本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氫氣壓差檢測(cè)方法、檢測(cè)裝置及氫氣壓差傳感器。

背景技術(shù)：

水管理是質(zhì)子交換膜燃料電池中一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容。膜電極兩側(cè)適當(dāng)?shù)暮渴蔷S持電池性能的必要條件，水過(guò)多或過(guò)少都將造成電池性能下降。燃料電池同側(cè)氣體進(jìn)出口壓力差值(壓差)是反應(yīng)電池內(nèi)部含水量的指標(biāo)之一。由于氫氣側(cè)含水量少且氫氣流速較低，所以氫氣壓降對(duì)于氫氣側(cè)流道含水量多少的感知尤為敏感。因此，在質(zhì)子交換膜燃料電池的水管理中，氫氣壓降是比較重要的一個(gè)監(jiān)測(cè)量。

其中，氫氣壓降的數(shù)值可以通過(guò)進(jìn)出口壓力的差值獲得。但是，由于進(jìn)出口壓力波動(dòng)較大，且氫氣壓差一般僅僅是十幾千帕甚至是五千帕以?xún)?nèi)的一個(gè)較小值，所以用做差的方法來(lái)體現(xiàn)氫壓降值不甚準(zhǔn)確。

相關(guān)技術(shù)中，一般通過(guò)氫壓差傳感器來(lái)直接獲得氫壓差值。用于工業(yè)控制領(lǐng)域的壓差傳感器通常采用壓敏元件來(lái)感知兩側(cè)氣壓的差值。常見(jiàn)的有壓阻式和電容式兩種壓差傳感器。壓阻式傳感器利用半導(dǎo)體的電阻率應(yīng)力變化輸出電信號(hào)。常見(jiàn)的是用彈性硅膜片感受兩側(cè)壓力，不同的壓力使集成在硅膜片上的電橋產(chǎn)生不同程度的不平衡，從而輸出不同的電信號(hào)。電容式傳感器將壓差變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。與壓阻式相比，電容式的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。常見(jiàn)的形式是一個(gè)中央壓敏膜片與兩側(cè)兩個(gè)隔離膜片分別構(gòu)成兩個(gè)串聯(lián)電容。壓差的變化使壓敏膜片發(fā)生形變，從而兩電容器容量不再均等，由此輸出電信號(hào)。

然而，外界溫度直接影響壓阻式傳感器中電橋的電阻率，也會(huì)影響電容式傳感器的內(nèi)部幾何尺寸和零件的空間位置。因此，溫度會(huì)給兩種傳感器的測(cè)量帶來(lái)誤差，最后需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償一般是在信號(hào)調(diào)制模塊進(jìn)行不同溫度對(duì)應(yīng)不同電信號(hào)的軟件標(biāo)定，但是在補(bǔ)償之前需要在傳感器內(nèi)部裝設(shè)溫度傳感器。

因此，用于工控領(lǐng)域的壓差傳感器通常體積龐大、笨重、成本高，且單個(gè)傳感器的量程范圍有限，導(dǎo)致降低燃料電池系統(tǒng)的適用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種氫氣壓差檢測(cè)方法，該方法可以降低燃料電池系統(tǒng)的體積和成本，提高燃料電池系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種氫氣壓差檢測(cè)裝置。

本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提出一種氫氣壓差傳感器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種氫氣壓差檢測(cè)方法，包括以下步驟：采集氫氣壓力、電池堆溫度和增濕溫度；根據(jù)所述增濕溫度獲取對(duì)應(yīng)于所述增濕溫度的第一飽和壓力，并且根據(jù)所述電池堆溫度獲取對(duì)應(yīng)于所述電池堆溫度的第二飽和壓力；根據(jù)所述第一飽和壓力和所述第二飽和壓力得到進(jìn)氣相對(duì)濕度；根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差獲取輸出電壓；根據(jù)所述氫氣壓力、所述進(jìn)氣相對(duì)濕度、所述第二飽和壓力和所述電池堆溫度得到氫氣壓差。

本發(fā)明實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)方法，通過(guò)燃料電池系統(tǒng)已有的氫氣壓力、電池堆溫度、進(jìn)氣相對(duì)濕度，從而可以根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差確定氫氣壓差，降低燃料電池系統(tǒng)的體積和成本，提高燃料電池系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)方法還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一飽和壓力通過(guò)以下公式得到：

所述第二飽和壓力通過(guò)以下公式得到：

其中，psat,hum為所述第一飽和壓力，thum為所述增濕溫度，g為常數(shù)，psat,stack為第二飽和壓力，tstack為所述電池堆溫度。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣相對(duì)濕度通過(guò)以下公式得到：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氫氣壓差通過(guò)以下公式得到：

或者

其中，a為放大器放大倍數(shù)，f為法拉第常數(shù)，r為氣體常數(shù)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明另一方面實(shí)施例提出了一種氫氣壓差檢測(cè)裝置，包括：采集模塊，用于采集氫氣壓力、電池堆溫度和增濕溫度；第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述增濕溫度獲取對(duì)應(yīng)于所述增濕溫度的第一飽和壓力，并且根據(jù)所述電池堆溫度獲取對(duì)應(yīng)于所述電池堆溫度的第二飽和壓力；第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一飽和壓力和所述第二飽和壓力得到進(jìn)氣相對(duì)濕度；獲取模塊，用于根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差獲取輸出電壓；第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述氫氣壓力、所述進(jìn)氣相對(duì)濕度、所述第二飽和壓力和所述電池堆溫度得到氫氣壓差。

本發(fā)明實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)裝置，通過(guò)燃料電池系統(tǒng)已有的氫氣壓力、電池堆溫度、進(jìn)氣相對(duì)濕度，從而可以根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差確定氫氣壓差，降低燃料電池系統(tǒng)的體積和成本，提高燃料電池系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)裝置還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一飽和壓力通過(guò)以下公式得到：

所述第二飽和壓力通過(guò)以下公式得到：

其中，psat,hum為所述第一飽和壓力，thum為所述增濕溫度，g為常數(shù)，psat,stack為第二飽和壓力，tstack為所述電池堆溫度。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣相對(duì)濕度通過(guò)以下公式得到：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氫氣壓差通過(guò)以下公式得到：

或者

其中，a為放大器放大倍數(shù)，f為法拉第常數(shù)，r為氣體常數(shù)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明再一方面實(shí)施例提出了一種氫氣壓差傳感器，包括：第一氫氣入口；與所述第一氫氣入口相連的第一集電板，以獲取第一氫氣；第二側(cè)氫氣入口；與第二氫氣入口相連的第二集電板，以獲取第二氫氣，其中，所述第一氫氣與所述第二氫氣的壓力不同；質(zhì)子交換膜膜電極組件，所述質(zhì)子交換膜膜電極組件分別與所述第一集電板和所述第二集電板相連，用于根據(jù)所述第一氫氣和所述第二氫氣得到燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差，并通過(guò)信號(hào)放大裝置輸出；上述的氫氣壓差檢測(cè)裝置。

本發(fā)明實(shí)施例的氫氣壓差傳感器，通過(guò)燃料電池系統(tǒng)已有的氫氣壓力、電池堆溫度、進(jìn)氣相對(duì)濕度，從而可以根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差確定氫氣壓差，降低燃料電池系統(tǒng)的體積和成本，提高燃料電池系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

可選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一集電板和所述第二集電板可以為中央開(kāi)孔的電導(dǎo)率集電薄板。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氫氣壓差傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的不同溫度下的壓差-電壓數(shù)據(jù)的示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的不同進(jìn)氣相對(duì)濕度下的壓差-電壓數(shù)據(jù)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的氫氣壓差檢測(cè)方法、檢測(cè)裝置及氫氣壓差傳感器，首先將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的氫氣壓差檢測(cè)方法的流程圖。

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)方法的流程圖。

如圖1所示，該氫氣壓差檢測(cè)方法包括以下步驟：

在步驟s101中，采集氫氣壓力、電池堆溫度和增濕溫度。

需要說(shuō)明的是，氫氣壓力可以為氫氣進(jìn)口壓力pin或出口壓力pout中的一個(gè)。

在步驟s102中，根據(jù)增濕溫度獲取對(duì)應(yīng)于增濕溫度的第一飽和壓力，并且根據(jù)電池堆溫度獲取對(duì)應(yīng)于電池堆溫度的第二飽和壓力。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一飽和壓力通過(guò)以下公式得到：

第二飽和壓力通過(guò)以下公式得到：

其中，psat,hum為第一飽和壓力，thum為增濕溫度，g為常數(shù)，psat,stack為第二飽和壓力，tstack為電池堆溫度。

在步驟s103中，根據(jù)第一飽和壓力和第二飽和壓力得到進(jìn)氣相對(duì)濕度。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)氣相對(duì)濕度通過(guò)以下公式得到：

在步驟s104中，根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差獲取輸出電壓。

舉例而言，本發(fā)明實(shí)施例的方法可以利用陰陽(yáng)極不同壓力的氫氣會(huì)在質(zhì)子交換膜燃料電池上產(chǎn)生出電勢(shì)差這一原理確定氫氣壓差。其中，膜電極兩側(cè)產(chǎn)生的電勢(shì)差經(jīng)中央開(kāi)孔的高電導(dǎo)率集電薄板送到信號(hào)放大模塊進(jìn)行電壓放大后輸出，從而只需利用燃料電池系統(tǒng)已有的氫氣壓力、電堆溫度、氫氣進(jìn)氣濕度以及所述裝置測(cè)到的電壓即可確定氫氣壓差，使得整個(gè)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，有助于燃料電池系統(tǒng)的商業(yè)化。

在步驟s105中，根據(jù)氫氣壓力、進(jìn)氣相對(duì)濕度、第二飽和壓力和電池堆溫度得到氫氣壓差。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，氫氣壓差通過(guò)以下公式得到：

或者

其中，a為放大器放大倍數(shù)，f為法拉第常數(shù)，r為氣體常數(shù)。

可以理解的是，考慮到燃料電池系統(tǒng)自帶氣體進(jìn)口溫度和濕度等各種傳感器，因此可以將這些已有參數(shù)利用起來(lái)，從而最大程度減輕傳感器質(zhì)量、體積與成本，例如，包括以下步驟：

步驟s1，至少測(cè)到燃料電池系統(tǒng)中的如下工況參數(shù)：氫氣進(jìn)口壓力pin或出口壓力pout中的一個(gè)、燃料電池堆的溫度tstack、氫氣進(jìn)氣的相對(duì)濕度rhin以及氫壓差傳感器的輸出電壓u；

步驟s2，進(jìn)氣相對(duì)濕度可以通過(guò)測(cè)進(jìn)氣的增濕溫度thum得到，也可以通過(guò)其它方式得到。若是前者，則順序執(zhí)行步驟s3至步驟s6；若是后者，則執(zhí)行步驟s4至步驟s6；

步驟s3，計(jì)算增濕溫度thum對(duì)應(yīng)的飽和壓力psat,hum：

步驟s4，計(jì)算電堆溫度tstack對(duì)應(yīng)的飽和壓力psat,stack：

g0＝-0.29912729×10⁴；g1＝-0.60170128×10⁴；g2＝0.1887643854×10²；g3＝-0.28354721×10^-1；g4＝0.17838301×10^-4；g5＝-0.84150417×10^-9；g6＝0.44412543×10^-12；g7＝0.2858487×10；

步驟s5，計(jì)算進(jìn)氣相對(duì)濕度rhin：

其中，psat,hum為增濕水溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力，psat,stack為電堆溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力；

另外，psat,hum可以由下式確定：

并且psat,stack可以由下式確定：

其中，上面兩式中的gi為：

g0＝-0.29912729×10⁴；g1＝-0.60170128×10⁴；g2＝0.1887643854×10²；

g3＝-0.28354721×10^-1；g4＝0.17838301×10^-4；g5＝-0.84150417×10^-9；

g6＝0.44412543×10^-12；g7＝0.2858487×10。

步驟s6，計(jì)算氫氣壓差氫氣δp：

或者，

其中，a為放大器放大倍數(shù)，f為法拉第常數(shù)，r為氣體常數(shù)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，燃料電池系統(tǒng)可以測(cè)到氫氣進(jìn)口或出口壓力、燃料電池堆的溫度以及氫氣進(jìn)氣相對(duì)濕度，例如氫氣進(jìn)口或出口壓力可以通過(guò)在氫氣管路進(jìn)口或出口裝設(shè)氣體壓力傳感器測(cè)得，并且燃料電池堆溫度可以通過(guò)在冷卻介質(zhì)流經(jīng)電堆的進(jìn)口或出口裝設(shè)溫度傳感器測(cè)得。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)方法，通過(guò)燃料電池系統(tǒng)已有的氫氣壓力、電池堆溫度、進(jìn)氣相對(duì)濕度，從而可以根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差確定氫氣壓差，降低燃料電池系統(tǒng)的體積和成本，提高燃料電池系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

其次參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的氫氣壓差檢測(cè)裝置。

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，該氫氣壓差檢測(cè)裝置100包括：采集模塊101、第一計(jì)算模塊102、第二計(jì)算模塊103、獲取模塊104和第三計(jì)算模塊105。

其中，采集模塊101用于采集氫氣壓力、電池堆溫度和增濕溫度。第一計(jì)算模塊102用于根據(jù)增濕溫度獲取對(duì)應(yīng)于增濕溫度的第一飽和壓力，并且根據(jù)電池堆溫度獲取對(duì)應(yīng)于電池堆溫度的第二飽和壓力。第二計(jì)算模塊103用于根據(jù)第一飽和壓力和第二飽和壓力得到進(jìn)氣相對(duì)濕度。獲取模塊104用于根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差獲取輸出電壓。第三計(jì)算模塊105用于根據(jù)氫氣壓力、進(jìn)氣相對(duì)濕度、第二飽和壓力和電池堆溫度得到氫氣壓差。本發(fā)明實(shí)施例的裝置100可以根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差確定氫氣壓差，降低燃料電池系統(tǒng)的體積和成本，提高燃料電池系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一飽和壓力通過(guò)以下公式得到：

第二飽和壓力通過(guò)以下公式得到：

其中，psat,hum為第一飽和壓力，thum為增濕溫度，g為常數(shù)，psat,stack為第二飽和壓力，tstack為電池堆溫度。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)氣相對(duì)濕度通過(guò)以下公式得到：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，氫氣壓差通過(guò)以下公式得到：

或者

其中，a為放大器放大倍數(shù)，f為法拉第常數(shù)，r為氣體常數(shù)。

需要說(shuō)明的是，前述對(duì)氫氣壓差檢測(cè)方法實(shí)施例的解釋說(shuō)明也適用于該實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)裝置，此處不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氫氣壓差檢測(cè)裝置，通過(guò)燃料電池系統(tǒng)已有的氫氣壓力、電池堆溫度、進(jìn)氣相對(duì)濕度，從而可以根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差確定氫氣壓差，降低燃料電池系統(tǒng)的體積和成本，提高燃料電池系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

最后描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的氫氣壓差傳感器，其包括：第一氫氣入口、第一集電板、第二側(cè)氫氣入口、第二集電板、質(zhì)子交換膜膜電極組件和上述的氫氣壓差檢測(cè)裝置。

其中，第一集電板與第一氫氣入口相連，以獲取第一氫氣。第二集電板與第二氫氣入口相連，以獲取第二氫氣，其中，第一氫氣與第二氫氣的壓力不同。質(zhì)子交換膜膜電極組件分別與第一集電板和第二集電板相連，質(zhì)子交換膜膜電極組件用于根據(jù)第一氫氣和第二氫氣得到燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差，并通過(guò)信號(hào)放大裝置輸出。

可選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一集電板和第二集電板可以為中央開(kāi)孔的電導(dǎo)率集電薄板。即言，高壓側(cè)集電板和低壓側(cè)集電板為中央開(kāi)孔的電導(dǎo)率集電薄板，進(jìn)而氫壓差傳感器連接于燃料電池系統(tǒng)氫氣管路的進(jìn)口和出口之間，用來(lái)檢測(cè)燃料電池氫氣進(jìn)口和出口之間的壓力差。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例的氫壓差傳感器利用陰陽(yáng)極不同壓力的氫氣會(huì)在質(zhì)子交換膜燃料電池上產(chǎn)生出電勢(shì)差這一原理所確定，其由高壓側(cè)氫氣入口、高壓側(cè)集電板、質(zhì)子交換膜膜電極組件、低壓側(cè)集電板、低壓側(cè)氫氣入口、信號(hào)放大裝置等構(gòu)成，其中，兩塊集電板兼為中央開(kāi)孔的高電導(dǎo)率材料薄片，兩側(cè)氣體分別通過(guò)該孔到達(dá)膜電極，分布于膜電極兩側(cè)，從而膜電極兩側(cè)的電勢(shì)差從兩塊集電板上采集，并送到電壓放大裝置進(jìn)行信號(hào)放大。另外，高壓側(cè)為負(fù)極，低壓側(cè)為正極。

可以理解的是，采集氫氣進(jìn)口或出口壓力(pin或pout)、電堆溫度tstack、氫氣進(jìn)氣相對(duì)濕度rhin以及飽和壓力psat,stack。氫氣出口處的相對(duì)濕度一般為1。

若氫氣壓力只在出口處采集，按照如下公式計(jì)算氫氣進(jìn)出口壓差：

若氫氣壓力只在進(jìn)口處采集，按照如下公式計(jì)算氫氣進(jìn)出口壓差：

其中，δp為氫氣進(jìn)出口壓差，u為信號(hào)放大后的電壓，a為放大倍數(shù)，f為法拉第常數(shù)，r為氣體常數(shù)8.314j/(mol·k)。

本發(fā)明實(shí)施例的氫氣壓差傳感器雖然用到了價(jià)格昂貴的質(zhì)子交換膜膜電極組件，但是該膜電極的尺寸可以小到10mm級(jí)，并且需要的壓力、溫度、濕度等物理量，一般燃料電池系統(tǒng)都會(huì)采集，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

另外，在氫壓差計(jì)算公式包括了普通壓差傳感器的溫度補(bǔ)償功能，因此壓差計(jì)算更加準(zhǔn)確。

舉例而言，如圖3所示，圖3描述了實(shí)施本發(fā)明所需的燃料電池最小系統(tǒng)。其中，最小系統(tǒng)應(yīng)能提供壓差傳感器正常工作所需的物理量：氫氣進(jìn)氣壓力、電堆溫度、進(jìn)氣相對(duì)濕度等。它們分別由進(jìn)氣壓力傳感器5、冷卻水進(jìn)口溫度傳感器14以及增濕水溫度傳感器3所提供。本發(fā)明實(shí)施例的氫氣壓差傳感器6接在燃料電池堆10氫氣管路的進(jìn)口7和出口8之間。氫氣源1中的高壓氫氣經(jīng)過(guò)減壓閥2減壓和增濕器4增濕后進(jìn)入電堆，進(jìn)氣壓力由出口管路上的背壓閥9調(diào)節(jié)。冷卻水經(jīng)散熱器11、循環(huán)泵12和加熱器13后重新進(jìn)入電堆。

如圖4所示，圖4是本發(fā)明實(shí)施例的氫壓差傳感器6的結(jié)構(gòu)。電堆入口7處的氫氣與壓差傳感器高壓側(cè)入口19相連，電堆出口8處的氫氣與壓差傳感器低壓側(cè)入口15相連。18和16均為中央開(kāi)小孔的高電導(dǎo)率薄片，它們分別為壓差傳感器高壓側(cè)和低壓側(cè)的集電板。17為一尺寸很小的質(zhì)子交換膜膜電極組件。由于膜電極尺寸小，整個(gè)裝置6不單獨(dú)設(shè)氣體流道，轉(zhuǎn)由集電板18和集電板16的中央小孔提供氣體通道。質(zhì)子交換膜膜電極組件17兩側(cè)的電勢(shì)差經(jīng)一具有放大倍數(shù)a的電壓放大裝置20放大后輸出。

進(jìn)而，氫壓差的具體計(jì)算步驟可以為：

步驟s1，由增濕水溫度傳感器3采到的增濕溫度thum計(jì)算該溫度下的飽和壓力psat,hum：

步驟s2，由冷卻水進(jìn)口溫度傳感器14采到的電堆溫度tstack計(jì)算該溫度下的飽和壓力psat,stack：

步驟s3，計(jì)算進(jìn)氣相對(duì)濕度rhin：rhin＝psat,hum/psat,stack；

步驟s4，借助采到的tstack、pin、電壓u以及計(jì)算到的rhin獲得氫氣壓差δp：

進(jìn)一步地，圖5和圖6分別為不同堆溫和不同進(jìn)氣濕度時(shí)的壓差隨膜電極兩側(cè)電勢(shì)差的變化關(guān)系。線(xiàn)段為由上式得到的理論曲線(xiàn)，離散點(diǎn)為不同電勢(shì)差下的壓差實(shí)測(cè)值。該壓差由精度1‰的壓阻式壓差傳感器測(cè)得。可以看出，實(shí)測(cè)值與理論值完全吻合。通常實(shí)際燃料電池的陽(yáng)極進(jìn)出口壓差在5kpa以?xún)?nèi)，該區(qū)段內(nèi)的實(shí)測(cè)壓差與理論值也吻合。說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的傳感器可以應(yīng)用在燃料電池系統(tǒng)上。

需要說(shuō)明的是，前述對(duì)氫氣壓差檢測(cè)裝置實(shí)施例的解釋說(shuō)明也適用于該實(shí)施例的氫氣壓差傳感器，為減少冗余，此處不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氫氣壓差傳感器，通過(guò)燃料電池系統(tǒng)已有的氫氣壓力、電池堆溫度、進(jìn)氣相對(duì)濕度，從而可以根據(jù)燃料電池的陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差確定氫氣壓差，降低燃料電池系統(tǒng)的體積和成本，提高燃料電池系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。