CN113707915A - 一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法及装置，其中，燃料电池电堆由多个单体电池组成，该方法包括：获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据；将阳极通入与工况点相同流量的氢气，阴极通入与工况点相同流量的氮气获取阳极基准压阻数据；将阴极通入与工况点相同流量的空气，阳极通入与工况点相同流量的氦气获取阴极基准压阻数据；由阴极实际压阻数据和阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值；由阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值；若阴极和/或阳极实际压阻数据超过阴极和/或阳极压阻上限值，启用阴极和/或阳极排水控制策略。本技术方案，实现节约成本及提高控制精度的效果。

Description

一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法及装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法及装置。

背景技术

燃料电池或发动机在运行时，内部水管理水平至关重要，不仅对电池的性能影响明显，而且长时间运行在不合理水管理状态也会对燃料电池或发动机的寿命和耐久性产生显著影响。对燃料电池进行水管理时，必须要对电池内部的水含量状态进行估计，以避免液态水过多引起水淹情况。

现有技术受限于算力和模型复杂度，存在成本高、控制精度和计算效率低的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法及装置，可实现简化控制算法、节约成本以及提高控制精度和计算效率的效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法，其中，所述燃料电池电堆由多个单体电池组成，可用于燃料电池电堆的水管理控制方法包括：

获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，并保证所述燃料电池的单体电压处于常用区间内；

将所述燃料电池的阳极通入与所述工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与所述工况点相同流量的氮气获取所述燃料电池的阳极基准压阻数据；将燃料电池的阴极通入与所述工况点相同流量的空气，并将阳极通入与所述工况点相同流量的氦气获取所述燃料电池的阴极基准压阻数据；

根据所述阴极实际压阻数据和所述阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值；根据所述阳极实际压阻数据和所述阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值；

在所述燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过所述阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过所述阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。

第二方面，本发明实施例提供了一种可用于燃料电池电堆的水管理控制装置，其中，包括：

实测数据获取模块，用于获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，并保证所述燃料电池的单体电压处于常用区间内；

基准数据获取模块，用于将所述燃料电池的阳极通入与所述工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与所述工况点相同流量的氮气获取所述燃料电池的阳极基准压阻数据；将燃料电池的阴极通入与所述工况点相同流量的空气，并将阳极通入与所述工况点相同流量的氦气获取所述燃料电池的阴极基准压阻数据；

上限值获取模块，用于根据所述阴极实际压阻数据和所述阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值；根据所述阳极实际压阻数据和所述阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值；

排水策略启用模块，用于在所述燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过所述阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过所述阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。

本发明实施例提供的技术方案，通过获取燃料电池工作状态下的优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，在燃料电池未工作状态下，将燃料电池的阳极通入与工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与工况点相同流量的氮气，如此获取燃料电池的阳极基准压阻数据，将燃料电池的阴极通入与工况点相同流量的空气，并将阳极通入与工况点相同流量的氦气，如此获取燃料电池的阴极基准压阻数据，并根据阴极实际压阻数据和阴极基准压阻数据计算得到阴极压阻上限值，以及根据阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据计算得到阳极压阻上限值，如此，在燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。基于实测数据构建燃料电池的水管理控制方法，防止燃料电池出现水淹故障，保证操作过程简单、实用性较强和效率高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法流程图；

图3为本发明实施例提供的又一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法流程图；

图4为本发明实施例提供的一种可用于燃料电池电堆的水管理控制装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

图1为本发明实施例提供的一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法流程图，适用于燃料电池电堆的水管理控制。燃料电池电堆由多个单体电池组成，单体电池即为一个子电池单元，将多个单体电池层叠组成就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池。为了避免液态水过多引起水淹而影响燃料电池的性能和寿命，需要准确计算不同工况条件下燃料电池内部的含水量情况。如图1所示，可用于燃料电池电堆的水管理控制方法主要包括以下步骤：

S101、获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，并保证燃料电池的单体电压处于常用区间内。

其中，优选工况区间是指兼顾电池性能、耐久性、氢耗以及能耗方面的最优的工况条件范围，可通过测试等手段获取或从电池厂家直接获取。需要说明的是，优选工况区间涵盖了各操作条件的上下限工况，使得获取到是数据更全面。

压阻是指在特定工况下流场入口压力与出口压力之间的差值，其中入口压力和出口压力可通过压力传感器获取。因此，阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据分别是实际工况下，阴极流场和阳极流场入口压力与出口压力之间的差值。

单体电压指燃料电池中单体电池输出的电压值。

常用区间指在燃料电池的工作性能较优时，对应的燃料电池的单体电压输出范围。

具体的，在燃料电池实际运行工况下，当燃料电池的单体电压输出范围处于燃料电池的常用区间内时，同时燃料电池的各个性能处于优选工况区间内，此时，获取燃料电池各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，可以分别用P_{_dc_real_i}和P_{_da_real_i}表示阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，其中i代表不同的工况点，可以取值为1、2或3等自然数。

需要说明的是，上述数据需要在燃料电池的实际运行工况期间测得，运行工况为燃料电池向外输出功率的情况，示例性的，对于以燃料电池为动力来源的车辆，当车辆启动后或行驶中，即为燃料电池的运行工况期间。

S102、将燃料电池的阳极通入与工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与工况点相同流量的氮气获取燃料电池的阳极基准压阻数据；将燃料电池的阴极通入与工况点相同流量的空气，并将阳极通入与工况点相同流量的氦气获取燃料电池的阴极基准压阻数据。

具体的，在燃料电池未运行工况下，即燃料电池未向外输出功率的情况，将燃料电池的阳极和阴极分别通入与上述步骤中优选工况一致的对应各个工况点相同流量的氢气和氮气，如此，获取此时燃料电池各个工况点的阳极基准压阻数据，可以用P_{_da_i}来表示。同理，仍然在燃料电池未工作状态下，将燃料电池的阳极和阴极分别通入与上述步骤中优选工况一致的对应各个工况点相同流量的氦气和空气，如此，获取此时燃料电池各个工况点的阴极基准压阻数据，可以用P_{_dc_i}来表示，其中，其中i代表不同的工况点，可以取值为1、2或3等自然数。

S103、根据阴极实际压阻数据和阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值；根据阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值。

其中，阴极压阻上限值和阳极压阻上限值分别指燃料电池内阴极和阳极最大允许液态水含量下对应的压阻数值，若水量超过此限值，将会出现燃料电池水淹等故障。

具体的，根据上述步骤S101和步骤102分别得到的阴极实际压阻数据P_{_dc_real_i}和阴极基准压阻数据P_{_dc_i}，可以进一步计算得到燃料电池的阴极压阻上限值，可以用P_{max_c_i}来表示。同理，根据得到的阳极实际压阻数据P_{_da_real_i}和阳极基准压阻数据P_{_da_i}，可以进一步计算得到燃料电池的阳极压阻上限值，可以用P_{max_a_i}来表示。

进一步的，由于工况点的个数可能为多个，因此阴极压阻上限值P_{max_c_i}和阳极压阻上限值P_{max_a_i}可能分别是一个数组，根据阴极压阻上限值P_{max_c_i}和阳极压阻上限值P_{max_a_i}可形成燃料电池各工况下阳极压阻数据和阴极压阻数据的曲线图，可以是一维或者多维的。如此，在线诊断燃料电池状态实施水管理时，可以采用查表或者根据曲线图得到阴极压阻上限值和阳极压阻上限值，而不需要再进行额外的复杂算法，提高了控制方法的利用率和实时性。

S104、在燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。

其中，阴极排水控制策略和阳极排水控制策略可实现对燃料电池阴极和阳极的有效排水，具体排水的实现方式本发明实施例不进行限定，例如可以是通过提高进气计量比、降低负载、降低入口湿度或提高工作温度等操作来实现对燃料电池阴极和阳极的有效排水。

具体的，在燃料电池运行过程中，监控各工况点下的阴极实际压阻数据P_{_dc_real_i}，并与阴极压阻上限值P_{max_c_i}进行比较，若P_{_dc_real_i}大于P_{max_c_i}，则启用阴极排水控制策略，否则，燃料电池继续运行。同理，监控各工况点下的阳极实际压阻数据P_{_da_real_i}，并与阳极压阻上限值P_{max_a_i}进行比较，若P_{_da_real_i}大于P_{max_a_i}，则启用阳极排水控制策略，否则，燃料电池继续运行。

本发明实施例提供的技术方案，通过获取燃料电池工作状态下的优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，在燃料电池未工作状态下，将燃料电池的阳极通入与工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与工况点相同流量的氮气，如此获取燃料电池的阳极基准压阻数据，将燃料电池的阴极通入与工况点相同流量的空气，并将阳极通入与工况点相同流量的氦气，如此获取燃料电池的阴极基准压阻数据，并根据阴极实际压阻数据和阴极基准压阻数据计算得到阴极压阻上限值，以及根据阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据计算得到阳极压阻上限值，如此，在燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。基于实测数据构建燃料电池的水管理控制方法，防止燃料电池出现水淹故障，保证操作过程简单、实用性较强和效率高。

可选的，工况点的参数至少可以包括：负载、计量比、流量、压力、温度和湿度。

其中，负载指燃料电池运行时与输出电压所连接的负载，负载的差异关系到燃料电池的输出电流大小，同时也会对输出电压产生影响，同时不同负载对燃料电池阴极或者阳极的排水策略也会产生不同的影响，具体的负载大小本发明实施例不进行限定。

计量比是指燃料电池内总的通入气体量与气体消耗量的比值，不同的计量比对燃料电池阴极或者阳极的排水策略会产生不同的影响，具体的计量比本发明实施例不进行限定。

流量是指燃料气体从燃料电池的阳极或阴极进入燃料电池的气体质量流量，例如在燃料电池阳极，氢气从进气口流入燃料电池的流量，在燃料电池的阴极，氮气从进气口流入燃料电池。

温度是指燃料电池内通入冷却液的温度，具体温度本发明实施例不进行限定，例如可以是75℃。

湿度是指燃料电池内通入气体的相对湿度，具体湿度本发明实施例不进行限定，例如可以是80％。

具体的，各个工况点对应的参数至少包括负载、计量比、流量、压力、温度和湿度，因此，在上述步骤S101中，优选工况区间内的各个工况点至少包括负载、计量比、流量、压力、温度和湿度等参数，不同工况点下的参数会不同，可以是一个参数对应的值不同，可一个是多个参数对应的值不同。如此，上述步骤S102中在获取阳极基准压阻数据P_{_da_i}和阴极基准压阻数据P_{_dc_i}时，需要保证各个工况点的参数与步骤S101中优选工况区间内的各个工况点的参数对应一致。采用各个工况点条件下的试验实测数据对燃料电池进行水管理，可实现精确地防止燃料电池水淹故障，实用性较强。

可选的，优选工况区间的各工况点的参数均位于优选范围内；常用区间的取值范围为0.6V～0.8V。

具体的，燃料电池运行在优选工况区间内时，各工况点的参数也均位于优选范围内，具体参数的优选范围本发明实施例对此不进行限定，可以通过大量的测试得到或者通过电池厂家得到。同时，燃料电池运行在优选工况区间内时，单体电池输出的电压值范围为0.6V～0.8V。根据燃料电池在优选工况区间运行且单体单压在常用区间内，获取阴极实际压阻数据P_{_dc_real_i}和阳极实际压阻数据P_{_da_real_i}，保证上述步骤S103得到的阴极压阻上限值P_{max_c_i}和阳极压阻上限值P_{max_a_i}更加符合燃料电池的实际运行情况，提高控制方法的准确性。

可选的，优选工况区间内的工况点可以设置为n个工况点；其中，5≤n≤100。

具体的，为了提高控制方法的准确性，采集的各个工况点的数据需要尽可能涵盖所有的工况，尤其是各工况点的上下限工况，以便于得到的阴极压阻上限值P_{max_c_i}和阳极压阻上限值P_{max_a_i}更逼近燃料电池发生水淹故障时对应的阴极压阻数据和阴极压阻数据的极限值。考虑到工况点的参数较多，且保证工作的高效性，因此，工况点的个数n的取值范围为大于或者等于5个且小于或者等于100个。

图2为本发明实施例提供的另一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法流程图，如图2所示，在上述实施例的基础上，获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据P_{_dc_real_i}和阳极实际压阻数据P_{_da_real_i}，具体实现步骤可以包括：

S201、根据负载、计量比和压力选取优选工况区域内各个工况点。

具体的，在燃料电池实际运行期间，当负载、计量比和压力的数值均处于优选范围内时，选取n个不同的工况点，即各个工况点内的负载、计量比和压力至少会存在一个参数不同。

S202、获取特定湿度和特定温度下的各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据。

具体的，在上述步骤的基础上，保证湿度和温度为固定值，本发明实施例对比不进行限定，例如可以是湿度100％和温度75℃。如此，在特定湿度和特定温度下，获取各个工况点的阴极实际压阻数据P_{_dc_real_i}和阳极实际压阻数据P_{_da_real_i}。

S203、将燃料电池的阳极通入与工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与工况点相同流量的氮气获取燃料电池的阳极基准压阻数据；将燃料电池的阴极通入与工况点相同流量的空气，并将阳极通入与工况点相同流量的氦气获取燃料电池的阴极基准压阻数据。

S204、根据阴极实际压阻数据和阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值；根据阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值。

S205、在燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。

可选的，在燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过阴极压阻上限值且当阳极实际压阻数据超过阳极压阻上限值时，同时启用阴极排水控制策略和阳极排水控制策略。

具体的，在阴极实际压阻数据P_{_dc_real_i}超过阴极压阻上限值P_{max_c_i}且当阳极实际压阻数据P_{_da_real_i}超过阳极压阻上限值P_{max_a_i}时，通过同时启用阴极排水控制策略和阳极排水控制策略来进一步保证燃料电池的安全运行，如此保证燃料电池的水管理控制方法具有较高的实用性和可靠性。

在本实施例中，获取特定湿度和特定温度下的各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，限定对燃料电池水淹故障影响较小的部分工况点的参数，简化数据计算的复杂度，提高计算效率。

图3为本发明实施例提供的又一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法流程图，如图3所示，在上述实施例的基础上，根据阴极实际压阻数据和阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值，以及根据阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值，主要包括以下步骤：

S301、根据负载、计量比和压力选取优选工况区域内各个工况点。

S302、获取特定湿度和特定温度下的各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据。

S303、将燃料电池的阳极通入与工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与工况点相同流量的氮气获取燃料电池的阳极基准压阻数据；将燃料电池的阴极通入与工况点相同流量的空气，并将阳极通入与工况点相同流量的氦气获取燃料电池的阴极基准压阻数据。

S304、获取各个工况点的阴极实际压阻数据与对应阴极基准压阻数据的比值，记为第一比值；将第一比值中的最大值作为阴极水淹比例因子。

其中，水淹比例因子指影响阴极压阻上限值计算的一个因子，通过多组实验数据实测得到的。

具体的，同一工况点下阴极实际压阻数据P_{_dc_real_i}与阴极基准压阻数据P_{_dc_i}的比值，可以记为第一比值，考虑到工况点的个数n为多个，因此，各个工况点对应的得到的第一比值可能不同，具体为一个数组，取第一比值中的最大值作为阴极水淹比例因子。

S305、根据阴极基准压阻数据和阴极水淹比例因子获取阴极压阻上限值。

具体的，阴极基准压阻数据P_{_dc_i}为燃料电池在各个工况点下实测得到的数据，根据工况点个数n的不同，得到的阴极基准压阻数据P_{_dc_i}的个数也不同，如此根据阴极基准压阻数据P_{_dc_i}和阴极水淹比例因子计算得到的阴极压阻上限值P_{max_c_i}也为多个数据，具体个数与n值相同。进而得到阴极压阻上限值P_{max_c_i}在不同工况点下的曲线图，根据曲线图可以实现燃料电池水管理控制的实时在线应用，具有较高的实用性。示例性的，将阴极压阻上限值P_{max_c_i}在不同工况点下的曲线图导入到控制系统中，并形成对应的数据表格，燃料电池运行在不同工况下，通过在线查表获得阴极压阻上限值P_{max_c_i}，并根据阴极压阻上限值P_{max_c_i}判断燃料电池是否发生水淹故障。

需要说明的是，这里的阴极基准压阻数据P_{_dc_i}可以是上述步骤S301得到的数据，也可以是优选工况区间内其他工况点下测得的数据。

可选的，根据阴极基准压阻数据和阴极水淹比例因子获取阴极压阻上限值，包括：设定阴极水淹弹性因子；将阴极基准压阻数据、阴极水淹比例因子和阴极水淹弹性因子的乘积作为阴极压阻上限值；

其中，阴极水淹弹性因子可认为是固定的系数值，用于调整阴极压阻上限值P_{max_c_i}，可以为系统设定值或者工作人员手动设定值。

具体的，由于所有数据都是基于实测得到，且实际测试工况为优选工况区间内的各个工况点，在此工况区间内燃料电池运行性能较优，因此，设置阴极压阻上限值P_{max_c_i}为阴极基准压阻数据P_{_dc_i}、阴极水淹比例因子和阴极水淹弹性因子三者的乘积，其中阴极水淹弹性因子可根据燃料电池的运行情况可调节，如此保证阴极压阻上限值P_{max_c_i}更加接近燃料电池发生水淹故障的极限值，使得燃料电池可以在较宽的运行工况范围内可靠稳定运行。

S306、获取各个工况点的阳极实际压阻数据与对应阳极基准压阻数据的比值，记为第二比值；将第二比值中的最大值作为阳极水淹比例因子。

S307、根据阳极基准压阻数据和阳极水淹比例因子获取阳极压阻上限值。

可选的，根据阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值，包括：设定阳极水淹弹性因子；将阳极基准压阻数据、阳极水淹比例因子和阳极水淹弹性因子的乘积作为阳极压阻上限值。

需要说明的是，步骤S306中阳极水淹比例因子的获取方法与步骤S304中阳极水淹比例因子的获取方法相同，进而，步骤S307中阳极压阻上限值P_{max_a_i}的获取方法与步骤S305中阴极压阻上限值P_{max_c_i}的获取方法相同，此处不再一一赘述。并且在实际操作过程中，步骤S304～S305获取阴极压阻上限值P_{max_c_i}与步骤S306～S307获取阳极压阻上限值P_{max_a_i}的执行操作顺序不分先后，也可以同时执行，本实施例对此不进行限定。

可选的，阴极水淹弹性因子和阳极水淹弹性因子的取值范围为1～1.5。

具体的，设置阴极水淹弹性因子和阳极水淹弹性因子的取值范围为1～1.5，保证阳极压阻上限值P_{max_a_i}和阴极压阻上限值P_{max_c_i}仍在燃料电池的阴极压阻数据和阳极压阻数据的极限值范围内，进而保证燃料电池可靠运行，不出发生水淹故障。

S308、在燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。

需要说明的是，上述步骤S304～S307即为“根据阴极实际压阻数据和阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值，以及根据阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值”的具体实现过程，如此通过将燃料电池非工作状态下电池内部压阻与工作状态下电池实际压阻建立关联，从而计算得到电池在各个工况点下运行时的实际压阻上限值，进而判定燃料电池是否处于水淹状态对电池进行水管理，如此，采用实测的数据更具有准确性，提高燃料电池水管理控制方法的计算精度。

基于同一思路，本发明还提供了一种可用于燃料电池电堆的水管理控制装置，如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种可用于燃料电池电堆的水管理控制装置结构示意图，该装置包括：实测数据获取模块401，用于获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，并保证燃料电池的单体电压处于常用区间内；基准数据获取模块402，用于将燃料电池的阳极通入与工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与工况点相同流量的氮气获取燃料电池的阳极基准压阻数据；将燃料电池的阴极通入与工况点相同流量的空气，并将阳极通入与工况点相同流量的氦气获取燃料电池的阴极基准压阻数据；上限值获取模块403，用于根据阴极实际压阻数据和阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值；根据阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值；排水策略启用模块404，用于在燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。

本发明实施例中，通过设置实测数据获取模块获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据；基准数据获取模块获取燃料电池的阳极基准压阻数据和阴极基准压阻数据；上限值获取模块分别根据阴极实际压阻数据和阴极基准压阻数据，以及阳极实际压阻数据和阳极基准压阻数据，获得阴极压阻上限值和阳极压阻上限值；排水策略启用模块根据阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据是否超过相对应的阴极压阻上限值和阳极压阻上限值，来确定是否启用阴极排水控制策略和阳极排水控制策略。实现在燃料电池运行工况期间，实时在线诊断是否发生水淹故障，并及时进行水管理，简化操作过程，提高诊断效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种可用于燃料电池电堆的水管理控制方法，其特征在于，所述燃料电池电堆由多个单体电池组成，包括：

获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，并保证所述燃料电池的单体电压处于常用区间内；

将所述燃料电池的阳极通入与所述工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与所述工况点相同流量的氮气获取所述燃料电池的阳极基准压阻数据；将燃料电池的阴极通入与所述工况点相同流量的空气，并将阳极通入与所述工况点相同流量的氦气获取所述燃料电池的阴极基准压阻数据；

根据所述阴极实际压阻数据和所述阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值；根据所述阳极实际压阻数据和所述阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值；

在所述燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过所述阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过所述阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。

2.根据权利要求1所述的基于燃料电池的水管理控制方法，其特征在于，所述工况点的参数至少包括：负载、计量比、流量、压力、温度和湿度。

3.根据权利要求1所述的基于燃料电池的水管理控制方法，其特征在于，所述优选工况区间的各工况点的参数均位于优选范围内；

所述常用区间的取值范围为0.6V～0.8V。

4.根据权利要求1所述的基于燃料电池的水管理控制方法，其特征在于，设置n个工况点；其中，5≤n≤100。

5.根据权利要求1所述的基于燃料电池的水管理控制方法，其特征在于，获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据,包括：

根据负载、计量比和压力选取优选工况区域内各个工况点；

获取特定湿度和特定温度下的所述各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据。

6.根据权利要求1所述的基于燃料电池的水管理控制方法，其特征在于，根据所述阴极实际压阻数据和所述阴极基准压阻数据获取所述阴极压阻上限值，包括：

获取各个工况点的所述阴极实际压阻数据与对应所述阴极基准压阻数据的比值，记为第一比值；将所述第一比值中的最大值作为阴极水淹比例因子；

根据所述阴极基准压阻数据和所述阴极水淹比例因子获取所述阴极压阻上限值；

根据所述阳极实际压阻数据和所述阳极基准压阻数据获取所述阳极压阻上限值，包括：

获取各个工况点的所述阳极实际压阻数据与对应所述阳极基准压阻数据的比值，记为第二比值；将所述第二比值中的最大值作为阳极水淹比例因子；

根据所述阳极基准压阻数据和所述阳极水淹比例因子获取所述阳极压阻上限值。

7.根据权利要求6所述的基于燃料电池的水管理控制方法，其特征在于，根据所述阴极基准压阻数据和所述阴极水淹比例因子获取所述阴极压阻上限值，包括：

设定阴极水淹弹性因子；

将所述阴极基准压阻数据、所述阴极水淹比例因子和所述阴极水淹弹性因子的乘积作为所述阴极压阻上限值；

根据所述阳极实际压阻数据和所述阳极基准压阻数据获取所述阳极压阻上限值，包括：

设定阳极水淹弹性因子；

将所述阳极基准压阻数据、所述阳极水淹比例因子和所述阳极水淹弹性因子的乘积作为所述阳极压阻上限值。

8.根据权利要求7所述的基于燃料电池的水管理控制方法，其特征在于，所述阴极水淹弹性因子和所述阳极水淹弹性因子的取值范围为1～1.5。

9.根据权利要求1所述的基于燃料电池的水管理控制方法，其特征在于，

在所述燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过所述阴极压阻上限值且当阳极实际压阻数据超过所述阳极压阻上限值时，同时启用阴极排水控制策略和阳极排水控制策略。

10.一种基于燃料电池的水管理控制装置，其特征在于，包括：

实测数据获取模块，用于获取优选工况区间内各个工况点的阴极实际压阻数据和阳极实际压阻数据，并保证所述燃料电池的单体电压处于常用区间内；

基准数据获取模块，用于将所述燃料电池的阳极通入与所述工况点相同流量的氢气，并将阴极通入与所述工况点相同流量的氮气获取所述燃料电池的阳极基准压阻数据；将燃料电池的阴极通入与所述工况点相同流量的空气，并将阳极通入与所述工况点相同流量的氦气获取所述燃料电池的阴极基准压阻数据；

上限值获取模块，用于根据所述阴极实际压阻数据和所述阴极基准压阻数据获取阴极压阻上限值；根据所述阳极实际压阻数据和所述阳极基准压阻数据获取阳极压阻上限值；

排水策略启用模块，用于在所述燃料电池运行过程中，当阴极实际压阻数据超过所述阴极压阻上限值时，启用阴极排水控制策略，当阳极实际压阻数据超过所述阳极压阻上限值时，启用阳极排水控制策略。

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