CN114865021A - 一种燃料电池排水控制方法、装置、车辆及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池排水控制方法、装置、车辆和存储介质，所述方法包括：获取燃料电池的当前阻抗；若当前阻抗小于等于第一阈值，则控制燃料电池排水；若当前阻抗大于等于第二阈值，则控制燃料电池停止排水；其中，第一阈值小于第二阈值。本发明公开的燃料电池排水控制方法，通过监测燃料电池阻抗，以阻抗来反应电堆内的水含量，根据阻抗控制燃料排水阀的打开和关闭，可以实现对燃料电池含水量的实时调节。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池排水控制方法、装置、车辆及存储介质。
背景技术
氢能在能源、交通、工业、建筑等领域具有广阔的应用前景，尤其以燃料电池汽车为代表的交通领域是氢能初期应用的突破口与主要市场。燃料电池广泛应用于汽车、分布式发电、备用电源、便携式电源、航天航空、船舶以及水下航行器等领域。
燃料电池在运行中会产生水，其性能与含水量相关，含水量过高或过低都会影响性能。因此，当燃料电池含水量过高时需要进行排水，并保持含水量在合适的区间范围内。现有的燃料电池排水策略多种多样，一般通过电流积分判断消耗的反应物的量，然后通过反应物的量与设定值对比来判断是否开始排水或冷却介质温度和输出电流积分来确定排水周期和时间的。但是，上述方法只能定期排水，由于无法实时监测电堆内的水量所以会导致调节相对滞后。
发明内容
本发明提供了一种燃料电池排水控制方法、装置、车辆及存储介质，以实现对燃料电池含水量的控制。
根据本发明的一方面，提供了一种燃料电池排水控制方法，包括：
获取所述燃料电池的当前阻抗；
若所述当前阻抗小于等于第一阈值，则控制所述燃料电池排水；
若所述当前阻抗大于等于第二阈值，则控制所述燃料电池停止排水；
其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。
进一步地，获取所述燃料电池的当前阻抗，包括：
在所述燃料电池的稳定工况下，对所述燃料电池施加交流信号，并获取所述燃料电池对所述交流信号的响应信号；
根据所述响应信号的电流和电压确定所述当前阻抗。
进一步地，所述燃料电池包括排水阀，控制所述燃料电池排水，包括：
控制所述排水阀打开，所述燃料电池排水；
相应的，控制所述燃料电池停止排水，包括：
控制所述排水阀关闭，所述燃料电池停止排水。
进一步地，所述第一阈值与第二阈值根据对所述燃料电池的仿真实验确定。
进一步地，所述燃料电池的含水量与阻抗负相关，所述第一阈值与第二阈值对应所述燃料电池的最佳含水量区间。
根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池排水控制装置，包括：
当前阻抗获取模块，用于获取所述燃料电池的当前阻抗；
排水控制模块，用于若所述当前阻抗小于等于第一阈值，则控制所述燃料电池排水；
停止排水控制模块，用于若所述当前阻抗大于等于第二阈值，则控制所述燃料电池停止排水；
其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。
可选的，所述当前阻抗获取模块还用于：
在所述燃料电池的稳定工况下，对所述燃料电池施加交流信号，并获取所述燃料电池对所述交流信号的响应信号；
根据所述响应信号的电流和电压确定所述当前阻抗。
可选的，所述燃料电池包括排水阀，所述排水控制模块，还用于：
控制所述排水阀打开，所述燃料电池排水；
相应的，所述停止排水控制模块，还用于：
控制所述排水阀关闭，所述燃料电池停止排水。
可选的，所述第一阈值与第二阈值根据对所述燃料电池的仿真实验确定。
可选的，所述燃料电池的含水量与阻抗负相关，所述第一阈值与第二阈值对应所述燃料电池的最佳含水量区间。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，所述车辆包括：
一个或多个控制器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个控制器执行，使得所述一个或多个控制器实现本发明任一实施例所述的燃料电池排水控制方法。
根据本发明的另一方面，提供了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处理器执行时实现本发明任一实施例所述的燃料电池排水控制方法。
本发明首先获取燃料电池的当前阻抗；若当前阻抗小于等于第一阈值，则控制燃料电池排水；若当前阻抗大于等于第二阈值，则控制燃料电池停止排水；其中，第一阈值小于第二阈值。本发明公开的燃料电池排水控制方法，通过监测燃料电池阻抗，以阻抗来反应电堆内的水含量，根据阻抗控制燃料排水阀的打开和关闭，可以实现对燃料电池含水量的实时调节。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的附图。
图1是根据本发明实施例一提供的一种燃料电池排水控制方法的流程图；
图2是根据本发明实施例一提供的一种燃料电池排水控制过程示意图；
图3是根据本发明实施例一提供的一种燃料电池的含水量与阻抗值的关系示意图；
图4是根据本发明实施例二提供的一种燃料电池排水控制方法的流程图；
图5为根据本发明实施例三提供的一种燃料电池排水控制装置的结构示意图；
图6是实现本发明实施例四的一种车辆的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本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发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明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。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本发明实施例一提供了一种燃料电池排水控制方法的流程图，本实施例可适用于对燃料电池的含水量进行调节的情况，该方法可以由燃料电池排水控制装置来执行，该燃料电池排水控制装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该燃料电池排水控制装置可配置于车辆中。如图1所示，该方法包括：
S110、获取燃料电池的当前阻抗。
其中，燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，又称电化学发电器。阻抗为在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用。
在本实施例中，燃料电池阻抗(内阻)是燃料电池发电性能的关键数据，是电堆发电效率的关键参数。
可选的，燃料电池阻抗测试一般有两种：电流中断法和交流阻抗法。其中，电流中断法是将稳定放电的MFC外电路突然断开，通过高频采样器测定阳极-阴极之间的电压随时间变化，得到电流中断瞬间电压升高值ΔU，电路断开前电流为I，因此欧姆电阻R＝ΔU/I。交流阻抗法是指控制通过电化学系统的电流(或电势)为小幅度正弦交流信号，同时测量相应的系统电势(或电流)随时间的变化，得到系统的交流阻抗(或导纳)。
具体的，通过对燃料电池的阻抗测试，可以获取燃料电池的当前阻抗，并且可以通过不断的数据采集，获取燃料电池的实时阻抗。进一步地，获取的阻抗值可以发送到燃料电池控制器进行处理。
S120、若当前阻抗小于等于第一阈值，则控制燃料电池排水。
其中，第一阈值为根据实验得到的阻抗阈值，当燃料电池的当前阻抗小于等于第一阈值时，说明燃料电池的含水量过高，需要进行排水。
在本实施例中，根据获取的燃料电池的当前阻抗，可以与第一阈值进行比较，若当前阻抗小于等于第一阈值，则可以通过打开燃料电池的排水阀门等方式，使燃料电池进行排水。
S130、若当前阻抗大于等于第二阈值，则控制燃料电池停止排水。
其中，第二阈值为根据实验得到的阻抗阈值，当燃料电池的当前阻抗大于等于第二阈值时，说明燃料电池的含水量过低，需要停止排水。
进一步地，第一阈值小于第二阈值。
在本实施例中，根据获取的燃料电池的当前阻抗，可以与第二阈值进行比较，若当前阻抗大于等于第二阈值，则可以通过关闭燃料电池的排水阀门等方式，使燃料电池停止排水。
图2是本发明实施例提供的一种燃料电池排水控制过程示意图，如图所示，系统开始运行后，燃料电池控制器会实时接收测量到的阻抗值，然后进行判断，随着燃料电池运行产生水，阻抗值会逐渐下降。令当前阻抗值为Z，第一阈值为Z1，第二阈值为Z2，当阻抗值Z小于等于Z1时开启排水阀，否则继续采集阻抗值，排水阀开启后燃料电池内部水含量会降低导致阻抗增大，当阻抗值Z大于等于Z2时排水阀关闭，否则继续采集阻抗值。排水阀关闭后流程结束，燃料电池完成一次排水，然后流程继续重新运行进行下一次排水阀开启和关闭的判断。
在本实施例中，第一阈值与第二阈值根据对燃料电池的仿真实验确定。
具体的，燃料电池的性能与含水量相关，含水量过高或过低都会导致燃料电池性能下降，可以通过仿真实验的方式，确定燃料电池性能最佳时对应的含水量的范围，进而确定该范围对应的燃料电池的阻抗范围。
进一步地，燃料电池的含水量与阻抗负相关，第一阈值与第二阈值对应燃料电池的最佳含水量区间。
图3是本发明实施例提供的一种燃料电池的含水量与阻抗值的关系示意图，如图所示，燃料电池内部水含量和阻抗值呈负相关，阻抗值越大时表示电堆内水含量越低，阻抗值越小则表示电堆内水含量越高。用A、B、C、D四个点将图分为三段，其中AB段表示电堆内水含量过低，CD段表示燃料电池内水含量过高需要开启排水阀排水，BC段表示燃料电池最佳含水量区间。其中燃料电池阻抗的第一阈值Z1与C点对应，第二阈值Z2与B点对应。
本发明实施例首先获取燃料电池的当前阻抗；若当前阻抗小于等于第一阈值，则控制燃料电池排水；若当前阻抗大于等于第二阈值，则控制燃料电池停止排水；其中，第一阈值小于第二阈值。本发明公开的燃料电池排水控制方法，通过监测燃料电池阻抗，以阻抗来反应电堆内的水含量，根据阻抗控制燃料排水阀的打开和关闭，可以实现对燃料电池含水量的实时调节。
实施例二
图4为本发明实施例二提供的一种燃料电池排水控制方法的流程图，本实施例为上述实施例的细化。如图4所示，该方法包括：
S210、在燃料电池的稳定工况下，对燃料电池施加交流信号，并获取燃料电池对交流信号的响应信号。
其中，稳定工况为燃料电池稳定工作时的状态。
在本实施例中，测量燃料电池的当前阻抗的方式可以是，当燃料电池处于稳定工况时，向燃料电池的正极端子和负极端子输出同一交流信号，使得电流不会泄漏到负载侧以确保测定精度。然后，可以根据燃料电池对该交流信号产生的响应信号确定燃料电池的阻抗。
S220、根据响应信号的电流和电压确定当前阻抗。
在本实施例中，可以通过使燃料电池的正极端子的电位减去位于该正极端子与负极端子之间的中途端子的电位而得到的正极侧交流电位差与负极端子的电位减去上述的中途端子的电位而得到的负极侧交流电位差一致的方式，对输出到各个电极端子的交流信号的振幅进行调整。然后，基于调整后的电流和电压来测定燃料电池的内部阻抗。
S230、若当前阻抗小于等于第一阈值，则控制排水阀打开，燃料电池排水。
其中，燃料电池包括排水阀。
在本实施例中，根据获取的燃料电池的当前阻抗，可以与第一阈值进行比较，若当前阻抗小于等于第一阈值，则可以通过打开燃料电池的排水阀门等方式，使燃料电池进行排水。
S240、若当前阻抗大于等于第二阈值，则控制排水阀关闭，燃料电池停止排水。
其中，第一阈值小于第二阈值。
在本实施例中，根据获取的燃料电池的当前阻抗，可以与第二阈值进行比较，若当前阻抗大于等于第二阈值，则可以通过关闭燃料电池的排水阀门等方式，使燃料电池停止排水。
本发明实施例首先在燃料电池的稳定工况下，对燃料电池施加交流信号，并获取燃料电池对交流信号的响应信号，然后根据响应信号的电流和电压确定当前阻抗，若当前阻抗小于等于第一阈值，则控制排水阀打开，燃料电池排水，若当前阻抗大于等于第二阈值，则控制排水阀关闭，燃料电池停止排水。本发明公开的燃料电池排水控制方法，通过监测燃料电池阻抗，以阻抗来反应电堆内的水含量，根据阻抗控制燃料排水阀的打开和关闭，可以实现对燃料电池含水量的实时调节。
实施例三
图5为本发明实施例三提供的一种燃料电池排水控制装置的结构示意图。如图5所示，该装置包括：当前阻抗获取模块310，排水控制模块320和停止排水控制模块330。
当前阻抗获取模块310，用于获取燃料电池的当前阻抗。
可选的，当前阻抗获取模块310还用于：
在燃料电池的稳定工况下，对燃料电池施加交流信号，并获取燃料电池对交流信号的响应信号；根据响应信号的电流和电压确定当前阻抗。
排水控制模块320，用于若当前阻抗小于等于第一阈值，则控制燃料电池排水。
可选的，燃料电池包括排水阀，排水控制模块320，还用于：
控制排水阀打开，燃料电池排水。
停止排水控制模块330，用于若当前阻抗大于等于第二阈值，则控制燃料电池停止排水。
其中，第一阈值小于第二阈值。
相应的，停止排水控制模块330，还用于：
控制排水阀关闭，燃料电池停止排水。
可选的，第一阈值与第二阈值根据对燃料电池的仿真实验确定。
可选的，燃料电池的含水量与阻抗负相关，第一阈值与第二阈值对应燃料电池的最佳含水量区间。
本发明实施例所提供的燃料电池排水控制装置可执行本发明任意实施例所提供的燃料电池排水控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图6为本发明实施例四提供的一种车辆的结构示意图，如图6所示，该车辆包括控制器41、存储装置42、输入装置43和输出装置44；车辆中控制器41的数量可以是一个或多个，图6中以一个控制器41为例；车辆中的控制器41、存储装置42、输入装置43和输出装置44可以通过总线或其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
存储装置42作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的燃料电池排水控制方法对应的程序指令/模块(例如，当前阻抗获取模块310，排水控制模块320和停止排水控制模块330)。控制器41通过运行存储在存储装置42中的软件程序、指令以及模块，从而执行车辆的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的燃料电池排水控制方法。
存储装置42可主要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、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储装置42可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储装置42可进一步包括相对于控制器41远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至车辆。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置43可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与车辆的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置44可包括显示屏等显示设备。
实施例五
本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种燃料电池排水控制方法，该方法包括：
获取燃料电池的当前阻抗；若当前阻抗小于等于第一阈值，则控制燃料电池排水；若当前阻抗大于等于第二阈值，则控制燃料电池停止排水；其中，第一阈值小于第二阈值。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的燃料电池排水控制方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池排水控制方法，其特征在于，包括：
获取所述燃料电池的当前阻抗；
若所述当前阻抗小于等于第一阈值，则控制所述燃料电池排水；
若所述当前阻抗大于等于第二阈值，则控制所述燃料电池停止排水；
其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述燃料电池的当前阻抗，包括：
在所述燃料电池的稳定工况下，对所述燃料电池施加交流信号，并获取所述燃料电池对所述交流信号的响应信号；
根据所述响应信号的电流和电压确定所述当前阻抗。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料电池包括排水阀，控制所述燃料电池排水，包括：
控制所述排水阀打开，所述燃料电池排水；
相应的，控制所述燃料电池停止排水，包括：
控制所述排水阀关闭，所述燃料电池停止排水。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阈值与第二阈值根据对所述燃料电池的仿真实验确定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述燃料电池的含水量与阻抗负相关，所述第一阈值与第二阈值对应所述燃料电池的最佳含水量区间。
6.一种燃料电池排水控制装置，其特征在于，包括：
当前阻抗获取模块，用于获取所述燃料电池的当前阻抗；
排水控制模块，用于若所述当前阻抗小于等于第一阈值，则控制所述燃料电池排水；
停止排水控制模块，用于若所述当前阻抗大于等于第二阈值，则控制所述燃料电池停止排水；
其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述当前阻抗获取模块还用于：
在所述燃料电池的稳定工况下，对所述燃料电池施加交流信号，并获取所述燃料电池对所述交流信号的响应信号；
根据所述响应信号的电流和电压确定所述当前阻抗。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述燃料电池包括排水阀，所述排水控制模块，还用于：
控制所述排水阀打开，所述燃料电池排水；
相应的，所述停止排水控制模块，还用于：
控制所述排水阀关闭，所述燃料电池停止排水。
9.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：
一个或多个控制器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个控制器执行，使得所述一个或多个控制器实现如权利要求1-5中任一项所述的燃料电池排水控制方法。
10.一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处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的燃料电池排水控制方法。
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