燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法、排气控制系统及其使用方法、存储介质技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法、排气控制系统及其使用方法、存储介质，本发明专利技术的一种燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法能够方便地计算出燃料电池汽车尾排氢气浓度，从而为燃料电池排气控制系统提供数据以供燃料电池排气控制系统对尾气排出管所排出的混合气体中的氢气浓度进行控制。从而方便地控制燃料电池排出气体中的氢气浓度，使得燃料电池堆排放气体达标。

Calculation method, exhaust control system, usage method and storage medium of hydrogen concentration in tail gas of fuel cell vehicle

【技术实现步骤摘要】
燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法、排气控制系统及其使用方法、存储介质
本专利技术涉及一种燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法、排气控制系统及其使用方法、存储介质。
技术介绍
燃料电池汽车通过氢瓶中的纯氢和空气中氧气在燃料电池堆中进行氢氧反应，产生电能由于该反应过程需要定时向外排出部分氢气，以保证燃料电池正常稳定运行。故用导流方式将排出的氢气导流到尾排管内，与反应残余的空气在尾排管内充分混合后排出车外。为了保证安全性，法规要求距离尾排管中心线10cm处的氢气浓度不能超过某一阈值，所以通常会在尾排管合理位置配置一个氢气浓度传感器实时监控尾排浓度。但由于燃料电池发动机在运作过程中，尾排气体为高湿度含氢气体，造成尾排氢浓度容易失效，使得燃料电池车无法实时监控尾排浓度，对行车安全造成一定的风险。同时尾排氢浓度成本高，失效率高，导致燃料电池的维保成本增加。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法、排气控制系统及其使用方法、存储介质，能够方便地计算或控制燃料电池排出气体中的氢气浓度。为实现上述目的，本专利技术提供一种燃料电池汽车尾排氢气浓度的计算方法，包括以下步骤：I)根据燃料电池母线上的电流传感器采集当前电流I，基于该电流计算获得燃料电池产电所需要的氢气流量氧气流量II)基于调压阀动力学方程，根据采集的调压阀当前通过阀芯的电流，计算得到调压阀开度x；III)根据调压阀的开度对应的流通能力kv、调压阀前端的气体压力pin和温度Tin计算得出输向燃料电池堆的氢气流量；IV)根据空压机的进口处的流量传感器获得输向燃料电池堆的空气流量qAir；V)根据上述步骤I)、II)、III)中所获得的燃料电池产电所需要的氢气流量氧气流量以及输向燃料电池堆的氢气流量、输向燃料电池堆的空气流量qAir，从而计算得出未发生反应的残余氢气流量和未发生反应的残余空气流量，从而得到尾气排出管所排出的混合气体中的氢气浓度。优选地，在步骤I)中，氢气流量的计算公式为qh2_fc＝1.05×10-8×I，氧气流量的计算公式为qo2_fc＝8.29×10-8×I；在步骤II)中，调压阀动力学方程为其中m阀芯质量；x阀芯位移量；ε阻尼系数；c弹簧刚度；F0静态压力；Fm驱动磁力；驱动磁力算式为：Fm＝i2ω2/4k(x0-x)，其中i为通过调压阀线圈的电流，ω为等线线圈匝数，k为电磁常数，x0为衔铁不受磁力时与铁芯端面距离。本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的燃料电池汽车尾排氢气浓度的计算方法。本专利技术还提供一种燃料电池排气控制系统，用于实施上述技术方案所述的燃料电池汽车尾排氢气浓度的计算方法，包括燃料电池堆、高压氢气瓶和空压机，所述高压氢气瓶通过氢气输送管向燃料电池堆输送氢气，所述空压机通过空气输送管向燃料电池堆输送空气，燃料电池堆通过尾气排出管输出残余空气，燃料电池还通过氢气排出管将残余氢气输送至尾气排出管中；所述氢气排出管和氢气输送管之间连接有循环连接管，所述氢气排出管上连接有循环泵和第一流量控制阀，所述循环连接管的一端连接在循环泵和第一流量控制阀之间，另一端连接在氢气输送管上；所述空气输送管与尾气排出管之间连接有稀释连接管；所述稀释连接管上设有第二流量控制阀。优选地，所述氢气输送管上自高压氢气瓶向燃料电池堆依次设有第一温度传感器、减压阀、第二温度传感器、第一压力传感器、调压阀和第二压力传感器。优选地，所述调压阀为电磁阀。更优选地，所述电磁阀的线圈通入的电流由控制器预设从而控制所述调压阀的开度。优选地，所述燃料电池堆上连接有电流传感器。本专利技术还提供一种燃料电池排气控制系统的使用方法，包括如下作业步骤：a)实时获取尾气排出管所排出的混合气体中的氢气浓度；b)判断混合气体中氢气浓度值，如果尾气排出管所排出的混合气体中的氢气浓度超过阈值，则判断系统故障，采取以下一种或者多种方式减小尾气排出管所排出的混合气体中的氢气浓度：i.降低第一流量控制阀的开关频率；ii.增大空压机的转速以提高空气输出量；iii.通过第二流量控制阀增加空压机向尾气排出管输入的空气流量。优选地，所述氢气浓度阈值为25000ppm。本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的燃料电池汽车尾排氢气浓度的计算方法。如上所述，本专利技术涉及的一种燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法，具有以下有益效果本专利技术的一种燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法能够方便地计算出燃料电池汽车尾排氢气浓度，从而为燃料电池排气控制系统提供数据以供燃料电池排气控制系统对尾气排出管所排出的混合气体中的氢气浓度进行控制。从而方便地控制燃料电池排出气体中的氢气浓度，使得燃料电池堆排放气体达标。本专利技术的一种燃料电池排气控制系统及其使用方法，以及相应的存储介质也具有上述有益效果，此处不再赘述。附图说明图1显示为本专利技术的一种燃料电池排气控制系统的结构示意图。图2显示为调压阀的结构示意图。图3显示为调压阀的线圈结构示意图。图4显示为调压阀的特性曲线。元件标号说明1燃料电池堆2高压氢气瓶3空压机4氢气输送管5空气输送管6氢气排出管7尾气排出管8循环连接管9循环泵10第一流量控制阀11稀释连接管12第二流量控制阀13第一温度传感器14减压阀15第二温度传感器16第一压力传感器17调压阀18第二压力传感器19电流传感器20增湿器21中冷器22流量传感器23第三流量控制阀24氢气浓度检测传感器25衔铁26无磁导管27铁芯28线圈29弹簧具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。如图1所示，本专利技术提供一种燃料电池排气控制系统，包括燃料电池堆11、高压氢气瓶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池汽车尾排氢气浓度的计算方法，包括以下步骤：/nI)根据燃料电池母线上的电流传感器采集当前电流I，基于该电流计算获得燃料电池产电所需要的氢气流量

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池汽车尾排氢气浓度的计算方法，包括以下步骤：
I)根据燃料电池母线上的电流传感器采集当前电流I，基于该电流计算获得燃料电池产电所需要的氢气流量氧气流量
II)基于调压阀动力学方程，根据采集的调压阀当前通过阀芯的电流，计算得到调压阀开度x；
III)根据调压阀的开度对应的流通能力kv、调压阀前端的气体压力pin和温度Tin计算得出输向燃料电池堆的氢气流量；
IV)根据空压机的进口处的流量传感器获得输向燃料电池堆的空气流量qAir；
V)根据上述步骤I)、II)、III)中所获得的燃料电池产电所需要的氢气流量氧气流量以及输向燃料电池堆的氢气流量、输向燃料电池堆的空气流量qAir，从而计算得出未发生反应的残余氢气流量和未发生反应的残余空气流量，从而得到尾气排出管所排出的混合气体中的氢气浓度。


2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车尾排氢气浓度的计算方法，其特征是：
在步骤I)中，氢气流量的计算公式为qh2_fc＝1.05×10-8×I，氧气流量的计算公式为qo2_fc＝8.29×10-8×I；
在步骤II)中，调压阀动力学方程为其中m阀芯质量；x阀芯位移量；ε阻尼系数；c弹簧刚度；F0静态压力；Fm驱动磁力；驱动磁力算式为：Fm＝i2ω2/4k(x0-x)，其中i为通过调压阀线圈的电流，ω为等线线圈匝数，k为电磁常数，x0为衔铁不受磁力时与铁芯端面距离。


3.根据权利要求4所述的燃料电池汽车尾排氢气浓度的计算方法，所述电流传感器采集的当前电流为燃料电池当前发电电流。


4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至2任一项所述方法。


5.一种燃料电池排气控制系统，用于实施权利要求1至3任一项所述的燃料电池汽车尾排氢气浓度的计算方法，其特征是，包括燃料电池堆、高压氢气瓶和空压机，所述高压氢气瓶通过氢气输送管向燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：何一凡，刘霞，
申请(专利权)人：上海重塑能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31