CN113090936A - 一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法、系统及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法、系统及装置。所述方法包括：获取氢燃料电池的剩余总发电量以及氢燃料电池连接的负载端的实时功率；依据所述剩余总发电量和所述实时功率计算所述氢燃料电池的剩余发电时间；当所述剩余发电时间小于预设发电时间时：输出直充指令，以使得当前加氢管连通氢燃料电池当前供氢的储氢罐；输出压力调节指令，以使当前加氢管的氢气压力大于预设加氢压力。通过直充指令，可以使得加氢管正在加氢的储氢罐为当前负载供氢，从而实现加氢管直接供氢，同时压力调节指令可以提高加氢管的氢气压力，保证了加氢管的氢气压力能够满足氢燃料电池当前的氢气消耗，提高了加氢过程中的供电稳定性。

Description

一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法、系统及装置
技术领域
本申请涉及氢燃料电池技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法、系统及装置。
背景技术
氢能源动力研发是新能源技术研究的主要领域之一，随着氢能源动力的不断发展，氢燃料电池的应用愈发普及。在应急发电中，需要采用氢燃料电池向负载端不间断供电，当负载用电功率消耗大时，就需要精确控制氢燃料电池的加氢时间，以保证氢燃料电池的持续稳定供电。
但是应急发电过程的加氢启动操作存在不确定性因素，如人为启动加氢过程中的人为因素，或由于氢气压力变动导致的加氢启动时间计算出现误差等，都会导致加氢启动时间的滞后，使得加氢过程中的供电稳定性降低。
发明内容
为了提高加氢过程中供电稳定性，本申请目的是提供一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法、系统及装置。
第一方面，本申请提供一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法，包括：
获取氢燃料电池的剩余总发电量以及氢燃料电池连接的负载端的实时功率；
依据所述剩余总发电量和所述实时功率计算所述氢燃料电池的剩余发电时间；
当所述剩余发电时间小于预设发电时间时：
输出直充指令，以使得当前加氢管连通氢燃料电池当前供氢的储氢罐；
输出压力调节指令，以使当前加氢管的氢气压力大于预设加氢压力。
通过采用上述技术方案，当加氢启动时间滞后时，会造成加氢还未完成时，氢燃料电池正在供氢的储氢罐内氢气已经使用完毕，从而造成氢燃料电池供电的暂停。通过直充指令，可以使得加氢管正在加氢的储氢罐为当前负载供氢，从而实现加氢管直接供氢，同时压力调节指令可以提高加氢管的氢气压力，保证了加氢管的氢气压力能够满足氢燃料电池当前的氢气消耗，提高了加氢过程中的供电稳定性。
在一个优选的方案中，所述剩余总发电量的计算方式包括：
Q1=k2·N·M·V；
所述Q1为剩余总发电量，k2为氢气发电系数，N为氢气燃料电池中还有氢气且能够供氢的储氢罐数量，M为每一个还有氢气且能够供氢的储氢罐中的氢气压力，V为每一储氢罐的容积。
在一个优选的方案中，依据所述剩余总发电量和所述实时功率计算所述氢燃料电池的剩余发电时间，包括：
T1=Q1/（P·k1）；
其中，T1为剩余发电时间，P为实时功率，k1为所述氢燃料电池的无功发电常数。
在一个优选的方案中，所述预设发电时间为充满一个储氢罐所用时间。
在一个优选的方案中，所述预设加氢压力满足：
K3·Mx·V/T1=My；
其中，Mx为单个储氢罐的标准储氢压力，My为预设加氢压力，K3为加氢常数。
在一个优选的方案中，所述负载端的实时功率计算方式为：
P=U·I·cosα；
其中，U为负载端的实时电压，I为负载端的实时电流，cosα为负载端的功率因数。
第二方面，本申请还提供一种氢燃料电池不间断供电加氢控制系统，包括：
数据获取模块，用于获取氢燃料电池的剩余总发电量以及氢燃料电池连接的负载端的实时功率；
数据计算模块，与用于依据所述剩余总发电量和所述实时功率计算所述氢燃料电池的剩余发电时间；
控制输出模块，在所述剩余发电时间小于预设发电时间时：
输出直充指令，以使得当前加氢管连通氢燃料电池当前供氢的储氢罐；
输出压力调节指令，以使当前加氢管的氢气压力大于预设加氢压力。
在一个优选的方案中，所述预设加氢压力满足：
K3·Mx·V/T1=My；
其中，Mx为单个储氢罐的标准储氢压力，My为预设加氢压力，K3为加氢常数，V为每一储氢罐的容积，T1为剩余发电时间。
第三方面，本申请还提供一种氢燃料电池不间断供电加氢控制装置，包括一个或多个存储器和一个或多个处理器；
所述存储器存储有指令；
所述处理器用于调取所述指令，并执行所述的氢燃料电池不间断供电加氢控制方法。
综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
直充指令和压力调节指令实现了在加氢开始时对加氢的储氢罐以及加氢压力的调，从而保证加氢过程中氢燃料电池不会因为氢燃料电池氢气储量不足而导致断电或供电不稳定。
附图说明
图1是本申请中氢燃料电池加氢系统的系统框图。
图2是本申请中氢燃料电池不间断加氢控制方法的流程示意图。
图3是本申请中氢燃料电池不间断加氢控制系统的系统框图。
图中，1、氢气罐；2、加氢泵；3、分配器；4、单向阀；5、储氢系统；51、储氢罐；52、进气阀门。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。
图1示出了本发明实施例提供的氢燃料电池加氢系统。如图1所示，氢燃料电池加氢系统包括依次连接的氢气罐1、加氢泵2、分配器3以及单向阀4，单向阀4连接氢燃料电池的储氢系统5。加氢泵2设置在氢气罐1的出口位置，加氢泵2出口与分配器3之间通过加氢管连通，储氢系统5包括多个储氢罐51，氢燃料电池通过消耗储氢罐51内存储的氢气发电，通过调节加氢泵2的功率可以调节加氢管内氢气压力，加氢管内的氢气压力越大，则为氢燃料电池加氢的速度越快。
由于应急发电中不间断供电的氢燃料电池一般体积较大，且氢燃料电池加氢系统并不会与储氢系统5进行常态的连接，当需要对氢燃料电池加氢时，需要工作人员将单向阀4与储氢系统5接通，再启动相应的加氢装置开始加氢，加氢过程的启动需要的操作步骤多，而启动加氢的时间又会受到人为启动过程的人为因素影响，使得实际加氢的时间有时候并不能满足应急发电对于持续、稳定供电的要求。
参照图1和图2，为了解决这一问题，本申请提供一种氢燃料电池不间断加氢控制方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤S101：获取氢燃料电池的剩余总发电量以及氢燃料电池连接的负载端的实时功率。
氢燃料电池的储氢系统5包括多个储氢罐51，在氢燃料电池发电过程中，会逐一将储氢罐51内的氢气消耗到标准压力以下，同时，氢燃料电池发电过程中，同一时间会有一个或多个储氢罐51供氢。当氢燃料电池需要加氢时，会有多个储氢罐51中的氢气含量不能满足供氢压力要求。本申请实施例所述的剩余总发电量是剩余的仍能够满足供氢压力要求的储氢罐51的氢气发电量。所述的储氢罐51的氢气发电量表示：一个氢气罐1从当前存储氢气压力消耗到供氢压力要求以下所能够提供的电量。
在一个优选的示例中，本申请实施例公开了所述剩余总发电量的计算方式，具体如下：
Q1=k2·N·M·V；
所述k2为氢气发电系数，N为氢气燃料电池中还有氢气且能够供氢的储氢罐51数量，M为每一个还有氢气且能够供氢的储氢罐51中的氢气压力，V为每一储氢罐51的容积。
负载端的实时功率表示在氢燃料电池加氢系统连接氢燃料电池并启动加氢的瞬间，氢燃料电池负载端的功率。负载端的实时功率可以通过以下方式进行计算：
P=U·I·cosα；
其中，P为实时功率，U为负载端的实时电压，I为负载端的实时电流，cosα为负载端的功率因数。
步骤S102：依据所述剩余总发电量和所述实时功率计算所述氢燃料电池的剩余发电时间。
在一个优选的示例中，氢燃料电池的剩余发电时间采用以下方式进行计算：
T1=Q1/（P·k1）；
其中，T1为剩余发电时间，k1为所述氢燃料电池的无功发电常数。无功发电常数表示氢燃料电池发出的电量与负载端接收到的有效电量之间的比例系数，即设备自身损耗的电能，其与氢燃料电池自身的配置有关，可以通过有限次试验得出。
步骤S103：当所述剩余发电时间小于预设发电时间时：
输出直充指令，以使得当前加氢管连通氢燃料电池当前供氢的储氢罐51；
输出压力调节指令，以使当前加氢管的氢气压力大于预设加氢压力。
反之，则不改变氢燃料电池加氢系统的加氢方式。
在一个优选的示例中，本申请实施例提供的氢燃料电池加氢系统在接通氢燃料电池后，通过依次对每一储氢罐51进行加氢以实现对氢燃料电池的加氢。由于氢燃料电池的氢气消耗速率远小于氢燃料电池的正常加氢速率，所述的预设发电时间为充满一个储氢罐51所用时间，以使得氢燃料电池的剩余氢气消耗完毕之前，氢燃料电池加氢系统能够充满至少一个储氢罐51。所述的充满一个储氢罐51所用时间为充满当前氢燃料电池加氢系统所接通的储氢罐51所用时间，充满一个储氢罐51所用时间可以是预设的定值，也可以是依据储氢罐51当前储氢压力、标准加氢压力以及储氢罐51体积计算得出的时间，本申请实施例中，充满一个储氢罐51所用时间为：依据氢燃料电池加氢系统的标准加氢压力、氢燃料电池最低供氢压力、以及储氢罐51的标准体积计算的一预设的定值，具体如下：
K4·T2·Mp=K5·（Mx·V-Mo·V）；
T2为预设发电时间(s)，Mp为氢燃料电池加氢系统的标准加氢压力（pa）,K4为氢燃料电池加氢系统的加氢系数（m3/pa/s），Mx为单个储氢罐51的标准储氢压力（pa），Mo为单个储氢罐51的最低储氢压力（pa），K5为储氢罐51的储氢系数（m3/pa）。K4和K5分别为氢燃料电池加氢系统和储氢罐51有限次适用性试验得出的系数。
在一个优选的示例中，每一储氢罐51均连接有一进气管，同属于一个储氢系统5的进气管连通至一进气总管，每根进气管均设置有进气阀门52。进气总管连通单向阀4的出口，进气阀门52为电控阀，进气阀门52的控制系统接收到直充指令后，依据直充指令改变进气阀门52的开关状态，以使得当前加氢管连通氢燃料电池当前供氢的储氢罐51。
所述预设加氢压力满足：
K3·Mx·V/T1=My；
其中，Mx为单个储氢罐51的标准储氢压力，My为预设加氢压力，K3为加氢常数。
在本实施例中，加氢泵2的驱动系统接收到压力调节指令后，改变加氢泵2的驱动功率，从而使得加氢管的氢气压力大于预设加氢压力。
综上，本申请实施例提供的氢燃料电池不间断供电加氢控制方法，能够在加氢开始时计算依照标准加氢压力是否能够满足氢燃料电池的不间断供电。当剩余发电时间小于预设发电时间时，则证明依照标准加氢压力为氢燃料电池加氢，将会出现氢燃料电池在加氢过程中断电或供电电压降低的状况，此时，一方面直接为当前供氢的储氢罐51加氢，另一方面通过压力调节指令调节加氢泵2的工作功率，以调节加氢管的氢气压力，从而保证加氢过程中，氢燃料电池能够持续稳定的供电。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，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，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，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公开所必须的。
参照图3，在另一个实施例中，本申请还童工一种一种氢燃料电池不间断供电加氢控制系统，所述控制系统包括：
数据获取模块，用于获取氢燃料电池的剩余总发电量以及氢燃料电池连接的负载端的实时功率；
数据计算模块，与用于依据所述剩余总发电量和所述实时功率计算所述氢燃料电池的剩余发电时间；
控制输出模块，在所述剩余发电时间小于预设发电时间时：
输出直充指令，以使得当前加氢管连通氢燃料电池当前供氢的储氢罐51；
输出压力调节指令，以使当前加氢管的氢气压力大于预设加氢压力。
所述预设加氢压力满足：
K3·Mx·V/T1=My；
其中，Mx为单个储氢罐51的标准储氢压力，My为预设加氢压力，K3为加氢常数，V为每一储氢罐51的容积，T1为剩余发电时间。
所属领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和间接，所述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中对应过程，在此不再赘述。
在另一实施例中，本申请还公开一种氢燃料电池不间断供电加氢控制装置，所述控制装置包括一个或多个存储器和一个或多个处理器；
所述存储器存储有指令；
所述处理器用于调取所述指令，并执行所述的氢燃料电池不间断供电加氢控制方法。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法，其特征在于，包括：
获取氢燃料电池的剩余总发电量以及氢燃料电池连接的负载端的实时功率；
依据所述剩余总发电量和所述实时功率计算所述氢燃料电池的剩余发电时间；
当所述剩余发电时间小于预设发电时间时：
输出直充指令，以使得当前加氢管连通氢燃料电池当前供氢的储氢罐(51)；
输出压力调节指令，以使当前加氢管的氢气压力大于预设加氢压力。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法，其特征在于，所述剩余总发电量的计算方式包括：
Q1=k2·N·M·V；
所述Q1为剩余总发电量，k2为氢气发电系数，N为氢气燃料电池中还有氢气且能够供氢的储氢罐(51)数量，M为每一个还有氢气且能够供氢的储氢罐(51)中的氢气压力，V为每一储氢罐(51)的容积。
3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法，其特征在于，依据所述剩余总发电量和所述实时功率计算所述氢燃料电池的剩余发电时间，包括：
T1=Q1/（P·k1）；
其中，T1为剩余发电时间，P为实时功率，k1为所述氢燃料电池的无功发电常数。
4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法，其特征在于，所述预设发电时间为充满一个储氢罐(51)所用时间。
5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法，其特征在于，所述预设加氢压力满足：
K3·Mx·V/T1=My；
其中，Mx为单个储氢罐(51)的标准储氢压力，My为预设加氢压力，K3为加氢常数。
6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池不间断供电加氢控制方法，其特征在于，所述负载端的实时功率计算方式为：
P=U·I·cosα；
其中，U为负载端的实时电压，I为负载端的实时电流，cosα为负载端的功率因数。
7.一种氢燃料电池不间断供电加氢控制系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取氢燃料电池的剩余总发电量以及氢燃料电池连接的负载端的实时功率；
数据计算模块，与用于依据所述剩余总发电量和所述实时功率计算所述氢燃料电池的剩余发电时间；
控制输出模块，在所述剩余发电时间小于预设发电时间时：
输出直充指令，以使得当前加氢管连通氢燃料电池当前供氢的储氢罐(51)；
输出压力调节指令，以使当前加氢管的氢气压力大于预设加氢压力。
8.根据权利要求7所述的一种氢燃料电池不间断供电加氢控制系统，其特征在于，
所述预设加氢压力满足：
K3·Mx·V/T1=My；
其中，Mx为单个储氢罐(51)的标准储氢压力，My为预设加氢压力，K3为加氢常数，V为每一储氢罐(51)的容积，T1为剩余发电时间。
9.一种氢燃料电池不间断供电加氢控制装置，其特征在于，包括一个或多个存储器和一个或多个处理器；
所述存储器存储有指令；
所述处理器用于调取所述指令，并执行如权利要求1-6任一项所述的方法。
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