氢气压差检测装置及氢气压差传感器制造方法及图纸

编号:201720230004 阅读:13 评论( 0 )

本实用新型专利技术公开了一种氢气压差检测装置及氢气压差传感器,其中,装置包括:采集模块,用于采集氢气压力、电池堆温度和增湿温度;第一计算模块,用于根据增湿温度获取对应于增湿温度的第一饱和压力,并且根据电池堆温度获取对应于电池堆温度的第二饱和压力;第二计算模块,用于根据第一饱和压力和第二饱和压力得到进气相对湿度;获取模块,用于根据燃料电池的阳极和阴极之间的电势差获取输出电压;第三计算模块,用于根据氢气压力、进气相对湿度、第二饱和压力和电池堆温度得到氢气压差。该装置可以根据燃料电池的阳极和阴极之间的电势差确定氢气压差,降低燃料电池系统的体积和成本,提高燃料电池系统的实用性和适用性,简单易实现。

Hydrogen pressure difference detection device and hydrogen pressure difference sensor

The utility model discloses a hydrogen pressure detection device and hydrogen pressure difference sensor, wherein the device comprises a collecting module for collecting hydrogen pressure, stack temperature and humidity temperature; the first computing module, according to the humidification temperature acquisition corresponding to the humidification temperature of the first saturation pressure, and according to the stack temperature get the stack temperature corresponding to second saturation pressure; second calculation module, used to get air relative humidity according to the first second saturation pressure and saturation pressure; obtaining module for obtaining the output voltage according to the potential difference between the anode and the cathode of the fuel cell; third calculation module, according to the hydrogen pressure, relative humidity, air saturation pressure second the stack temperature and hydrogen pressure difference. The device can according to the potential difference between the anode and the cathode of the fuel cell hydrogen pressure, reduce the size and cost of the fuel cell system, improve the practicability and applicability of the fuel cell system is simple and easy to implement.

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1 技术实现步骤摘要

氢气压差检测装置及氢气压差传感器
本技术涉及燃料电池
,特别涉及一种氢气压差检测装置及氢气压差传感器
技术介绍
水管理是质子交换膜燃料电池中一项非常重要的内容。膜电极两侧适当的含水量是维持电池性能的必要条件,水过多或过少都将造成电池性能下降。燃料电池同侧气体进出口压力差值(压差)是反应电池内部含水量的指标之一。由于氢气侧含水量少且氢气流速较低,所以氢气压降对于氢气侧流道含水量多少的感知尤为敏感。因此,在质子交换膜燃料电池的水管理中,氢气压降是比较重要的一个监测量。其中,氢气压降的数值可以通过进出口压力的差值获得。但是,由于进出口压力波动较大,且氢气压差一般仅仅是十几千帕甚至是五千帕以内的一个较小值,所以用做差的方法来体现氢压降值不甚准确。相关技术中,一般通过氢压差传感器来直接获得氢压差值。用于工业控制领域的压差传感器通常采用压敏元件来感知两侧气压的差值。常见的有压阻式和电容式两种压差传感器。压阻式传感器利用半导体的电阻率应力变化输出电信号。常见的是用弹性硅膜片感受两侧压力,不同的压力使集成在硅膜片上的电桥产生不同程度的不平衡,从而输出不同的电信号。电容式传感器将压差变化转换为电容量的变化。与压阻式相比,电容式的动态响应更好。常见的形式是一个中央压敏膜片与两侧两个隔离膜片分别构成两个串联电容。压差的变化使压敏膜片发生形变,从而两电容器容量不再均等,由此输出电信号。然而,外界温度直接影响压阻式传感器中电桥的电阻率,也会影响电容式传感器的内部几何尺寸和零件的空间位置。因此,温度会给两种传感器的测量带来误差,最后需要进行温度补偿。温度补偿一般是在信号调制模块进行不同温度对应不同电信号的软件标定,但是在补偿之前需要在传感器内部装设温度传感器。因此,用于工控领域的压差传感器通常体积庞大、笨重、成本高,且单个传感器的量程范围有限,导致降低燃料电池系统的适用性。
技术实现思路
本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本技术的一个目的在于提出一种氢气压差检测装置,该装置可以降低燃料电池系统的体积和成本,提高燃料电池系统的实用性和适用性。本技术的另一个目的在于提出一种氢气压差传感器。为达到上述目的,本技术一方面提出了一种氢气压差检测装置,包括:采集模块,用于采集氢气压力、电池堆温度和增湿温度;第一计算模块,用于根据所述增湿温度获取对应于所述增湿温度的第一饱和压力,并且根据所述电池堆温度获取对应于所述电池堆温度的第二饱和压力;第二计算模块,用于根据所述第一饱和压力和所述第二饱和压力得到进气相对湿度;获取模块,用于根据燃料电池的阳极和阴极之间的电势差获取输出电压;第三计算模块,用于根据所述氢气压力、所述进气相对湿度、所述第二饱和压力和所述电池堆温度得到氢气压差。本技术的氢气压差检测装置,通过燃料电池系统已有的氢气压力、电池堆温度、进气相对湿度,从而可以根据燃料电池的阳极和阴极之间的电势差确定氢气压差,降低燃料电池系统的体积和成本,提高燃料电池系统的实用性和适用性,简单易实现。进一步地,所述第一饱和压力通过以下公式得到:所述第二饱和压力通过以下公式得到:其中,psat,hum为所述第一饱和压力,Thum为所述增湿温度,g为常数,psat,stack为第二饱和压力,Tstack为所述电池堆温度。进一步地,所述进气相对湿度通过以下公式得到:进一步地,所述氢气压差通过以下公式得到:或者其中,A为放大器放大倍数,F为法拉第常数,R为气体常数。为达到上述目的,本技术另一方面提出了一种氢气压差传感器,包括:第一氢气入口;与所述第一氢气入口相连的第一集电板,以获取第一氢气;第二侧氢气入口;与第二氢气入口相连的第二集电板,以获取第二氢气,其中,所述第一氢气与所述第二氢气的压力不同;质子交换膜膜电极组件,所述质子交换膜膜电极组件分别与所述第一集电板和所述第二集电板相连,用于根据所述第一氢气和所述第二氢气得到燃料电池的阳极和阴极之间的电势差,并通过信号放大装置输出;上述的氢气压差检测装置。本技术的氢气压差传感器,通过燃料电池系统已有的氢气压力、电池堆温度、进气相对湿度,从而可以根据燃料电池的阳极和阴极之间的电势差确定氢气压差,降低燃料电池系统的体积和成本,提高燃料电池系统的实用性和适用性,简单易实现。可选地,所述第一集电板和所述第二集电板可以为中央开孔的电导率集电薄板。本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术上述的和/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为根据本技术一个实施例的氢气压差检测方法的流程图;图2为根据本技术一个实施例的氢气压差检测装置的结构示意图;图3为根据本技术一个实施例的燃料电池系统的结构示意图;图4为根据本技术一个实施例的氢气压差传感器的结构示意图;图5为根据本技术一个实施例的不同温度下的压差-电压数据的示意图;图6为根据本技术一个实施例的不同进气相对湿度下的压差-电压数据的示意图。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例,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元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本技术,而不能理解为对本技术的限制。下面参照附图描述根据本技术实施例提出的氢气压差检测方法、检测装置及氢气压差传感器,首先将参照附图描述根据本技术实施例提出的氢气压差检测方法的流程图。图1是本技术一个实施例的氢气压差检测方法的流程图。如图1所示,该氢气压差检测方法包括以下步骤:在步骤S101中,采集氢气压力、电池堆温度和增湿温度。需要说明的是,氢气压力可以为氢气进口压力pin或出口压力pout中的一个。在步骤S102中,根据增湿温度获取对应于增湿温度的第一饱和压力,并且根据电池堆温度获取对应于电池堆温度的第二饱和压力。进一步地,在本技术的一个实施例中,第一饱和压力通过以下公式得到:第二饱和压力通过以下公式得到:其中,psat,hum为第一饱和压力,Thum为增湿温度,g为常数,psat,stack为第二饱和压力,Tstack为电池堆温度。在步骤S103中,根据第一饱和压力和第二饱和压力得到进气相对湿度。进一步地,在本技术的一个实施例中,进气相对湿度通过以下公式得到:在步骤S104中,根据燃料电池的阳极和阴极之间的电势差获取输出电压。举例而言,本技术实施例的方法可以利用阴阳极不同压力的氢气会在质子交换膜燃料电池上产生出电势差这一原理确定氢气压差。其中,膜电极两侧产生的电势差经中央开孔的高电导率集电薄板送到信号放大模块进行电压放大后输出,从而只需利用燃料电池系统已有的氢气压力、电堆温度、氢气进气湿度以及所述装置测到的电压即可确定氢气压差,使得整个装置具有结构简单、体积小、成本低等优点,有助于燃料电池系统的商业化。在步骤S105中,根据氢气压力、进气相对湿度、第二饱和压力和电池堆温度得到氢气压差。进一步地,在本技术的一个实施例中,氢气压差通过以下公式得到:或者其中,A为放大器放大倍数,F为法拉本文档来自技高网
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<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/59/201720230004.html" title="氢气压差检测装置及氢气压差传感器原文来自X技术">氢气压差检测装置及氢气压差传感器</a>
【详细说明在详细技术资料中】

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2 技术保护点

一种氢气压差检测装置,其特征在于,包括:采集模块,用于采集氢气压力、电池堆温度和增湿温度;第一计算模块,用于根据所述增湿温度获取对应于所述增湿温度的第一饱和压力,并且根据所述电池堆温度获取对应于所述电池堆温度的第二饱和压力;第二计算模块,用于根据所述第一饱和压力和所述第二饱和压力得到进气相对湿度;获取模块,用于根据燃料电池的阳极和阴极之间的电势差获取输出电压;以及第三计算模块,用于根据所述氢气压力、所述进气相对湿度、所述第二饱和压力和所述电池堆温度得到氢气压差。

3 技术保护范围摘要

1.一种氢气压差检测装置,其特征在于,包括:采集模块,用于采集氢气压力、电池堆温度和增湿温度;第一计算模块,用于根据所述增湿温度获取对应于所述增湿温度的第一饱和压力,并且根据所述电池堆温度获取对应于所述电池堆温度的第二饱和压力;第二计算模块,用于根据所述第一饱和压力和所述第二饱和压力得到进气相对湿度;获取模块,用于根据燃料电池的阳极和阴极之间的电势差获取输出电压;以及第三计算模块,用于根据所述氢气压力、所述进气相对湿度、所述第二饱和压力和所述电池堆温度得到氢气压差。2.根据权利要求1所述的氢气压差检测装置,其特征在于,所述第一饱和压力通过以下公式得到:所述第二饱和压力通过以下公式得到:其中,psat,hum为所述第一饱和压力,Thum为所述增湿温度,g为常数,psat,stack为第二饱和压力,Tstack为所述电池堆温度。3.根据权利要求2所述的氢气压差检测装置,其特征在于,所述进气相...

4 专利技术属性

发明(设计)人:裴普成李跃华吴子尧陈东方黄尚尉
申请(专利权)人:清华大学
专利类型:新型
专利号:201720230004
国别省市:北京,11

5 专利技术项目评估

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