[发明专利]燃料电池系统中的气体燃料泄漏自动检测和安全报警系统

说明书

本发明公开了一种燃料电池系统中的气体燃料泄漏自动检测和安全报警系统，包括有氢气流量计、电流表、数值分析和运算部分、逻辑判断和控制部分、氢气泄漏报警器和氢气阀开关控制器。本发明是对燃料电池堆的输出电流进行实时测量，并根据燃料电池相应的化学反应原理，把测得的输出电流换算成相对应的燃料气体的反应量。同时对燃料储气罐的供气流量也进行实时测量，然后通过对比实际测得的燃料气体的消耗量和参加相对应的化学反应的气体反应量，来判断整个系统是否有燃料气体泄漏。因此本系统操作简单，准确可靠。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统中的气体燃料泄漏自动检测和安全报警系统。

背景技术

随着全球范围内的能源危机和环境污染等的日益加重，很多国家都在不断地探索和使用清洁能源，尤其是清洁能源在汽车等交通领域上的应用越来越广泛。为此，电动汽车近年来得到大力推广。然而电动汽车目前由于其电池技术的局限性所造成的续航能力相对短以及充电时间较长等原因，和传统的燃油车相比目前仍然无法满足用户的要求。因此很多先进的国家近年来都在加紧燃料电池汽车的技术研发。

氢燃料电池是通过氢气和氧气的化学反应，其生成物是电能和纯净水，没有任何有害物质。因此是真正意义上的清洁能源。氢燃料电池具有很多潜在的优势。例如，氢气的能量密度高于汽油三倍，其能量转换效率也高于内燃机效率；氢燃料充气时间以及燃料电池汽车的续航能力完全可以和传统的汽油车相媲美。因此从能源的利用和环境保护方面来说，燃料电池汽车是理想的日常交通工具。

近年来，无论是燃料电池技术本身还是燃料电池在汽车应用上都已经取得了重大进展。日本的丰田汽车公司已经开始把燃料电池汽车商业化，并投放到市场了。然而，燃料电池汽车目前仍然存在着不少技术性挑战，例如燃料电池堆的使用寿命相对较短、制造成本也比较高等等。而作为燃料的氢气在运输储存和安全使用等方面也需要进一步提高和完善。由于氢气本身具有易燃易爆性，而且车载氢气燃料罐的压力高至近90MPa，因此车载氢气储气罐具有一定的危险性。另一方面，燃料电池汽车中的燃料电池堆和氢气储气罐的安装一般来说相对分开，供气管路较长。同时，由于汽车在运行过程中经常颠簸和震动，可能会导致氢气供气管路以及燃料电池堆的密封等处松动或破损而导致氢气泄漏，这样既浪费氢气燃料又产生安全隐患。因此必须对整个燃料电池及其氢燃料供气系统实施氢气泄漏自动监测。一旦发现氢气泄漏，就应该立即启动车载氢气泄漏自动报警系统，并及时维修，以防止任何燃料泄漏而造成的危险事故。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种燃料电池系统中的气体燃料泄漏自动检测和安全报警系统。本系统是对燃料电池堆的输出电流进行实时测量，并根据燃料电池相应的化学反应原理，把测得的输出电流换算成相对应的燃料气体的反应量。同时对燃料储气罐的供气流量也进行实时测量，然后通过对比实际测得的燃料气体的消耗量和参加相对应的化学反应的气体反应量，来判断整个系统是否有燃料气体泄漏。因此本系统操作简单，准确可靠。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种燃料电池系统中的气体燃料泄漏自动检测和安全报警系统，包括有：

氢气流量计，安装在燃料电池系统中的氢气储气罐的出口端，测量氢气储气罐出口端的氢气实际流量N_{H2_M}；

电流表，安装在燃料电池堆的负极输出端，测量燃料电池堆输出电流I_fc；

数值分析和运算部分，根据下面公式(1)或公式(2)把实际测得的燃料电池堆的输出电流I_fc换算成相应的氢气在化学反应过程中的反应量N_{H2_C}，然后将氢气实际流量N_{H2_M}和反应量N_{H2_C}两个量进行比较，并根据公式(3)计算出整个燃料系统中的氢气泄漏量ΔN_H2；

所述的公式(1)为：