CN118248908A - 一种燃料电池堆水平衡实时监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种燃料电池堆水平衡实时监测方法及装置，包括：根据燃料电池堆内部物质流量状态，确定燃料电池堆的水平衡模型；根据水平衡模型，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程；根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式；根据第一关系式，对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测，基于实时监测的结果使燃料电池堆内部维持水平衡状态。通过在燃料电池堆的阳极实时在线记录阳极或阴极净水传递情况，实现对整个燃料电池堆的水平衡状态进行在线精准评估，避免膜电极失水、水淹等事故的发生，操作简单、装置简洁，具有广泛地适用性。
Description
技术领域
本申请涉及新能源设计与应用技术领域，尤其涉及一种燃料电池堆水平衡实时监测方法及装置。
背景技术
在燃料电池是将化学能转换成电能的发电装置，在燃料电池运行过程中，其质子交换膜的充分水化是保持导电性和最小化欧姆损失的必要条件，同时去除阴极处产生的水对于避免催化剂层和多孔碳纸扩散层的水淹至关重要。此外，质子交换膜的局部干燥也可能发生，并导致过度的欧姆热效应，最终导致膜上形成针孔，成为影响燃料电池堆耐久性的关键问题。因此，不当的水管理不仅会影响燃料电池的性能，还会导致质子交换膜电极组件的快速降解。现场监测水平衡对于了解燃料电池堆实时特性、优化结构设计和稳定运行至关重要。
目前的燃料电池堆水平衡监测方法主要是从电池的阳极或阴极一侧冷凝和收集出水量，例如，在测试系统内部建立二次集水系统，用于将气体中的水冷凝并分离，在每次电池运行结束时，从阳极和阴极的一次和二次收集系统收集的水被称重并记录下来，但这种方法耗时长，不适合实时使用；或者利用局部电流密度测量和气相色谱法获得空间性的水交叉分布的详细信息，但该测量装置体积庞大，且该方法受色谱响应时间和分析时间的限制，无法满足动态性能的要求；还可以采用快速局部分辨阻抗谱EIS(ElectrochemicalImpedance Spectroscopy，也叫电化学阻抗谱，当电极系统受到一个正弦波形电压或电流的交流信号的扰动时，会产生一个相应的电流或电压响应信号，由响应信号可以得到电极的阻抗或导纳，一系列频率的正弦波信号产生的阻抗频谱，电化学阻抗谱)研究在不同运行条件下质子交换膜的局部水平衡，确定受局部水平衡影响的限制因素，然而该方案测量设备昂贵，且该测量技术复杂及测试过程不连续。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
本申请实施例提供一种燃料电池堆水平衡实时监测方法及装置。
本申请第一方面实施例提出了一种燃料电池堆水平衡实时监测方法，包括：
根据燃料电池堆内部物质流量状态，确定燃料电池堆的水平衡模型；
根据水平衡模型，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程；
根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式；
根据第一关系式，对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测，基于实时监测的结果使燃料电池堆内部维持水平衡状态。
本申请第二方面实施例提出了一种燃料电池堆水平衡实时监测装置，包括：
第一获取模块，用于根据燃料电池堆内部物质流量状态，确定燃料电池堆的水平衡模型；
第二获取模块，用于根据水平衡模型，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程；
第三获取模块，用于根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式；
第四获取模块，用于根据第一关系式，对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测，基于实时监测的结果使燃料电池堆内部维持水平衡状态。
本申请第三方面实施例提出了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现本申请第一方面实施例提出的燃料电池堆水平衡实时监测方法。
本申请第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行本申请第一方面实施例提出的方法。
本申请第五方面实施例提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被通信设备中的处理器执行时实现本申请第一方面实施例提出的方法。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
通过在燃料电池堆的阳极实时在线记录阳极或阴极净水传递情况，实现对整个燃料电池堆的水平衡状态进行在线精准评估，避免膜电极失水、水淹等事故的发生，操作简单、装置简洁，具有广泛地适用性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例所提供的一种燃料电池堆水平衡实时监测方法的流程示意图；
图2为根据本申请实施例所提供的燃料电池堆内部水传递的示意图；
图3为本申请实施例所提供的另一种燃料电池堆水平衡实时监测方法的流程示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种燃料电池堆水平衡实时监测装置的结构示意图；
图5为根据本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图；
图6为根据本申请实施例所提供的另一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请实施例可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”及“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的要素。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
需要说明的是，本申请中任一个实施例提供的燃料电池堆水平衡实时监测方法可以单独执行，或是结合其他实施例中的可能的实现方法一起被执行，还可以结合相关技术中的任一种技术方案一起被执行。
下面参照附图描述本申请实施例的燃料电池堆水平衡实时监测方法及其装置。
图1为本申请实施例所提供的一种燃料电池堆水平衡实时监测方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括但不限于以下步骤：
S101，根据燃料电池堆内部物质流量状态，确定燃料电池堆的水平衡模型。
需要说明的是，燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，通过化学反应，将燃料及氧化剂中蕴含的化学能转换为电能。这个燃料可以是很多物质，其中，氢燃料的综合适用性较好。燃料电池的基本结构主要由四个部分组成，分别为阳极、阴极、电解质和外部电路，在阳极和阴极上含有一定量的催化剂，用来加速电极上发生电化学反应；在阴极和阳极之间是电解质。
以氢燃料电池堆为例，第一步，将氢气加注到阳极；第二步，将进入到阳极的氢气与涂抹在阳极上的催化剂发生反应，开始释放电子并形成带正电荷的氢离子；第三步，将带正电荷的氢离子穿越电解液到达阴极；第四步，产生的电子形成电流；第五步，在阴极加入氧气，氧气在催化剂的作用下，与穿越到阴极的氢离子发生反应，直接形成水排出。
随着环保问题的关注度日益提升，燃料电池堆在材料和结构方面得到快速发展，以质子交换膜燃料电池(质子交换膜燃料电池，全称Proton Exchange Membrane FuelCell，简称PEMFC)为例，PEMFC也被称作聚合物电解质燃料电池，该类型的燃料电池主要依赖一种特殊的聚合物膜，在其表面涂有高分散的催化剂颗粒，其结构主要由极板(Bipolarplates，BPP)和膜电极(Membrane electrode assembly，MEA)组成，其中膜电极包括阴极、阳极和聚合物电解质膜(Polymer electrolyte membrane，PEM)。在燃料电池中阴极、阳极通常为多孔结构，统称为电极，包括气体扩散层(Gas diffusion layer，GDL)和催化层(Catalyst layer，CL)。
在电池运行时，反应物经由极板和气体扩散层进入催化层，在电催化剂作用下发生电化学反应；阳极发生氧化反应，包括氢氧化反应和甲醇氧化反应；阴极发生还原反应，包括氧还原反应。PEMFC的电极反应和电池总反应如下：
阳极反应为：2H2→4H++4e-E10＝0V vs.SHE；
阴极反应为：O2+4H++4e-→2H2O E20＝1.229V vs.SHE；
电池总反应为：2H2+O2→2H2OΔE＝E20-E10＝1.229V vs.SHE。
在平衡状态下，总反应过程的标准吉布斯自由能ΔGθ和标准焓变ΔHθ分别为-286.0kJ mol-1和-241.5kJ mol-1，PEMFC的理论能量转换效率(η＝ΔGθ/ΔHθ)为84.4％。PEMFC实际工作中能量转换效率较理论有所降低，一般为30-60％，归因于三种极化损失：活化极化损失(ηac)、欧姆极化损失(ηohm)和传质极化损失(ηtrans)。典型的PEMFC单电池极化曲线如图2所示，各类极化损失如下：
活化极化损失：这部分电压损失是由于克服电化学反应能垒引起的；
欧姆极化损失：通常与MEA和极板内阻，界面的接触电阻有关；
传质极化损失：与MEA中物料传输过程有关，取决于MEA各组件成份及其结构。物料传输过程与极板流场、气体扩散层结构、催化层结构等有关。
作为示例，基于PEMFC的运动特性，凡是影响电渗过程、扩散、压力、水补给的因素都将影响水平衡，燃料电池堆内部的物质流量符合质量流量守恒原则，根据质量流量守恒原则，得到燃料电池堆的水平衡模型，图2展示了根据本申请实施例所提供的燃料电池堆内部水传递的示意图，其中，气体混合物的质量流量mm通常为混合物密度ρm、气流混合速度vm以及出口管道面积A的乘积，即mm＝ρm*vm*A。
S102，根据水平衡模型，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程。
需要说明的是，如图2所示，根据水平衡模型，阳极出口流量是水蒸气加上少量剩余氢气的混合物，即mm＝mH2(即剩余氢气)+mH2O(即水蒸气)＝nH2(氢气的摩尔流量)*MH2(氢气的相对分子质量)+nH2O(水蒸气的摩尔流量)*MH2O(水蒸气的相对分子质量)，即得到燃料电池堆内部膜态水传输方程。
S103，根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式。
需要说明的是，氢气离开燃料电池堆的摩尔流量nH2和化学计量比§an、总电流I和法拉第常数F的关系为：nH2＝(§an-1)*I/2F，其中，根据PEMFC的运动特性，通过电渗作用的质子化的水和反扩散作用的水的传输、毛细效应以及压力驱动的水力渗透，从阳极进出燃料电池堆的水含量推导出净水传递系数rd，其中：
而气相的相对湿度定义为水蒸气的分压和饱和压力的比值，饱和压力只取决于温度，进一步地，得到净水传递系数rd和阳极出口相对湿度RH之间的第一关系式，如下：
其中，Psat(T)为饱和压力，pg为水蒸气的分压，因此，阳极出口相对湿度RH仅取决于水平衡和化学计量比§an，与从电池中抽离出的电流无关，用净水传递系数rd和相对湿度RH之间的关系对水平衡进行表征，该表征关系如下：
其中，饱和压力Psat(T)随温度T(该温度T即气体管路的温度，气体管路包括容纳氢气、氧气及水蒸气)的变化如下：
S104，根据第一关系式，对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测，基于实时监测的结果使燃料电池堆内部维持水平衡状态。
需要说明的是，在阴极出口和阳极出口收集流出的水，根据收集的水质量计算净水传递系数rd，根据净水传递系数rd和阳极出口相对湿度RH之间的第一关系式，实时记录燃料电池堆的入水量和出水量，若rd＞0，表明阳极出口的水流量小于进口的水流量，即阳极的水向阴极传输；若rd＜0，表明阳极出口的水流量大于进口水流量，即阴极的水向阳极传输；若rd＝0，表明阳极出口的水流量等于进口的水流量，同时阴极出口的水流量等于进口的水流量。由于阳极出口相对湿度RH仅取决于水平衡和化学计量比§an，与从电池中抽离出的电流无关，因此，该燃料电池堆水平衡实时监测方法能够对水平衡状态进行实时精确监测。
通过在燃料电池堆的阳极实时在线记录阳极或阴极净水传递情况，实现对整个燃料电池堆的水平衡状态进行在线精准评估，避免膜电极失水、水淹等事故的发生，操作简单、装置简洁，具有广泛地适用性。
图3为本申请实施例所提供的另一种燃料电池堆水平衡实时监测方法的流程示意图。
如图3所示，该方法包括但不限于以下步骤：
S201，根据燃料电池堆内部物质流量状态，获取物质的密度、物质流动的速度以及阳极出口的管道面积。
需要说明的是，物质的密度指的是混合物密度ρm，物质流动的速度指的是气流混合速度vm，阳极出口的管道面积指的是出口管道面积A。关于步骤S201的进一步介绍，可参见上述实施例中相关内容的记载，此处不再赘述。
S202，根据物质的密度、物质流动的速度以及阳极出口的管道面积，确定燃料电池堆的水平衡模型。
关于步骤S202的具体介绍，可参见上述实施例中相关内容的记载，此处不再赘述。
S203，根据水平衡模型，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程。
可选地，作为示例，根据水平衡模型，获取氢气离开燃料电池堆的摩尔流量(即氢气离开燃料电池堆的摩尔流量nH2)、燃料电池堆的化学计量§an以及燃料电池堆的总电流I；
根据摩尔流量nH2、化学计量§an、总电流I以及法拉第常数F，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程，即nH2＝(§an-1)*I/2F。
S204，根据膜态水传输方程，确定净水传递系数rd和阳极出口相对湿度RH之间的第一关系式。
可选地，作为示例，获取阳极出口的温度和流经阳极出口的水蒸气分压pg；
根据温度，确定阳极出口的饱和压力Psat(T)；
根据水蒸气的分压和饱和压力，确定阳极出口相对湿度RH；
根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式，即
S205，根据第一关系式，对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测，基于实时监测的结果使燃料电池堆内部维持水平衡状态。
可选地，根据第一关系式，确定燃料电池堆内部压力、向阳极施加氢气的第一相对湿度、向阴极施加空气的第二相对湿度以及气体管路的温度；
根据内部压力、第一相对湿度、第二相对湿度以及管路的温度，使燃料电池堆进行电化学反应；
根据第一相对湿度、第二相对湿度以及电化学反应，获取燃料电池堆内部水传递状况，并对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测。
图4为本申请实施例所提供的一种燃料电池堆水平衡实时监测装置的结构示意图。如图4所示，该燃料电池堆水平衡实时监测装置400，包括：
第一获取模块401，用于根据燃料电池堆内部物质流量状态，确定燃料电池堆的水平衡模型；
可选地，作为示例，该第一获取模块401，还用于：
根据燃料电池堆内部物质流量状态，获取物质的密度、物质流动的速度以及阳极出口的管道面积；
根据物质的密度、物质流动的速度以及阳极进出口的管道面积，确定燃料电池堆的水平衡模型。
第二获取模块402，用于根据水平衡模型，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程。
可选地，作为示例，该第二获取模块402，还用于：
根据水平衡模型，获取氢气离开燃料电池堆的摩尔流量、燃料电池堆的化学计量比以及燃料电池堆的总电流；
根据摩尔流量、化学计量比、总电流以及法拉第常数，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程。
第三获取模块403，用于根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式。
可选地，作为示例，该第三获取模块403，还用于：
获取阳极出口的温度和流经阳极出口的水蒸气分压；
根据温度，确定阳极出口的饱和压力；
根据水蒸气的分压和饱和压力，确定阳极出口相对湿度；
根据相对湿度、水蒸气的分压以及饱和压力，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式。
第四获取模块404，用于根据第一关系式，对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测，基于实时监测的结果使燃料电池堆内部维持水平衡状态。
可选地，作为示例，该第四获取模块404，还用于：
根据第一关系式，确定燃料电池堆内部压力(包括水蒸气的分压和饱和压力)、向阳极施加氢气的第一相对湿度、向阴极施加空气的第二相对湿度以及气体管路的温度；
根据内部压力、第一相对湿度、第二相对湿度以及管路的温度，使燃料电池堆进行电化学反应；
根据第一相对湿度、第二相对湿度以及电化学反应，获取燃料电池堆内部水传递状况，并对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测。
需要说明的是，通过第一相对湿度可以获取阳极流出的水，通过第二相对湿度可以获取阴极流出的水，作为示例，在不同的第一相对湿度和温度下向阳极提供氢气，在不同的第二相对湿度和温度下向阴极提供空气(空气中包含氧气)，其中，通过加湿器对氢气和空气进行加湿操作。在阳极的出口管道和阴极的出口管道通过安装温湿度变换器以设置第一相对湿度和第二相对湿度。可以在燃料电池堆的工作温度为80℃、1个标准大气压、空气的相对湿度(即第二相对湿度)介于10％～100％、氢气的相对湿度(即第一相对湿度)介于0～100％、以及空气和氢气的管路温度保持在90℃的环境下，对燃料电池堆的性能进行监测。
进一步地，通过冷凝设备在阴极出口收集阴极流出的水、在阳极出口收集阳极流出的水，然后根据收集的水的质量计算净水传递系数rd，从而对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测。
通过在燃料电池堆的阳极实时在线记录阳极或阴极净水传递情况，实现对整个燃料电池堆的水平衡状态进行在线精准评估，避免膜电极失水、水淹等事故的发生，操作简单、装置简洁，具有广泛地适用性。
图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备框图。图5示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，电子设备500包括处理器501，其可以根据存储在只读存储器(ROM，Read Only Memory)502中的程序或者从存储器506加载到随机访问存储器(RAM，RandomAccess Memory)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理器501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O，Input/Output)接口505也连接至总线504。
以下部件连接至I/O接口505：包括硬盘等的存储器506；以及包括诸如LAN(局域网，Local Area Network)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分507，通信部分507经由诸如因特网的网络执行通信处理；驱动器508也根据需要连接至I/O接口505。
特别地，根据本申请的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分507从网络上被下载和安装。在该计算机程序被处理器501执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。
在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由电子设备500的处理器501执行以完成上述方法。可选地，存储介质可以是非临时性计算机可读存储介质，例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
图6是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构框图。图6示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图6所示，该电子设备600包括处理器601和存储器602。其中，存储器602用于存储程序代码，处理器601与存储器602连接，用于从存储器602内读取程序代码，以实现上述实施例中燃料电池堆水平衡实时监测方法。
可选地，处理器601的数量可以是一个或多个。
可选地，电子设备还可以包括接口603，该接口603的数量可以是多个。该接口603可以与应用程序连接，并且可以接收外部设备如传感器的数据等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种燃料电池堆水平衡实时监测方法，其特征在于，包括：
根据燃料电池堆内部物质流量状态，确定燃料电池堆的水平衡模型；
根据水平衡模型，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程；
根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式；
根据第一关系式，对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测，基于实时监测的结果使燃料电池堆内部维持水平衡状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据燃料电池堆内部物质流量状态，确定燃料电池堆的水平衡模型，包括：
根据燃料电池堆内部物质流量状态，获取物质的密度、物质流动的速度以及阳极出口的管道面积；
根据物质的密度、物质流动的速度以及阳极出口的管道面积，确定燃料电池堆的水平衡模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据水平衡模型，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程，包括：
根据水平衡模型，获取氢气离开燃料电池堆的摩尔流量、燃料电池堆的化学计量以及燃料电池堆的总电流；
根据摩尔流量、化学计量、总电流以及法拉第常数，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式，包括：
获取阳极出口的温度和流经阳极出口的水蒸气分压；
根据温度，确定阳极出口的饱和压力；
根据水蒸气的分压和饱和压力，确定阳极出口相对湿度；
根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一关系式，对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测，包括：
根据第一关系式，确定燃料电池堆内部压力、向阳极施加氢气的第一相对湿度、向阴极施加空气的第二相对湿度以及气体管路的温度；
根据内部压力、第一相对湿度、第二相对湿度以及管路的温度，使燃料电池堆进行电化学反应；
根据第一相对湿度、第二相对湿度以及电化学反应，获取燃料电池堆内部水传递状况，并对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测。
6.一种燃料电池堆水平衡实时监测装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于根据燃料电池堆内部物质流量状态，确定燃料电池堆的水平衡模型；
第二获取模块，用于根据水平衡模型，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程；
第三获取模块，用于根据膜态水传输方程，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式；
第四获取模块，用于根据第一关系式，对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测，基于实时监测的结果使燃料电池堆内部维持水平衡状态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，还用于：
根据燃料电池堆内部物质流量状态，获取物质的密度、物质流动的速度以及阳极出口的管道面积；
根据物质的密度、物质流动的速度以及阳极出口的管道面积，确定燃料电池堆的水平衡模型。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块，还用于：
根据水平衡模型，获取氢气离开燃料电池堆的摩尔流量、燃料电池堆的化学计量比以及燃料电池堆的总电流；
根据摩尔流量、化学计量比、总电流以及法拉第常数，确定燃料电池堆内部膜态水传输方程。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三获取模块，还用于：
获取阳极出口的温度和流经阳极出口的水蒸气分压；
根据温度，确定阳极出口的饱和压力；
根据水蒸气的分压和饱和压力，确定阳极出口相对湿度；
根据相对湿度、水蒸气的分压以及饱和压力，确定净水传递系数和阳极出口相对湿度之间的第一关系式。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第四获取模块，还用于：
根据第一关系式，确定燃料电池堆内部压力、向阳极施加氢气的第一相对湿度、向阴极施加空气的第二相对湿度以及气体管路的温度；
根据内部压力、第一相对湿度、第二相对湿度以及管路的温度，使燃料电池堆进行电化学反应；
根据第一相对湿度、第二相对湿度以及电化学反应，获取燃料电池堆内部水传递状况，并对燃料电池堆内部水传递状况进行实时监测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410267978.8A CN118248908A (zh) | 2024-03-08 | 2024-03-08 | 一种燃料电池堆水平衡实时监测方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410267978.8A CN118248908A (zh) | 2024-03-08 | 2024-03-08 | 一种燃料电池堆水平衡实时监测方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118248908A true CN118248908A (zh) | 2024-06-25 |
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ID=91554713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410267978.8A Pending CN118248908A (zh) | 2024-03-08 | 2024-03-08 | 一种燃料电池堆水平衡实时监测方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118248908A (zh) |
-
2024
- 2024-03-08 CN CN202410267978.8A patent/CN118248908A/zh active Pending
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