CN113921869B - 排水阀闭环控制方法、系统、介质及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种排水阀闭环控制方法、系统、介质及电子设备，其中，所述方法包括获取新氢流量值与容腔内剩余气体量的变化值以计算瞬时流量值；获取排放标准量，比较所述瞬时流量值与所述排放标准量的相互关系，识别出当前所述瞬时流量为气态阶段，以控制所述排水阀进行关闭。本发明的排水阀闭环控制方法、系统、介质及电子设备，无需额外增加阳极分水器的液位传感器即可完成阳极排水阀的瞬时流量计算，简便易行，并利用瞬时流量识别当前排水阀是处于排放液态水阶段还是排放气液混合阶段或者排放阳极混合气阶段，进而可以对排水阀进行闭环控制，同时还可以对阳极电磁阀的实际流通情况进行识别，以及时准确对排水阀是否处于排放液态水状态进行识别。

Description

排水阀闭环控制方法、系统、介质及电子设备
技术领域
本发明涉及排水阀控制技术领域，特别是涉及一种排水阀闭环控制方法、系统、介质及电子设备。
背景技术
燃料电池的阳极(氢气路)循环中，需要用到排氮阀和或排水阀等排放purge控制部件；这些阀工作时的实际排出物体的成分和体积流量，对于阳极循环的排水控制以及氮气浓度控制非常重要。
现阶段的排氮阀或排水阀控制，主要根据系统测试时预先标定好的控制参数进行开环控制，因为是开环控制，无法根据系统实际的状态变化进行调整，只能采用按照较为恶劣的情况进行参数标定，以覆盖可能的系统状态变化和系统个体差异，这导致了阳极循环控制的过度排放，带来了经济性的下降，以及尾排氢气浓度的增加。
或者是需要安装阳极分水器的液位传感器，通过液位传感器来识别阳极分水器内的水量，以对排水阀进行控制，因为液位传感器工作在高温高湿且存在弱导电的环境下，其工作条件较为恶劣，容易出现故障，进而导致排水控制出现异常，对燃料电池系统的正常控制和运行带来挑战，且存在传感器成本高寿命短的应用难题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种排水阀闭环控制方法、系统、介质及电子设备，用于解决现有技术中燃料电池阳极循环的排水控制的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种排水阀闭环控制方法，所述方法包括：获取新氢流量值与容腔内剩余气体量的变化值以计算瞬时流量值；获取排放标准量，比较所述瞬时流量值与所述排放标准量的相互关系，识别出当前所述瞬时流量为气态阶段，以控制所述排水阀进行关闭。
于本发明的一实施例中，计算进氢电磁阀的变化量与电流消耗值的差值得到所述新氢流量值。
于本发明的一实施例中，所述方法还包括：根据引射器的压力参数变化值得到所述新氢流量值。
于本发明的一实施例中，所述瞬时流量值包括排氮阀瞬时流量与排水阀瞬时流量；所述排放标准量包括排水标准量与排氮标准量。
于本发明的一实施例中，控制所述排氮阀与所述排水阀交替开启，以得到所述排氮阀瞬时流量与所述排水阀瞬时流量。
于本发明的一实施例中，根据阳极容腔的压力变化值以及温度值与体积得出所述阳极容腔等效的体积变化率，进而得到所述容腔内剩余气体量的变化值。
于本发明的一实施例中，根据所述压力变化值与所述温度值以及所述排氮阀与所述排水阀的基准流量特性得到所述排水标准量与所述排氮标准量。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述的排水阀闭环控制系统，所述系统包括：
获取模块，用于获取新氢流量值与容腔内剩余气体量的变化值以计算瞬时流量值；
比较模块，用于获取排放标准量，比较所述瞬时流量值与所述排放标准量的相互关系，识别出当前所述瞬时流量为气态阶段，以控制所述排水阀进行关闭。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述排水阀闭环控制方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述的电子设备，所述电子设备包括：处理器及存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于加载执行所述计算机程序，以使所述电子设备执行所述的排水阀闭环控制方法。
如上所述，本发明的排水阀闭环控制方法、系统、介质及电子设备，不需要额外增加阳极分水器的液位传感器即可完成阳极排氮阀排水阀的瞬时流量计算，简便易行，并利用瞬时流量识别当前排水阀是处于排放液态水阶段还是排放阳极混合气阶段，进而可以对排水阀进行闭环控制，同时，还可以对阳极电磁阀的实际流通情况进行识别，能够及时准确对排水阀是否处于排放液态水状态进行识别，此外，本发明还可以避免因液位传感器故障所带来的阳极控制风险并降低系统成本，同时，通过本发明还可以对阳极电磁阀的实际流通情况进行识别，及时发现阳极电磁阀的合理性故障(比如，电磁阀卡滞或者堵塞等)。
附图说明
图1显示为本发明的排水阀闭环控制方法于一实施例中的方法步骤图；
图2显示为本发明的排水阀闭环控制方法于一实施例中的阳极容腔组成示意图；
图3显示为本发明的排水阀闭环控制方法于一实施例中的节流系数曲线示意图；
图4显示为本发明的排水阀闭环控制系统于一实施例中的结构示意图；
图5显示为本发明一实施例中电子设备的结构示意图。
元件标号说明
S11～S12 步骤
40 排水阀闭环控制系统
41 获取模块
42 比较模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，于发明一实施例中，本发明的排水阀闭环控制方法包括如下步骤：
步骤S11、获取新氢流量值与容腔内剩余气体量的变化值以计算瞬时流量值；
步骤S12、获取排放标准量，比较所述瞬时流量值与所述排放标准量的相互关系，识别出当前所述瞬时流量为气态阶段，以控制所述排水阀进行关闭。
需要说明的是，通过将燃料电池阳极回路作为一个整体考虑，对阳极回路的入口流量、电堆消耗流量、电堆阳极剩余物质的量等进行计算，结合排氮阀或排水阀的动作指令，从而可以得出从电磁阀排出的瞬时体积流量，识别到所述瞬时体积流量后，结合阀的特征参数和当前阳极的状态参数，可以进一步识别出当前阀的排放物质的气体或液体状态，根据排水阀的状态，实现阳极排水的闭环控制；同时结合阳极组分模型也可以用于阳极氮浓度的闭环控制。
参考图2，将阳极容腔作为一个总体体积V来考虑，所述阳极容腔内气体的等效体积变化率dM_AnTube＝进氢电磁阀(PCV)进氢流量dM_PCV-燃料电池发电电流所消耗的氢气流量dM_H2-排水阀流量dM_WDV-排氮阀流量dM_NPV，其中，P为当前阳极容腔的压力值，T为当前所述阳极容腔的温度值，得到所述阳极容腔内气体的等效体积变化率dM_AnTube即可得到所述容腔内剩余气体量的变化值。
进一步地，所述新氢流量值是通过计算进氢电磁阀的变化量与电流消耗值的差值得到的，即所述进氢电磁阀(PCV)进氢流量dM_PCV与所述燃料电池发电电流所消耗的氢气流量dM_H2的差值，其中，所述新氢流量值也可以由进氢电磁阀(比例阀或喷射阀)相对于非排放阶段的稳态PCV开度的变化量产生的新氢流量增量获取，可以利用排放(purge)不开启时期的平均后的PCV控制电流(或脉冲占宽比)作为基础控制电流(或基础脉冲占宽比)；排放(Purge)期间的实际控制电流(或脉冲占宽比)减去基础控制电路(或基础脉冲占宽比)的差额部分，再根据PCV在该处的流量斜率特性，得出额外提供的新氢流量dM_PCV-dM_H2＝PCV开度的差额*PCV流量特性的斜率；使用本方式的优点是，消除了进氢电磁阀流量特性的静态偏差部分，提高了进氢电磁阀变化流量部分计算的准确性。
值得一提的是，所述方法还包括：根据引射器的压力参数变化值得到所述新氢流量值。
需要说明的是，对于带引射器的装置，也可以由引射器的节流特性根据引射器前后压力等参数得出；dM_PCV＝(P中压/P0)/SQRT(T新氢/T0)*K(P堆入/P中压)*dM_Ejector，其中，P0为基准压力(如“101.3kpa”)，T0为基准温度(如“273K”)，SQRT为开平方，K(x)为节流系数，其曲线如图3所示，横轴x为节流部件的低压侧压力/高压侧压力的比值(其值在0-1之间)，纵轴为所述节流系数(其值在0-1之间)，其中，P中压为所述进氢电磁阀出口压力值，P堆入即为所述阳极容腔内的压力值P，dM_Ejector为所述引射器基准特性。
所述容腔内剩余气体量的变化值是根据阳极容腔的压力变化值以及温度值与体积得出所述阳极容腔等效的体积变化率，进而得到的，dM_AnTube＝22.4*dP*V/(RT)/dt，其中R为理想气体常数，“22.4”表示一摩尔气体体积，dP表示阳极容腔内的压力值变化，dt表示单位时间，V表示为所述阳极容腔体积，P为所述阳极容腔的压力值，T为所述阳极容腔的温度值。
进一步地，所述瞬时流量值包括排氮阀瞬时流量与排水阀瞬时流量；所述排放标准量包括排水标准量与排氮标准量，其中，根据所述压力变化值与所述温度值以及所述排氮阀与所述排水阀的基准流量特性得到所述排水标准量与所述排氮标准量。
需要说明的是，控制所述排氮阀与所述排水阀交替开启，以得到所述排氮阀瞬时流量与所述排水阀瞬时流量，根据当前的所述阳极容腔压力值P以及所述阳极容腔温度值T,以及排氮阀，排水阀的基准流量特性，可以得出在当前阳极条件下不同的阀，如果排纯氢气时的体积流量为dM_NPV_H2，dM_WDV_H2，排液态水时，所述排水标准量的体积流量为dM_WDV_H2O，排氮气时，所述排氮标准量的体积流量为dM_NPV_N2，dM_WDV_N2。
于发明一实施例中，所述电磁阀在“2bar”入口绝压，出口为标准大气压条件时，排液体水时流量为“1slpm”，排纯氮气时为“25slpm”，排纯氢气时“94slpm”；排放不同成分的瞬间流量的差异很大，尤其是排放气体和排放液态水时流量的差异在“25”倍及以上，因为控制所述排氮阀与所述排水阀交替开启，即所述排氮阀和所述排水阀不同时开启，对上述方程进行下变换可以得到：
当开启所述排氮阀期间：所述排氮阀瞬时流量dM_NPV＝dM_PCV-dM_H2-dM_AnTube；当开启所述排水阀期间：所述排水阀瞬时流量dM_WDV＝dM_PCV-dM_H2-dM_AnTube。
获取到所述排放标准量以及所述瞬时流量值后，比较所述瞬时流量值与所述排放标准量的相互关系，识别出当前所述瞬时流量为气态阶段，以控制所述排水阀进行关闭，其中，当dM_WDV/dM_H2O介于“0.5～1.0”之间时，在排放液体水，当dM_WDV/dM_N2或dM_NPV/dM_N2介于“1～4”之间时，还是在排放阳极混合气体，当dM_WDV/dM_H2O介于“1.0”～dM_N2/dM_H2O之间时，排放的是气液混合物，在所述气液混合阶段，排出的实际气体流量为：dM_WDV-dM_H2O，进而也可以得出混合气体的组分(其中的水蒸气含量按照饱和蒸气对待)。
值得一提的是，通过所述瞬时流量值与所述排放标准量的相互关系可以准确识别出当前阀排放的类型，当识别出不排水时，可以关闭所述排水阀，完成对所述排水阀的闭环控制。
请参阅图4，在一实施例中，本实施例提供的一种排水阀闭环控制系统40，所述系统包括：
获取模块41，用于获取新氢流量值与容腔内剩余气体量的变化值以计算瞬时流量值；
比较模块42，用于获取排放标准量，比较所述瞬时流量值与所述排放标准量的相互关系，识别出当前所述瞬时流量为气态阶段，以控制所述排水阀进行关闭。
由于本实施例的具体实现方式与前述方法实施例对应，因而于此不再对同样的细节做重复赘述，本领域技术人员也应当理解，图4实施例中的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个或多个物理实体上，且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。
除此之外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述排水阀闭环控制方法。
参阅图5，本实施例提供一种电子设备，详细的，电子设备至少包括通过总线连接的：存储器、处理器，其中，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以执行前述方法实施例中的全部或部分步骤。
综上所述，本发明不需要额外增加阳极分水器的液位传感器即可完成阳极排氮阀排水阀的瞬时流量计算，简便易行，并利用瞬时流量识别当前排水阀是处于排放液态水阶段还是排放阳极混合气阶段，进而可以对排水阀进行闭环控制，同时，还可以对阳极电磁阀的实际流通情况进行识别，能够及时准确对排水阀是否处于排放液态水状态进行识别，此外，本发明还可以避免因液位传感器故障所带来的阳极控制风险并降低系统成本，同时，通过本发明还可以对阳极电磁阀的实际流通情况进行识别，及时发现阳极电磁阀的合理性故障(比如，电磁阀卡滞或者堵塞等)。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种排水阀闭环控制方法，其特征在于，包括：
获取新氢流量值与容腔内剩余气体量的变化值以计算瞬时流量值，其中，计算进氢电磁阀的变化量与电流消耗值的差值得到所述新氢流量值；根据阳极容腔的压力变化值以及温度值与体积得出所述阳极容腔等效的体积变化率，进而得到所述容腔内剩余气体量的变化值；所述瞬时流量值包括排氮阀瞬时流量与排水阀瞬时流量，所述瞬时流量值等于新氢流量值减去容腔内剩余气体量的变化值；
获取排放标准量，所述排放标准量包括排水标准量与排氮标准量，根据所述压力变化值与所述温度值以及排氮阀与排水阀的基准流量特性得到所述排水标准量与所述排氮标准量，比较所述瞬时流量值与所述排放标准量的相互关系，其中，当dM_NPV/dM_N2介于“1.0～4.0”之间时，在排放阳极混合气体，dM_NPV表示排氮阀瞬时流量，dM_N2表示排氮标准量，识别出当前瞬时流量为气态阶段，以控制所述排水阀进行关闭。
2.根据权利要求1所述的排水阀闭环控制方法，其特征在于，还包括：根据引射器的压力参数变化值得到所述新氢流量值。
3.一种排水阀闭环控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取新氢流量值与容腔内剩余气体量的变化值以计算瞬时流量值，其中，计算进氢电磁阀的变化量与电流消耗值的差值得到所述新氢流量值；根据阳极容腔的压力变化值以及温度值与体积得出所述阳极容腔等效的体积变化率，进而得到所述容腔内剩余气体量的变化值；所述瞬时流量值包括排氮阀瞬时流量与排水阀瞬时流量，所述瞬时流量值等于新氢流量值减去容腔内剩余气体量的变化值；
比较模块，用于获取排放标准量，所述排放标准量包括排水标准量与排氮标准量，根据所述压力变化值与所述温度值以及排氮阀与排水阀的基准流量特性得到所述排水标准量与所述排氮标准量，比较所述瞬时流量值与所述排放标准量的相互关系，其中，当dM_NPV/dM_N2介于“1.0～4.0”之间时，在排放阳极混合气体，dM_NPV表示排氮阀瞬时流量，dM_N2表示排氮标准量，识别出当前瞬时流量为气态阶段，以控制所述排水阀进行关闭。
4.一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，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述排水阀闭环控制方法。
5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器及存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行如权利要求1至2中任一项所述排水阀闭环控制方法。
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