CN112768735B - 燃料电池***尾排氢浓度的估算方法 - Google Patents

燃料电池***尾排氢浓度的估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃料电池***尾排氢浓度的估算方法，其包括以下步骤：S1：获取进入电堆的氢气瞬时摩尔流量
Figure DDA0002240880620000011
S2：采集进入电堆的空气流量，得到空气瞬时摩尔流量
Figure DDA0002240880620000012
S3：根据电流、空气过量系数比和电压计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure DDA0002240880620000013
和氧气消耗摩尔流量
Figure DDA0002240880620000014
S4：测量尾排处的环境温度和环境压力，计算得到尾排处的水蒸气摩尔分数，
Figure DDA0002240880620000015
其中，psat为水蒸气的饱和压力，patm为环境压力；S5：根据下式计算尾排氢浓度，
Figure DDA0002240880620000016

Description

燃料电池***尾排氢浓度的估算方法
技术领域
本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池***尾排氢浓度的估算方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池的工作原理是氢气和氧气发生电化学反应生成水，同时输出电能。其中，氢气作为可燃性气体，当在空气中的体积浓度处于4.0％-75.6％的区间内时，遇到火源可能发生***。因此，将燃料电池***的尾气排放出口的氢气浓度(尾排氢浓度)始终控制在***浓度之下，对于***及人员的安全十分必要。
随着燃料电池***的长时间运行，燃料电池电堆的效率降低以及潜在的氢气串漏、尾排阀或极板的密封性能下降、氢喷嘴的密封性能下降等原因，都会导致尾排氢浓度提高。因此，有必要开发一种在线估算(测量)尾排氢浓度的方法，以便在检测到尾排氢浓度超标时及时采取有效措施来保证安全性。
目前，通常通过在尾排管路安装氢气浓度传感器或者在尾排出口使用手持氢气浓度检测仪来检测尾排氢浓度。但是，排放的气体中可能存在的液态水会导致氢气浓度传感器失效，安装氢气浓度传感器会增加***的成本和复杂度。而利用手持检测仪器的方式仅适宜在实验室环境的开发过程中进行，无法满足车用环境下的实时运行时的检测需求。
例如，通用汽车环球科技运作有限责任公司在中国专利CN103107346B中公开了一种燃料电池排气***中的气体量氢传感器的液体水保护措施，通过改进氢气浓度传感器的结构设计，避免尾排液态水导致的氢气浓度传感器失效。但是该方案仍需要额外安装氢气浓度传感器并改进结构，增加了***的成本和复杂度。
再例如，丰田自动车株式会社在中国专利CN101292384B中公开了燃料电池***、阳极气体产生量估算装置及阳极气体产生量估算方法，针对燃料电池***低效率运行时的尾排氢气浓度进行了估算，并针对性的采取了降低尾排氢浓度的方法。但是，该估算方法是仅针对基于实验测量的MAP图推导泵送氢量和放出氢量，未考虑其他情况，如密封性能下降，以及非低效率运行情况。
发明内容
因此，本发明的目的是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种燃料电池***尾排氢浓度的估算方法，本发明的估算方法不需设置额外的部件，适用范围广。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种燃料电池***尾排氢浓度的估算方法，其中，所述估算方法包括以下步骤：
S1：获取进入电堆的氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000021
S2：采集进入所述电堆的空气流量，得到空气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000022
S3：根据电流、空气过量系数比和电压计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000023
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000024
S4：测量尾排处的环境温度和环境压力，计算得到尾排处的水蒸气摩尔分数xh2o；
Figure BDA0002240880600000025
其中，psat为水蒸气的饱和压力，patm为环境压力；
S5：根据下式计算尾排氢浓度xh2；
Figure BDA0002240880600000026
优选地，步骤S1包括以下步骤：
S101：采集燃料电池***的氢流量控制装置的输入端压力和输出端压力以及所述氢流量控制装置的控制器的控制信号；
S102：根据采集的输入端压力、输出端压力和控制信号，查询预先标定的氢气瞬时质量流量-输入端压力与输出端压力之比-控制信号的氢气流量MAP图，得到氢气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000031
和
S103：基于氢气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000032
计算得到氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000033
更优选地，所述控制信号可以根据氢流量控制装置的类型确定。例如，所述氢流量控制装置为氢气喷射器，控制信号为喷嘴的喷射脉宽θ。相应地，输入端压力是氢气喷射器的入口压力；输出端压力是氢气喷射器的出口压力；氢气瞬时质量流量为氢气喷射器的实时喷射质量流量。
更优选地，步骤S102还包括以下步骤：采集所述氢流量控制装置的输入端的温度信号T0，结合标定所述氢气流量MAP图时输入端的温度信号T0,map对通过查询所述氢气流量MAP图得到的氢气瞬时流量
Figure BDA0002240880600000034
进行修正，得到氢气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000035
其中，
Figure BDA0002240880600000036
进一步优选地，T0＝T0,map，则
Figure BDA0002240880600000037
更优选地，步骤S103中通过下式计算氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000038
Figure BDA0002240880600000039
其中，Mh2为氢气的摩尔质量，
Figure BDA00022408806000000310
为电堆的阳极容腔压力下降速率，V为电堆的阳极容腔体积，R为通用气体常数，T为电堆温度。
优选地，燃料电池***的尾排阀处于关闭状态，所述阳极容腔压力下降速率
Figure BDA00022408806000000311
为零。此时，
Figure BDA00022408806000000312
优选地，步骤S1中通过氢气流量计测量得到氢气瞬时质量流量
Figure BDA00022408806000000313
同样地，可以通过下式计算氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA00022408806000000314
Figure BDA00022408806000000315
其中，Mh2为氢气的摩尔质量，
Figure BDA00022408806000000316
为电堆的阳极容腔压力下降速率，V为电堆的阳极容腔体积，R为通用气体常数，T为电堆温度；
更优选地，所述阳极容腔压力下降速率
Figure BDA00022408806000000317
可以为零。
优选地，步骤S3中，当空气过量系数比大于1.4时，按照下式计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000041
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000042
Figure BDA0002240880600000043
Figure BDA0002240880600000044
其中，i为电堆电流，N为电堆的单片数；
当空气过量系数比小于等于1.4时，采集电堆电流、空气过量系数比和电堆电压，查询预先标定的氢气消耗-电堆电流-空气过量系数比-电堆电流的氢气消耗MAP图，得到实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000045
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000046
优选地，所述估算方法还包括以下步骤：
S6：根据下式对尾排氢浓度xh2进行修改，得到修正后的尾排氢浓度xfinal；
xfinal＝C·xh2
其中，C是管路设计系数。
更优选地，系数C可以通过将尾排氢浓度的实测值与估算值的比值进行平均获得。
优选地，xh2o＝0。
本发明的估算方法具有以下优势：
1.可以避免现有技术中存在的以下缺陷：利用氢浓度传感器及其改进型测量尾排氢浓度，但需增加额外部件，并需避免液态水导致的传感器失效等问题，增加成本和***复杂度。
2.本发明的估算方法能够用于泄露等情况的尾排氢浓度估算。不希望受理论限制，认为，因密封性能下降、氢空串漏等导致泄露时，氢气一般仍从尾排处排出，本发明的估算方法可以适用于该情况，适用性更广。
另外，本发明的估算方法还具有以下优势：测量时不必在燃料电池的反应膜的两侧形成周期的压力差变化，因此不会对燃料电池的寿命造成不利影响；对压力传感器和温度传感器的分辨率的依赖度较低，测量准确度高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了燃料电池***的结构示意图；
图2示出了多个测试序列下的尾排氢浓度的估算值与测量值之间的绝对误差；
其中，上述附图包括以下附图标记：
1-高压氢源，2-氢流量控制装置，3-电堆，4-尾排电磁阀，5-混合腔，6-节气门，7-空压机，8-空气流量计，9-控制器，10-尾排管路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供了一种燃料电池***尾排氢浓度的估算方法，其中，所述估算方法包括以下步骤：
S1：获取进入电堆的氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000061
S2：采集进入所述电堆的空气流量，得到空气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000062
S3：根据电流、空气过量系数比和电压计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000063
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000064
S4：测量尾排处的环境温度和环境压力，计算得到尾排处的水蒸气摩尔分数xh2o；
Figure BDA0002240880600000065
其中，psat为水蒸气的饱和压力，patm为环境压力；
S5：根据下式计算尾排氢浓度xh2；
Figure BDA0002240880600000066
图1示出了一种燃料电池***的实施方案。参照图1，燃料电池***包括氢流量控制装置2、电堆3、尾排电磁阀4、混合腔5、节气门6、空压机7、空气流量计8、控制器9和尾排管路10。
在控制器9的调节控制下，高压氢源1经由氢流量控制装置2送入电堆3中。而空气经由空压机7加压后送入电堆3中，并通过设置在空压机7上游的空气流量计8来测量进入电堆3的空气流量。反应后的氢气和空气分别在尾排电磁阀4和节气门6的控制下进入混合腔5中进行混合，然后经由尾排管路10排入大气中。
本发明的燃料电池***尾排氢浓度的估算方法包括以下步骤：
S1：获取进入电堆3的氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000071
S2：采集进入电堆3的空气流量，得到空气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000072
S3：根据电流、空气过量系数比和电压计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000073
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000074
S4：测量尾排处的环境温度和环境压力，计算得到尾排处的水蒸气摩尔分数xh2o；
Figure BDA0002240880600000075
其中，psat为水蒸气的饱和压力，patm为环境压力；
S5：根据下式计算尾排氢浓度xh2；
Figure BDA0002240880600000076
本发明中，尾排处通常是指尾排管路10处。
根据本发明的一实施例，步骤S1包括以下步骤：
S101：采集燃料电池***的氢流量控制装置2的输入端压力和输出端压力以及氢流量控制装置2的控制器9的控制信号；
S102：根据采集的输入端压力、输出端压力和控制信号，查询预先标定的氢气瞬时质量流量-输入端压力与输出端压力之比-控制信号的氢气流量MAP图，得到氢气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000077
和
S103：基于氢气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000078
计算得到氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000079
根据本发明的一实施例，控制信号可以根据氢流量控制装置2的类型确定。例如，氢流量控制装置2为氢气喷射器，则控制信号通常为喷嘴的喷射脉宽θ。相应地，输入端压力是氢气喷射器的入口压力；输出端压力是氢气喷射器的出口压力；氢气瞬时质量流量为氢气喷射器的实时喷射质量流量。
根据本发明的一实施例，输入端压力和输出端压力之比记为
Figure BDA0002240880600000081
其中，p1为输入端压力，p0为输入端压力。
根据本发明的一实施例，步骤S102还包括以下步骤：采集氢流量控制装置2的输入端的温度信号T0，结合标定氢气流量MAP图时输入端的温度信号T0,map对通过MAP图查表得到的氢气瞬时流量
Figure BDA0002240880600000082
进行修正，得到氢气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000083
其中，
Figure BDA0002240880600000084
根据本发明的一具体实施例，T0＝T0,map，
Figure BDA0002240880600000085
根据本发明的一实施例，当燃料电池***的尾排阀开启的瞬间，阳极容腔内的压力会快速下降，此时氢气流量需要考虑容腔内的损失流量，为了简化计算，假设此时的容腔为氢气，则损失流量
Figure BDA0002240880600000086
为：
Figure BDA0002240880600000087
其中，
Figure BDA0002240880600000088
为电堆的阳极容腔压力下降速率；V为电堆的阳极容腔体积；R为通用气体常数；T为电堆温度。
根据本发明的一实施例，燃料电池***的尾排阀开启期间，也可以通过上式计算损失流量。
因此，步骤S103中可以通过下式计算氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000089
Figure BDA00022408806000000810
其中，Mh2为氢气的摩尔质量，通常为2.016g/mol；
Figure BDA00022408806000000811
为电堆的阳极容腔压力下降速率；V为电堆的阳极容腔体积；R为通用气体常数；T为电堆温度。
根据本发明的一实施例，燃料电池***的尾排阀4处于关闭状态，阳极容腔压力下降速率
Figure BDA00022408806000000812
为零，此时，
Figure BDA00022408806000000813
根据本发明的一实施例，步骤S1中通过氢气流量计测量得到氢气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000091
这种情况下，可以通过下式计算氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000092
Figure BDA0002240880600000093
其中，Mh2为氢气的摩尔质量，
Figure BDA0002240880600000094
为电堆的阳极容腔压力下降速率，V为电堆的阳极容腔体积，R为通用气体常数，T为电堆温度。
类似地，阳极容腔压力下降速率
Figure BDA0002240880600000095
也可以为零。此时，
Figure BDA0002240880600000096
根据本发明的一实施例，步骤S2中，利用空气流量计8采集进入***的空气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000097
并利用下式将其转化为空气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000098
Figure BDA0002240880600000099
其中，Mair为空气的摩尔质量，通常为28.966g/mol。
根据本发明的一实施例，考虑到部分空气流可能未进入混合腔5，而是直接排放到大气中，步骤S2中的空气瞬时摩尔流量
Figure BDA00022408806000000910
是指有效的摩尔流量，应去除排放到大气中的这部分。
根据本发明的一实施例，步骤S3中，当空气过量系数比大于1.4时，按照下式计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA00022408806000000911
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA00022408806000000912
Figure BDA00022408806000000913
Figure BDA00022408806000000914
其中，i为电堆电流，N为电堆的单片数。
当空气过量系数比小于等于1.4时，电堆低效率运行，会有部分氢气以氢离子的方式运输到阴极与电子再次合成氢气，此时氢气消耗量将低于基于电流计算的氢气消耗量。这种情况下，采集电堆电流、空气过量系数比和电堆电压，查询预先标定的氢气消耗-电堆电流-空气过量系数比-电堆电流的氢气消耗MAP图，得到实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000101
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000102
其中，氢气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000103
可以通过查询氢气消耗MAP图得到，而氧气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000104
通过反应2H2+O2→2H2O计算得到。
根据本发明的一实施例，考虑到高温高湿的废气流经尾排时，会经历水蒸气降温冷凝的过程，因此通常尾排出口处混合气体的相对湿度为100％。由此，本发明的估算方法中，根据环境温度、压力计算尾排处的水蒸气摩尔分数xh2o。
根据本发明的一实施例，尾排氢浓度还可能受到尾排混合腔及尾排管路的影响。本发明的估算方法还包括以下步骤：
S6：根据下式对尾排氢浓度xh2进行修改，得到修正后的尾排氢浓度xfinal；
xfinal＝C·xh2
其中，C是管路设计系数。
根据本发明的一实施例，系数C可以通过将尾排氢浓度的实测值与估算值的比值进行平均获得。在一具体实施例中，系数C为1。
根据本发明的一实施例，因为水蒸气在尾排混合气中的占比很小，可以忽略水蒸气的影响，xh2o＝0。
实例1
采用国标GB/T 37154-2018中描述的实验设备、仪器来实施本发明的估算方法，同时按照GB/T 37154-2018中描述的方法来测量尾排氢浓度，将结果进行比较，以测量值为基准，计算两者之间的绝对误差。
其中，估算方法如下：
S1：通过以下步骤来获取进入电堆3的氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000105
S101：采集燃料电池***的氢流量控制装置2的输入端压力和输出端压力以及氢流量控制装置2的控制器9的控制信号。
S102：根据采集的输入端压力、输出端压力和控制信号，查询预先标定的氢气瞬时质量流量-输入端压力与输出端压力之比-控制信号的氢气流量MAP图，得到氢气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000111
其中，输入端压力与输出端压力之比记为
Figure BDA0002240880600000112
其中，p1为输入端压力，p0为输入端压力。
为了简化操作，控制氢流量控制装置2的输入端的温度信号T0恒定，并等于标定氢气流量MAP图时输入端的温度T0,map，此时
Figure BDA0002240880600000113
S103：基于氢气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000114
计算得到氢气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000115
Figure BDA0002240880600000116
其中，Mh2为氢气的摩尔质量，通常为2.016g/mol；
Figure BDA0002240880600000117
为电堆的阳极容腔压力下降速率；V为电堆的阳极容腔体积；R为通用气体常数；T为电堆温度。
S2：利用空气流量计8采集进入电堆3的空气瞬时质量流量
Figure BDA0002240880600000118
得到空气瞬时摩尔流量
Figure BDA0002240880600000119
其中，
Figure BDA00022408806000001110
其中，Mair为空气的摩尔质量，通常为28.966g/mol。
S3：根据电流、空气过量系数比和电压计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA00022408806000001111
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA00022408806000001112
当空气过量系数比大于1.4时，按照下式计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA00022408806000001113
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA00022408806000001114
Figure BDA00022408806000001115
Figure BDA00022408806000001116
其中，i为电堆电流，N为电堆的单片数。
当空气过量系数比小于等于1.4时，采集电堆电流、空气过量系数比和电堆电压，查询预先标定的氢气消耗-电堆电流-空气过量系数比-电堆电流的氢气消耗MAP图，得到实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000121
和氧气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000122
其中，氧气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000123
为氢气消耗摩尔流量
Figure BDA0002240880600000124
的1/2。
S4：测量尾排处的环境温度和环境压力，计算得到尾排处的水蒸气摩尔分数xh2o；
Figure BDA0002240880600000125
其中，psat为水蒸气的饱和压力，patm为环境压力。
S5：参数C记为1，根据下式计算尾排氢浓度xh2；
Figure BDA0002240880600000126
图2显示了不同功率点测试序列下的尾排氢浓度的绝对误差。如图2所示，在不同功率点测试序列下，估算绝对误差小于0.5％，本发明的估算方法准确、可靠。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池***尾排氢浓度的估算方法，其中，所述估算方法包括以下步骤：
S1：获取进入电堆的氢气瞬时摩尔流量
Figure FDA0003301542020000011
S2：采集进入所述电堆的空气流量，得到空气瞬时摩尔流量
Figure FDA0003301542020000012
S3：根据电流、空气过量系数比和电压计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure FDA0003301542020000013
和氧气消耗摩尔流量
Figure FDA0003301542020000014
S4：测量尾排处的环境温度和环境压力，计算得到尾排处的水蒸气摩尔分数xh2o；
Figure FDA0003301542020000015
其中，psat为水蒸气的饱和压力，patm为环境压力；
S5：根据下式计算尾排氢浓度xh2；
Figure FDA0003301542020000016
2.根据权利要求1所述的估算方法，其中，步骤S1包括以下步骤：
S101：采集燃料电池***的氢流量控制装置的输入端压力和输出端压力以及所述氢流量控制装置的控制器的控制信号；
S102：根据采集的输入端压力、输出端压力和控制信号，查询预先标定的氢气瞬时质量流量-输入端压力与输出端压力之比-控制信号的氢气流量MAP图，得到氢气瞬时质量流量
Figure FDA0003301542020000021
和
S103：基于氢气瞬时质量流量
Figure FDA0003301542020000022
计算得到氢气瞬时摩尔流量
Figure FDA0003301542020000023
3.根据权利要求2所述的估算方法，其中，所述氢流量控制装置为氢气喷射器，控制信号为喷嘴的喷射脉宽θ。
4.根据权利要求2或3所述的估算方法，其中，步骤S102还包括以下步骤：采集所述氢流量控制装置的输入端的温度信号T0，结合标定所述氢气流量MAP图时输入端的温度信号T0,map对通过查询所述氢气流量MAP图得到的氢气瞬时流量
Figure FDA0003301542020000024
进行修正，得到氢气瞬时质量流量
Figure FDA0003301542020000025
其中，
Figure FDA0003301542020000026
Figure FDA0003301542020000027
5.根据权利要求4所述的估算方法，其中，步骤S103中通过下式计算氢气瞬时摩尔流量
Figure FDA0003301542020000028
Figure FDA0003301542020000029
其中，Mh2为氢气的摩尔质量，
Figure FDA00033015420200000210
为电堆的阳极容腔压力下降速率，V为电堆的阳极容腔体积，R为通用气体常数，T为电堆温度。
6.根据权利要求1所述的估算方法，其中，步骤S1中通过氢气流量计测量得到氢气瞬时质量流量
Figure FDA00033015420200000211
其中，通过下式计算氢气瞬时摩尔流量
Figure FDA0003301542020000031
Figure FDA0003301542020000032
其中，Mh2为氢气的摩尔质量，
Figure FDA0003301542020000033
为电堆的阳极容腔压力下降速率，V为电堆的阳极容腔体积，R为通用气体常数，T为电堆温度。
7.根据权利要求6中所述的估算方法，其中，步骤S3中，当空气过量系数比大于1.4时，按照下式计算实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure FDA0003301542020000034
和氧气消耗摩尔流量
Figure FDA0003301542020000035
Figure FDA0003301542020000036
Figure FDA0003301542020000037
其中，i为电堆电流，N为电堆的单片数；
当空气过量系数比小于等于1.4时，采集电堆电流、空气过量系数比和电堆电压，查询预先标定的氢气消耗-电堆电流-空气过量系数比-电堆电流的氢气消耗MAP图，得到实时消耗的氢气消耗摩尔流量
Figure FDA0003301542020000038
和氧气消耗摩尔流量
Figure FDA0003301542020000039
8.根据权利要求7所述的估算方法，其中，所述估算方法还包括以下步骤：
S6：根据下式对尾排氢浓度xh2进行修改，得到修正后的尾排氢浓度xfinal；
xfinal＝C·xh2
其中，C是管路设计系数，通过将尾排氢浓度的实测值与估算值的比值进行平均获得。
9.根据权利要求8所述的估算方法，其中，xh2o＝0。
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