[发明专利]燃料电池系统估算氢瓶氢气剩余压力的方法及装置有效
申请号: | 201110075308.9 | 申请日: | 2011-03-28 |
公开(公告)号: | CN102156020A | 公开(公告)日: | 2011-08-17 |
发明(设计)人: | 周苏;丁明超;江艳;陈凤祥;于卓平 | 申请(专利权)人: | 同济大学 |
主分类号: | G01L11/00 | 分类号: | G01L11/00 |
代理公司: | 上海智信专利代理有限公司 31002 | 代理人: | 吴林松 |
地址: | 200092 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 燃料电池 系统 估算 氢气 剩余 压力 方法 装置 | ||
技术领域
本发明涉及无氢瓶压力传感器的情况下用于估算燃料电池系统氢瓶氢气剩余压力(质量)的方法及实现装置。
背景技术
目前,燃料电池系统都采用压力传感器对氢瓶压力进行检测,且都配备电流传感器检测燃料电池的输出电流。本发明针对此进行进一步的研究,设计了一种方法及装置可以比现有的方法及装置更简单,成本更为低廉,但同样能取得准确的估算值。
发明内容
本发明的目的在于提出一种燃料电池系统估算氢瓶氢气剩余压力的方法及装置,可以准确估算氢瓶的氢气剩余压力,且成本低廉。
为达到以上目的,本发明所采用的解决方案是:
一种燃料电池系统估算氢瓶氢气剩余压力的方法,其包括以下步骤:
1)向氢气瓶内充气,且压力值达到设定范围内,计算得到氢气初始摩尔值n0;
2)氢气瓶向燃料电池输送氢气,燃料电池运行时,测量电流值I,求得运行时间t内输出的总电量Q;
3)根据求得的总电量Q,计算消耗的氢气摩尔量Δn,并算得氢瓶剩余压力Pi。
进一步,所述氢气瓶满瓶状态下的压力值在1%的误差范围内波动;且氢气瓶所处环境的温度变化不超过10摄氏度。
所述总电量Q根据进行积分运算,其中,λ为补偿系数,I为电流值,t为运行时间。
所述消耗的氢气摩尔量Δn根据求得,其中,F为法拉第常数,λ为补偿系数,I为电流值,t为运行时间。
所述氢瓶剩余压力Pi根据求得,其中z0、zi是压缩系数。
一种燃料电池系统估算氢瓶氢气剩余压力的装置,其包括氢气瓶、燃料电池和燃料电池控制器,氢气瓶出口设有压力表,氢气瓶出口通过管路与燃料电池连接;燃料电池通过电流传输线输出电流,电流传输线上设有电流传感器;燃料电池控制器内存储氢气瓶满瓶状态下的压力值,且与复位按钮连接,燃料电池控制器还控制燃料电池的启闭,且采集电流传感器测得的电流值并对其进行处理及存储。
所述氢气瓶连接燃料电池的管路上还设有减压阀,其置于压力表之后。
所述复位按钮是在更换氢气瓶之后,对燃料电池控制器中存储的氢气瓶压力值更新。
其还包括温度传感器,用于监测环境温度,并传输给燃料电池控制器。
由于采用了上述方案,本发明具有以下特点:
1.节约成本;
2.减少燃料电池系统的复杂度;
3.减小燃料电池系统的体积和质量。
附图说明
图1是本发明装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明中,燃料电池系统不采用压力传感器检测氢瓶压力,而是根据气体状态方程、能量守恒定律以及法拉第常数等,用电流积分来估算氢瓶剩余气体压力,实验证明其计算精度完全符合工程精度要求。此方法及其实现装置可运用于燃料电池各种使用场合(如车用燃料电池系统,燃料电池应急电源等),实现氢瓶剩余压力(质量)的估算,以提醒使用者及时更换氢瓶。
本发明涉及一套用于估算燃料电池系统氢瓶氢气剩余压力(质量)的方法及实现装置。运用本发明所涉及的方法时,需满足如下条件:
1.每次给氢瓶加氢后,其满瓶压力值只允许在1%的误差范围内波动。一般,氢瓶的加氢是在专业加氢站进行,因此,理论上可以保证1%的误差。
2.在使用过程中,氢瓶所处环境的温度变化不超过10摄氏度,从而可将环境温度作恒温处理。其主要是在燃料电池运行过程中测一次温度,因为温差不超过10摄氏度是理想条件,但实际中若有超出也是允许的,而且,一般来说,在燃料电池运行过程中,温差都不会超过10摄氏度。
以下对本发明所涉及的方法作详细阐述。
1.计算氢瓶满瓶压力初始值
实际气体的状态方程为:
P·V=z·n·R·T (1)
其中z为压缩系数,是与绝对压力和绝对温度相关的函数,根据假设条件温度T保持不变,即z只为压力P的函数。氢瓶的体积大小是一定的,则可得:
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