[发明专利]新能源汽车燃料电池系统、工作方法、氢气进气流量计算方法、效率评价方法

权利要求书

1.一种新能源汽车燃料电池系统的氢气进气流量计算方法，所述的新能源汽车燃料电池系统包括：空气供给系统和氢气供给系统、燃料电池堆；

其中，空气供给系统为燃料电池堆提供新鲜空气，该系统包括：空气滤清器(1)、离心式空压机(2)、气体换热器(3)、增湿中冷总成(5)、节气门(7)、分水器(9)、排水阀(10)、涡轮机(11)、背压阀(12)；

其中，氢气供应系统为燃料电池堆提供新鲜氢气，氢气供给系统包括：氢罐(13)、减压阀(14)、引射器(15)、分水器(16)、分水阀(17)、排氮器(18)、排氮阀(19)、第一单向阀(20)、循环泵(21)和第二单向阀(22)；

其中，燃料电池堆是氢气和空气发生反应的场所，将化学能转化为电能为附属机构和负载提供动能；所述空气滤清器(1)用于清除空气中的微粒杂质；所述离心式空压机(2)将更多空气压入到燃料电池堆中；所述气体换热器(3)用于交换热量；所述增湿中冷总成(5)用于对空气增湿和降温；所述节气门(7)和背压阀(12)分别用于改变进入燃料电池堆的空气速度和阴极压力；所述分水器(9)用于将空气中的液态水分离出来；所述涡轮机(11)能够带动离心式空压机旋转；燃料电池空气供给系统中的离心式空压机(2)由电机和涡轮机共同带动驱动，电机的功耗由燃料电池输出功率提供；涡轮机(11)和离心式空压机(2)通过一根刚性轴相连；燃料电池堆排出的气体推动涡轮机(11)叶片旋转；涡轮机(11)又通过刚性轴带动离心式空压机(2)叶片旋转，涡轮机(11)转速越快电机的消耗功率越小，其能提高燃料电池系统净输出功率和系统效率；气体换热器(3)有4个接口：第一入口、第二出口、第三入口、第四出口；其中，进入燃料电池堆的空气和排出燃料电池堆的空气在气体换热器内部的流动是相反方向；离心式空压机(2)压出的高温气体进入第一入口，经过能量交换从第二出口排出，第二出口与增湿中冷总成(4)相连，使得从第二出口排出的气体进一步降温增湿以达到符合燃料电池堆的温度要求；其中，分水器(9)与气体换热器(3)的第三入口相连；从燃料电池堆(8)反应过后的空气经过分水器(9)去除液态水后，然后从第三入口进入到气体换热器(3)中，进而经过温差换热后的气体从第四出口排出，第四出口连接涡轮机；所述氢罐(13)用来存储氢气；减压阀(14)降低进入燃料电池堆的氢气压力；分水器(16)将氢气中的液态水分离；排氮器(18)将氢气和氮气分开；循环泵(21)将未反应的氢气再次回到燃料电池堆入口；氢罐(13)与减压阀(14)连接，减压阀(14)与引射器(15)连接，引射器(15)与燃料电池电堆(8)通过氢气进气管道连接；氢气从氢罐(13)排出后经过多级减压阀(14)到达引射器(15)后端；在燃料电池堆内部未参与反应的氢气依次经过分水器(16)和排氮器(18)，然后分为两路：一路经过第一单向阀(20)、循环泵(21)，连接到氢气进气管道中；另外一路，经过第二单向阀(22)，连接到引射器(15)前端，利用引射器(15)前后两端压力的不同，通过压差得到新氢流量；在燃料电池堆内部未参与反应的氢气需要先经过分水器(16)和排氮器(18)；燃料电池堆的阳极中的液态水和氮气的主要来源是由于阴极中的液态水和氮气经过质子交换膜渗透到阳极，液态水会影响氢气的分解，氮气会降低氢气的浓度，所以在氢气中设置了分水器和排氮器；当燃料电池工作一段时间后需要打开排水阀(17)和排氮阀(19)去除阳极中的液态水和氮气，保证燃料电池的输出功率不受影响；

其特征在于，

包括以下步骤：

首先，安装以下传感器：

在燃料电池外电路设置燃料电池电流传感器，用于测量燃料电池的电流B,单位是安培；

在燃料电池堆阳极出口侧设置氢气湿度传感器，用于测量燃料电池的电流AR,单位是％；

在燃料电池堆阳极出口侧设置氮气浓度传感器，用于测量氢出氮气浓度AT，单位是％；

在燃料电池堆阳极出口侧设置温度传感器，用于测量燃料电池阳极出口温度AS，单位是℃；

在燃料电池堆阳极入口侧设置压力传感器，用于测量氢气进入电堆的压力AL，单位是kpa；

在燃料电池堆阳极出口侧设置压力传感器，用于测量阳极电堆出口压力AG，单位是kpa，AM＝AG-AL；

其次，按照下式计算进入燃料电池堆的氢气流量AY，单位为：g/s：

其中，D是燃料电池堆片数；AV是混合气过量系数；AU是氢气过量系数，其通过B-AU关系图确定；F表示费南德常数,其值等于96485C/mol。