CN114006014A - 一种用于燃料电池的气流控制方法、系统及装置 - Google Patents

一种用于燃料电池的气流控制方法、系统及装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及燃料电池技术领域，公开了一种用于燃料电池的气流控制方法、系统及装置，方法包括：在燃料电池运行的情况下，监测燃料电池的当前电压；获取排水阀的开启频率；在开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取燃料电池在排水阀下一次开启时的第一输出电压和在排水阀开启间隔所述预设时间后的第二输出电压；基于第一输出电压和第二输出电压控制氢气循环泵的转速。本申请通过监测燃料电池的输出电压，控制氢气循环泵的转速。通过改变氢气循环泵的转速来减少燃料电池的阳极湿度，进而能够提高燃料电池的平均单节电压，从而提高燃料电池的工作效率，增加燃料电池的使用寿命。

Description

一种用于燃料电池的气流控制方法、系统及装置
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的气流控制方法、系统及装置。
背景技术
燃料电池是一种直接将燃料化学能转化为电能的装置，可广泛应用于移动、固定和便携式辅助电力系统、潜艇和航天飞机等众多领域。
与传统的内燃机相比，燃料电池具有功率密度大、效率高、无污染等优点，是未来发展的终极能源形式。
目前，燃料电池中所用到的氢气循环泵的转速是根据燃料电池需求压差来控制、空压机转速是根据过量空气系数来控制的，而氢气循环泵、空压机在工作时，其转速的变化会对燃料电池的阳极侧湿度造成影响，导致燃料电池的平均单节电压变化，从而降低了燃料电池的工作效率和使用寿命。
因此，需要提供一种控制氢气循环泵、空压机的转速的方法，提高燃料电池的平均单节电压，以提高燃料电池的工作效率，增加燃料电池的使用寿命。
发明内容：
针对现有技术的上述问题，本申请提供一种用于燃料电池的气流控制方法、系统及装置，以解决现有技术中燃料电池的工作效率和使用寿命低的技术问题。
为了达到目的，本申请采用的技术方案是：
一方面，本申请提供了一种用于燃料电池的气流控制方法，所述方法包括：
在所述燃料电池运行的情况下，监测所述燃料电池的当前电压；
获取所述排水阀的开启频率；
在所述开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取所述燃料电池在所述排水阀下一次开启时的第一输出电压和在所述排水阀开启间隔预设时间后的第二输出电压；
基于所述第一输出电压和所述第二输出电压控制所述氢气循环泵的转速。
进一步地，若所述第一输出电压与所述第二输出电压之间的电压差大于等于第一电压阈值，控制所述氢气循环泵以第一预设转速运行。
进一步地，若所述第一输出电压与所述第二输出电压之间的电压差小于第一电压阈值，控制所述氢气循环泵维持在当前转速；
所述氢气循环泵的所述第一预设转速大于所述当前转速。
进一步地，所述燃料电池系统还包括空压机，所述控制所述氢气循环泵以第一预设转速运行还包括：
获取在所述氢气循环泵的转速为第一预设转速时的所述燃料电池的第三输出电压；
获取在所述氢气循环泵的转速为第一预设转速间隔所述预设时间后的所述燃料电池的第四输出电压。
进一步地，若所述第三输出电压与所述第四输出电压之间的电压差小于第二电压阈值，控制所述空压机转速为第二预设转速。
进一步地，若所述第三输出电压与所述第四输出电压之间的电压差大于等于第二电压阈值，控制所述空压机维持在当前转速；
所述空压机的所述第二预设转速大于所述当前转速。
进一步地，所述控制所述空压机以第二预设转速运行还包括：
获取所述空压机的转速为第二预设转速时的所述燃料电池的第五输出电压；
获取所述空压机的转速为第二预设转速间隔所述预设时间后的所述燃料电池的第六输出电压；
所述第五输出电压与所述第六输出电压之间的电压差为第一电压差值；
若第一电压差值小于第二电压阈值；控制所述空压机转速为第三预设转速。
进一步地，所述控制所述空压机以第三预设转速运行还包括：
获取所述空压机的转速为第三预设转速时的所述燃料电池的第七输出电压；
获取所述空压机的转速为第三预设转速间隔所述预设时间后的所述燃料电池的第八输出电压；
所述第七输出电压与所述第八输出电压之间的电压差为第二电压差值；
若所述第一电压差值大于所述第二电压差值；
控制所述空压机以所述第二转速运行；
另一方面，本申请提供了一种用于燃料电池的气流控制系统，所述系统包括：
电压监测模块：用于在所述燃料电池系统运行的情况下，监测所述燃料电池的当前电压；
排水阀工作频率获取模块：用于获取所述排水阀的开启频率；
电压监测模块还用于在所述开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取所述燃料电池在所述排水阀下一次开启时的第一输出电压和在所述排水阀开启间隔所述预设时间后的第二输出电压；
转速控制模块：基于所述第一输出电压和所述第二输出电压，用于控制所述氢气循环泵的转速。
另一方面，本申请提供了一种用于燃料电池的气流控制装置，应用于气流控制系统，所述装置包括：
电压监测单元：用于控制电压监测模块在所述燃料电池系统运行的情况下，监测所述燃料电池的当前电压；
排水阀工作频率获取单元：用于控制排水阀工作频率获取模块获取所述排水阀的开启频率；
电压监测单元还用于控制电压监测模块在所述开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取所述燃料电池在所述排水阀下一次开启时的第一输出电压和在所述排水阀开启间隔所述预设时间后的第二输出电压；
转速控制单元：用于控制转速控制模块基于所述第一输出电压和所述第二输出电压，控制所述氢气循环泵的转速。
另一方面，本申请提供了一种电子设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令和至少一段程序，所述至少一条指令和所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如上述的用于燃料电池的气流控制方法。
另一方面，本申请提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有至少一条指令和至少一段程序，所述至少一条指令和所述至少一段程序由处理器加载并执行以实现如上述的用于燃料电池的气流控制方法。
本申请的技术方案带来的有益效果是：
在燃料电池系统中的排水阀在开启频率大于工作频率的情况下，本申请通过监测燃料电池在排水阀下一次开启时的输出电压和在排水阀开启间隔预设时间后的输出电压，并比较其两次输出电压的差值，进而控制氢气循环泵的转速。通过改变氢气循环泵的转速来减少燃料电池的阳极湿度，进而能够提高燃料电池的平均单节电压，从而提高燃料电池的工作效率，增加燃料电池的使用寿命。
本申请还通过监测在氢气循环泵转速改变前后的燃料电池输出电压差值，进而调节氢气循环泵和空压机的转速，通过其转速的改变减少燃料电池的阳极湿度，从而提高燃料电池的平均单节电压，以提高燃料电池的工作效率，增加燃料电池的使用寿命。
本申请还通过监测在空压机转速改变前后的燃料电池输出电压差值，进而调节空压机的转速，通过其转速的改变减少燃料电池的阳极湿度，从而提高燃料电池的平均单节电压，以提高燃料电池的工作效率，增加燃料电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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附图。
图1是本申请实施例提供的一种用于燃料电池的气流控制方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种用于燃料电池的气流控制系统的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种用于燃料电池的气流控制装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例公开了一种用于燃料电池的气流控制方法、系统及装置，能够以提高燃料电池的工作效率，增加燃料电池的使用寿命。
下面将结合本申请实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以下结合图1介绍本申请公开的用于燃料电池的气流控制方法，应用于燃料电池系统，燃料电池系统包括燃料电池、排水阀、氢气循环泵和空压机，请参阅图1，图1是本申请公开实施例提供的一种用于燃料电池的气流控制方法的流程示意图，本申请公开提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。具体如图1所示，方法包括：
S111：在燃料电池运行的情况下，监测燃料电池的当前电压。
S112：获取排水阀的开启频率。
S113：在开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取燃料电池在排水阀下一次开启时的第一输出电压和在排水阀开启间隔预设时间后的第二输出电压。
具体的，预设时间可以为1分钟。
在一些实施例中，燃料电池系统的排水阀连接在燃料电池阳极侧，排水阀的前端还连接有气水分离器，气水分离器还设置有储水室，储水室用于储存从燃料电池阳极侧排出的水，当气水分离器的储水室容积到达一个预设值后，以使排水阀开启进行排水。
排水阀的开启频率获取方法包括：在加载电流的情况下，通过氢气循环泵使燃料电池阳极侧的气体进入口处的和气体排出口处形成气体压差，且气体进入口处的气体压力比气体排出口的气体压力大。在上述气体压差的条件下使燃料电池运行一段时间后，获取这一段时间内的排水阀开启频率。具体地，一段时间可以为5分钟。
在一些实施例中，需要考虑环境温度对燃料电池的阳极侧的水量的影响。
S114：基于第一输出电压和第二输出电压控制氢气循环泵的转速。
在一些实施例中，在第一输出电压与第二输出电压之间的电压差大于等于第一电压阈值的情况下，控制氢气循环泵以第一预设转速运行。
在另一些实施例中，在第一输出电压与第二输出电压之间的电压差小于第一电压阈值的情况下，控制氢气循环泵维持在当前转速。
在本申请实施例中，氢气循环泵的第一预设转速大于当前转速。具体地，氢气循环泵的第一预设转速比当前转速提高了5％-10％。
在一些实施例中，控制氢气循环泵转速为第一预设转速还包括：
获取在氢气循环泵的转速为第一预设转速时的燃料电池的第三输出电压；获取在氢气循环泵的转速为第一预设转速间隔预设时间后的燃料电池的第四输出电压。
在第三输出电压与第四输出电压之间的电压差小于第二电压阈值时，控制空压机转速为第二预设转速。
在第三输出电压与第四输出电压之间的电压差大于等于第二电压阈值时，控制空压机维持在当前转速；
空压机的第二预设转速大于当前转速。
具体地，空压机的第二预设转速比空压机的当前转速提高了3％-5％。
在一些实施例中，控制空压机以第二预设转速运行还包括：
获取空压机的转速为第二预设转速时的燃料电池的第五输出电压；获取空压机的转速为第二预设转速间隔预设时间后的燃料电池的第六输出电压。
第五输出电压与第六输出电压之间的电压差为第一电压差值；
在第一电压差值小于第二电压阈值的情况下；控制空压机以第三预设转速运行。
在第一电压差值大于等于第二电压阈值的情况下；控制空压机以第二预设转速运行。
具体地，空压机的第三预设转速比空压机的第二预设转速提高了3％-5％。
在一些实施例中，控制空压机转速以第三预设转速运行还包括：
获取空压机的转速为第三预设转速时的燃料电池的第七输出电压；获取空压机的转速为第三预设转速间隔预设时间后的燃料电池的第八输出电压。
第七输出电压与第八输出电压之间的电压差为第二电压差值。
在第一电压差值大于第二电压差值的情况下；控制空压机以第二转速运行。
在第一电压差值小于等于第二电压差值的情况下；控制空压机以第三转速运行。
以下结合图2介绍本申请实施例提供了一种用于燃料电池的气流控制系统，参照图 3中所示，该系统可以包括：
电压监测模块11：用于在燃料电池系统运行的情况下，监测燃料电池的当前电压。
排水阀工作频率获取模块12：用于获取排水阀的开启频率。
电压监测模块11还用于在开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取燃料电池在排水阀下一次开启时的第一输出电压和在排水阀开启间隔预设时间后的第二输出电压。
转速控制模块13：基于第一输出电压和第二输出电压，用于控制氢气循环泵的转速。
在一些实施例中，若第一输出电压与第二输出电压之间的电压差大于等于第一电压阈值，转速控制模块13控制氢气循环泵以第一预设转速运行。
若第一输出电压与第二输出电压之间的电压差小于第一电压阈值，转速控制模块13 控制氢气循环泵维持在当前转速。
氢气循环泵的第一预设转速大于当前转速。
在一些实施例中，转速控制模块13控制氢气循环泵转速为第一预设转速还包括：
电压监测模块11获取在氢气循环泵的转速为第一预设转速时的燃料电池的第三输出电压。
电压监测模块11获取在氢气循环泵的转速为第一预设转速间隔预设时间后的燃料电池的第四输出电压。
若第三输出电压与第四输出电压之间的电压差小于第二电压阈值，转速控制模块13 控制空压机以第二预设转速运行。
若第三输出电压与第四输出电压之间的电压差大于等于第二电压阈值，转速控制模块13控制空压机维持在当前转速。
空压机的第二预设转速大于当前转速。
在一些实施例中，转速控制模块13控制空压机以第二预设转速运行还包括：
电压监测模块11获取空压机的转速为第二预设转速时的燃料电池的第五输出电压。
电压监测模块11获取空压机的转速为第二预设转速间隔预设时间后的燃料电池的第六输出电压。
第五输出电压与第六输出电压之间的电压差为第一电压差值。
若第一电压差值小于第二电压阈值；转速控制模块13控制空压机以第三预设转速运行。
在一些实施例中，转速控制模块13控制空压机以第三预设转速运行还包括：
电压监测模块11获取空压机的转速为第三预设转速时的燃料电池的第七输出电压。
电压监测模块11获取空压机的转速为第三预设转速间隔预设时间后的燃料电池的第八输出电压。
第七输出电压与第八输出电压之间的电压差为第二电压差值。
若第一电压差值大于第二电压差值。
转速控制模块13控制空压机以第二转速运行。
关于上述实施例中的系统，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
以下结合图3介绍本申请实施例提供了一种用于燃料电池的气流控制装置，应用于气流控制系统，参照图3中所示，该装置可以包括：
电压监测单元21：用于控制电压监测模块在燃料电池系统运行的情况下，监测燃料电池的当前电压。
排水阀工作频率获取单元22：用于控制排水阀工作频率获取模块获取排水阀的开启频率。
电压监测单元21还用于控制电压监测模块在开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取燃料电池在排水阀下一次开启时的第一输出电压和在排水阀开启间隔预设时间后的第二输出电压。
转速控制单元23：用于控制转速控制模块基于第一输出电压和第二输出电压，控制氢气循环泵的转速。
在一些实施例中，若第一输出电压与第二输出电压之间的电压差大于等于第一电压阈值，转速控制单元23控制转速控制模块控制氢气循环泵以第一预设转速运行。
若第一输出电压与第二输出电压之间的电压差小于第一电压阈值，转速控制单元23 控制转速控制模块控制氢气循环泵维持在当前转速。
氢气循环泵的第一预设转速大于当前转速。
在一些实施例中，转速控制单元23控制转速控制模块控制氢气循环泵以第一预设转速运行还包括：
电压监测单元21控制电压监测模块获取在氢气循环泵的转速为第一预设转速时的燃料电池的第三输出电压。
电压监测单元21控制电压监测模块获取在氢气循环泵的转速为第一预设转速间隔预设时间后的燃料电池的第四输出电压。
若第三输出电压与第四输出电压之间的电压差小于第二电压阈值，转速控制单元23 控制转速控制模块控制空压机以第二预设转速运行。
若第三输出电压与第四输出电压之间的电压差大于等于第二电压阈值，转速控制单元23控制转速控制模块控制空压机维持在当前转速。
空压机的第二预设转速大于当前转速。
在一些实施例中，转速控制单元23控制转速控制模块控制空压机以第二预设转速运行还包括：
电压监测单元21控制电压监测模块获取空压机的转速为第二预设转速时的燃料电池的第五输出电压。
电压监测单元21控制电压监测模块获取空压机的转速为第二预设转速间隔预设时间后的燃料电池的第六输出电压。
第五输出电压与第六输出电压之间的电压差为第一电压差值。
若第一电压差值小于第二电压阈值；转速控制单元23控制转速控制模块控制空压机以第三预设转速运行。
在一些实施例中，转速控制单元23控制转速控制模块控制空压机以第三预设转速运行还包括：
电压监测单元21控制电压监测模块获取空压机的转速为第三预设转速时的燃料电池的第七输出电压。
电压监测单元21控制电压监测模块获取空压机的转速为第三预设转速间隔预设时间后的燃料电池的第八输出电压。
第七输出电压与第八输出电压之间的电压差为第二电压差值。
若第一电压差值大于第二电压差值。
转速控制单元23控制转速控制模块控制空压机以第二转速运行。
关于上述实施例中的控制装置，其中各个单元执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本申请还提供了一种电子设备，设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令和至少一段程序，至少一条指令和至少一段程序由处理器加载并执行以实现如上述的燃料电池吹扫方法或燃料电池吹扫的控制方法。
本申请还提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有至少一条指令和至少一段程序，至少一条指令和至少一段程序由处理器加载并执行以实现如上述的燃料电池吹扫方法或燃料电池吹扫的控制方法。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上，本申请的技术方案带来的有益效果是：
在燃料电池系统中的排水阀在开启频率大于工作频率的情况下，本申请通过监测燃料电池在排水阀下一次开启时的输出电压和在排水阀开启间隔预设时间后的输出电压，并比较其两次输出电压的差值，进而控制氢气循环泵的转速。通过改变氢气循环泵的转速来减少燃料电池的阳极湿度，进而能够提高燃料电池的平均单节电压，从而提高燃料电池的工作效率，增加燃料电池的使用寿命。
本申请还通过监测在氢气循环泵转速改变前后的燃料电池输出电压差值，进而调节氢气循环泵和空压机的转速，通过其转速的改变减少燃料电池的阳极湿度，从而提高燃料电池的平均单节电压，以提高燃料电池的工作效率，增加燃料电池的使用寿命。
本申请还通过监测在空压机转速改变前后的燃料电池输出电压差值，进而调节空压机的转速，通过其转速的改变减少燃料电池的阳极湿度，从而提高燃料电池的平均单节电压，以提高燃料电池的工作效率，增加燃料电池的使用寿命。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的气流控制方法，应用于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池、排水阀和氢气循环泵，其特征在于，所述方法包括：
在所述燃料电池运行的情况下，监测所述燃料电池的当前电压；
获取所述排水阀的开启频率；
在所述开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取所述燃料电池在所述排水阀下一次开启时的第一输出电压和在所述排水阀开启间隔预设时间后的第二输出电压；
基于所述第一输出电压和所述第二输出电压控制所述氢气循环泵的转速。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的气流控制方法，其特征在于，基于所述第一输出电压和所述第二输出电压控制所述氢气循环泵的转速包括：
若所述第一输出电压与所述第二输出电压之间的电压差大于等于第一电压阈值，控制所述氢气循环泵以第一预设转速运行。
3.根据权利要求2所述的用于燃料电池的气流控制方法，其特征在于，若所述第一输出电压与所述第二输出电压之间的电压差小于第一电压阈值，控制所述氢气循环泵维持在当前转速；
所述氢气循环泵的所述第一预设转速大于所述当前转速。
4.根据权利要求2所述的用于燃料电池的气流控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统还包括空压机，所述控制所述氢气循环泵以第一预设转速运行还包括：
获取在所述氢气循环泵的转速为第一预设转速时的所述燃料电池的第三输出电压；
获取在所述氢气循环泵的转速为第一预设转速间隔所述预设时间后的所述燃料电池的第四输出电压。
5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的气流控制方法，其特征在于，若所述第三输出电压与所述第四输出电压之间的电压差小于第二电压阈值，控制所述空压机以第二预设转速运行。
6.根据权利要求5所述的用于燃料电池的气流控制方法，其特征在于，若所述第三输出电压与所述第四输出电压之间的电压差大于等于第二电压阈值，控制所述空压机维持在当前转速；
所述空压机的所述第二预设转速大于所述当前转速。
7.根据权利要求5所述的用于燃料电池的气流控制方法，其特征在于，所述控制所述空压机以第二预设转速运行还包括：
获取所述空压机转速为第二预设转速时的所述燃料电池的第五输出电压；
获取所述空压机转速为第二预设转速间隔所述预设时间后的所述燃料电池的第六输出电压；
所述五输出电压与所述第六输出电压之间的电压差为第一电压差值；
若第一电压差值小于第二电压阈值；控制所述空压机以第三预设转速运行。
8.根据权利要求7所述的用于燃料电池的气流控制方法，其特征在于，所述控制所述空压机以第三预设转速运行还包括：
获取所述空压机的转速为第三预设转速时的所述燃料电池的第七输出电压；
获取所述空压机的转速为第三预设转速间隔所述预设时间后的所述燃料电池的第八输出电压；
所述第七输出电压与所述第八输出电压之间的电压差为第二电压差值；
若所述第一电压差值大于所述第二电压差值；
控制所述空压机以所述第二转速运行。
9.一种用于燃料电池的气流控制系统，其特征在于，所述系统包括：
电压监测模块：用于在所述燃料电池系统运行的情况下，监测所述燃料电池的当前电压；
排水阀工作频率获取模块：用于获取所述排水阀的开启频率；
电压监测模块还用于在所述开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取所述燃料电池在所述排水阀下一次开启时的第一输出电压和在所述排水阀开启间隔所述预设时间后的第二输出电压；
转速控制模块：基于所述第一输出电压和所述第二输出电压，用于控制所述氢气循环泵的转速。
10.一种用于燃料电池的气流控制装置，应用于气流控制系统，其特征在于，所述装置包括：
电压监测单元：用于控制电压监测模块在所述燃料电池系统运行的情况下，监测所述燃料电池的当前电压；
排水阀工作频率获取单元：用于控制排水阀工作频率获取模块获取所述排水阀的开启频率；
电压监测单元还用于控制电压监测模块在所述开启频率大于等于预设开启频率的情况下，获取所述燃料电池在所述排水阀下一次开启时的第一输出电压和在所述排水阀开启间隔所述预设时间后的第二输出电压；
转速控制单元：用于控制转速控制模块基于所述第一输出电压和所述第二输出电压，控制所述氢气循环泵的转速。
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