CN113659170B - 一种燃料电池控制系统及其工况操作控制方法 - Google Patents

一种燃料电池控制系统及其工况操作控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池控制系统及其工况控制方法，其中，燃料电池控制系统，在停机工况阶段，吸收燃料电池堆的正极侧氧气与燃料电池堆负极侧的氢气发生化学反应产生的电能，有利于充分消耗残余的氧气，可避免在停机后燃料电池堆正负极两侧同时残余氧气与氢气导致高电位产生，有效抑制燃料电池堆停机引起的性能衰减。同时停机环节残存氢氧产生的电能储存于储能负载中用于辅助启动耗能供给，并利用储能负载中存储的电能辅助燃料电池堆的启动，减少了燃料电池堆启动的功耗。

Description

一种燃料电池控制系统及其工况操作控制方法
技术领域
本发明涉及能源动力技术领域，具体涉及一种燃料电池控制系统及其工况控制方法。
背景技术
氢能是指氢和氧进行化学反应释放出的化学能，是一种清洁、高效、可持续的二次无碳能源。在综合能源供给方面中，利用燃料电池建设分布式能源供给站提供热电气供给，可以大幅改善能源消费与温室气体排放，对于我国优化能源布局、促进节能减排、保护生态环境具有重要意义。
质子交换膜燃料电池(简称PEMFC)，因为具有可低温启动、能量密度高、响应迅速、系统效率高等优点。因此，PEMFC作为新一代高效无碳的清洁能源供应技术，在供电供热系统中，也是发挥着至关重要的作用。
目前，对于PEMFC供电供热的控制系统中，其在停机后进行低温启动的过程中，由于燃料电池堆内部通常含有残余水分和空气，因此，在低温环境启动时很容易导致燃料电池堆存在结冰风险和系统性能衰减，不利于启动和运行操作。并且，在停机后启动时，需增加额外电源进行热启动，显然会增加燃料电池堆功耗。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的在低温环境启动时很容易导致燃料电池堆存在结冰风险和系统性能衰减，不利于启动和运行操作，且会增加燃料电池堆功耗的缺陷，从而提供一种燃料电池控制系统及其工况控制方法。
根据第一方面，本发明实施例还提供一种燃料电池控制系统，包括：燃料电池堆，氢气循环通路，空气源输入端口，空气输出端口，电源输出模块，空气循环通路，第一控制阀，第二控制阀，所述空气源输入端口至少包含氧气，还包括：储能负载，可控开关器件，加湿装置，除湿装置，主控制器，
其中，所述燃料电池堆的正极侧分别连接所述空气循环通路的第一端口和所述除湿装置，所述燃料电池堆的负极侧连接所述氢气循环通路，所述燃料电池堆的电源输入端通过所述可控开关器件连接所述储能负载，所述燃料电池堆的电源输出端连接所述电源输出模块；
所述空气源输入端口通过所述第一控制阀连接所述加湿装置，所述加湿装置连接所述空气循环通路的第一端口，所述空气循环通路的第二端口通过所述第二控制阀连接所述空气输出端口，所述空气循环通路的第二端口还连接所述除湿装置；
所述主控制器分别连接所述氢气循环通路、所述空气源输入端口、所述第一控制阀、所述空气循环通路、所述第二控制阀、所述电源输出模块、所述加湿装置、所述除湿装置、所述储能负载、所述可控开关器件。
在一种实施方式中，所述氢气循环通路还包括：氢气源输入端口、氢气输出端口、第三控制阀、第四控制阀和氢气循环泵，其中，所述氢气源输入端口通过所述第三控制阀连接所述燃料电池堆的负极侧，所述氢气输出端口通过所述第四控制阀还连接所述燃料电池堆的负极侧，所述氢气循环泵连接在所述氢气源输入端口与所述氢气输出端口之间。
在一种实施方式中，所述主控制器还连接所述氢气源输入端口、第三控制阀、所述第四控制阀和所述氢气循环泵。
在一种实施方式中，所述空气循环通路还包括：第五控制阀、第六控制阀和空气循环泵，其中，所述第五控制阀的第一端连接所述空气循环通路的第一端口，所述第五控制阀的第二端通过所述空气循环泵连接所述第六控制阀的第一端，所述第六控制阀的第二端连接所述除湿装置。
在一种实施方式中，所述主控制器还连接所述第五控制阀、所述第六控制阀和所述空气循环泵。
在一种实施方式中，所述电源输出模块还包括：直流变换器和直流电输出端，所述直流变换器与所述直流电输出端连接。
在一种实施方式中，所述燃料电池堆包括质子交换膜燃料电池，所述储能负载包括电容型负载。
根据第二方面，本发明实施例还一种停机工况操作控制方法，用于上述第一方面或第一方面任一实施方式中所述的燃料电池控制系统，包括如下步骤：
同时控制氢气循环通路停止输送氢气和空气源输入端口停止输送空气，以使燃料电池堆的正极侧残留少许空气和燃料电池堆的负极侧残留少许氢气；
同时控制第一控制阀、第二控制阀、加湿装置和可控开关器件执行关断操作；
同时开启空气循环通路和所述除湿装置，以使所述空气循环通路循环所述少许空气至所述除湿装置按照预设时间对所述少许空气进行除湿；
开启可控开关器件启动储能负载储存所述少许空气中的氧气和所述少许氢气发生化学反应产生的电能；
直到所述氧气和所述少许氢气消耗殆尽关断所述可控开关器件、所述空气循环通路和所述除湿装置。
在一种实施方式中，所述控制氢气循环通路停止输送氢气通过如下方式执行操作：
同时控制第三控制阀、第四控制阀、氢气源输入端口、氢气循环泵执行关断操作。
在一种实施方式中，所述开启空气循环通路通过如下方式执行操作：
同时控制第五控制阀、第六控制阀和空气循环泵执行开启操作。
根据第三方面，本发明实施例还一种启动工况操作控制方法，用于上述上述第一方面或第一方面任一实施方式中所述的燃料电池控制系统，包括如下步骤：
通过氢气循环通路对燃料电池堆的负极侧的氢气执行氢气吹扫操作；
负极侧的空气执行吹扫操作；
控制空气循环通路执行关断操作；
通过可控开关器件控制储能负载执行反向控制操作，以使储能负载所存储的电能驱动燃料电池堆的正极侧与燃料电池堆的负极侧发生化学反应释放热能和转换电能；
直到所述燃料电池堆满足预设启动条件关断所述可控开关器件，并通过所述电源输出模块输出所述电能。
在一种实施方式中，所述通过氢气循环通路对燃料电池堆的负极侧的氢气执行氢气吹扫操作通过如下方式执行操作：
控制第三控制阀、第四控制阀执行开启操作，并控制氢气循环泵执行关断操作。
在一种实施方式中，所述控制空气循环通路执行关断操作通过如下方式执行操作：
同时控制第五控制阀、第六控制阀、空气循环泵执行关断操作。
根据第四方面，本发明实施例还一种运行工况操作控制方法，用于上述上述上述第一方面或第一方面任一实施方式中所述的燃料电池控制系统，包括如下步骤：
控制氢气循环通路循环通路执行开通操作，使得氢气排入燃料电池参与化学反应并使得化学反应后的剩余氢气排出；
同时开启空气源输入端口、加湿装置、除湿装置、第一控制阀、第二控制阀，且控制空气循环通路、可控开关器件执行关断操作，使得空气通过所述第一控制阀、加湿装置流经燃料电池堆的正极侧参与化学反应并使得化学反应后的剩余空气流经除湿装置通过所述第二控制阀经过空气输出端口排出；
控制燃料电池堆产生化学反应转换的电能通过电源输出模块输出。
在一种实施方式中，所述控制氢气循环通路循环通路执行开通操作，使得氢气排入燃料电池参与化学反应并使得化学反应后的剩余氢气排出通过如下方式执行操作：
同时控制第三控制阀、第四控制阀和氢气循环泵执行开启操作。
在一种实施方式中，所述控制空气循环通路执行关断操作通过如下方式执行关断操作：
控制第五控制阀、第六控制阀和空气循环泵执行关断操作。
根据第五方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述第二方面或第一方面任一实施方式中所述的停机工况操作控制方法，或，上述第三方面或第三方面任一实施方式中所述的启动工况操作控制方法，或，第四方面或第四方面任一实施方式中任一项所述的运行工况操作控制方法。
根据第六方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括：第一方面或第一方面任一实施方式中所述的燃料电池控制系统、存储器和处理器，所述燃料电池控制系统、所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第二方面或第二方面任一实施方式所述的停机工况操作控制方法，或，第三方面或第三方面任一实施方式所述的启动工况操作控制方法，或，第四方面或第四方面任一实施方式所述的运行工况操作控制方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明公开了一种燃料电池控制系统及其工况控制方法，其中，燃料电池控制系统，在停机工况阶段，吸收燃料电池堆的正极侧的氧气与燃料电池堆的负极侧的氢气发生化学反应产生的电能和热能有利于充分消耗空气中残余的氧气，可避免在停机后燃料电池堆正负极两侧同时残余氧气与氢气导致高电位产生，有效抑制燃料电池堆停机引起的性能衰减。同时停机环节残存氢氧产生的电能储存于储能负载中用于辅助启动耗能供给，并利用储能负载中存储的电能辅助燃料电池堆的启动，减少了燃料电池堆启动的功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中燃料电池控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中停机工况操作控制方法的流程图；
图3为本发明实施例中启动工况操作控制方法的流程图；
图4为本发明实施例中运行工况操作控制方法的流程图；
图5为本发明实施例中计算结设备的硬件示意图。
附图标记：
11-燃料电池堆； 12-氢气循环通路； 13-空气源输入端口；
14-空气输出端口； 15-电源输出模块； 16-空气循环通路；
17-第一控制阀； 18-第二控制阀； 19-储能负载；
20-可控开关器件； 21-加湿装置； 23-主控制器；
110-燃料电池堆的负极侧； 111-燃料电池膜；
112-燃料电池堆的正极侧； 121-氢气源输入端口；
122-氢气输出端口； 123-第三控制阀； 124-第四控制阀；
151-直流换流器； 152-直流输出端； 161-第五控制阀；
162-第六控制阀； 163-空气循环泵。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
由于氢能作为一种清洁、高效、可持续的无碳能源，因此，在能源动力领域中，利用燃料电池进行氢电转化出的电能具有广阔前景。但目前燃料电池堆的成本和寿命也会直接影响商用化进程，特别是在启动和停机工况下，会导致燃料电池堆性能呈现不可逆性。同时因为燃料电池堆通常含有水分，所以在低温环境下还会存在结冰的风险，这显然也会导致燃料电池堆的寿命大幅度下降。相关技术中的燃料电池控制系统，在低温环境启动时很容易导致燃料电池堆存在结冰风险和系统性能衰减，不利于启动和运行操作。
因此，为提高燃料电池堆使用寿命和抑制燃料电池控制系统在启动、停机以及运行工况下发生系统性能衰减和降低停机工况后燃料电池存在的含水量，推动燃料电池堆商业化，实现国民经济可持续发展具有重要意义。
鉴于此，本发明实施例提供一种燃料电池控制系统，如图1所示，包括：燃料电池堆11，氢气循环通路12，空气源输入端口13，空气输出端口14，电源输出模块15，空气循环通路16，第一控制阀17，第二控制阀18，还包括：储能负载19，可控开关器件20，加湿装置21，除湿装置22，主控制器23。其中，空气源输入端口13至少包含氧气。
上述中的燃料电池堆可以采用质子交换膜燃料电池，简称PEMFC，在氢电热转化过程中，该质子交换膜燃料电池堆的运行温度通常在65℃-70℃，可将氢气化学能近似对半转化为电能和热能，故质子交换膜燃料电池其氢电热转化效率较高。因此，质子交换膜燃料电池可作为新一代高效无碳的清洁能源，本发明实施例使用质子交换膜燃料电池可实现系统的启动、运行以及停机控制。
上述中的氢气循环通路用于输入氢气至燃料电池堆参与化学反应以及循环参与化学反应后剩余氢气或将剩余氢气排出。可以实现充分利用氢气，从而有利于节约氢能源。
上述中的空气源输入端口可以为空气瓶或吸入空气的过滤器。上述中的空气输出端口可以为一个空气排气口。上述中的电源输出模块可以包括为直流变换器和直流电源输出端，直流变换器连接直流电源输出端，其中，直流变换器可以为DC-DC变换器。上述中的空气循环通路用于循环空气流通。
上述中的第一控制阀用于控制加湿装置工作，第二控制阀用于控制除湿装置工作，储能负载可以为电容型负载，当然还可以为其他类型具有存储功能的储能负载，但并不限于此。
上述中的可控开关器件可以为反向可控硅。上述中的加湿装置可以为加湿器，用于燃料电池控制系统在运行过程中，对空气进行加湿。上述中的除湿装置可以为除湿器。上述中的主控制器可以为计算机的主机。
其中，燃料电池堆的正极侧分别连接空气循环通路的第一端口和除湿装置，燃料电池堆的负极侧连接氢气循环通路，燃料电池堆的电源输入端通过可控开关器件连接储能负载，燃料电池堆的电源输出端连接电源输出模块。在图1中，可以看出燃料电池堆11包括：燃料电池堆的正极侧112、燃料电池膜111以及燃料电池堆的负极侧110。
在图1中，空气源输入端口13通过第一控制阀17连接加湿装置21，加湿装置21连接空气循环通路16的第一端口，空气循环通路16的第二端口通过第二控制阀18连接空气输出端口14，空气循环通路16的第二端口还连接除湿装置22。主控制器23分别连接氢气循环通路12、空气源输入端口13、第一控制阀17、空气循环通路16、第二控制阀18、电源输出模块15、加湿装置21、除湿装置22、储能负载19、可控开关器件20。
在一种实施方式中，本发明实施例中的燃料电池控制系统，在图1中，氢气循环通路12还包括：氢气源输入端口121、氢气输出端口122、第三控制阀123、第四控制阀124和氢气循环泵125，其中，氢气源输入端口121通过第三控制阀123连接燃料电池堆11的负极侧110，氢气输出端口124通过第四控制阀124还连接燃料电池堆11的负极侧110，氢气循环泵125连接在氢气源输入端口121与氢气输出端口122之间。
在一种实施方式中，在图1中，本发明实施例中的燃料电池控制系统，主控制器23还连接氢气源输入端口121、第三控制阀123、第四控制阀124和氢气循环泵125。
在一种实施方式中，在图1中，空气循环通路16还包括：第五控制阀161、第六控制阀162和空气循环泵163，其中，第五控制阀161的第一端连接空气循环通路16的第一端口，第五控制阀161的第二端通过空气循环泵163连接第六控制阀162的第一端，第六控制阀162的第二端连接除湿装置22。
在一种实施方式中，在图1中，本发明实施例中的燃料电池控制系统，主控制器23还连接第五控制阀161、第六控制阀162和空气循环泵163。
本发明实施例中增设可控开关器件和储能负载，在停机工况阶段，吸收燃料电池堆的正极侧的氧气与燃料电池堆的负极侧的氢气发生化学反应产生的电能。有利于充分消耗残余氧气，可避免在停机后燃料电池堆正负极两侧的残余氧气与氢气导致的高电位产生，有效抑制燃料电池堆停机引起的性能衰减。同时停机环节残存氢氧产生的电能储存于储能负载中用于辅助启动耗能供给，并利用储能负载中存储的电能辅助燃料电池堆的启动，减少了燃料电池堆启动的功耗。
本发明实施例中增设加湿装置和除湿装置，在启动工况阶段和运行工况阶段，有利于燃料电池堆加速参与氢电反应。充分除去空气中的水分，有利于降低气流含水量，可避免燃料电池堆的腔体存在结冰风险。
本发明实施例中增设空气源输入端口、氢气循环通路，在启动工况阶段，有利于对空气和氢气进行吹扫，可以避免氢气与空气发生爆炸现象。
基于相同构思，本发明实施例中的停机工况操作控制方法，用于上述实施例中的燃料电池控制系统，如图2所示，包括如下步骤：
步骤S21：同时控制氢气循环通路停止输送氢气和空气源输入端口停止输送空气，以使燃料电池堆的正极侧残留少许空气和燃料电池堆的负极侧残留少许氢气。
具体地，在图1中，控制氢气循环通路停止输送氢气通过如下方式执行操作：
同时控制第三控制阀、第四控制阀、氢气源输入端口、氢气循环泵执行关断操作。
在停机工况阶段，控制第三控制阀、第四控制阀关断，使得氢气源输入端口停止输送氢气和空气源输入端口停止输送空气。有利于节约氢能，同时也节约电能。
步骤S22：同时控制第一控制阀、第二控制阀和可控开关器件执行关断操作。
在图1中，第一控制阀用于控制加湿装置工作，一旦第一控制阀关断，则断开了加湿装置，第二控制阀用于接通空气输出端口。在停机工况阶段，控制第一控制阀、第二控制阀和可控开关器件执行关断操作，有利于节约电能。
步骤S23：同时开启空气循环通路和除湿装置，以使空气循环通路循环少许空气至除湿装置按照预设时间对少许空气进行除湿。
具体地，开启空气循环通路通过如下方式执行操作：
在图1中，同时控制第五控制阀、第六控制阀和空气循环泵执行开启操作。
在本实施例中，在停机工况阶段，利用空气循环通路驱动空气的气流流过除湿器，有利于降低气流的含水量，避免燃料电池堆的腔体存在结冰的风险。
步骤S24：开启可控开关器件启动储能负载储存少许空气中的氧气和少许氢气发生化学反应产生的电能。
在本实施例中，在停机工况阶段，通过开启可控开关器件控制储能负载储存燃料电池堆正极侧与负极侧两侧储存少许空气中的氧气和少许氢气发生化学反应产生的电能，有利于避免系统停机后燃料电池堆产生高电位，同时抑制了燃料电池堆的性能衰减。
步骤S25：直到氧气和少许氢气消耗殆尽关断可控开关器件、空气循环通路和除湿装置。
当燃料电池堆正负极侧两侧的氧气和少许氢气消耗殆尽关断可控开关器件、空气循环通路和除湿装置，有利于节约电能。
本发明实施例中的停机工况操作控制方法，在停机工况阶段，吸收燃料电池堆的正极侧的氧气与燃料电池堆的负极侧的氢气发生化学反应产生的电能。有利于充分消耗残余氧气，可避免在停机后燃料电池堆正负极两侧的残余氧气与氢气导致的高电位产生，有效抑制燃料电池堆停机引起的性能衰减。同时停机环节残存氢氧产生的电能储存于储能负载中用于辅助启动耗能供给，并利用储能负载中存储的电能辅助燃料电池堆的启动，减少了燃料电池堆启动的功耗。
基于相同构思，本发明实施例还提供了一种启动工况操作控制方法，用于上述实施例中的燃料电池控制系统，如图3所示，包括如下步骤：
步骤S31：通过氢气循环通路对燃料电池堆的负极侧的氢气执行氢气吹扫操作。
具体的，上述步骤S31在执行的过程中可通过如下方式操作：
控制第三控制阀、第四控制阀执行开启操作，并控制氢气循环泵执行关断操作。
燃料电池控制系统，在启动工况阶段，控制第三控制阀、第四控制阀，开启，控制氢气循环泵关断。借助氢气循环通路中的氢气源输入端口通过第三控制阀对燃料电池的负极侧吹扫，扫除的氢气经过第四控制阀排出。有利于清扫出燃料电池堆中的空气，保证燃料电池堆的负极侧被氢气覆盖，有利于执行启动操作。
步骤S32：控制空气源输入端口、第一控制阀、第二控制阀、加湿装置和除湿装置执行开启操作，对燃料电池堆的负极侧的空气执行吹扫操作。
在燃料电池堆的正极侧借助空气源输入端口、通过第一控制阀、加湿装置吹扫，扫除的空气经过除湿装置、第二控制阀以及空气输出端口排出。有利于降低燃料电池堆的正极侧的含水量，进而可以避免燃料电池堆腔体存在结冰风险。
步骤S33：控制空气循环通路执行关断操作。
具体地，上述步骤S33在执行的过程中可通过如下方式操作：
同时控制第五控制阀、第六控制阀、空气循环泵执行关断操作。
在启动工况阶段，同时控制第五控制阀、第六控制阀、空气循环泵关断，保证吹扫燃料电池堆腔体内的空气时，也有利于节约电能。
步骤S34：通过可控开关器件控制储能负载执行反向控制操作，以使储能负载所存储的电能驱动燃料电池堆的正极侧与燃料电池堆的负极侧发生化学反应释放热能和转换电能。
步骤S35：直到燃料电池堆满足预设启动条件关断可控开关器件，并通过电源输出模块输出电能。
为了保证在停机工况阶段后安全启动，通过可控开关器件控制储能负载执行反向控制操作后，利用储能负载储存燃料电池堆中残余的少许空气中的氧气和少许氢气转化的电能，在满足预设启动条件后，停止操作。可以实现利用储能负载储存的电能辅助启动，减少额外耗功。
本发明实施例中的启动工况操作控制方法，在启动工况阶段，利用储能负载储存在停机工况阶段中燃料电池堆环节转换出的电能，辅助执行启动操作，可以有效减少系统的额外功耗。
基于相同构思，本发明实施例还提供了一种运行工况操作控制方法，用于上述实施例中的燃料电池控制系统，如图4所示，包括如下步骤：
步骤S41：控制氢气循环通路循环通路执行开通操作，使得氢气排入燃料电池参与化学反应并使得化学反应后的剩余氢气排出。
具体地，上述步骤S41在执行的过程中，可通过如下方式操作：
同时控制第三控制阀、第四控制阀和氢气循环泵执行开启操作。
氢气通过氢气循环通路中的氢气源输入端口通过第三控制阀通入燃料电池堆的负极侧参与氢电反应，参与氢电反应后通常还会存在过剩氢气，过剩的氢气通过第四控制阀排出。氢气循环泵在工作过程中，有利于加速氢气循环再次进入燃料电池堆。
步骤S42：同时开启空气源输入端口、加湿装置、除湿装置、第一控制阀、第二控制阀，且控制空气循环通路、可控开关器件执行关断操作，使得空气通过第一控制阀、加湿装置流经燃料电池堆的正极侧参与化学反应并使得化学反应后的剩余氧气流经除湿装置通过第二控制阀经过空气输出端口排出。
空气通过空气循环通路的空气源输入端口经过第一控制阀流经加湿装置，使得空气的含水量增加后流入燃料电池堆的正极侧参与化学反应，参与化学反应后通常会剩余些空气，过剩的空气经过除湿装置后通过第二控制阀、空气输出端口排出。在此过程中，控制空气循环通路、可控开关器件执行关断操作通过如下方式执行操作：
控制第五控制阀、第六控制阀和空气循环泵执行关断操作。
在运行工况阶段，只要保证氢气与氧气能够在燃料电池堆中充分参与化学反应，可以将参与化学反应后转换的电能通过电源输出模块输出即可，控制第五控制阀、第六控制阀和空气循环泵执行关断操作，可以节约电能。
步骤S43：控制燃料电池堆产生化学反应转换的电能通过电源输出模块输出。
燃料电池堆内的氢质子由其负极侧经过质子交换膜后到达其正极侧发生化学反应，再通过电源输出模块输出。在运行工况阶段，基于燃料电池堆产生的化学反应，有利于充分利用氢电转化的电能，有效节约电能。
本发明实施例中的一种运行工况操作控制方法，因为在停机工况阶段，可以避免停机后同时存在参与氢气与氧气导致燃料电池堆的高电位产生，可降低燃料电池堆的性能衰减，所以，在启动工况阶段，更有利于保证氢气与氧气能够在燃料电池堆中充分参与化学反应，进而实现充分输出电能。
基于相同构思，本发明实施例还提供了一种计算机设备，如图5所示，该电子设备可以包括处理器51、存储器52和燃料电池控制系统53，其中处理器51、存储器52和燃料电池控制系统53可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
处理器51可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的停机工况操作控制方法，或，启动工况操作控制方法，或，运行工况操作控制方法。
存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器51所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实例包括但不限于电网、互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述处理器51执行时，执行附图所示实施例中的方法。
上述计算机设备具体细节可以对应参阅图1至图5所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (16)

1.一种燃料电池控制系统，包括：燃料电池堆，氢气循环通路，空气源输入端口，空气输出端口，电源输出模块，空气循环通路，第一控制阀，第二控制阀，所述空气源输入端口至少包含氧气，其特征在于，还包括：储能负载，可控开关器件，加湿装置，除湿装置，主控制器，
其中，所述燃料电池堆的正极侧分别连接所述空气循环通路的第一端口和所述除湿装置，所述燃料电池堆的负极侧连接所述氢气循环通路，所述燃料电池堆的电源输入端通过所述可控开关器件连接所述储能负载，所述燃料电池堆的电源输出端连接所述电源输出模块；
所述空气源输入端口通过所述第一控制阀连接所述加湿装置，所述加湿装置连接所述空气循环通路的第一端口，所述空气循环通路的第二端口通过所述第二控制阀连接所述空气输出端口，所述空气循环通路的第二端口还连接所述除湿装置；
所述主控制器分别连接所述氢气循环通路、所述空气源输入端口、所述第一控制阀、所述空气循环通路、所述第二控制阀、所述电源输出模块、所述加湿装置、所述除湿装置、所述储能负载、所述可控开关器件；
所述氢气循环通路还包括：氢气源输入端口、氢气输出端口、第三控制阀、第四控制阀和氢气循环泵，其中，所述氢气源输入端口通过所述第三控制阀连接所述燃料电池堆的负极侧，所述氢气输出端口通过所述第四控制阀还连接所述燃料电池堆的负极侧，所述氢气循环泵连接在所述氢气源输入端口与所述氢气输出端口之间；
所述空气循环通路还包括：第五控制阀、第六控制阀和空气循环泵，其中，所述第五控制阀的第一端连接所述空气循环通路的第一端口，所述第五控制阀的第二端通过所述空气循环泵连接所述第六控制阀的第一端，所述第六控制阀的第二端连接所述除湿装置；
在停机工况阶段，执行以下步骤：
同时控制氢气循环通路停止输送氢气和空气源输入端口停止输送空气，以使燃料电池堆的正极侧残留少许空气和燃料电池堆的负极侧残留少许氢气；
同时控制第一控制阀、第二控制阀、加湿装置和可控开关器件执行关断操作；
同时开启空气循环通路和所述除湿装置，以使所述空气循环通路循环所述少许空气至所述除湿装置按照预设时间对所述少许空气进行除湿；
开启可控开关器件启动储能负载储存所述少许空气中的氧气和所述少许氢气发生化学反应产生的电能；
直到所述氧气和所述少许氢气消耗殆尽关断所述可控开关器件、所述空气循环通路和所述除湿装置；
在启动工况阶段，执行以下步骤：
通过氢气循环通路对燃料电池堆的负极侧的氢气执行氢气吹扫操作；
控制空气源输入端口、第一控制阀、第二控制阀、加湿装置和除湿装置执行开启操作，对燃料电池堆的负极侧的空气执行吹扫操作；
控制空气循环通路执行关断操作；
通过可控开关器件控制储能负载执行反向控制操作，以使储能负载所存储的电能驱动燃料电池堆的正极侧与燃料电池堆的负极侧发生化学反应释放热能和转换电能；
直到所述燃料电池堆满足预设启动条件关断所述可控开关器件，并通过所述电源输出模块输出所述电能。
2.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述主控制器还连接所述氢气源输入端口、第三控制阀、所述第四控制阀和所述氢气循环泵。
3.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述主控制器还连接所述第五控制阀、所述第六控制阀和所述空气循环泵。
4.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述电源输出模块还包括：直流变换器和直流电输出端，所述直流变换器与所述直流电输出端连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述燃料电池堆包括质子交换膜燃料电池，所述储能负载包括电容型负载。
6.一种停机工况操作控制方法，用于权利要求1至5任一项所述的燃料电池控制系统，其特征在于，包括如下步骤：
同时控制氢气循环通路停止输送氢气和空气源输入端口停止输送空气，以使燃料电池堆的正极侧残留少许空气和燃料电池堆的负极侧残留少许氢气；
同时控制第一控制阀、第二控制阀、加湿装置和可控开关器件执行关断操作；
同时开启空气循环通路和所述除湿装置，以使所述空气循环通路循环所述少许空气至所述除湿装置按照预设时间对所述少许空气进行除湿；
开启可控开关器件启动储能负载储存所述少许空气中的氧气和所述少许氢气发生化学反应产生的电能；
直到所述氧气和所述少许氢气消耗殆尽关断所述可控开关器件、所述空气循环通路和所述除湿装置。
7.根据权利要求6所述的停机工况操作控制方法，其特征在于，所述控制氢气循环通路停止输送氢气通过如下方式执行操作：
同时控制第三控制阀、第四控制阀、氢气源输入端口、氢气循环泵执行关断操作。
8.根据权利要求6所述的停机工况操作控制方法，其特征在于，所述开启空气循环通路通过如下方式执行操作：
同时控制第五控制阀、第六控制阀和空气循环泵执行开启操作。
9.一种启动工况操作控制方法，用于权利要求1至5任一项所述的燃料电池控制系统，其特征在于，包括如下步骤：
通过氢气循环通路对燃料电池堆的负极侧的氢气执行氢气吹扫操作；
控制空气源输入端口、第一控制阀、第二控制阀、加湿装置和除湿装置执行开启操作，对燃料电池堆的负极侧的空气执行吹扫操作；
控制空气循环通路执行关断操作；
通过可控开关器件控制储能负载执行反向控制操作，以使储能负载所存储的电能驱动燃料电池堆的正极侧与燃料电池堆的负极侧发生化学反应释放热能和转换电能；
直到所述燃料电池堆满足预设启动条件关断所述可控开关器件，并通过所述电源输出模块输出所述电能。
10.根据权利要求9所述的启动工况操作控制方法，其特征在于，所述通过氢气循环通路对燃料电池堆的负极侧的氢气执行氢气吹扫操作通过如下方式执行操作：
控制第三控制阀、第四控制阀执行开启操作，并控制氢气循环泵执行关断操作。
11.根据权利要求9所述的启动工况操作控制方法，其特征在于，所述控制空气循环通路执行关断操作通过如下方式执行操作：
同时控制第五控制阀、第六控制阀、空气循环泵执行关断操作。
12.一种运行工况操作控制方法，用于权利要求1至5任一项所述的燃料电池控制系统，其特征在于，包括如下步骤：
控制氢气循环通路循环通路执行开通操作，使得氢气排入燃料电池参与化学反应并使得化学反应后的剩余氢气排出；
同时开启空气源输入端口、加湿装置、除湿装置、第一控制阀、第二控制阀，且控制空气循环通路、可控开关器件执行关断操作，使得空气通过所述第一控制阀、加湿装置流经燃料电池堆的正极侧参与化学反应并使得化学反应后的剩余空气流经除湿装置通过所述第二控制阀经过空气输出端口排出；
控制燃料电池堆产生化学反应转换的电能通过电源输出模块输出。
13.根据权利要求12所述的运行工况操作控制方法，其特征在于，所述控制氢气循环通路循环通路执行开通操作，使得氢气排入燃料电池参与化学反应并使得化学反应后的剩余氢气排出通过如下方式执行操作：
同时控制第三控制阀、第四控制阀和氢气循环泵执行开启操作。
14.根据权利要求12所述的运行工况操作控制方法，其特征在于，所述控制空气循环通路执行关断操作通过如下方式执行关断操作：
控制第五控制阀、第六控制阀和空气循环泵执行关断操作。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求6至8中任一项所述的停机工况操作控制方法，或，权利要求9至11中任一项所述的启动工况操作控制方法，或，权利要求12至14中任一项所述的运行工况操作控制方法。
16.一种计算机设备，其特征在于，包括：权利要求1至5任一项所述的燃料电池控制系统、存储器和处理器，所述燃料电池控制系统、所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求6至8中任一项所述的停机工况操作控制方法，或，权利要求9至11中任一项所述的启动工况操作控制方法，或，权利要求12至14中任一项所述的运行工况操作控制方法。
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