[發明專利]組分濃度估計裝置、陽極組分的估計方法和燃料電池系統

有效

• 申請號: 202011459166.1
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112697639B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 何曉波;趙雄
• 申請（專利權）人: 上海重塑能源科技有限公司
• 主分類號: G01N7/00
• 分類號: G01N7/00;H01M8/0444
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 苗曉娟

本申請提供一種組分濃度估計裝置，以及利用該組分濃度估計裝置進行燃料電池系統陽極組分的估計方法和燃料電池系統。所述組分濃度估計裝置包括：截斷閥，與待檢測氣體裝置的排出口通過管路連通；組分容腔，與截斷閥的出口連通，其腔體內設置壓力傳感器和溫度傳感器；排氣閥，其接口與組分容腔的出口連通；第一控制器，與壓力傳感器和溫度傳感器通訊連接，用于根據濃度估計原理計算出待檢測氣體裝置中各組分的濃度。本申請中的組分濃度估計裝置位于燃料電池系統之外，不受高濕度環境的影響，且通過建立組分?壓差Map圖，并將Map圖應用在實際燃料電池系統中，進行插值識別，計算出陽極組分的體積分數，具有結構簡單、組分辨識度高的優點。

技術領域

本申請涉及車輛能源技術領域，具體而言，涉及一種組分濃度估計裝置，以及利用該組分濃度估計裝置進行燃料電池系統陽極組分的估計方法和燃料電池系統。

背景技術

燃料電池系統(又稱燃料電池發動機)是一種不經過燃料燃燒，直接通過燃料電池發生電化學反應將燃料和氧化物中的化學能轉換成電能來驅動電機的新能源動力裝置。車用燃料電池系統通常包含燃料電池堆、空氣供給系統、氫氣供給系統、冷卻液系統。其中，燃料電池陽極氫氣濃度的優化控制是影響燃料電池發動機效率和耐久性的關鍵性能參數之一。

在燃料電池系統的陽極路安裝氫氣濃度傳感器是燃料電池系統陽極氫氣濃度管理的慣常思路，但目前氫氣濃度傳感器芯片尚未克服高濕度及水分的侵襲影響、技術成熟度不夠，因此在工程化使用過程中，氫氣濃度傳感器使用極其受限，不能得到大規模量產應用。為在燃料電池運行期間維持氫氣濃度在一定水平，廣泛采用的方法是等效Q值(EQV)方法。當等效Q值高于目標水平，陽極執行吹掃操作以增加氫氣濃度。但等效Q值法是維持氫氣濃度在一定區間的間接方法，受環境條件和行駛工況的影響較大。為應對這些不確定性，需要做大量工作來修正等效Q值法中的加權因子，這就導致計算復雜，但也依然不能很好地解決行駛工況下效率及耐久性的提升。

因此，如何設計出一種不受限于高濕度的環境影響，并能夠對燃料電池系統陽極處的組分濃度進行直接估計的估算方法或估計裝置，成為業內研究的熱點。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種組分濃度估計裝置及利用組分濃度估計裝置進行燃料電池系統陽極組分的估計方法，其不受限于高濕度的環境影響，具有結構簡單、組分辨識度高的優點。

本申請實施例的另一目的還在于提供一種使用上述組分濃度估計裝置和估計方法的燃料電池系統。

第一方面，提供了一種組分濃度估計裝置，包括：

截斷閥，與待檢測氣體裝置的排出口通過管路連通；

組分容腔，與所述截斷閥的出口連通，其腔體內設置壓力傳感器和溫度傳感器；

排氣閥，其接口與所述組分容腔的出口連通；

第一控制器，與所述壓力傳感器和溫度傳感器通訊連接，用于根據濃度估計原理計算出所述待檢測氣體裝置中各組分的濃度。

在一種可實施的方案中，所述截斷閥的流量系數大于排氣閥的流量系數。

在一種可實施的方案中，連接所述截斷閥、所述組分容腔和所述排氣閥的管路具有與所述截斷閥相同流量系數的直徑。

根據本申請的另一方面，還提供了一種利用上述的組分濃度估計裝置進行燃料電池系統陽極組分的估計方法，包括：

利用所述組分濃度估計裝置繪制特征參數-干氣中N2的體積分數圖；其中，所述組分濃度估計裝置的溫度環境與燃料電池系統的陽極子系統的溫度環境相同；

將所述組分濃度估計裝置接入所述待檢測燃料電池系統的陽極子系統，使所述陽極子系統的氣體進入所述組分容腔；