一种燃料电池系统氢气循环流量检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统氢气循环流量检测装置，包括：气体流量计，设于供氢管路上；进堆压力传感器、进堆温度传感器和进堆湿度传感器，设于氢气进堆管路上；循环压力传感器、循环温度传感器和循环湿度传感器，设于氢气循环管路上；电流传感器，设于电堆的电流输出端；控制器，分别与电流传感器、气体流量计、进堆压力传感器、进堆温度传感器和进堆湿度传感器，以及循环压力传感器、循环温度传感器和循环湿度传感器连接；通过测量干燥气体的流量，并利用系统中的流量关系，采用传统的压力、温度、湿度传感器即可测算循环湿氢气的流量。与现有技术相比，本发明专利技术具有测量准确，对原有的氢气循环流阻特性干扰小等优点。的氢气循环流阻特性干扰小等优点。的氢气循环流阻特性干扰小等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统氢气循环流量检测装置


[0001]本专利技术涉及氢气循环流量检测
，尤其是涉及一种燃料电池系统氢气循环流量检测装置。

技术介绍

[0002]氢燃料电池工作时需要在阴极与阳极分别通入空气和氢气，为了提高电化学反应速率同时将液态水排出电堆，需要提供过量的空气和氢气。将燃料电池电堆未参与反应的氢气再次送入电堆，可提高氢气的利用率。控制氢气循环量从而满足不同工况条件下氢气计量比和水管理的需求，是燃料电池系统氢气子系统的关键之一。然而，由于经过电堆内部的循环氢气的相对湿度较高，给流量测量带来了困难，一般的气体流量计为测试某些干燥气体介质成分的气体设计，对于湿度变化的气体介质，则存在明显的误差。同时，由于气体流量计往往流阻较大，将流量计串接入氢气循环系统中，则改变了原系统氢气循环流阻特性，无法获得原系统真实的流量数据。现有技术中超声波气体流量计可做到无干扰测量，但其本身需要的环境条件和安装条件在声源振动复杂、高集成度的燃料电池系统中无法满足。因此，目前急需一种可测量湿度变化的、无干扰、用于燃料电池系统的氢气循环流量测量方案。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是为了提供一种燃料电池系统氢气循环流量检测装置，解决了燃料电池系统氢气循环湿氢气流量无干扰测量的难题，使循环湿氢气流量的控制能够达到定量化。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]一种燃料电池系统氢气循环流量检测装置，包括：
[0006]气体流量计，设于供氢管路上；/>[0007]进堆压力传感器、进堆温度传感器和进堆湿度传感器，设于氢气进堆管路上；
[0008]循环压力传感器、循环温度传感器和循环湿度传感器，设于氢气循环管路上；
[0009]电流传感器，设于电堆的电流输出端；
[0010]控制器，分别与电流传感器、气体流量计、进堆压力传感器、进堆温度传感器和进堆湿度传感器，以及循环压力传感器、循环温度传感器和循环湿度传感器连接；
[0011]所述供氢管路的输入端连接至氢气源，输出端连接至氢气循环驱动单元的第一输入端，所述氢气进堆管路的输入端连接至氢气循环驱动单元的输出端，输出端连接至电堆的氢气入口，所述氢气循环管路的输入端连接至电堆的氢气出口，输出端连接至氢气循环驱动单元的第二输入端；
[0012]所述控制器被配置为执行以下步骤：
[0013]接收循环温度传感器采集到的温度，并获取该温度下水的饱和蒸汽压P20；
[0014]接收循环湿度传感器采集到的湿度以及循环压力传感器采集到的压力；
[0015]结合接收循环湿度传感器采集到的湿度、循环压力传感器采集到的压力，以及饱和蒸汽压P20得到氢气循环管路内循环湿氢气中水蒸气摩尔分数x
w2
；
[0016]接收进堆温度传感器采集到的温度，并获取该温度下水的饱和蒸汽压P30；
[0017]接收进堆湿度传感器采集到的湿度以及进堆压力传感器采集到的压力；
[0018]结合进堆湿度传感器采集到的湿度、进堆压力传感器采集到的压力，以及饱和蒸汽压P30得到氢气进堆管路内混合湿氢气中水蒸气摩尔分数x
w3
；
[0019]接收气体流量计采集的供给干燥氢气摩尔流量n1；
[0020]结合供给干燥氢气摩尔流量n1、混合湿氢气中水蒸气摩尔分数x
w3
，以及循环湿氢气中水蒸气摩尔分数x
w2
，得到循环湿氢气摩尔流量n2；
[0021]接收电流传感器采集的负载电流，并基于该负载电流计算得到氢气消耗的摩尔流量n
s
；
[0022]结合供给干燥氢气摩尔流量n1、循环湿氢气摩尔流量n2、氢气消耗的摩尔流量n
s
，以及循环湿氢气中水蒸气摩尔分数x
w2
，得到氢气计量比。
[0023]所述装置还包括氢气纯度传感器，该氢气纯度传感器设于氢气循环管路上。
[0024]所述控制器被配置为执行以下步骤：
[0025]接收循环温度传感器采集到的温度，并获取该温度下水的饱和蒸汽压P20；
[0026]接收循环湿度传感器采集到的湿度以及循环压力传感器采集到的压力；
[0027]结合接收循环湿度传感器采集到的湿度、循环压力传感器采集到的压力，以及饱和蒸汽压P20得到氢气循环管路内循环湿氢气中水蒸气摩尔分数x
w2
；
[0028]接收进堆温度传感器采集到的温度，并获取该温度下水的饱和蒸汽压P30；
[0029]接收进堆湿度传感器采集到的湿度以及进堆压力传感器采集到的压力；
[0030]结合进堆湿度传感器采集到的湿度、进堆压力传感器采集到的压力，以及饱和蒸汽压P30得到氢气进堆管路内混合湿氢气中水蒸气摩尔分数x
w3
；
[0031]接收气体流量计采集的供给干燥氢气摩尔流量n1；
[0032]结合供给干燥氢气摩尔流量n1、混合湿氢气中水蒸气摩尔分数x
w3
，以及循环湿氢气中水蒸气摩尔分数x
w2
，得到循环湿氢气摩尔流量n2；
[0033]接收电流传感器采集的负载电流，并基于该负载电流计算得到氢气消耗的摩尔流量n
s
；
[0034]接收氢气纯度传感器采集到的氢气摩尔分数x
h2
；
[0035]结合供给干燥氢气摩尔流量n1、循环湿氢气摩尔流量n2、氢气消耗的摩尔流量n
s
，以及氢气摩尔分数x
h2
，得到氢气计量比。
[0036]所述氢气循环驱动单元为引射器。
[0037]所述氢气循环驱动单元为循环泵。
[0038]所述氢气循环管路上设有气水分离器。
[0039]所述氢气源包括高压氢气储氢单元和减压阀。
[0040]所述供氢管路上设有调压阀。
[0041]所述供氢管路上设有中压传感器。
[0042]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0043]1、解决了燃料电池系统氢气循环湿氢气流量无干扰测量的难题，使循环湿氢气流
量的控制能够达到定量化。
[0044]2、成本低：无需开发专用流量计，通过测量干燥气体的流量，并利用系统中的流量关系，采用传统的压力、温度、湿度传感器即可测算循环湿氢气的流量。
[0045]3、使用范围广：测算方法的实现所需布置的传感器对安装空间和环境的要求低，易于在燃料电池系统中实现。
附图说明
[0046]图1为本专利技术一个实施例的结构示意图；
[0047]图2为本专利技术另一个实施例的结构示意图；
[0048]其中：1、氢气源，2、减压阀，3、气体流量计，4、中压传感器，5、调压阀，6、引射器，7、进堆压力传感器，8、进堆温度传感器，9、进堆湿度传感器，10、燃料电池堆，11、气水分离器，12、循环压力传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统氢气循环流量检测装置，其特征在于，包括：气体流量计(3)，设于供氢管路上；进堆压力传感器(7)、进堆温度传感器(8)和进堆湿度传感器(9)，设于氢气进堆管路上；循环压力传感器(12)、循环温度传感器(13)和循环湿度传感器(14)，设于氢气循环管路上；电流传感器，设于电堆的电流输出端；控制器，分别与电流传感器、气体流量计(3)、进堆压力传感器(7)、进堆温度传感器(8)和进堆湿度传感器(9)，以及循环压力传感器(12)、循环温度传感器(13)和循环湿度传感器(14)连接；所述供氢管路的输入端连接至氢气源(1)，输出端连接至氢气循环驱动单元的第一输入端，所述氢气进堆管路的输入端连接至氢气循环驱动单元的输出端，输出端连接至电堆的氢气入口，所述氢气循环管路的输入端连接至电堆的氢气出口，输出端连接至氢气循环驱动单元的第二输入端。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统氢气循环流量检测装置，其特征在于，所述控制器被配置为执行以下步骤：接收循环温度传感器(13)采集到的温度，并获取该温度下水的饱和蒸汽压P20；接收循环湿度传感器(14)采集到的湿度以及循环压力传感器(12)采集到的压力；结合接收循环湿度传感器(14)采集到的湿度、循环压力传感器(12)采集到的压力，以及饱和蒸汽压P20得到氢气循环管路内循环湿氢气中水蒸气摩尔分数x
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；接收进堆温度传感器(8)采集到的温度，并获取该温度下水的饱和蒸汽压P30；接收进堆湿度传感器(9)采集到的湿度以及进堆压力传感器(7)采集到的压力；结合进堆湿度传感器(9)采集到的湿度、进堆压力传感器(7)采集到的压力，以及饱和蒸汽压P30得到氢气进堆管路内混合湿氢气中水蒸气摩尔分数x
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；接收气体流量计(3)采集的供给干燥氢气摩尔流量n1；结合供给干燥氢气摩尔流量n1、混合湿氢气中水蒸气摩尔分数x
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，以及循环湿氢气中水蒸气摩尔分数x
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，得到循环湿氢气摩尔流量n2；接收电流传感器采集的负载电流，并基于该负载电流计算得到氢气消耗的摩尔流量n
s
；结合供给干燥氢气摩尔流量n1、循环湿氢气摩尔流量n2、氢气消耗的摩尔流量n
s
，以及循环湿氢气中水蒸气摩尔分数x
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，得到氢气计量比。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统氢气循环流量检测装置，其特征在于，所述装...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁昆，马天才，
申请(专利权)人：上海澄朴科技有限公司，
类型：发明
国别省市：