[实用新型]氢气压差检测装置及氢气压差传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种氢气压差检测装置及氢气压差传感器。

背景技术

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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型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，p_sat,hum为所述第一饱和压力，T_hum为所述增湿温度，g为常数，p_sat,stack为第二饱和压力，T_stack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，本实用新型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。