[发明专利]氢气过量系数的测量系统及测量方法

说明书

本发明涉及燃料电池检测领域，公开了一种氢气过量系数的测量系统及测量方法。氢气过量系数的测量系统包括流量测量模块、第一测湿模块、第二测湿模块以及控制单元，流量测量模块用于测量氢气供应管路中的氢气的流量。第一测湿模块用于测量电堆阳极的入口的氢气湿度。第二测湿模块用于测量电堆阳极的出口的氢气湿度。控制单元利用流量测量模块、第一测湿模块以及第二测湿模块的测量数据，并根据电堆阳极的入口处与出口处的湿氢气中水蒸气的质量守恒原理计算出电堆阳极的入口处和出口处的干氢气的流量，从而获得氢气过量系数。氢气过量系数的测量系统通过氢气过量系数的测量方法能够计算出氢气过量系数。氢气过量系数的测量系统结构简单，便于携带。

技术领域

本发明属于燃料电池检测领域，尤其涉及一种氢气过量系数的测量系统及测量方法。

背景技术

氢燃料电池的供气系统分为氢气系统和空气系统。在氢气系统中，为了提高氢气利用率，保证有过量的氢气提供给电堆阳极，绝大多数的氢燃料电池的电堆阳极均配备有氢气循环装置。该氢气循环装置分为两种：一是氢气循环泵，二是引射器。氢气循环装置用于将电堆阳极出口的氢气通过电堆阳极入口重新引入电堆阳极内，形成氢气的循环。

一般评价循环装置的循环能力的指标是氢气过量系数，该氢气过量系数指进堆的氢气量与消耗的氢气量的比值。其中，进堆的氢气量是消耗氢气与循环利用的氢气量之和，循环利用的氢气量是循环装置从电堆出口回收的氢气量。

在燃料电池的实际运行过程中，电堆阳极的出口处为包含氢气和水的过饱和的湿氢气。而流量计一般只能测量单一组分气体的流量，故不能测出湿氢气中氢气的流量，导致氢气过量系数难以被精确测量出来。同时，在电堆阳极的氢气回路中设置流量计会显著增加氢气的流阻，导致氢气循环泵或者引射器的氢气循环能力受到显著影响，从而使数据失真，进一步增加了氢气过量系数的测量难度，降低了氢气过量系数的准确性。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种氢气过量系数的测量系统，以准确测量湿氢气的氢气流量，并获取准确的氢气过量系数，而且能够避免增加电堆阳极中的氢气回路的流阻。

为达此目的，本发明所采用的技术方案是：

一种氢气过量系数的测量系统，用于测量氢燃料电池的阳极系统的氢气过量系数，所述阳极系统包括电堆阳极、氢气回路和氢气供应管路，所述氢气回路的两端分别与所述电堆阳极的入口和出口连通，所述氢气供应管路与所述氢气回路连通，并向电堆阳极的入口提供氢气；所述氢气过量系数的测量系统包括：

流量测量模块，用于测量所述氢气供应管路中的氢气的流量；

第一测湿模块，用于测量所述电堆阳极的入口的氢气的湿度；

第二测湿模块，用于测量所述电堆阳极的出口的氢气的湿度；以及

控制单元，被配置为能够利用所述流量测量模块、所述第一测湿模块以及所述第二测湿模块的测量数据，并根据所述电堆阳极的入口处与出口处的湿氢气中水蒸气的质量守恒原理计算出所述电堆阳极的入口处和出口处的干氢气的流量，从而获得所述氢气过量系数。

进一步地，所述控制单元包括电连接的存储装置和计算装置，所述存储装置被配置为能够存储所述流量测量模块、所述第一测湿模块以及所述第二测湿模块的测量数据，所述计算装置被配置为能够根据所述测量数据计算所述氢气过量系数。

进一步地，所述第一测湿模块与所述第二测湿模块均包括温度传感器和压力传感器，以使所述第一测湿模块能够测量所述电堆阳极的入口处的氢气的温度和压力，所述第二测湿模块能够测量所述电堆阳极的出口处的氢气的温度和压力。

进一步地，所述存储装置与所述阳极系统通讯连接或电连接，所述电堆阳极的入口处的氢气的温度和压力通过所述存储装置传输至所述第一测湿模块，所述电堆阳极的出口处的氢气的温度和压力通过所述存储装置传输至所述第二测湿模块。