CN109888336B - 燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。燃料电池水含量的控制方法包括：实时获取燃料电池的水含量；判断燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当燃料电池的水含量不处于正常水含量范围时，调整用吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、阳极循环泵的转速以及阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据喷射控制信号的喷射占空比控制喷射电磁阀的开启时间，为燃料电池的反应电堆提供氢气。本发明中，通过对尾排阀、阳极循环泵和喷射电磁阀的协同控制，维持良好的增湿状态，同时避免质子交换膜两侧的压差波动。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。
背景技术
质子交换膜氢燃料电池是一种清洁、高效的能源转化装置，其特点使其逐渐应用于交通运输领域。对于质子交换膜燃料电池来说，只有在膜充分润湿的状态下才能实现质子的有效传导，当膜处在缺水的状态时，质子交换膜的电导率将出现显著下降，因此质子交换膜燃料电池的阳极需要增湿。同时，燃料电池内部水含量过高，可能导致液态水在内部积累，产生水淹现象。因此湿度控制对于燃料电池系统的效率和性能来说至关重要。
增湿方法分为外部增湿和自增湿两种。对于外部增湿，常用的增湿器有鼓泡式、喷射式、膜式、热焓轮、喷雾式等。而利用阳极再循环可实现燃料电池堆的自增湿，取消阳极的外部增湿器。但目前成熟的燃料电池系统在运行过程中，需要间歇性开启阳极侧氢气尾排阀，以改善阳极侧排水，提高系统性能以及耐久性。在稳定工况下，阴极侧空气压力维持不变，阳极侧氢气尾排阀动作将会造成质子交换膜两侧压差波动，可能对其造成机械损伤。当阳极湿度发生变化时，需要控制阳极侧尾排阀的开启时间来调节水含量，从而造成质子交换膜两侧压差频繁波动，因此在湿度控制的过程中需要解决上述质子交换膜两侧压差波动的问题。
发明内容
针对需要在调节燃料电池水含量的过程中同时实现质子交换膜两侧压差波动最小的问题，本发明提供了一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。
本发明实施例提供了一种燃料电池水含量的控制方法，包括：
实时获取所述燃料电池的水含量；
判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；
当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；
根据所述调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；
根据所述喷射控制信号的喷射占空比控制所述喷射电磁阀的开启时间，为所述燃料电池的反应电堆提供氢气。
在其中一个实施例中，当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的所述吹扫控制信号的频率和占空比以及所述阳极循环泵的转速，包括：
当所述燃料电池的水含量低于所述正常水含量范围时，减小所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及确定所述阳极循环泵的最佳转速，并将所述阳极循环泵的转速调整至最佳转速；
当所述燃料电池的水含量高于所述正常水含量范围时，增大所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及增大所述阳极循环泵的转速。
在其中一个实施例中，所述确定所述阳极循环泵的最佳转速，包括：
以预设的幅度增大所述阳极循环泵的转速；
获取增大转速后所述燃料电池的水含量，并判断增大转速后所述燃料电池的水含量是否小于或等于增大转速前获取的所述燃料电池的水含量；
若是，则将增大前所述阳极循环泵的转速作为所述阳极循环泵的最佳转速；
否则，则返回至所述以预设的幅度增大所述阳极循环泵的转速的步骤。
在其中一个实施例中，所述根据所述调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比，包括：
确定所述燃料电池的阳极侧目标压力；
根据所述阳极侧目标压力以及所述阳极循环泵的转速，计算得到补偿通过所述阳极循环泵的氢气流量所对应的第一前馈占空比；
基于所述燃料电池的阳极侧出口压力和所述阳极侧目标压力，确定用于修正所述第一前馈占空比、补偿通过所述尾排阀排出的氢气流量对应的第二前馈占空比以及补充所述反应电堆消耗的氢气流量对应的第三前馈占空比偏差影响的反馈占空比；
对所述第一前馈占空比、所述第二前馈占空比、所述第三前馈占空比以及所述反馈占空比求和，得到所述喷射控制信号的喷射占空比。
在其中一个实施例中，所述根据所述阳极侧目标压力以及所述阳极循环泵的转速，计算补偿通过所述阳极循环泵的氢气流量所对应的第一前馈占空比，包括：
测量所述燃料电池的阳极侧入口压力；
根据所述阳极侧入口压力、所述阳极侧目标压力以及所述调整后的阳极循环泵的转速计算所述阳极循环泵的氢气流量；
根据所述阳极循环泵的氢气流量和所述氢气系统提供的氢气流量，计算所述第一前馈占空比。
在其中一个实施例中，所述根据所述阳极侧入口压力、所述阳极侧目标压力以及所述调整后的阳极循环泵的转速计算所述阳极循环泵的氢气流量，包括：
根据所述阳极侧入口压力和所述阳极侧目标压力计算所述阳极循环泵的压缩比；
根据所述阳极循环泵的压缩比以及所述调整后的阳极循环泵的转速，查表获取所述阳极循环泵的氢气流量。
在其中一个实施例中，在所述得到所述喷射控制信号的喷射占空比之前，所述控制方法还包括：
检测环境压力以及所述反应电堆的阳极侧出口温度；
根据所述阳极侧目标压力、所述环境压力以及所述反应电堆的阳极侧出口温度，按照预设公式计算单个尾排阀的流量；
根据所述单个尾排阀的流量、吹扫控制信号的占空比以及所述氢气系统提供的氢气流量，计算所述第二前馈占空比。
在其中一个实施例中，在所述得到所述喷射控制信号的喷射占空比之前，所述控制方法还包括：
检测所述反应电堆的输出电流；
根据所述输出电流以及所述反应电堆包含的单片数计算所述反应电堆消耗的氢气流量；
根据所述反应电堆消耗的氢气流量以及所述氢气系统的氢气流量，计算所述第三前馈占空比。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述控制方法的步骤。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述控制方法的步骤。
综上，本发明提供了一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。所述燃料电池水含量的控制方法包括：实时获取所述燃料电池的水含量；判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据所述调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据所述喷射控制信号的喷射占空比控制所述喷射电磁阀的开启时间，为所述燃料电池的反应电堆提供氢气。本发明中，通过对所述尾排阀、所述阳极循环泵和所述喷射电磁阀的协同控制，保证燃料电池的水含量处在正常范围，维持良好的增湿状态。同时通过控制氢气系统的喷射电磁阀的开启时间和频率，消除尾排阀开启时，燃料电池质子交换膜两侧的压差波动，保证膜处在正常的受力状态。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种的燃料电池水含量的控制方法；
图2为一示例性燃料电池氢气供给系统结构示意图；
图3为一示例性的燃料电池氢气供给控制系统结构示意图；
图4为质子交换膜高频交流阻抗值与水含量的关系示意图；
图5为阳极水含量与阳极循环泵的转速的关系示意图；
图6为本发明实施例提供的一种阳极循环泵的转速与流量的关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参见图1，本发明实施例提供了一种燃料电池水含量的控制方法，包括：
步骤S110，实时获取所述燃料电池的水含量；
步骤S120，判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；
步骤S130，当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；
步骤S140，根据所述调整后的尾排阀控的吹扫制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；
步骤S150，根据所述喷射控制信号的喷射占空比控制所述喷射电磁阀的开启时间，为所述燃料电池的反应电堆提供氢气。
燃料电池系统除了燃料电池本体外，还包括氢气系统、空气系统、冷却系统、和控制系统等附件系统。
请参见图2，所述氢气系统10包括储气瓶201、喷射电磁阀202、第一氢气管路221和第二氢气管路222、氢气喷射装置204、阳极循环泵205、反应电堆210和尾排阀203。一般的，所述氢气喷射装置204为氢气喷嘴。所述氢气管路220。所述燃料电池本体包括反应电堆210，所述反应电堆包括所述阳极侧入口2111和所述阳极侧出口2112。
所述储气瓶201用于储存氢气。当所述喷射电磁阀202开启时，氢气从所述储气瓶201，经所述喷射电磁阀202以及所述第一氢气管路221进入所述氢气喷射装置204。当所述氢气喷射装置204开启时，氢气经所述氢气喷射装置204喷射到第二氢气管路222，再进入所述阳极侧入口2111。进入所述反应电堆的氢气有三种消耗途径：一部分氢气由所述反应电堆反应消耗掉；另一部分氢气由所述阳极侧出口2112排出，再经所述阳极循环泵205回到所述阳极侧入口2111；还有一部分氢气从所述阳极侧出口2112出来后由所述尾排阀203间歇性排出。
请参见图3，本实施例中为了实现所述控制方法，对图2提供的氢气系统进行了改进，以获取相应的控制参数。在图1所示氢气系统的基础上，还包括压力传感器1、温度传感器2、压力传感器3、压力传感器4、温度传感器5以及微控制器206。压力传感器1和温度传感器2设置于所述进入所述氢气喷射装置204前的第一氢气管路221。所述压力传感器1用于测量第一氢气管路221压力prail。所述温度传感器2用于检测所述第一氢气管路221的温度Trail。所述压力传感器3用于检测所述反应电堆的阳极侧入口压力pinlet。所述压力传感器4用于检测所述反应电堆阳极侧出口压力poutlet。所述温度传感器5用于检测所述反应电堆的阳极侧出口温度Toutlet。所述微控制器206与各个所述传感器电连接，并采集各个所述传感器测量到的参数。所述微控制器206还与所述反应电堆电连接，采集所述反应电堆的电流istack。所述微控制器206还与所述氢气喷射装置204、所述循环泵205以及所述尾排阀203电连接。所述微控制器206可以采集所述循环泵205的实际转速npump，还可以控制所述循环泵205的转速。所述微控制器206可以控制所述喷射电磁阀202的开启或关闭。所述微控制器206还可以控制所述尾排阀203的周期性开启或关闭。
可以理解，判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围之前，首先需要获取燃料电池内部的水含量。获取内部水含量的方法有多种，此处以高频交流阻抗测试为例，图4为高频交流阻抗的测试结果。
从图4中可以看出，根据燃料电池质子交换膜的欧姆阻抗，可将燃料电池的工作状态分为三个区：膜干区、正常工作区和水淹区。若质子交换膜的欧姆阻抗值处于曲线中间段的平滑区域，则可判定所述燃料电池处于正常工作状态。正常工作区内质子交换膜的欧姆阻抗基本不变，此时质子交换膜内的水含量维持在一个正常的范围内，使得质子交换膜的欧姆阻抗不会太高，且能维持稳定。
燃料电池的异常工作状态分为两种：膜干区内质子交换膜的欧姆阻抗较高，说明此时质子交换膜可能处在较干的状态。水淹区内质子交换膜的欧姆阻抗又会出现下降趋势，此时膜内的水含量已经达到饱和，燃料电池内部可能会积累液态水，出现水淹现象。
获取燃料电池质子交换膜的欧姆阻抗后，首先判断燃料电池处于哪个工作区，接下来针对不同工作区采取不同的控制方法。
在其中一个实施例中，所述当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的所述吹扫控制信号的频率和占空比以及所述阳极循环泵的转速，包括：
当所述燃料电池的水含量低于所述正常水含量范围时，减小所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及确定所述阳极循环泵的最佳转速，并将所述阳极循环泵的转速调整至最佳转速；
当所述燃料电池的水含量高于所述正常水含量范围时，增大所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及增大所述阳极循环泵的转速。
可以理解，若燃料电池处在正常工作区，说明增湿情况良好，燃料电池内部水含量正常，则维持当前状态，不用采取措施。
当所述燃料电池的水含量低于所述正常水含量范围，质子交换膜偏干时，则需要对其进行进一步增湿。主要控制方法是减小阳极侧出口尾排阀开启的频率，同时减小每次开启时持续的时间，即减小所述吹扫控制信号的占空比，避免水被排出反应电堆。
由于燃料电池内部反应会产生水，使得阳极侧出口的气体湿度大于阳极侧入口的湿度。排出的阳极反应气体与通过所述阳极气体进气管输送过来的新鲜阳极反应气混合后，混合后的阳极反应气体又进入所述阳极进气口继续进行循环。通过再循环的方式，阳极反应气体的利用率显著提升，由于排出气体湿度较大，混合气的气体湿度被显著提高，从而解决了阳极反应气体增湿问题。
因此减小尾排阀开启频率和开启持续时间的同时，还要提高阳极循环泵的转速，增大阳极再循环的流量。由于此时尾排阀打开的频率很低，排出反应电堆的水含量很小，因此提高阳极循环泵的转速有利于把阳极出口的氢气快速循环到阳极入口，使得阳极排出的湿润氢气快速地进入电堆，以改善阳极水的分布情况。但需要注意，如果所述阳极循环泵的转速过高，阳极气体的流速过快，即使尾排阀开启的时间很短，也有可能导致阳极的水被吹出反应电堆。因此，针对不同的尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比，所述阳极循环泵的转速对应一个最优的区间。
在其中一个实施例中，所述确定所述阳极循环泵的最佳转速，包括：
以预设的幅度增大所述阳极循环泵的转速；
获取增大转速后所述燃料电池的水含量，并判断增大转速后所述燃料电池的水含量是否小于或等于增大转速前获取的所述燃料电池的水含量；
若是，则将增大前所述阳极循环泵的转速作为所述阳极循环泵的最佳转速；
否则，则返回至所述以预设的幅度增大所述阳极循环泵的转速的步骤。
请参见图5，图5为用于控制所述尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比一定时，燃料电池阳极水含量随阳极循环泵转速的变化关系。从如5中可以看出，吹扫控制信号的频率和占空比一定时，随着阳极循环泵转速的逐渐增大阳极水含量逐步增大，当所述阳极水含量很在一定转速下达到最大后，随着所述阳极循环泵转速的进一步增大，燃料电池阳极水含量则会出现逐渐降低的情况。基于此，本实施中给出确定阳极循环泵的最佳转速方法：先小幅度提高阳极循环泵转速，然后在线测量或估计增大阳极循环泵转速后的反应电堆的水含量，并与增大转速之前的阳极水含量进行比较，看水含量是否增加。如果有增加，则说明提高阳极循环泵转速改善了反应电堆阳极的水分布，则可进一步小幅度提高阳极循环泵转速，直到提高阳极循环泵转速时，所述阳极水含量出现下降。
当所述燃料电池的水含量高于所述正常水含量范围，质子交换膜水含量饱和，可能出现水淹现象，此时阳极出口会积累大量液态水，因此需要增大尾排阀开启的频率，同时增大每次开启时持续的时间，使液态水快速排出电堆。
增大尾排阀开启频率和开启持续时间的同时，需要提高循环泵转速。此时尾排阀开启时间较长，提高循环泵的转速可以加快阳极气体的流速，使得电堆内部的水可以被气体吹走，并在尾排阀开启期间排出电堆。通过在线测量或估计可得到电堆内部实时的水含量，观测提高循环泵转速后，水含量的下降情况，若下降不明显，则需要进一步提高循环泵转速，直到水含量下降到正常状态。
针对燃料电池不同的工作状态，采取了不同的控制方法。阳极尾排阀开启，导致质子交换膜两侧压差波动，因此需要通过合理控制氢气喷射系统以实现质子交换膜两侧压差波动幅值最小化。
在其中一个实施例中，所述根据所述调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比，包括：
确定所述燃料电池的阳极侧目标压力；
根据所述阳极侧目标压力以及所述阳极循环泵的转速，计算得到补偿通过所述阳极循环泵的氢气流量所对应的第一前馈占空比；
基于所述燃料电池的阳极侧出口压力和所述阳极侧目标压力，确定用于修正所述第一前馈占空比、补偿通过所述尾排阀排出的氢气流量对应的第二前馈占空比以及补充所述反应电堆消耗的氢气流量对应的第三前馈占空比偏差影响的反馈占空比；
对所述第一前馈占空比、所述第二前馈占空比、所述第三前馈占空比以及所述反馈占空比求和，得到所述喷射控制信号的喷射占空比。
本实施例中，所述循环泵205的转速npump是由所述微控制器206采集的。所述燃料电池反应电堆的阴极侧压力可以由阴极侧压力传感器采集，并发送至所述微传感器206。将所述燃料电池的反应电堆阴极侧压力作为所述燃料电池电堆的阳极侧目标压力ptarget，进而计算所述氢气喷射装置204的喷射控制信号的喷射占空比，即目标占空比uinject，所述反应电堆阳极侧出口压力poutlet可以由所述压力传感器4采集。
在上述实施例中，所述反馈占空比Δuinject可以理解为由于不确定性因素造成的误差。如果所述氢气供给系统参数是完全精确的，所述反应电堆阳极侧出口压力poutlet以及所述反应电堆阳极侧目标压力ptarget应该是相等的。但在实际中，由于各种误差存在，因而所述反应电堆阳极侧出口压力poutlet以及所述电堆阳极侧目标压力ptarget会存在差值。基于这种差值，利用控制律计算得到反馈占空比Δuinject在一个实施例中，所述控制律可以为PID控制算法。将所述反应电堆阳极侧出口压力poutlet和所述反应电堆阳极侧目标压力ptarget的差值输入所述PID控制算法后，其包括比例、积分、微分三种运算模块，之后输出所述反馈占空比Δuinject。在另一个实施例中，用于计算所述反馈占空比Δuinject的算法还可以包括基于现代控制算法设计反馈控制律，例如采用鲁棒预测控制算法、H∞控制算法等。需要注意，利用这些算法设计控制律时，需要首先进行去中心化处理，进而得到Δuinject＝f(ptarget-poutlet)，之后对所述第一前馈占空比、所述第二前馈占空比、所述第三前馈占空比以及反馈占空比求和，得到氢气喷射装置目标占空比uinject。
在其中一个实施例中，所述根据所述阳极侧目标压力以及所述阳极循环泵的转速，计算补偿通过所述阳极循环泵的氢气流量所对应的第一前馈占空比，包括：
测量所述燃料电池的阳极侧入口压力；
根据所述阳极侧入口压力、所述阳极侧目标压力以及所述调整后的阳极循环泵的转速计算所述阳极循环泵的氢气流量；
根据所述阳极循环泵的氢气流量和所述氢气系统提供的氢气流量，计算所述第一前馈占空比。
本实施例中，其中所述第一前馈占空比
其中，所述ptarget为阳极侧目标压力，minject为所述氢气系统提供的氢气流量。
本实施例中，所述阳极侧入口压力pinlet可以由所述压力传感器3检测。所述循环泵205的实际转速npump可以由所述微控制器206采集。所述电堆阳极侧目标压力ptarget为所述电堆阴极侧压力值。所述循环泵205的流量mpump可以基于所述电堆阳极侧目标压力ptarget、所述电堆阳极侧入口压力pinlet以及所述循环泵205的实际转速npump，采用流体力学理论、有限元计算软件、循环泵生产商提供的MAP图，或者采用试验方法标定MAP图等方式进行计算。
在其中一个实施例中，所述根据所述阳极侧入口压力、所述阳极侧目标压力以及所述调整后的阳极循环泵的转速计算所述阳极循环泵的氢气流量，包括：
根据所述阳极侧入口压力和所述阳极侧目标压力计算所述阳极循环泵的压缩比；
根据所述阳极循环泵的压缩比以及所述调整后的阳极循环泵的转速，获取所述阳极循环泵的氢气流量。
请参见图6，图6示出了一个阳极循环泵205的MAP图。MAP图可以反映所述阳极循环泵205的压缩比和流量的关系，如图所示，纵轴为压缩比，横轴为流量(L/min)，不同的曲线对应于不同的转速3000,4000，5000，…。阳极循环泵205的压缩比为从所述阳极循环泵205流出后和进入所述阳极循环泵205前的流体压力比，在本实施例中，所述阳极循环泵205的压缩比为所述反应电堆阳极侧入口压力pinlet(从所述阳极循环泵205流出后的气体压力)和所述反应电堆阳极侧目标压力ptarget(进入所述阳极循环泵205前的气体压力)的比值。具体地，所述反应电堆阳极侧入口压力pinlet可以通过所述压力传感器3获取，所述反应电堆阳极侧目标压力ptarget等于所述电堆阴极侧实际压力，为预设值。在算出所述压缩比之后，根据所述压缩比以及所述循环泵205的实际转速npump对应所述循环泵205的MAP图，确定所述循环泵205的氢气流量mpump。图6中所示的为氢气体积流量，进而得到循环泵205的氢气流量mpump。
在其中一个实施例中，在所述得到所述喷射控制信号的喷射占空比之前，所述控制方法还包括：
检测环境压力pamb以及所述反应电堆的阳极侧出口温度Toutlet；
根据所述阳极侧目标压力ptarget、所述环境压力pamb以及所述反应电堆的阳极侧出口温度Toutlet，按照预设公式计算单个尾排阀的流量mpurge,i；
根据所述单个尾排阀的流量mpurge,i、吹扫控制信号的占空比upurge,i以及所述氢气系统提供的氢气流量minject，计算所述第二前馈占空比uinject,purge_c。
本实施例中，所述预设公式为：
其中γcr＝[2/(k+1)]k/(k-1)为临界压力比，k为绝热系数，Apurge,i为垂直于所述单个尾排阀中气体流动方向的最小横截面积，R为气体常数，cpurge,subsonic和cpurge,sonic分别为所述单个尾排阀在亚音速流动和音速流动下的非均匀流动系数。
这里采用流体力学理论计算尾排阀流量mpurge只是一种示例，并不限制本专利采用其他方法得到尾排阀流量，比如：采用尾排阀MAP、采用有限元计算软件计算等等。
本实施例中，所述第二前馈占空比为
其中所述npurge为所述尾排阀的数量。
在其中一个实施例中，在所述得到所述喷射控制信号的喷射占空比之前，所述控制方法还包括：
检测所述电堆的输出电流istack；
根据所述输出电流istack以及所述电堆包含的单片数ncell计算所述电堆反应消耗的氢气流量mcurrent；
根据所述电堆消耗的氢气流量mcurrent以及所述氢气系统的氢气流量minject，计算所述第三前馈占空比uinject,current_c。
本实施例中，所述电堆消耗的氢气流量其中istack为电堆电流，F为法拉第常数，
为氢气摩尔质量，ncell为电堆包含单片数目。所述第三前馈占空比为
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的控制方法的步骤。所述计算机设备可以通过对尾排阀、阳极循环泵和喷射电磁阀的协同控制，保证燃料电池水含量处在正常范围，维持良好的增湿状态。同时通过控制氢气系统，消除尾排阀开启时燃料电池质子交换膜两侧的压差波动，保证膜处在正常的受力状态。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一实施例所述的控制方法的步骤，实现对尾排阀、阳极循环泵和喷射电磁阀的协同控制，保证燃料电池水含量处在正常范围，维持良好的增湿状态，同时消除尾排阀开启时燃料电池质子交换膜两侧的压差波动，保证膜处在正常的受力状态。
综上，本发明提供了一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。所述燃料电池水含量的控制方法包括：实时获取所述燃料电池的水含量；判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据所述调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据所述喷射控制信号的喷射占空比控制所述喷射电磁阀的开启时间，为所述燃料电池的反应电堆提供氢气。本发明中，通过对所述尾排阀、所述阳极循环泵和所述喷射电磁阀的协同控制，保证燃料电池水含量处在正常范围，维持良好的增湿状态。同时通过控制氢气系统的喷射电磁阀的开启时间和频率，消除尾排阀开启时，燃料电池质子交换膜两侧的压差波动，保证膜处在正常的受力状态。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种燃料电池水含量的控制方法，其特征在于，包括：
实时获取所述燃料电池的水含量；
判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；
当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；
根据所述调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；
根据所述喷射控制信号的喷射占空比控制所述喷射电磁阀的开启时间，为所述燃料电池的反应电堆提供氢气。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的所述吹扫控制信号的频率和占空比以及所述阳极循环泵的转速，包括：
当所述燃料电池的水含量低于所述正常水含量范围时，减小所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及确定所述阳极循环泵的最佳转速，并将所述阳极循环泵的转速调整至最佳转速；
当所述燃料电池的水含量高于所述正常水含量范围时，增大所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及增大所述阳极循环泵的转速。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述确定所述阳极循环泵的最佳转速，包括：
以预设的幅度增大所述阳极循环泵的转速；
获取增大转速后所述燃料电池的水含量，并判断增大转速后所述燃料电池的水含量是否小于或等于增大转速前获取的所述燃料电池的水含量；
若是，则将增大前所述阳极循环泵的转速作为所述阳极循环泵的最佳转速；
否则，则返回至所述以预设的幅度增大所述阳极循环泵的转速的步骤。
4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比，包括：
确定所述燃料电池的阳极侧目标压力；
根据所述阳极侧目标压力以及所述阳极循环泵的转速，计算得到补偿通过所述阳极循环泵的氢气流量所对应的第一前馈占空比；
基于所述燃料电池的阳极侧出口压力和所述阳极侧目标压力，确定用于修正所述第一前馈占空比、补偿通过所述尾排阀排出的氢气流量对应的第二前馈占空比以及补充所述反应电堆消耗的氢气流量对应的第三前馈占空比偏差影响的反馈占空比；
对所述第一前馈占空比、所述第二前馈占空比、所述第三前馈占空比以及所述反馈占空比求和，得到所述喷射控制信号的喷射占空比。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述阳极侧目标压力以及所述阳极循环泵的转速，计算补偿通过所述阳极循环泵的氢气流量所对应的第一前馈占空比，包括：
测量所述燃料电池的阳极侧入口压力；
根据所述阳极侧入口压力、所述阳极侧目标压力以及所述调整后的阳极循环泵的转速计算所述阳极循环泵的氢气流量；
根据所述阳极循环泵的氢气流量和所述氢气系统提供的氢气流量，计算所述第一前馈占空比。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述阳极侧入口压力、所述阳极侧目标压力以及所述调整后的阳极循环泵的转速计算所述阳极循环泵的氢气流量，包括：
根据所述阳极侧入口压力和所述阳极侧目标压力计算所述阳极循环泵的压缩比；
根据所述阳极循环泵的压缩比以及所述调整后的阳极循环泵的转速，获取所述阳极循环泵的氢气流量。
7.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在所述得到所述喷射控制信号的喷射占空比之前，所述控制方法还包括：
检测环境压力以及所述反应电堆的阳极侧出口温度；
根据所述阳极侧目标压力、所述环境压力以及所述反应电堆的阳极侧出口温度，计算单个尾排阀的流量；
根据所述单个尾排阀的流量、吹扫控制信号的占空比以及所述氢气系统提供的氢气流量，计算所述第二前馈占空比。
8.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在所述得到所述喷射控制信号的喷射占空比之前，所述控制方法还包括：
检测所述反应电堆的输出电流；
根据所述输出电流以及所述反应电堆包含的单片数计算所述反应电堆消耗的氢气流量；
根据所述反应电堆消耗的氢气流量以及所述氢气系统的氢气流量，计算所述第三前馈占空比。
9.一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述控制方法的步骤。
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