本發(fā)明涉及燃料電池，具體而言，涉及一種燃料電池引射器測試系統(tǒng)及測試方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)η鍧嵞茉葱枨蟮娜找嬖鲩L，氫燃料電池作為一項關(guān)鍵技術(shù)，因其高效率、低排放的特性，在交通運輸、便攜式能源、固定電站等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。氫燃料電池通過氫氣與氧氣的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力，這一過程在電堆內(nèi)部進行，其中氫氣的供應(yīng)與利用效率直接關(guān)系到電池的功率輸出與經(jīng)濟性。

2、在氫燃料電池系統(tǒng)中，氫氣的循環(huán)管理是確保電池穩(wěn)定運行和提高氫氣利用效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。氫氣循環(huán)可以采用引射器或氫氣循環(huán)泵，或者兩者并聯(lián)的方式實現(xiàn)。引射器利用高速流體的動壓來吸出電堆中的殘余氣體，而氫氣循環(huán)泵則通過機械驅(qū)動直接將氣體泵回電堆。無論是哪種方式，循環(huán)回路中的氫氣都會與氮氣、水蒸氣等雜質(zhì)混合，形成多組分循環(huán)流體。

3、循環(huán)流體的精確測量對于評估燃料電池系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。特別是氫氣回流比，即循環(huán)回路中氫氣流量與一次流路中純氫氣流量的比例，是衡量氫氣循環(huán)裝置效率的重要指標。然而，傳統(tǒng)流量計如壓差式流量計在測量多組分氣體時存在局限性，因為它們通常只能測量混合氣體的總質(zhì)量流量或體積流量，而無法區(qū)分各組分的具體流量。在氫燃料電池系統(tǒng)的真實工況下，循環(huán)流體的組成和流量是動態(tài)變化的，因此傳統(tǒng)流量計的測量結(jié)果可能無法真實反映系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種燃料電池引射器測試系統(tǒng)及測試方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的無法測量混合氣體中各組分的具體流量所帶來的氫氣路回流性能測試不準確的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種燃料電池引射器測試系統(tǒng)，包括：

3、引射器本體，還包括氫氣輸送管路，氫氣輸送管路的出口端與引射器本體的第一入口端連通，還包括電堆，電堆的入口用于與引射器本體的總出口端連通，以進行電化學(xué)反應(yīng)，得到反應(yīng)物質(zhì)，燃料電池引射器測試系統(tǒng)還包括：

4、第一流量計，設(shè)置在氫氣輸送管路上，以檢測進入至引射器本體中的純氫氣流量；

5、氫氣循環(huán)流路，氫氣循環(huán)流路的入口與電堆的出口連通，氫氣循環(huán)流路的出口與引射器本體的第二入口端連通，氫氣循環(huán)流路上設(shè)置有第一渦街流量計，以實時測量反應(yīng)物質(zhì)中的第一混合氣體的混合氣體總流量；

6、第一溫度傳感器，設(shè)置在氫氣循環(huán)流路上，以測量第一混合氣體的第一實時溫度；

7、第一壓力傳感器，設(shè)置在氫氣循環(huán)流路上，以測量第一混合氣體的第一實時壓力；

8、第一濕度傳感器，設(shè)置在氫氣循環(huán)流路上，以測量第一混合氣體的第一實時濕度；

9、第一氫氣濃度探測器，設(shè)置在氫氣循環(huán)流路上，以測量第一混合氣體中的氫氣的第一實時濃度，以根據(jù)純氫氣流量、混合氣體總流量、第一實時溫度、第一實時壓力、第一實時濕度與第一實時濃度得到引射器本體的回流比。

10、進一步地，燃料電池引射器測試系統(tǒng)還包括：

11、第一穩(wěn)流部件，設(shè)置在電堆的出口與第一渦街流量計之間，以使得第一混合氣體的狀態(tài)流處于層流狀態(tài)；

12、第二穩(wěn)流部件，設(shè)置在第一渦街流量計與第一溫度傳感器之間，以使得經(jīng)第一渦街流量計測量之后的混合氣體的狀態(tài)流處于層流狀態(tài)。

13、進一步地，燃料電池引射器測試系統(tǒng)還包括：

14、氣水分離器，設(shè)置在氫氣循環(huán)流路上，位于電堆的出口與第一穩(wěn)流部件之間，以將反應(yīng)物質(zhì)中的第一混合氣體和液體進行分離，以將分離之后的第一混合氣體輸送至第一穩(wěn)流部件中。

15、進一步地，第一穩(wěn)流部件和第二穩(wěn)流部件為管狀結(jié)構(gòu)；

16、其中，第一穩(wěn)流部件和第二穩(wěn)流部件的管長為第一渦街流量計的進口口徑或者出口口徑的5倍至8倍。

17、進一步地，燃料電池引射器測試系統(tǒng)還包括：

18、第一輸送管路，第一輸送管路的進口端與引射器本體的總出口端連通，第一輸送管路的出口端與電堆的入口端連通，以將自引射器本體輸出的純氫氣輸送至電堆中，以進行電化學(xué)反應(yīng)；

19、第二渦街流量計，設(shè)置在第一輸送管路上，以檢測自引射器本體輸送至電堆的實時流量。

20、進一步地，燃料電池引射器測試系統(tǒng)還包括：

21、第三穩(wěn)流部件，設(shè)置在引射器本體的總出口端與第二渦街流量計之間，以使得第二渦街流量計所測量的第二混合氣體的狀態(tài)處于層流狀態(tài)，第二混合氣體為自引射器本體總出口端輸出的混合氣體；

22、第四穩(wěn)流部件，設(shè)置在第二渦街流量計與電堆之間，以使得經(jīng)第二渦街流量計測量之后并進入至電堆中的第二混合氣體的狀態(tài)流處于層流狀態(tài)。

23、進一步地，燃料電池引射器測試系統(tǒng)還包括：

24、第二溫度傳感器，設(shè)置在第一輸送管路上，以測量第二混合氣體的第二實時溫度；和/或，

25、第二壓力傳感器，設(shè)置在第一輸送管路上，以測量第二混合氣體的第二實時壓力；和/或，

26、第二濕度傳感器，設(shè)置在第一輸送管路上，以測量第二混合氣體的第二實時濕度；和/或，

27、第二氫氣濃度探測器，設(shè)置在第一輸送管路上，以測量第二混合氣體中的氫氣的第二實時濃度。

28、根據(jù)本發(fā)明的另一當面，還提供了一種燃料電池引射器測試方法，測試方法應(yīng)用于燃料電池引射器測試系統(tǒng)，燃料電池引射器測試系統(tǒng)包括引射器本體，還包括氫氣輸送管路，氫氣輸送管路的出口端與引射器本體的第一入口端連通，還包括電堆，電堆的入口用于與引射器本體的總出口端連通，以進行電化學(xué)反應(yīng)，得到反應(yīng)物質(zhì)，測試方法包括：

29、獲取進入至引射器本體中的純氫氣流量、反應(yīng)物質(zhì)中的第一混合氣體的混合氣體總流量、混合氣體的第一實時溫度、混合氣體的第一實時壓力、混合氣體的第一實時濕度、以及混合氣體中的氫氣的第一實時濃度；

30、根據(jù)純氫氣流量、混合氣體總流量、第一實時溫度、第一實時壓力、第一實時濕度與第一實時濃度得到引射器本體的回流比。

31、進一步地，根據(jù)純氫氣流量、混合氣體總流量、第一實時溫度、第一實時壓力、第一實時濕度與第一實時濃度得到引射器本體的回流比的步驟包括：

32、根據(jù)第一實時濃度計算得到混合氣體中氫氣的氫氣組分，并根據(jù)第一實時濕度，計算得到混合氣體中水蒸氣的水蒸氣組分；

33、根據(jù)氫氣組分與水蒸氣組分，得到混合氣體中氮氣的氮氣組分；

34、根據(jù)混合氣體總流量與氮氣組分，得到混合氣體中氫氣的氫氣流量；

35、根據(jù)氫氣流量與純氫氣流量，得到回流比。

36、進一步地，根據(jù)第一實時濃度，計算得到第一混合氣體中氫氣的氫氣組分的公式為：

37、

38、式中：hp代表氫氣組分；

39、cc代表第一實時濃度，單位為(ppm)。

40、進一步地，根據(jù)第一實時濕度，計算得到第一混合氣體中水蒸氣的水蒸氣組分的計算公式為：

41、

42、式中：wp代表水蒸氣組分；

43、hc代表第一實時濕度；

44、ps(tc)代表混合氣體在溫度為tc時的飽和蒸氣壓；

45、pc代表第一實時壓力，單位為(kpa)。

46、進一步地，根據(jù)氫氣組分與水蒸氣組分，得到第一混合氣體中氮氣的氮氣組分的計算公式為：

47、np＝(1-hp-wp)*100％；

48、式中：np代表氮氣組分；

49、hp代表氫氣組分；

50、wp代表水蒸氣組分。

51、進一步地，根據(jù)混合氣體總流量與氮氣組分，得到第一混合氣體中氫氣的氫氣流量的計算公式為：

52、qh＝qc*hp；

53、式中：qh代表氫氣流量；

54、qc代表混合氣體總流量；

55、hp代表氫氣組分。

56、進一步地，根據(jù)氫氣流量與純氫氣流量，得到回流比的計算公式為：

57、

58、式中：ω代表回流比；

59、qh代表氫氣流量；

60、qf代表純氫氣流量；

61、qc代表混合氣體總流量；

62、hp代表氫氣組分。

63、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過集成這些傳感器，能夠?qū)崟r獲取混合氣體的全面性能參數(shù)，為計算回流比提供了更加準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)整體的測試精度和可靠性，而現(xiàn)有技術(shù)中，往往只關(guān)注流量的測量，而忽略了混合氣體的溫度、壓力、濕度和氫氣濃度等關(guān)鍵參數(shù)。

64、傳統(tǒng)方法在計算回流比時，通常依賴于預(yù)設(shè)的氣體組分或模擬工況，而本技術(shù)可以直接測量混合氣體中的氫氣濃度、溫度、壓力和濕度，結(jié)合第一渦街流量計測量的總體積流量，可以更加準確地計算出真實工況下的氫氣回流比。

65、通過實時監(jiān)測混合氣體的溫度、壓力、濕度和氫氣濃度，測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對燃料電池系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，根據(jù)檢測到的參數(shù)變化動態(tài)調(diào)節(jié)氫氣噴射器的噴射量和引射器本體1的工作狀態(tài)，確保系統(tǒng)始終運行在最優(yōu)工況下，提高氫氣的利用效率和電池效率。

66、各個傳感器的實時數(shù)據(jù)可以用于早期檢測系統(tǒng)中的異常情況，例如溫度或壓力異常上升可能指示電堆內(nèi)部的熱失控或氣體泄漏，濕度的突然變化可能意味著氣水分離器效率下降。早期診斷有助于及時采取措施，防止故障擴大，保障系統(tǒng)的安全運行。