CN111933975A - 一种燃料电池的流量控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种燃料电池的流量控制方法及装置，所述方法包括：实时获取燃料电池的电堆电流；利用预设的公式分别计算得到与所述电堆电流相对应的各个通道的实时流量数据；当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。本发明通过电堆电流计算系统各点流量并进行适应性调整，无需安装各种流量计即可精确控制系统各点流量，进而有利于节省系统的建设成本及缩小系统的体积。

Description

一种燃料电池的流量控制方法及装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池的流量控制方法及装置。
背景技术
目前很多燃料电池的氢气流量、空气流量、甲醇水进液流量控制都需要相应的流量计读取流量值反馈给控制单元，控制单元根据流量数值调整风机、进液泵的控制量，进而将流量控制在系统所需的范围内。但是，在现有的方案中，在每个需要调整流量的地方都需要增加流量计，如FPS(fuel pump system，燃料泵系统)甲醇进液的地方需要质量流量计、PROX进空气的地方需要空气流量计、FPS出口富氢进入电堆前要混入空气的地方也需要流量计、电堆阴极空气进入需要空气流量计、电堆阳极氢气进入需要氢气流量计等。现有技术由于需要安装众多流量计才能保证流量控制精度，导致增加了系统的建设成本且增大了系统的体积。
发明内容
本发明实施例提供一种燃料电池的流量控制方法及装置，以解决上述技术问题，从而能够通过电堆电流计算系统各点流量并进行适应性调整，无需安装各种流量计即可精确控制系统各点流量，进而有利于节省系统的建设成本及缩小系统的体积。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种燃料电池的流量控制方法，包括：
实时获取燃料电池的电堆电流；
利用预设的公式分别计算得到与所述电堆电流相对应的各个通道的实时流量数据；
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
进一步地，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据大于预设的流量上限值时，调节与该通道相对应的流量阀以减少该通道的流量；
当判断任一通道的实时流量数据小于预设的流量下限值时，调节与该通道相对应的流量阀以增加该通道的流量。
进一步地，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，计算该通道的实时流量数据与预设目标流量值的相差值；
根据所述相差值生成与该通道相对应的流量阀的调节指令，并根据所述调节指令对所述流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
进一步地，所述的燃料电池的流量控制方法还包括：
利用预设的公式计算得到与所述电堆电流相对应的电堆氢气实时进气压力；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的目标压力范围时，对FPS甲醇进液泵和风机进气量进行调整，以使所述电堆氢气实时进气压力处于所述预设的目标压力范围内；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的压力上限值时，控制关闭电堆氢气进气阀门。
进一步地，所述各个通道的实时流量数据包括阴极空气进气流量、阳极氢气进气流量、FPS甲醇进液流量、FPS出口气体流量、燃烧腔空气进气流量中的一种或多种。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种燃料电池的流量控制装置，包括控制器，所述控制器用于：
实时获取燃料电池的电堆电流；
利用预设的公式分别计算得到与所述电堆电流相对应的各个通道的实时流量数据；
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
进一步地，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据大于预设的流量上限值时，调节与该通道相对应的流量阀以减少该通道的流量；
当判断任一通道的实时流量数据小于预设的流量下限值时，调节与该通道相对应的流量阀以增加该通道的流量。
进一步地，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，计算该通道的实时流量数据与预设目标流量值的相差值；
根据所述相差值生成与该通道相对应的流量阀的调节指令，并根据所述调节指令对所述流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
进一步地，所述控制器还用于：
利用预设的公式计算得到与所述电堆电流相对应的电堆氢气实时进气压力；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的目标压力范围时，对FPS甲醇进液泵和风机进气量进行调整，以使所述电堆氢气实时进气压力处于所述预设的目标压力范围内；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的压力上限值时，控制关闭电堆氢气进气阀门。
进一步地，所述各个通道的实时流量数据包括阴极空气进气流量、阳极氢气进气流量、FPS甲醇进液流量、FPS出口气体流量、燃烧腔空气进气流量中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种燃料电池的流量控制方法及装置，所述方法包括：实时获取燃料电池的电堆电流；利用预设的公式分别计算得到与所述电堆电流相对应的各个通道的实时流量数据；当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。本发明通过电堆电流计算系统各点流量并进行适应性调整，无需安装各种流量计即可精确控制系统各点流量，进而有利于节省系统的建设成本及缩小系统的体积。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的燃料电池的流量控制方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的燃料电池系统流量控制点的结构示意图。
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、完整的描述，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。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。
请参见图1，本发明实施例提供了一种燃料电池的流量控制方法，包括步骤：
S1、实时获取燃料电池的电堆电流；
S2、利用预设的公式分别计算得到与所述电堆电流相对应的各个通道的实时流量数据。在本发明实施例中，进一步地，所述各个通道的实时流量数据包括阴极空气进气流量、阳极氢气进气流量、FPS甲醇进液流量、FPS出口气体流量、燃烧腔空气进气流量中的一种或多种。
S3、当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
在其中一种实施例中，所述步骤S3具体为：
当判断任一通道的实时流量数据大于预设的流量上限值时，调节与该通道相对应的流量阀以减少该通道的流量；
当判断任一通道的实时流量数据小于预设的流量下限值时，调节与该通道相对应的流量阀以增加该通道的流量。
在其中一种实施例中，所述步骤S3具体为：
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，计算该通道的实时流量数据与预设目标流量值的相差值；
根据所述相差值生成与该通道相对应的流量阀的调节指令，并根据所述调节指令对所述流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
进一步地，所述的燃料电池的流量控制方法还包括步骤：
S4、利用预设的公式计算得到与所述电堆电流相对应的电堆氢气实时进气压力；
S5、当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的目标压力范围时，对FPS甲醇进液泵和风机进气量进行调整，以使所述电堆氢气实时进气压力处于所述预设的目标压力范围内；
S6、当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的压力上限值时，控制关闭电堆氢气进气阀门。
基于上述方案，为便于更好的理解本发明实施例提供的燃料电池的流量控制方法，以下进行详细说明：
本发明实施例的燃料电池系统的流量控制点如图2所示。其中，MFM：甲醇水质量流量计；HFM：氢气流量计；AFM：空气流量计。
通过实施例本发明可以根据燃料电池电堆的电流大小去计算出各点流量，当计算出的流量值偏离目标流量值时，控制器会调整风机或者水泵的控制量，从而将流量控制在目标区间内。(流量包括：阴极空气进气流量、阳极氢气进气流量、FPS甲醇进液流量、FPS出口气体流量、燃烧腔空气进气流量等)。
可以根据电堆电流大小计算出各点流量值，具体地，根据以下预设公式进行计算：
Y＝AX2+BX+C；
其中：
Y：各个点的目标流量；
X：电堆电流；
A、B、C为测定常数，采取现场实测标定方法计算出其值。
在一种实施例中：已知电堆电流大小计算电堆阴极进气流量：
根据实测标定得出：A＝0.003、B＝1.084、C＝53.61；
所以有Y＝0.003X2+1.084X+53.61；
当X＝18.65A时，Y＝75L/min；
当X＝112.5995A时，Y＝217.98L/min；
当X＝142.9A时，Y＝276.64L/min；
由此可计算出不同电堆电流点时的阴极空气进气流量大小。
在一种实施例中：已知电堆电流大小计算燃烧腔空气进气流量：
根据实测标定得出：A＝0.0022、B＝1.1332、C＝50.115；
所以Y＝0.0022X2+1.1332X+50.115；
当X＝18.65A时，Y＝72L/min；
当X＝112.5995A时，Y＝205L/min；
当X＝142.9A时，Y＝256L/min；
由此可计算出不同电堆电流点时的燃烧腔空气进气流量大小。
按照上述方法可得出其他流量点与电堆电流关系，作为举例，可以使用以下公式代表电堆电流与各流量之间的关系：
电堆电流与阴极空气进气流量的关系：
Y＝0.0033X2+1.0846X+53.611；
电堆电流与氢气流量的关系：
Y＝0.0004X2+0.6943X+2.0226；
电堆电流与FPS出口空气混入流量的关系：
Y＝2E-05X2+0.0382X+0.1113；
电堆电流与燃烧腔空气进气流量的关系：
Y＝0.0022X2+1.1332X+50.115；
电堆电流与甲醇进液流量的关系：
Y＝0.0004X2+0.6764X+1.9766。
另外，燃料电池系统还可根据电堆电流大小，计算出电堆氢气进气压力，当计算值偏离目标值时，控制器会调整FPS甲醇进液泵和风机进气量，以此来调整氢气进气压力；如果当计算值超出压力上限值时，控制器会关闭通路中的电磁阀，以此来执行相应的保护措施。
根据电堆电流大小计算出电堆氢气进气压力，根据预设公式：
Y＝DX2+EX+F；
其中：
Y：电堆氢气进气口压力数值；
X：电堆电流数值；
D、E、F为测定常数，采取现场实测标定方法计算出其值。
例如，已知电堆电流大小计算电堆阳极进气压力：
根据实测标定得出：A＝0.0009、B＝0.0335、C＝0.6928；
所以Y＝0.0009X2+0.0335X+0.6928；
当X＝18.65A时，Y＝1.64kPa；
当X＝112.5995A时，Y＝16.2kPa；
当X＝142.9A时，Y＝24.38kPa；
由此可计算出不同电堆电流点时的阳极氢气进气压力大小。
可以理解的是，通过电堆电流与各个流量点流量的相关性，只需读取电堆电流即可得出各点的流量，再反馈控制单元，由执行单元进行相应的流量调整。
与现有技术相比，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明实施例通过电堆电流计算系统各点流量并进行适应性调整，无需安装各种流量计即可精确控制系统各点流量，进而有利于节省系统的建设成本及缩小系统的体积。
需要说明的是，对于以上方法或流程实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种燃料电池的流量控制装置，包括控制器，所述控制器用于：
实时获取燃料电池的电堆电流；
利用预设的公式分别计算得到与所述电堆电流相对应的各个通道的实时流量数据；
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
进一步地，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据大于预设的流量上限值时，调节与该通道相对应的流量阀以减少该通道的流量；
当判断任一通道的实时流量数据小于预设的流量下限值时，调节与该通道相对应的流量阀以增加该通道的流量。
进一步地，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，计算该通道的实时流量数据与预设目标流量值的相差值；
根据所述相差值生成与该通道相对应的流量阀的调节指令，并根据所述调节指令对所述流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
进一步地，所述控制器还用于：
利用预设的公式计算得到与所述电堆电流相对应的电堆氢气实时进气压力；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的目标压力范围时，对FPS甲醇进液泵和风机进气量进行调整，以使所述电堆氢气实时进气压力处于所述预设的目标压力范围内；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的压力上限值时，控制关闭电堆氢气进气阀门。
进一步地，所述各个通道的实时流量数据包括阴极空气进气流量、阳极氢气进气流量、FPS甲醇进液流量、FPS出口气体流量、燃烧腔空气进气流量中的一种或多种。
可以理解的是上述装置项实施例，是与本发明方法项实施例相对应的，本发明实施例提供的一种燃料电池的流量控制装置，可以实现本发明任意一项方法项实施例提供的燃料电池的流量控制方法。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池的流量控制方法，其特征在于，包括：
实时获取燃料电池的电堆电流；
利用预设的公式分别计算得到与所述电堆电流相对应的各个通道的实时流量数据；
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的流量控制方法，其特征在于，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据大于预设的流量上限值时，调节与该通道相对应的流量阀以减少该通道的流量；
当判断任一通道的实时流量数据小于预设的流量下限值时，调节与该通道相对应的流量阀以增加该通道的流量。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的流量控制方法，其特征在于，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，计算该通道的实时流量数据与预设目标流量值的相差值；
根据所述相差值生成与该通道相对应的流量阀的调节指令，并根据所述调节指令对所述流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
4.根据权利要求1所述的燃料电池的流量控制方法，其特征在于，还包括：
利用预设的公式计算得到与所述电堆电流相对应的电堆氢气实时进气压力；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的目标压力范围时，对FPS甲醇进液泵和风机进气量进行调整，以使所述电堆氢气实时进气压力处于所述预设的目标压力范围内；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的压力上限值时，控制关闭电堆氢气进气阀门。
5.根据权利要求1所述的燃料电池的流量控制方法，其特征在于，所述各个通道的实时流量数据包括阴极空气进气流量、阳极氢气进气流量、FPS甲醇进液流量、FPS出口气体流量、燃烧腔空气进气流量中的一种或多种。
6.一种燃料电池的流量控制装置，其特征在于，包括控制器，所述控制器用于：
实时获取燃料电池的电堆电流；
利用预设的公式分别计算得到与所述电堆电流相对应的各个通道的实时流量数据；
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
7.根据权利要求6所述的燃料电池的流量控制装置，其特征在于，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据大于预设的流量上限值时，调节与该通道相对应的流量阀以减少该通道的流量；
当判断任一通道的实时流量数据小于预设的流量下限值时，调节与该通道相对应的流量阀以增加该通道的流量。
8.根据权利要求6所述的燃料电池的流量控制装置，其特征在于，所述当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，对与该通道相对应的流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内，具体为：
当判断任一通道的实时流量数据超出预设的目标流量区间范围时，计算该通道的实时流量数据与预设目标流量值的相差值；
根据所述相差值生成与该通道相对应的流量阀的调节指令，并根据所述调节指令对所述流量阀进行调整以使该通道的流量处于所述预设的目标流量区间范围内。
9.根据权利要求6所述的燃料电池的流量控制装置，其特征在于，所述控制器还用于：
利用预设的公式计算得到与所述电堆电流相对应的电堆氢气实时进气压力；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的目标压力范围时，对FPS甲醇进液泵和风机进气量进行调整，以使所述电堆氢气实时进气压力处于所述预设的目标压力范围内；
当所述电堆氢气实时进气压力超出预设的压力上限值时，控制关闭电堆氢气进气阀门。
10.根据权利要求6所述的燃料电池的流量控制装置，其特征在于，所述各个通道的实时流量数据包括阴极空气进气流量、阳极氢气进气流量、FPS甲醇进液流量、FPS出口气体流量、燃烧腔空气进气流量中的一种或多种。
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