气流量，P_amb表示环境压力，RH表示环境相对湿度，P_sat表示环境的饱和蒸汽压，T_amb表示环境温度，M_v表示水的相对分子质量，M_a表示空气的相对分子质量；

大功率燃料电池系统为一个由410片单电池组成的额定净输出功率为100kW的燃料电池系统，首先将尾气冷凝装置与大功率燃料电池系统尾气出口相连；然后将尾气水分离装置与尾气冷凝装置出口相连，尾气水收集装置与尾气水分离装置液体出口相连，最后将尾气温度传感器与尾气水分离装置气体出口相连，最终排入大气。