CN114725438A - 一种燃料电池水管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池水管理方法及系统，所述方法包括：获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻；根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件；当所述电堆满足所述过干状态条件时，启动预设的湿润模式；当所述电堆满足所述过湿状态条件时，启动预设的干燥模式。本发明实施例提供的一种燃料电池水管理方法及系统，通过燃料电池的电堆的欧姆内阻对电堆进行干湿判断，并根据干湿状态进行水管理，能够延长燃料电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池水管理方法及系统。
背景技术
节能与环保已成为当今世界的两大主题，燃料电池则是解决这两大问题的极佳方案之一。燃料电池具有效率高、零排放等优点，可广泛应用于移动能源或固定电源等诸多领域。
水管理是燃料电池技术中的重点和难点，燃料电池水管理的目标是防止燃料电池电堆出现过干或过湿的现象，使其内部的水含量处于合理的范围内，但由于其本身具有复杂的多元非线性的特点，因此难以实现对电堆的精确控制，而水管理不佳会直接影响燃料电池的性能甚至缩减燃料电池的使用寿命。
现有技术大多是通过检测燃料电池电堆的各单片的端电压来监控燃料电池电堆的性能，并通过经验与标定来对其进行水管理，此方法简单易行，但是无法真正区别燃料电池电堆的质子交换膜的干湿状态，导致燃料电池电堆严重衰减。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是：提供一种燃料电池水管理方法及系统，通过燃料电池的电堆的欧姆内阻对电堆进行干湿判断，并根据干湿状态进行水管理，从而延长燃料电池的使用寿命。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种燃料电池水管理方法，所述方法包括：
获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻；
根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件；
当所述电堆满足所述过干状态条件时，启动预设的湿润模式；
当所述电堆满足所述过湿状态条件时，启动预设的干燥模式。
作为一个优选方案，所述获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻，具体包括：
在所述电堆的输出电流或者输出电压上叠加一激励信号；
获取所述激励信号产生的激励电流以及激励电压；
根据所述激励电流以及所述激励电压获取所述电堆的交流阻抗；
根据所述交流阻抗获取所述第一欧姆内阻。
作为一个优选方案，所述根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件，具体包括：
当所述第一欧姆内阻的阻值小于所述预设阈值范围的最小值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
当所述第一欧姆内阻的阻值大于所述预设阈值范围的最大值时，增加所述电堆空气系统的空气入堆流量，并获取所述电堆的第二欧姆内阻；
当所述第二欧姆内阻的阻值大于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
当所述第二欧姆内阻的阻值小于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过湿状态条件。
作为一个优选方案，所述湿润模式具体为：
减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
减小所述电堆空气系统的空气入堆压力。
作为一个优选方案，所述湿润模式具体为：
减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
降低所述电堆氢气系统的排水频率；
降低所述电堆氢气系统的排水占空比。
作为一个优选方案，所述湿润模式具体为：
减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
降低所述电堆氢气系统的排水频率；
降低所述电堆氢气系统的排水占空比；
降低所述电堆的温度。
作为一个优选方案，所述干燥模式具体为：
增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
增大所述电堆空气系统的空气入堆压力。
作为一个优选方案，所述干燥模式具体为：
增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
提高所述电堆氢气系统的排水频率；
提高所述电堆氢气系统的排水占空比。
作为一个优选方案，所述干燥模式具体为：
增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
提高所述电堆氢气系统的排水频率；
提高所述电堆氢气系统的排水占空比；
提高所述电堆的温度。
为了解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例提供一种燃料电池水管理系统，所述系统包括燃料电池电堆模块，还包括：
欧姆内阻计算模块，用于获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻；
干湿状态判断模块，用于根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件；
第一调节模块，用于当所述电堆满足所述过干状态条件时，启动预设的湿润模式；
第二调节模块，用于当所述电堆满足所述过湿状态条件时，启动预设的干燥模式。
作为一个优选方案，所述欧姆内阻计算模块具体包括：
电流/电压变换单元，用于在所述电堆的输出电流或者输出电压上叠加一激励信号；
电流电压获取单元，用于获取所述激励信号产生的激励电流以及激励电压；
交流阻抗计算单元，用于根据所述激励电流以及所述激励电压获取所述电堆的交流阻抗；
第一欧姆电阻获取单元，用于根据所述交流阻抗获取所述第一欧姆内阻。
作为一个优选方案，所述干湿状态判断模块具体包括：
第一判定单元，用于当所述第一欧姆内阻的阻值小于所述预设阈值范围的最小值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
流量调整单元，用于当所述第一欧姆内阻的阻值大于所述预设阈值范围的最大值时，增加所述电堆空气系统的空气入堆流量，并获取所述电堆的第二欧姆内阻；
第二判定单元，用于当所述第二欧姆内阻的阻值大于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
第三判定单元，用于当所述第二欧姆内阻的阻值小于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过湿状态条件。
作为一个优选方案，所述第一调节模块包括：
第一空气流量调整单元，用于减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第一空气压力调整单元，用于减小所述电堆空气系统的空气入堆压力。
作为一个优选方案，所述第一调节模块包括：
第一空气流量调整单元，用于减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第一空气压力调整单元，用于减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第一氢气压力调整单元，用于减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第一排水频率调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水频率；
第一排水占空比调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水占空比。
作为一个优选方案，所述第一调节模块包括：
第一空气流量调整单元，用于减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第一空气压力调整单元，用于减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第一氢气压力调整单元，用于减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第一排水频率调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水频率；
第一排水占空比调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水占空比；
第一温度调节单元，用于降低所述电堆的温度。
作为一个优选方案，所述第二调节模块包括：
第二空气流量调节单元，用于增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第二空气压力调节单元，用于增大所述电堆空气系统的空气入堆压力。
作为一个优选方案，所述第二调节模块包括：
第二空气流量调节单元，用于增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第二空气压力调节单元，用于增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第二氢气压力调整单元，用于增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第二排水频率调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水频率；
第二排水占空比调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水占空比。
作为一个优选方案，所述第二调节模块包括：
第二空气流量调节单元，用于增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第二空气压力调节单元，用于增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第二氢气压力调整单元，用于增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第二排水频率调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水频率；
第二排水占空比调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水占空比；
第二温度调节单元，用于提高所述电堆的温度。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种燃料电池水管理方法及系统，其有益效果在于：通过燃料电池的电堆的欧姆内阻对电堆进行干湿判断，并根据干湿状态进行水管理，能够延长燃料电池的使用寿命；通过叠加激励信号的方式获取激励电流以及激励电压，并进一步求取得到欧姆内阻，可大幅度减少由于追求计算接近无限大频率下的欧姆内阻而消耗的控制器计算时长，降低了由于需要进行精确计算而增加的高精度芯片产生的成本；通过控制空气系统、氢气系统、热管理系统的各个参数对电堆进行水管理，使得电堆工作于最佳含水量区间，能够保证燃料电池处于高效率状态，从而延长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的技术特征，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来说，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是本发明提供的一种燃料电池水管理方法的一个优选实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的一种燃料电池动力系统的一个优选实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的一种燃料电池水管理系统的一个优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的、效果有更加清楚的理解，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但是不用来限制本发明的保护范围。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都应属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本文中的编号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有顺序或者技术含义，不能理解为规定或者暗示所描述的对象的重要性。
图1所示为本发明提供的一种燃料电池水管理方法的一个优选实施例的流程示意图。
如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S11：获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻；
S12：根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件；
S13：当所述电堆满足所述过干状态条件时，启动预设的湿润模式；
S14：当所述电堆满足所述过湿状态条件时，启动预设的干燥模式。
其中，燃料电池为氢氧型燃料电池。
可以理解的，步骤S13和步骤S14为两个选择性的步骤，在步骤S12中根据得到的判断结果进行路线的选择。
具体而言，燃料电池在工作时，本发明实施例首先获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻，然后根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件，并在所述电堆满足所述过干状态条件时启动预设的湿润模式以提高所述电堆的含水量，或者，在所述电堆满足所述过湿状态条件时启动预设的干燥模式以降低所述电堆的含水量，通过相应的调节模式使得电堆工作于最佳含水量区间，并在电堆的含水量达到最佳含水量区间时关闭调节模式(即前述的湿润模式和干燥模式)，将各参数还原到调节模式前的数值，并开启新一轮的第一欧姆内阻的获取。
本发明实施例通过燃料电池的电堆的欧姆内阻对电堆进行干湿判断，并根据干湿状态进行水管理，使得电堆工作于最佳含水量区间，能够延长燃料电池的使用寿命。
在一个优选实施例中，步骤S11具体包括：
S111：在所述电堆的输出电流或者输出电压上叠加一激励信号；
S112：获取所述激励信号产生的激励电流以及激励电压；
S113：根据所述激励电流以及所述激励电压获取所述电堆的交流阻抗；
S114：根据所述交流阻抗获取所述第一欧姆内阻。
其中，由于燃料电池系统为典型的非线性系统，因此叠加的激励信号必须足够小。例如，若该燃料电池系统为电流闭环控制，其激励的振幅要求不超过燃料电池电堆输出电流的5％。
其次，叠加的激励信号可以为燃料电池的电堆的输出电压或者输出电流，例如，可由电压变换器输出小幅度激励信号，但本发明实施例不限于此。进一步的，在燃料电池电堆输出电压或输出电流上所加激励可以为任意含有谐波的调制波，其形式包括但不限于锯齿波、三角波、方波或正弦波。其中，锯齿波、三角波、方波、正弦波含有丰富的谐波量，通过FFT傅里叶变换可以得到不同频率下的激励电压、激励电流，从而可以进一步得到不同频率下燃料电池电堆的交流阻抗。获取标定频率下的交流阻抗，再获取其实部即可得到所述第一欧姆内阻。
具体实施时，以电流闭环控制型为例：其中采集的燃料电池电堆输出电流值为：i(t)＝idc+iac1sin(2πf1t)+iac2sin(2πf2t)+…+iacnsin(2πfnt)，其中，i(t)为叠加激励信号后总电流值，idc为其直流电流分量，iac1sin(2πf1t)为对应频率f1激励电流交流分量，iac1为对应频率f1的激励电流幅值，iacnsin(2πfnt)为对应频率fn的激励电流交流分量，iacn为对应频率fn的激励电流幅值；其对应激励响应的燃料电池电堆输出电压值为：
其中，v(t)为叠加激励信号后总电压值，vdc为其直流电压分量，
为对应频率f1激励电压交流分量，
为对应频率f1的交流电压与交流电流之间的相位差，
为对应频率fn的激励电压交流分量，vacn为对应频率fn的激励电压幅值，
为频率fn的交流电压与交流电流之间的相位差。由此可得燃料电池电堆在频率fx的交流阻抗值为：
其中，Zx为对应频率fx的交流阻抗值，
为对应频率fx的交流电压与交流电流的相位差，Zx的实部即为欧姆内阻Rx。
本实施例无需精确计算燃料电池电堆的交流阻抗值，同时也可忽略由于回路电阻影响导致的计算偏移，能够大幅度减少由于追求计算接近无限大频率下的欧姆内阻而消耗的控制器计算时长，降低了由于需要精确计算而增加的高精度芯片产生的成本。
在一个优选实施例中，步骤S12具体包括：
S121：当所述第一欧姆内阻的阻值小于所述预设阈值范围的最小值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
S122：当所述第一欧姆内阻的阻值大于所述预设阈值范围的最大值时，增加所述电堆空气系统的空气入堆流量，并获取所述电堆的第二欧姆内阻；
S123：当所述第二欧姆内阻的阻值大于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
S124：当所述第二欧姆内阻的阻值小于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过湿状态条件。
可以理解的，步骤S121和步骤S122为步骤S12中的两个选择性的步骤，步骤S123、步骤S124为步骤S122后的两个选择性的步骤。
具体而言，在燃料电池系统搭建完成后，首先进行不同干、湿条件的测试与标定，获取不同带载情况下，例如，20％带载情况下，适合该燃料电池系统的欧姆内阻范围，并将该欧姆内阻范围作为燃料电池电堆实时运行过程20％带载情况下的目标欧姆内阻范围。
其中，预设阈值范围为在频率fx标定的目标欧姆内阻范围，可表示为：R1≤Rx0≤R2，R1为所述预设阈值范围的最小值，R2为所述预设阈值范围的最大值。
将实时获取得到频率fx对应的所述第一欧姆内阻Rx与R1、R2进行比较，若Rx＜R1，则可判定所述电堆满足所述过干状态条件。
若R1≤Rx≤R2，则可判定所述电堆处于正常工作状态。
若Rx＞R2，则需适当增加所述电堆空气系统的空气入堆流量，并进一步获取增加流量后所述电堆的第二欧姆内阻Ry(该阻值仍大于所述第二阻值R2)，再将所述第二欧姆内阻与所述第一欧姆内阻进行比较，若Ry＞Rx，则可判定所述电堆满足所述过干状态条件，若Ry＜Rx，则可判定所述电堆满足所述过湿状态条件。
在一个优选实施例中，在开启所述湿润模式或者所述干燥模式时，燃料电池动力系统如图2所示。其中，该燃料电池动力系统包括燃料电池电堆200、空气系统、氢气系统及热管理系统。具体的，空气系统包括过滤器201、空压机202、阀类组件203、加湿器204以及混合室205；氢气系统包括喷氢阀206、排氢阀207、排水阀208、减压阀209以及氢瓶组210；热管理系统包括水泵211、散热器212以及颗粒过滤器213。
在一个优选实施例中，所述湿润模式具体为：
减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
减小所述电堆空气系统的空气入堆压力。
本实施例通过减少空气系统的空气入堆流量以及减小空气入堆压力，能够在短时间内较大幅度的改变燃料电池内阻，改善效果明显。具体的，空气系统包括空压机202和阀类组件203等，本实施例通过减小空压机202的转速，配合调小阀类组件203的开度来减少空气入堆流量和减小空气入堆压力。
在一个优选实施例中，所述湿润模式具体为：
减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
降低所述电堆氢气系统的排水频率；
降低所述电堆氢气系统的排水占空比。
本实施例在减少空气系统的空气入堆流量和减小空气入堆压力的基础上，再适当减小氢气系统的氢气入堆压力、适当降低排水频率、适当降低排水占空比，能够起到辅助调节作用。具体的，氢气系统包括喷氢阀206、排氢阀207、排水阀208、减压阀210等，本实施例通过调小喷氢阀206的开度来减小氢气入堆压力，通过调节排水阀208的排水频率、排水占空比来降低排水频率、排水占空比。
在一个优选实施例中，所述湿润模式具体为：
减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
降低所述电堆氢气系统的排水频率；
降低所述电堆氢气系统的排水占空比；
降低所述电堆的温度(在满足运行的温度要求范围内降低)。
本实施例在减少空气系统的空气入堆流量和减小空气入堆压力的基础上，再适当减小氢气系统的氢气入堆压力、适当降低排水频率、适当降低排水占空比以及适当降低电堆的温度，能够起到辅助调节作用。具体的，可以通过调节散热器212、水泵211的控制参数降低电堆入堆水温来降低电堆的温度，且降低后的温度不低于电堆最低运行温度。
在一个优选实施例中，所述干燥模式具体为：
增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
增大所述电堆空气系统的空气入堆压力。
本实施例通过增加空气系统的空气入堆流量和增大空气入堆压力，能够在短时间内较大幅度的改变燃料电池内阻，改善效果明显。具体的，可以通过增大空气系统的空压机202的转速，配合调大空气系统的阀类组件203的开度来增加空气入堆流量和增大空气入堆压力。
在一个优选实施例中，所述干燥模式具体为：
增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
提高所述电堆氢气系统的排水频率；
提高所述电堆氢气系统的排水占空比。
本实施例在增加空气系统的空气入堆流量和增大空气入堆压力的基础上，再适当增大氢气系统的氢气入堆压力、适当提高排水频率、适当提高排水占空比，能够起到辅助调节作用。具体的，可以通过调大氢气系统的喷氢阀206的开度来增大氢气入堆压力，通过调节氢气系统的排水阀208的排水频率、排水占空比来提高排水频率、排水占空比。
在一个优选实施例中，所述干燥模式具体为：
增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
提高所述电堆氢气系统的排水频率；
提高所述电堆氢气系统的排水占空比；
提高所述电堆的温度(在满足运行的温度要求范围内提高)。
本实施例在增加空气系统的空气入堆流量和增大空气入堆压力的基础上，再适当增大氢气系统的氢气入堆压力、适当提高排水频率、适当提高排水占空比以及适当提高电堆的温度，能够起到辅助调节作用。具体的，可以通过调节散热器212、水泵211的控制参数提高电堆入堆水温来提高电堆的温度，且提高后的温度不高于电堆最高运行温度。
综上所述，本发明提供的一种燃料电池水管理方法，通过燃料电池的电堆的欧姆内阻对电堆进行干湿判断，并根据干湿状态进行水管理，能够延长燃料电池的使用寿命；通过叠加激励信号的方式获取激励电流以及激励电压，并进一步求取得到欧姆内阻，可大幅度减少由于追求计算接近无限大频率下的欧姆内阻而消耗的控制器计算时长，降低了由于需要进行精确计算而增加的高精度芯片产生的成本；通过控制空气系统、氢气系统、热管理系统的各个参数对电堆进行水管理，使得电堆工作于最佳含水量区间，能够保证燃料电池处于高效率状态，延长燃料电池的使用寿命。
图3所示为本发明提供的一种燃料电池水管理系统的一个优选实施例的结构示意图，所述装置能够实现上述任一实施例所述的燃料电池水管理方法的全部流程。
如图3所示，所述系统包括燃料电池电堆模块30，还包括：
欧姆内阻计算模块31，用于获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻；
干湿状态判断模块32，用于根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件；
第一调节模块33，用于当所述电堆满足所述过干状态条件时，启动预设的湿润模式；
第二调节模块34，用于当所述电堆满足所述过湿状态条件时，启动预设的干燥模式。
其中，燃料电池电堆模块30的电堆为氢氧型燃料电池电堆，开关变换器包括但不限于隔离/非隔离型多相升压变换器、隔离/非隔离型多相降压变换器、隔离/非隔离型多相逆变器。该电堆的电流可由电流传感器实现检测，该电堆的电压可由电压传感器实现检测。
优选地，所述欧姆内阻计算模块31具体包括：
电流/电压变换单元，用于在所述电堆的输出电流或者输出电压上叠加一激励信号；
电流电压获取单元，用于获取所述激励信号产生的激励电流以及激励电压；
交流阻抗计算单元，用于根据所述激励电流以及所述激励电压获取所述电堆的交流阻抗；
第一欧姆电阻获取单元，用于根据所述交流阻抗获取所述第一欧姆内阻。
优选地，所述干湿状态判断模块32具体包括：
第一判定单元，用于当所述第一欧姆内阻的阻值小于所述预设阈值范围的最小值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
流量调整单元，用于当所述第一欧姆内阻的阻值大于所述预设阈值范围的最大值时，增加所述电堆空气系统的空气入堆流量，并获取所述电堆的第二欧姆内阻；
第二判定单元，用于当所述第二欧姆内阻的阻值大于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
第三判定单元，用于当所述第二欧姆内阻的阻值小于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过湿状态条件。
优选地，所述第一调节模块33包括：
第一空气流量调整单元，用于减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第一空气压力调整单元，用于减小所述电堆空气系统的空气入堆压力。
优选地，所述第一调节模块33包括：
第一空气流量调整单元，用于减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第一空气压力调整单元，用于减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第一氢气压力调整单元，用于减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第一排水频率调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水频率；
第一排水占空比调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水占空比。
优选地，所述第一调节模块33包括：
第一空气流量调整单元，用于减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第一空气压力调整单元，用于减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第一氢气压力调整单元，用于减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第一排水频率调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水频率；
第一排水占空比调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水占空比；
第一温度调节单元，用于降低所述电堆的温度(在满足运行的温度要求范围内降低)。
优选地，所述第二调节模块34包括：
第二空气流量调节单元，用于增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第二空气压力调节单元，用于增大所述电堆空气系统的空气入堆压力。
优选地，所述第二调节模块34包括：
第二空气流量调节单元，用于增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第二空气压力调节单元，用于增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第二氢气压力调整单元，用于增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第二排水频率调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水频率；
第二排水占空比调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水占空比。
优选地，所述第二调节模块34包括：
第二空气流量调节单元，用于增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第二空气压力调节单元，用于增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第二氢气压力调整单元，用于增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第二排水频率调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水频率；
第二排水占空比调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水占空比；
第二温度调节单元，用于提高所述电堆的温度(在满足运行的温度要求范围内提高)。
综上所述，本发明提供的一种燃料电池水管理系统，通过燃料电池的电堆的欧姆内阻对电堆进行干湿判断，并根据干湿状态进行水管理，能够延长燃料电池的使用寿命；通过叠加激励信号的方式获取激励电流以及激励电压，并进一步求取得到欧姆内阻，可大幅度减少由于追求计算接近无限大频率下的欧姆内阻而消耗的控制器计算时长，降低了由于需要进行精确计算而增加的高精度芯片产生的成本；在线监控燃料电池电堆健康状态，通过实时控制空气系统、氢气系统以及热管理系统的各个参数对电堆进行水管理，使得电堆工作于最佳含水量区间，能够保证燃料电池处于高效率状态，从而延长燃料电池的使用寿命。
以上所述，仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干等效的明显变型方式和/或等同替换方式，这些明显变型方式和/或等同替换方式也应视为本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种燃料电池水管理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻；
根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件；
当所述电堆满足所述过干状态条件时，启动预设的湿润模式；
当所述电堆满足所述过湿状态条件时，启动预设的干燥模式。
2.根据权利要求1所述的燃料电池水管理方法，其特征在于，所述获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻，具体包括：
在所述电堆的输出电流或者输出电压上叠加一激励信号；
获取所述激励信号产生的激励电流以及激励电压；
根据所述激励电流以及所述激励电压获取所述电堆的交流阻抗；
根据所述交流阻抗获取所述第一欧姆内阻。
3.根据权利要求1所述的燃料电池水管理方法，其特征在于，所述根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件，具体包括：
当所述第一欧姆内阻的阻值小于所述预设阈值范围的最小值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
当所述第一欧姆内阻的阻值大于所述预设阈值范围的最大值时，增加所述电堆空气系统的空气入堆流量，并获取所述电堆的第二欧姆内阻；
当所述第二欧姆内阻的阻值大于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
当所述第二欧姆内阻的阻值小于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过湿状态条件。
4.根据权利要求1所述的燃料电池水管理方法，其特征在于，所述湿润模式具体为：
减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
减小所述电堆空气系统的空气入堆压力。
5.根据权利要求1所述的燃料电池水管理方法，其特征在于，所述湿润模式具体为：
减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
降低所述电堆氢气系统的排水频率；
降低所述电堆氢气系统的排水占空比。
6.根据权利要求1所述的燃料电池水管理方法，其特征在于，所述湿润模式具体为：
减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
降低所述电堆氢气系统的排水频率；
降低所述电堆氢气系统的排水占空比；
降低所述电堆的温度。
7.根据权利要求1所述的燃料电池水管理方法，其特征在于，所述干燥模式具体为：
增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
增大所述电堆空气系统的空气入堆压力。
8.根据权利要求1所述的燃料电池水管理方法，其特征在于，所述干燥模式具体为：
增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
提高所述电堆氢气系统的排水频率；
提高所述电堆氢气系统的排水占空比。
9.根据权利要求1所述的燃料电池水管理方法，其特征在于，所述干燥模式具体为：
增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
提高所述电堆氢气系统的排水频率；
提高所述电堆氢气系统的排水占空比；
提高所述电堆的温度。
10.一种燃料电池水管理系统，所述系统包括燃料电池电堆模块，其特征在于，所述系统还包括：
欧姆内阻计算模块，用于获取燃料电池的电堆的第一欧姆内阻；
干湿状态判断模块，用于根据所述第一欧姆内阻与预设阈值范围的比较结果，判断所述电堆是否满足预设的过干状态条件或者预设的过湿状态条件；
第一调节模块，用于当所述电堆满足所述过干状态条件时，启动预设的湿润模式；
第二调节模块，用于当所述电堆满足所述过湿状态条件时，启动预设的干燥模式。
11.根据权利要求10所述的燃料电池水管理系统，其特征在于，所述欧姆内阻计算模块具体包括：
电流/电压变换单元，用于在所述电堆的输出电流或者输出电压上叠加一激励信号；
电流电压获取单元，用于获取所述激励信号产生的激励电流以及激励电压；
交流阻抗计算单元，用于根据所述激励电流以及所述激励电压获取所述电堆的交流阻抗；
第一欧姆电阻获取单元，用于根据所述交流阻抗获取所述第一欧姆内阻。
12.根据权利要求10所述的燃料电池水管理系统，其特征在于，所述干湿状态判断模块具体包括：
第一判定单元，用于当所述第一欧姆内阻的阻值小于所述预设阈值范围的最小值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
流量调整单元，用于当所述第一欧姆内阻的阻值大于所述预设阈值范围的最大值时，增加所述电堆空气系统的空气入堆流量，并获取所述电堆的第二欧姆内阻；
第二判定单元，用于当所述第二欧姆内阻的阻值大于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过干状态条件；
第三判定单元，用于当所述第二欧姆内阻的阻值小于所述第一欧姆内阻的阻值时，判定所述电堆满足所述过湿状态条件。
13.根据权利要求10所述的燃料电池水管理系统，其特征在于，所述第一调节模块包括：
第一空气流量调整单元，用于减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第一空气压力调整单元，用于减小所述电堆空气系统的空气入堆压力。
14.根据权利要求10所述的燃料电池水管理系统，其特征在于，所述第一调节模块包括：
第一空气流量调整单元，用于减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第一空气压力调整单元，用于减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第一氢气压力调整单元，用于减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第一排水频率调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水频率；
第一排水占空比调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水占空比。
15.根据权利要求10所述的燃料电池水管理系统，其特征在于，所述第一调节模块包括：
第一空气流量调整单元，用于减少所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第一空气压力调整单元，用于减小所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第一氢气压力调整单元，用于减小所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第一排水频率调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水频率；
第一排水占空比调节单元，用于降低所述电堆氢气系统的排水占空比；
第一温度调节单元，用于降低所述电堆的温度。
16.根据权利要求10所述的燃料电池水管理系统，其特征在于，所述第二调节模块包括：
第二空气流量调节单元，用于增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第二空气压力调节单元，用于增大所述电堆空气系统的空气入堆压力。
17.根据权利要求10所述的燃料电池水管理系统，其特征在于，所述第二调节模块包括：
第二空气流量调节单元，用于增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第二空气压力调节单元，用于增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第二氢气压力调整单元，用于增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第二排水频率调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水频率；
第二排水占空比调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水占空比。
18.根据权利要求10所述的燃料电池水管理系统，其特征在于，所述第二调节模块包括：
第二空气流量调节单元，用于增加所述电堆空气系统的空气入堆流量；
第二空气压力调节单元，用于增大所述电堆空气系统的空气入堆压力；
第二氢气压力调整单元，用于增大所述电堆氢气系统的氢气入堆压力；
第二排水频率调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水频率；
第二排水占空比调节单元，用于提高所述电堆氢气系统的排水占空比；
第二温度调节单元，用于提高所述电堆的温度。
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