一种燃料电池系统及燃烧系数的计算和燃烧程度的判断方法与流程
本发明涉及燃料电池系统技术领域，具体涉及燃料电池系统及燃烧系数的计算和燃烧程度的判断方法。
背景技术：
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。
燃料电池涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。
总的来说，燃料电池具有以下特点：能量转化效率高；它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45％～60％，而火力发电和核电的效率大约在30％～40％。安装地点灵活；燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。负荷响应快，运行质量高；燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。
由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。同时还有以下一些特点：不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率；不管装置规模大小均能保持高发电效率；具有很强的过负载能力；通过与燃料供给装置组合的可以适用的燃料广泛；发电出力由电池堆的出力和组数决定，机组的容量的自由度大；电池本体的负荷响应性好，用于电网调峰优于其他发电方式；用天然气和煤气等为燃料时，nox及sox等排出量少，环境相容性优。如此由燃料电池构成的发电系统对电力工业具有极大的吸引力。燃料电池的优势，科技手段中，尚没有一项能源生成技术能如燃料电池一样将诸多优点集合于一身。在现有技术中，燃料电池的燃烧程度不易监控，容易出现燃料利用率不高的情况。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供燃料电池系统及燃烧系数的计算和燃烧程度的判断方法，解决了现有技术中燃料电池燃烧不易控制、物料利用率不高的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种燃料电池系统，包括：
燃烧室，接收送风装置输送的反应气体，所述反应气体用于向所述燃烧室内的燃烧提供能量；
检测单元，包括燃料压力传感器、空气流量传感器、进气压力传感器、进气温度传感器和氧传感器；其中，
所述燃料压力传感器用于检测所述燃烧室内的压力；所述空气流量传感器用于检测所述送风装置输送的反应气体的流速；所述进气压力传感器用于检测所述反应气体的压力；所述进气温度传感器用于检测所述反应气体的温度；所述氧传感器用于检测尾气排放装置排放的尾气中的氧含量；
第一计算单元，根据所述空气流量传感器检测到的所述反应气体的流速与计时单元提供的与所述反应气体的流速对应的计时数据，计算得到所述反应气体的总量；且所述第一计算单元能根据所述反应气体的总量计算得到喷射阀需向所述燃烧室内喷射的第一液体总量和喷射阀所需的第一喷射时间；
第二计算单元，根据所述氧传感器检测到的尾气中的氧含量，计算得到反应气体和液体的比例，进一步得到喷射阀需向所述燃烧室内喷射的第二液体总量和喷射阀所需的第二喷射时间；
判定单元，根据燃烧过程中的燃烧系数是否处于燃烧控制系数的范围内，判定燃烧是否完全。
在一个实施例中，还包括：
第三计算单元，根据所述检测单元测得的数据计算所述燃烧室内完全燃烧时的理想数据，所述理想数据记为燃烧控制系数。
在一个实施例中，所述液体为甲醇水燃料。
在一个实施例中，所述燃烧系数为
其中，a为空气进口修正系数，υ为空气进口流速，θ为空气进口截面积，β为氧气修正系数，c为排气修正系数，e为氧传感器数据，m为甲醇注入量。
在一个实施例中，所述空气进口修正系数a：所述燃料电池系统根据当地的气压、海拔高度进行自动修改空气进口修正系数a；
所述空气进口流速υ：所述燃料电池系统根据所述空气流量传感器测得的数据得到空气进口流速υ的数据；
所述空气进口截面积θ：所述进气口截面积θ为一固定数值；
所述氧气修正系数β：所述燃料电池系统根据所述进气压力传感器采集的数据自动修改所述氧气修正系数β；
所述排气修正系数c：所述燃料电池系统根据所述氧传感器采集的数据自动修改所述燃料电池排气修正系数c；
所述氧传感器数据e：通过所述氧传感器检测尾气中的氧含量值得到氧传感器e的数据；
所述甲醇注入量m：根据第一喷射时间或第二喷射时间控制喷射阀打开用于改变所述甲醇注入量m。
在一个实施例中，所述空气进口流速υ的单位为m/s；
所述空气进口截面积θ的单位为m2；
所述甲醇注入量m的单位为kg。
在一个实施例中，当
当
所述燃料电池系统还包括：
提示单元，当所述燃烧系数小于1.5时，向用户提示燃烧不充分。
在一个实施例中，所述检测单元向所述第三计算单元传输数据的方法包括：
第三计算单元将可用带宽划分为n个子带宽，为5个发射端分配各自独占的mk个子带宽，k∈[1,5],k为正整数；5个发射端分别对各自待传输的数据进行快速傅里叶反变换处理，其中第k个发射端对数据进行长度为mk×k点的快速傅里叶反变换处理，采用的样本采样速率是mk×fs；5个发射端分别对快速傅里叶反变换处理后的数据进行调制，其中第k个发射端将数据调制到mk个子带宽上；5个发射端分别在各自独占的mk个子带宽上发射数据；
第三计算单元在n个子带宽的范围内同时接收5个发射端发送来的数据，进行n×k点的快速傅立叶变换处理，采用的样本采样速率是n×fs；其中，fs表示一个子带宽对应的快速傅里叶反变换/快速傅立叶变换的输入样本采样速率；
所述第三计算单元生成一个控制指令，其中包括用于指示被分配的5个子带宽的位图bitmap；发送所述控制指令；
各发射端通过接收控制指令，解析其中用于指示被分配的子带宽的位图bitmap,得到被分配的mk个子带宽；
所述第三计算单元为每个发射端设置用于指示子带宽分配的bit组，其中的每个bit分别对应一个子带宽；根据子带宽分配的结果，将被分配的mk个子带宽所对应的m个bit设置为第一值；通过一个控制指令发送所述bit组至对应的发射端；
所述5个发射端用于接收控制指令，且获得用于指示子带宽分配的bit组，其中的每个bit分别对应一个子带宽；根据所述bit组中被设置为第一值的mk个bit得知所对应的m个子带宽被分配；
所述第k个发射端将数据调制到所述mk个子带宽上，在各子带宽上独立传输；或者，将数据调制到所述mk个子带宽组合的带宽上，在所述组合的带宽上传输；其中，所述mk个子带宽是连续的子带宽。
在一个实施例中，所述第三计算单元包括，
分配单元，用于将可用带宽划分为n个子带宽，为5个发射端分配各自独占的mk个子带宽，k∈[1,5],
接收单元，用于在n个子带宽的范围内同时接收5个发射端发送来的数据；
处理单元，用于对接收到的数据进行n×k点的快速傅立叶变换处理，采用的样本采样速率是n×fs，得到各发射端发送来的数据；其中，fs表示一个子带宽对应的快速傅立叶变换的输入样本采样速率；
所述5个发射端包括燃料压力传感器、空气流量传感器、进气压力传感器、进气温度传感器和氧传感器。
在一个实施例中，所述检测单元还包括身份认证模块，用于所述第三计算单元验证所述检测单元的身份信息；
所述身份认证模块包括随机数生成模块和密码库，所述随机数生成模块用于生成随机数，所述密码库储存有多组密钥；所述密钥与从所述随机数生成模块中生成的随机数的结合得到访问密码；
所述身份认证模块根据所述访问密码对所述第三计算单元进行访问许可认证，所述访问许可认证包括：所述第三计算单元接收所述访问密码，将所述访问密码与所述随机数生成模块中随机数相对应的预存信息进行匹配，若匹配成功，则向所述检测单元发送所述第三计算单元对所述访问密码认证成功的通知；所述检测单元接收到所述通知后，将待传输数据发送至所述第三计算单元；若匹配失败，所述检测单元无法向所述第三计算单元传输数据。
本发明的有益效果是：
1、通过多种传感器得到数据，通过计算公式使得燃烧程度可具化，使得使用人员可知是否完全燃烧，在没有完全燃烧的情况下进行告知提醒，在告知提醒后可通入空气继续燃烧使燃料充分利用，提高了物料的利用率，降低了燃料不完全燃烧的发生率；
2、通过公式
3、通过燃烧系数的数值进行判断，其中
4、检测单元中5个发射端均能同时向第三计算单元发送数据，且发送数据之前，第三计算单元需对检测单元进行身份认证，认证成功后，检测单元才能将数据发送至第三计算单元，能有效保护检测单元待发送数据。
附图说明
图1为燃烧系数的计算方法的连接框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种燃料电池系统，包括：
燃烧室，接收送风装置输送的反应气体，反应气体用于向燃烧室内的燃烧提供能量；
检测单元，包括燃料压力传感器、空气流量传感器、进气压力传感器、进气温度传感器和氧传感器；其中，
燃料压力传感器用于检测燃烧室内的压力；空气流量传感器用于检测送风装置输送的反应气体的流速；进气压力传感器用于检测反应气体的压力；进气温度传感器用于检测反应气体的温度；氧传感器用于检测尾气排放装置排放的尾气中的氧含量；
第一计算单元，根据空气流量传感器检测到的反应气体的流速与计时单元提供的与反应气体的流速对应的计时数据，计算得到反应气体的总量；且第一计算单元能根据反应气体的总量计算得到喷射阀需向燃烧室内喷射的第一液体总量和喷射阀所需的第一喷射时间；
第二计算单元，根据氧传感器检测到的尾气中的氧含量，计算得到反应气体和液体的比例，进一步得到喷射阀需向燃烧室内喷射的第二液体总量和喷射阀所需的第二喷射时间；
判定单元，根据燃烧过程中的燃烧系数是否处于燃烧控制系数的范围内，判定燃烧是否完全。
在本实施例中还包括：
第三计算单元，根据检测单元测得的数据计算燃烧室内完全燃烧时的理想数据，理想数据记为燃烧控制系数。
在本实施例中，液体为甲醇水燃料。
在本实施例中，燃烧系数为；
其中，a为空气进口修正系数，为空气进口流速，为空气进口截面积，为氧气修正系数，为排气修正系数，为氧传感器数据，为甲醇注入量。
在本实施例中，空气进口修正系数a：燃料电池系统根据当地的气压、海拔高度进行自动修改空气进口修正系数a；
空气进口流速：燃料电池系统根据空气流量传感器测得的数据得到空气进口流速的数据；
空气进口截面积：进气口截面积为一固定数值；
氧气修正系数：燃料电池系统根据进气压力传感器采集的数据自动修改氧气修正系数；
排气修正系数：燃料电池系统根据氧传感器采集的数据自动修改燃料电池排气修正系数；
氧传感器数据：通过氧传感器检测尾气中的氧含量值得到氧传感器的数据；
甲醇注入量：根据第一喷射时间或第二喷射时间控制喷射阀打开用于改变甲醇注入量；
在本实施例中，空气进口流速的单位为m/s；
空气进口截面积的单位为m2；
甲醇注入量的单位为kg。
在本实施例中，当时，燃烧不充分；
当时，燃烧充分；
燃料电池系统还包括：
提示单元，当燃烧系数小于1.5时，向用户提示燃烧不充分。
在本实施例中，检测单元向第三计算单元传输数据的方法包括：
第三计算单元将可用带宽划分为n个子带宽，为5个发射端分配各自独占的mk个子带宽，k∈[1,5],k为正整数；5个发射端分别对各自待传输的数据进行快速傅里叶反变换处理，其中第k个发射端对数据进行长度为mk×k点的快速傅里叶反变换处理，采用的样本采样速率是mk×fs；5个发射端分别对快速傅里叶反变换处理后的数据进行调制，其中第k个发射端将数据调制到mk个子带宽上；5个发射端分别在各自独占的mk个子带宽上发射数据；
第三计算单元在n个子带宽的范围内同时接收5个发射端发送来的数据，进行n×k点的快速傅立叶变换处理，采用的样本采样速率是n×fs；其中，fs表示一个子带宽对应的快速傅里叶反变换/快速傅立叶变换的输入样本采样速率；
第三计算单元生成一个控制指令，其中包括用于指示被分配的5个子带宽的位图bitmap；发送控制指令；
各发射端通过接收控制指令，解析其中用于指示被分配的子带宽的位图bitmap,得到被分配的mk个子带宽；
第三计算单元为每个发射端设置用于指示子带宽分配的bit组，其中的每个bit分别对应一个子带宽；根据子带宽分配的结果，将被分配的mk个子带宽所对应的m个bit设置为第一值；通过一个控制指令发送bit组至对应的发射端；
5个发射端用于接收控制指令，且获得用于指示子带宽分配的bit组，其中的每个bit分别对应一个子带宽；根据bit组中被设置为第一值的mk个bit得知所对应的m个子带宽被分配；
第k个发射端将数据调制到mk个子带宽上，在各子带宽上独立传输；或者，将数据调制到mk个子带宽组合的带宽上，在组合的带宽上传输；其中，mk个子带宽是连续的子带宽。
在本实施例中，第三计算单元包括，
分配单元，用于将可用带宽划分为n个子带宽，为5个发射端分配各自独占的mk个子带宽，k∈[1,5],
接收单元，用于在n个子带宽的范围内同时接收5个发射端发送来的数据；
处理单元，用于对接收到的数据进行n×k点的快速傅立叶变换处理，采用的样本采样速率是n×fs，得到各发射端发送来的数据；其中，fs表示一个子带宽对应的快速傅立叶变换的输入样本采样速率；
5个发射端包括燃料压力传感器、空气流量传感器、进气压力传感器、进气温度传感器和氧传感器。
在本实施例中，检测单元还包括身份认证模块，用于第三计算单元验证检测单元的身份信息；
身份认证模块包括随机数生成模块和密码库，随机数生成模块用于生成随机数，密码库储存有多组密钥；密钥与从随机数生成模块中生成的随机数的结合得到访问密码；
身份认证模块根据访问密码对第三计算单元进行访问许可认证，访问许可认证包括：第三计算单元接收访问密码，将访问密码与随机数生成模块中随机数相对应的预存信息进行匹配，若匹配成功，则向检测单元发送第三计算单元对访问密码认证成功的通知；检测单元接收到通知后，将待传输数据发送至第三计算单元；若匹配失败，检测单元无法向第三计算单元传输数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
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