【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池系统的氢气纯度检测方法及燃料电池系统的控制方法。
技术介绍
1、燃料电池是将氢气的化学能转化为电能的装置，其反应产物是水，具有零排放无污染，噪音低，转化效率高等优点。当前车载燃料电池系统所使用的燃料一般是纯度在99.97％以上的高纯度氢气。
2、当燃料电池氢瓶加注的氢气未经严格检测时，氢瓶内的气体会存在较多的杂质气体，如n2、o2、h2o、co、氮氧化物等气体。而供氢气体中杂质含量过多，会直接导致车用氢燃料电池阳极氢气浓度下降，甚至出现催化剂中毒，出现严重的性能下降，大大减少车用燃料电池的使用寿命。因此需要对燃料电池汽车供气系统的氢气进行及时的纯度检测，以保证后端供入燃料电池系统的氢气品质达到使用要求，或者在纯度不足时，采取针对性的控制措施。
3、传统的气体纯度检测方法主要是将目标气体经收集后，将气体样本放在特定的质谱仪装置上进行分析检测，以确定气体各组分的含量；这种方法虽然能准确的确定出每种气体的具体含量，但是复杂的收集和检测过程，需要消耗大量的时间和人员精力。另一种现有技术通过燃料电池系统阳极模型来检测阳极子系统里面的组分含量，进而通过阳极子系统的组分来反算出供氢的组分含量，如申请号为cn201810634256.6的专利文献；然而该方法需要足够准确的燃料电池阳极组分估计模型，从工程化应用角度考虑，该方法较为复杂，模型中涉及到燃料电池等多物理场计算过程，需要大量的系统和电堆试验数据才能将模型估计验证准确。
4、基于此，有必要提出一种技术方案，以克
技术实现思路
1、本专利技术为了克服现有技术的缺陷，提出了一种燃料电池系统的氢气纯度检测方法及燃料电池系统的控制方法，可利用燃料电池现有的部件、无需增设部件即可实现氢气纯度的在线检测。
2、本专利技术通过如下技术方案实现：一种燃料电池系统的氢气纯度检测方法，适于在燃料电池系统的运行过程中对氢气纯度进行检测，其中，所述燃料电池系统包括的阳极子系统将含氢的混合气经供流装置输入电堆中反应以产生电流；所述方法包括在燃料电池系统运行且排放阀关闭的状态下：
3、s1、根据电堆的电流计算纯氢气消耗量m纯氢气；
4、s2、根据阳极回路的压力变化以及上述纯氢气消耗量m纯氢气计算阳极回路的混合气供给量m混合气；以及
5、s3、将上述计算获得的混合气供给量m混合气代入所述供流装置的气流量公式，求解获得所述混合气的氢气纯度；
6、其中，所述供流装置的气流量公式用于计算流经所述供流装置的气体量，所述气流量公式为：m混合气=m0*(pin/p0)*sqrt(t0/t)*sqrt(2/(2*x+m*(1-x)))；其中，m0为供流装置在标准条件下的氢气流量，p0和t0为标准条件下供流装置的入口压力和温度，pin和t为供流装置当前条件下的入口压力和温度，m为混合气中杂质气体的平均分子量，x为氢气的纯度。
7、作为进一步改进的技术方案，混合气中杂质气体的平均分子量m的值为 16~32之间。
8、作为进一步改进的技术方案，混合气中杂质气体的平均分子量m的值为28。
9、作为进一步改进的技术方案，所述纯氢气消耗量m纯氢气通过如下公式计算获得：m纯氢气=i*n/2f；其中，i为电堆的电流，n为电堆片数，f为法拉第常数。
10、作为进一步改进的技术方案，若所述阳极回路的压力保持稳定，则所述混合气供给量m混合气与所述纯氢气消耗量m纯氢气满足：m混合气=m纯氢气。
11、作为进一步改进的技术方案，若所述阳极回路的压力不稳定，则所述混合气供给量m混合气与所述纯氢气消耗量m纯氢气均通过在t0~t1时间段内积分计算获得，且满足：m混合气=m纯氢气+δm阳极；
12、其中，δm阳极=（p阳极t1/t阳极t1-p阳极t0/t阳极t0）*v阳极/r；式中，p阳极t1、p阳极t0分别为t1时刻、t0时刻的阳极回路压力，t阳极t1、t阳极t0分别为t1时刻、t0时刻的阳极回路温度，v阳极为阳极回路的容积，r为理想气体常数。
13、作为进一步改进的技术方案，p阳极t1、p阳极t0采用电堆阳极入口和阳极出口压力的平均值。
14、作为进一步改进的技术方案，t阳极t1、t阳极t0采用电堆冷却液入口和出口温度的平均值。
15、作为进一步改进的技术方案，所述供流装置为引射器、供氢阀、供氢喷嘴中的一种。
16、本专利技术还提供一种燃料电池系统的控制方法，其包括如上所述的氢气纯度检测方法，其中，当检测到的氢气纯度低于纯度阈值时，控制燃料电池系统执行加快排水、加快排氮和增大阳极压力中的一种或多种操作。
17、本专利技术提供的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，利用燃料电池现有的部件、无需增设部件即可实现氢气纯度的在线检测，检测简单，可以在检测到的氢气纯度不满足要求时，及时采取针对性的控制措施，提升燃料电池的使用寿命。
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1.一种燃料电池系统的氢气纯度检测方法，适于在燃料电池系统的运行过程中对氢气纯度进行检测，其中，所述燃料电池系统包括的阳极子系统将含氢的混合气经供流装置输入电堆中反应以产生电流；其特征在于，所述方法包括在燃料电池系统运行且排放阀关闭的状态下：
2.如权利要求1所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，混合气中杂质气体的平均分子量m的值为16~32之间。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，混合气中杂质气体的平均分子量m的值为28。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，所述纯氢气消耗量M纯氢气通过如下公式计算获得：M纯氢气=I*N/2F；其中，I为电堆的电流，N为电堆片数，F为法拉第常数。
5.如权利要求1或4所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，若所述阳极回路的压力保持稳定，则所述混合气供给量M混合气与所述纯氢气消耗量M纯氢气满足：M混合气=M纯氢气。
6.如权利要求1或4所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，若所述阳极回路的压力
7.如权利要求6所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，P阳极t1、P阳极t0采用电堆阳极入口和阳极出口压力的平均值。
8.如权利要求7所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，T阳极t1、T阳极t0采用电堆冷却液入口和出口温度的平均值。
9.如权利要求1至4中任一所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，所述供流装置为引射器、供氢阀、供氢喷嘴中的一种。
10.一种燃料电池系统的控制方法，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一所述的氢气纯度检测方法，其中，当检测到的氢气纯度低于纯度阈值时，控制燃料电池系统执行加快排水、加快排氮和增大阳极压力中的一种或多种操作。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统的氢气纯度检测方法，适于在燃料电池系统的运行过程中对氢气纯度进行检测，其中，所述燃料电池系统包括的阳极子系统将含氢的混合气经供流装置输入电堆中反应以产生电流；其特征在于，所述方法包括在燃料电池系统运行且排放阀关闭的状态下：
2.如权利要求1所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，混合气中杂质气体的平均分子量m的值为16~32之间。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，混合气中杂质气体的平均分子量m的值为28。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，所述纯氢气消耗量m纯氢气通过如下公式计算获得：m纯氢气=i*n/2f；其中，i为电堆的电流，n为电堆片数，f为法拉第常数。
5.如权利要求1或4所述的燃料电池系统的氢气纯度检测方法，其特征在于，若所述阳极回路的压力保持稳定，则所述混合气供给量m混合气与所述纯氢气消耗量m纯氢气满足：m混合气=m纯氢气...
【专利技术属性】
技术研发人员：张震，王佳元，翟双，
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：
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