氮气累积浓度计算方法、装置、设备及介质与流程

本技术涉及燃料电池，特别涉及一种氮气累积浓度计算方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、燃料电池发动机供氢系统通常采用氢气循环模式。在氢气循环过程中，阴极空气中的氮气和水蒸气透过质子交换膜会扩散到阳极，燃料电池长时间运行后会引起氢气分压降低，局部氢气饥饿造成电堆电压下降，甚至引起膜电极的电化学腐蚀，导致电堆性能发生不可逆下降。因此，在运行过程中需要间歇性打开排气阀吹扫，排出阳极的杂质、氮气和水。

2、相关技术中，常见的检测燃料电池的方法为检测燃料电池阳极回路中的氢循环泵或引射器，发动机排气阀的开启策略多为固定时间周期策略。

3、然而，上述检测方法无法检测到燃料电池系统内部的气体成分变化和液态水形态分布，从而导致无法准确判断燃料电池整体的工作性能，且上述发动机排气阀的开启策略，未能有效评估燃料电池长时间运行而引起的膜渗透特性变化、电堆性能变化等带来的气体渗透速率变化带来的影响，亟待改进。

技术实现思路

1、本技术提供一种氮气累积浓度计算方法、装置、设备及介质，以解决相关技术未能有效评估燃料电池长时间运行而引起的膜渗透特性变化、电堆性能变化等带来的气体渗透速率变化带来的影响等问题。

2、本技术第一方面实施例提供一种氮气累积浓度计算方法，包括以下步骤：

3、获取燃料电池系统的电堆阳极出口总流量、电堆阳极出口氢浓度、电堆阳极水蒸气含量、电堆阳极液态水含量和发电时长；

4、根据所述电堆阳极出口总流量、所述电堆阳极出口氢浓度、所述电堆阳极水蒸气含量和所述电堆阳极液态水含量得到电堆阳极氮气浓度；以及

5、基于所述发电时长，根据所述电堆阳极氮气浓度积分得到氮气累积浓度。

6、根据本技术的一个实施例，获取所述燃料电池系统的电堆阳极水蒸气含量和电堆阳极液态水含量，包括：

7、获取水的饱和蒸汽压、电堆阳极流场及歧道体积、水蒸气气体常数和电堆阳极流场及歧道温度、电渗拖拽水流通量和反向扩散水流通量；

8、根据所述水的饱和蒸汽压、所述电堆阳极流场及歧道体积、所述水蒸气气体常数和所述电堆阳极流场及歧道温度得到所述电堆阳极水蒸气含量；

9、根据所述电堆阳极水蒸气含量、所述电渗拖拽水流通量和所述反向扩散水流通量得到所述电堆阳极液态水含量。

10、根据本技术的一个实施例，在基于所述发电时长，根据所述电堆阳极氮气浓度积分得到所述氮气累积浓度之后，还包括：

11、获取电堆阳极排气阀前端气体压力、电堆阳极排气阀后端气体压力、排气阀流通量；

12、根据所述电堆阳极排气阀前端气体压力、所述电堆阳极排气阀后端气体压力和所述排气阀流通量得到电堆阳极氮气排气量；

13、若所述电堆阳极氮气排气量大于所述氮气累积浓度，则关闭阳极排气阀，否则，维持所述阳极排气阀处于开启状态，直至所述电堆阳极氮气排气量大于所述氮气累积浓度。

14、根据本技术的一个实施例，所述根据所述电堆阳极排气阀前端气体压力、所述电堆阳极排气阀后端气体压力和所述排气阀流通量得到电堆阳极氮气排气量，包括：

15、获取排气阀开度系数、排气阀出口压力、排气阀流量系数、排气阀进口压力、阳极出口温度和标况下氢气密度；

16、根据所述排气阀开度系数、所述排气阀出口压力、所述排气阀流量系数、所述排气阀进口压力、所述阳极出口温度和所述标况下氢气密度得到所述排气阀流通量，并根据所述排气阀流通量和所述阳极出口氮气质量分数的乘积得到所述氮气排气量。

17、根据本技术的一个实施例，获取所述电堆阳极出口氢浓度，包括：

18、获取电堆阳极出口氢浓度传感器电压信号；

19、根据所述电压信号计算得到所述阳极出口氢浓度。

20、根据本技术的一个实施例，所述根据所述电堆阳极出口总流量、所述电堆阳极出口氢浓度、所述电堆阳极水蒸气含量和所述电堆阳极液态水含量得到电堆阳极氮气浓度，包括：

21、计算所述电堆阳极出口氢浓度、所述电堆阳极水蒸气含量和所述电堆阳极液态水含量的和值；

22、根据所述电堆阳极出口总流量与所述和值的差值得到所述电堆阳极氮气浓度。

23、根据本技术实施例提供的氮气累积浓度计算方法，根据电堆阳极出口总流量、电堆阳极出口氢浓度、电堆阳极水蒸气含量和电堆阳极液态水含量得到电堆阳极氮气浓度，并基于发电时长，根据电堆阳极氮气浓度积分得到氮气累积浓度。由此，解决了相关技术未能有效评估燃料电池长时间运行而引起的膜渗透特性变化、电堆性能变化等带来的气体渗透速率变化带来的影响等问题，提升了对燃料电池长时间运行而引起的膜渗透特性变化、电堆性能变化等带来的气体渗透速率变化的检测能力。

24、本技术第二方面实施例提供一种氮气累积浓度计算装置，包括：

25、获取模块，用于获取燃料电池系统的电堆阳极出口总流量、电堆阳极出口氢浓度、电堆阳极水蒸气含量、电堆阳极液态水含量和发电时长；

26、第一计算模块，用于根据所述电堆阳极出口总流量、所述电堆阳极出口氢浓度、所述电堆阳极水蒸气含量和所述电堆阳极液态水含量得到电堆阳极氮气浓度；以及

27、第二计算模块，用于基于所述发电时长，根据所述电堆阳极氮气浓度积分得到氮气累积浓度。

28、根据本技术的一个实施例，所述获取模块，用于：

29、获取水的饱和蒸汽压、电堆阳极流场及歧道体积、水蒸气气体常数和电堆阳极流场及歧道温度、电渗拖拽水流通量和反向扩散水流通量；

30、根据所述水的饱和蒸汽压、所述电堆阳极流场及歧道体积、所述水蒸气气体常数和所述电堆阳极流场及歧道温度得到所述电堆阳极水蒸气含量；

31、根据所述电堆阳极水蒸气含量、所述电渗拖拽水流通量和所述反向扩散水流通量得到所述电堆阳极液态水含量。

32、根据本技术的一个实施例，在基于所述发电时长，根据所述电堆阳极氮气浓度积分得到所述氮气累积浓度之后，所述第二计算模块，还用于：

33、获取电堆阳极排气阀前端气体压力、电堆阳极排气阀后端气体压力、排气阀流通量；

34、根据所述电堆阳极排气阀前端气体压力、所述电堆阳极排气阀后端气体压力和所述排气阀流通量得到电堆阳极氮气排气量；

35、若所述电堆阳极氮气排气量大于所述氮气累积浓度，则关闭阳极排气阀，否则，维持所述阳极排气阀处于开启状态，直至所述电堆阳极氮气排气量大于所述氮气累积浓度。

36、根据本技术的一个实施例，所述第二计算模块，用于：

37、获取排气阀开度系数、排气阀出口压力、排气阀流量系数、排气阀进口压力、阳极出口温度和标况下氢气密度；

38、根据所述排气阀开度系数、所述排气阀出口压力、所述排气阀流量系数、所述排气阀进口压力、所述阳极出口温度和所述标况下氢气密度得到所述排气阀流通量，并根据所述排气阀流通量和所述阳极出口氮气质量分数的乘积得到所述氮气排气量。

39、根据本技术的一个实施例，所述获取模块，用于：

40、获取电堆阳极出口氢浓度传感器电压信号；

41、根据所述电压信号计算得到所述阳极出口氢浓度。

42、根据本技术的一个实施例，所述第一计算模块，用于：

43、计算所述电堆阳极出口氢浓度、所述电堆阳极水蒸气含量和所述电堆阳极液态水含量的和值；

44、根据所述电堆阳极出口总流量与所述和值的差值得到所述电堆阳极氮气浓度。

45、根据本技术实施例提供的氮气累积浓度计算装置，根据电堆阳极出口总流量、电堆阳极出口氢浓度、电堆阳极水蒸气含量和电堆阳极液态水含量得到电堆阳极氮气浓度，并基于发电时长，根据电堆阳极氮气浓度积分得到氮气累积浓度。由此，解决了相关技术未能有效评估燃料电池长时间运行而引起的膜渗透特性变化、电堆性能变化等带来的气体渗透速率变化带来的影响等问题，提升了对燃料电池长时间运行而引起的膜渗透特性变化、电堆性能变化等带来的气体渗透速率变化的检测能力。

46、本技术第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的氮气累积浓度计算方法。

47、本技术第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的氮气累积浓度计算方法。

48、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。