CN115332579A - 燃料电池调控方法、系统、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

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CN115332579A CN202211014008.4A CN202211014008A CN115332579A CN 115332579 A CN115332579 A CN 115332579A CN 202211014008 A CN202211014008 A CN 202211014008A CN 115332579 A CN115332579 A CN 115332579A
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Abstract

本发明公开了一种燃料电池调控方法、系统、设备及计算机可读存储介质，所述方法包括：获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态；若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则确定所述燃料电池电堆的水淹区域；根据所述水淹区域，调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。通过本发明，能够在燃料电池水淹现象发生时及时高效准确地消除水淹，从而提高燃料电池的使用寿命和使用效率。

Description

燃料电池调控方法、系统、设备及计算机可读存储介质
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调控方法、系统、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
燃料电池汽车具有很多优点，比如加氢时间短、续驶里程长、燃料效率高等，成为各国重点开发的新能源汽车类型。燃料电池是一种将燃料中的化学能转化为电能的发电系统，现有技术中，两种主要的燃料电池为质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池。其中的质子交换膜燃料电池使用氢气作为燃料，在较低的温度下就可以将化学能转换为电能，这种使用氢气作为燃料的燃料电池称为氢燃料电池。
氢燃料电池系统包括作为主体的燃料电池电堆，该电堆由阳极腔中的氢气和阴极腔中的氧气参与电化学反应。根据目前的电堆结构，当电堆加载燃料充分反应时会在电堆内流道产生成大量的水汽，冷凝水未被高压气体及时吹扫排出，而大量聚集在阴极流道，同时会通过交换膜渗透到阳极流道而聚集，从而导致电堆内部水淹现象，使得电堆电化学转化效率降低，严重时会造成电堆内质子交换膜不可逆的损伤。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种燃料电池调控方法、系统、设备及计算机可读存储介质，旨在解决电堆内部水淹现象导致电堆电化学转化效率降低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池调控方法，所述燃料电池调控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电堆和与所述燃料电池电堆连接的氢气循环泵；所述燃料电池调控方法包括以下步骤：
获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态；
若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则确定所述燃料电池电堆的水淹区域；
根据所述水淹区域，调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
可选地，所述燃料电池系统包括与所述燃料电池电堆串联的DC-DC转换器；所述交流阻抗包括欧姆阻抗；所述获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态的步骤，包括：
通过所述DC-DC转换器输出预设频率的电流扰动信号至所述燃料电池电堆，以获取所述燃料电池电堆基于所述电流扰动信号反馈的所述欧姆阻抗；
判断所述欧姆阻抗是否与预设的水淹阻抗区间匹配；
若所述欧姆阻抗与所述水淹阻抗区间，则确定所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态。
可选地，所述确定所述燃料电池电堆的水淹区域的步骤，包括：
获取所述燃料电池电堆的平均电压值以及所述燃料电池电堆中各个电堆单片各自对应的离均差；
确定各个所述离均差中大于预设电压值的目标离均差，并确定所述目标离均差对应的目标电堆单片；
根据所述目标电堆单片，确定所述燃料电池电堆的水淹区域，所述水淹区域包括所述燃料电池电堆的首部和/或尾部。
可选地，所述获取所述燃料电池电堆的平均电压值以及所述燃料电池电堆中各个电堆单片各自对应的离均差的步骤，包括：
获取所述燃料电池电堆中各个电堆单片的电压值和单片数量，将各个所述电压值叠加得到所述燃料电池电堆的总电压值；
计算得到所述总电压值与所述单片数量之间的商值，并将所述商值作为所述燃料电池电堆的平均电压值；
计算所述平均电压值与各个所述电压值之间的各个差值，将所述差值作为所述电堆单片对应的离均差。
可选地，所述根据所述水淹区域，调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态的步骤，包括：
若所述水淹区域为所述燃料电池电堆的首部，则将所述氢气循环泵转速降低预设第一转速值以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态；
若所述水淹区域为所述燃料电池电堆的尾部，则将所述氢气循环泵转速增加预设第二转速值所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
可选地，所述调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态的步骤，包括：
调整所述氢气循环泵的转速并实时获取所述交流阻抗中的欧姆电阻，判断所述欧姆电阻是否与预设的干湿平衡阻抗区间匹配；
若所述欧姆电阻与所述干湿平衡阻抗区间匹配，则确定所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态，并维持所述氢气循环泵的当前转速至预设时长。
可选地，所述燃料电池系统包括电堆冷却水和排气阀以及排水阀；所述根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态的步骤之后，所述方法还包括：
若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则将所述电堆冷却水的当前温度调高预设温度值，以及将所述排气阀的脉冲频率和所述排水阀的脉冲频率同时调快预设频率值。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种燃料电池调控系统，所述燃料电池调控系统，包括：
干湿检测模块，用于获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态；
水淹识别模块；若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则确定所述燃料电池电堆的水淹区域；
工况调节模块，用于根据所述水淹区域，调整氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种燃料电池调控设备，包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器上的可被所述处理器执行的燃料电池调控程序，其中，所述燃料电池调控程序被所述处理器执行时，实现如上所述的燃料电池调控方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有燃料电池调控程序，其中，所述燃料电池调控程序被处理器执行时，实现如上所述的燃料电池调控方法的步骤。
本发明技术方案中的燃料电池调控方法，通过步骤所述燃料电池调控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电堆和与所述燃料电池电堆连接的氢气循环泵；所述燃料电池调控方法包括以下步骤：获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态；若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则确定所述燃料电池电堆的水淹区域；根据所述水淹区域，调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。本发明解决了电堆内部水淹现象导致的电堆电化学转化效率降低的技术问题。
在现有的技术中，为了应对燃料电池的水淹现象，主要是根据燃料电池电堆系统的输出电流调整进入燃料电池电堆的气体湿度或者尾排气排放周期直到水淹现象消失，但这种调控燃料电池的方式由于消除水淹现象的效率低以及水淹现象只能被消除部分，长此以往，燃料电池相较于不发生水淹的情况更容易遭受到较大的损伤，导致燃料电池电堆电化学效率降低。
本发明主要是先通过燃料电池的交流阻抗能够精确地确定燃料电池的干湿状态，在确定燃料电池发生水淹现象时更进一步确定水淹现象发生的水淹区域，能够更加精确地确定水淹现象发生在电堆的具体位置，从而根据水淹现象发生的具体位置针对性地调整氢气循环泵的转速，进而能够实现高效全面精确地消除水淹现象，避免水淹现象对燃料电池的损害，保障和提高了燃料电池的电堆电化学转化效率。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的燃料电池调控设备的硬件运行环境的终端结构示意图；
图2为本发明燃料电池调控方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明燃料电池调控方法第一实施例中步骤S10的细化流程示意图；
图4为本发明燃料电池调控方法第二实施例的流程示意图；
图5为本发明燃料电池调控方法涉及的燃料电池系统架构原理图；
图6为本发明燃料电池调控方法涉及的施加电流扰动的电堆极化曲线图；
图7为本发明燃料电池调控方法涉及的燃料电池尼奎斯特曲线图；
图8为本发明燃料电池调控方法的一具体示例流程示意图；
图9为本发明燃料电池调控系统的框架结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由于本发明主要是围绕着燃料电池水淹现象展开的技术方案，所以为了便于理解本发明的各个实施例，在此先说明本发明发现的水淹现象以及水淹现象在燃料电池电堆的不同位置产生的原因：
燃料电池系统在运行过程中，电堆首部或尾部几片单电池可能会发生单电池电压过低，即“单低”现象。单电池单低在严重情况下会造成燃料电池系统无法运行或对电堆造成不可逆的损害。
发生单电池“单低”现象的原因有很多，其中一个主要的原因是电堆在运行过程中发生了局部“水淹”，特别是阳极“水淹”其危害较大。阳极“水淹”会造成电堆局部气流流道堵塞，液态水覆盖催化剂表面，氢气无法与催化剂进行有效反应，从而使单电池性能恶化，电压下降，对催化剂造成腐蚀。
本发明实施例提出一种燃料电池调控设备。
如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的燃料电池调控设备的硬件运行环境的结构示意图。
如图1所示，该燃料电池调控设备可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示器(Display)、输入单元比如控制面板，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WIFI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储系统。作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括燃料电池调控程序。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的硬件结构并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
继续参照图1，图1中作为一种计算机可读存储介质的存储器1005可以包括操作系统、用户接口模块、网络通信模块以及燃料电池调控程序。
在图1中，网络通信模块主要用于连接服务器，与服务器进行数据通信；而处理器1001可以调用存储器1005中存储的燃料电池调控程序，并执行以下各个实施例中的步骤。
基于上述控制器的硬件结构，提出本发明燃料电池调控方法的各个实施例。
本发明实施例提供一种燃料电池调控方法。
请参照图2，图2为本发明燃料电池调控方法第一实施例的流程示意图；在本发明第一实施例中，所述燃料电池调控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电堆和与所述燃料电池电堆连接的氢气循环泵；所述燃料电池调控方法包括以下步骤：
步骤S10，获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态；
在本实施例中，为了便于了解燃料电池系统，可以参照图5，图5为本发明燃料电池调控方法涉及的燃料电池系统架构原理图。如图5所示，燃料电池系统与Load(负载)电连接，包括了Fuel Cell Stacks(燃料电池电堆)和HRB(氢气循环泵)，从左至右以及从上到下还包括了CVM(Cell voltage monitor，燃料电池单片电压巡检仪)、DC/DC Converter(DC-DC转换器)、WDV(排水阀)、GPV(排气阀)、LWS(分水器)、PCV(比例阀)、SSV(进氢阀)、HFT(过滤器)、HFM(流量计)、HPR(减压阀)、HTK(储氢瓶)，并且燃料电池系统的内部连接结构为：
燃料电池单片电压巡检仪设置于燃料电池电堆上，与燃料电池电堆电连接。DC-DC转换器与燃料电池电堆串联，燃料电池电堆与分水器通过管道连接且靠近所述燃料电池电堆的负极一侧，分水器的一端与排水阀通过管道连接，另一端与氢气循环泵的入口端通过管道连接，并且在分水器和氢气循环泵之间的管道还与排气阀连接，比例阀的一端与氢气循环泵的出口端通过管道连接，比例阀的另一端与进氢阀的一端通过管道连接，进氢阀的另一端与过滤器的一端通过管道连接，过滤器的另一端与减压阀的一端通过管道连接，在过滤器的另一端与减压阀的一端的管道中还设置有流量计，减压阀的一端通过管道与储氢瓶的出气端连接。
在上述燃料电池系统的基础上，获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态。其中的交流阻抗可以包括欧姆阻抗、阳极活化阻抗、阴极活化阻抗、传质阻抗中的一项或者多项组合。
其中的干湿状态可以分为：水淹状态和干湿平衡状态。燃料电池只有在干湿平衡状态才能确保燃料电池具有较高的性能释放，在水淹状态下，随着水淹越来越严重，燃料电池会遭到越来越严重的损坏，严重影响燃料电池的性能。
此外，参照图5和上述的燃料电池系统，还需要补充的阳极水淹发生的原因：
当储氢瓶中出来的低温干燥新氢，遇到高温高湿的阳极废氢，大量液态水就被冷凝出来并一同携带在混合气中进入电堆入口。这些阳极余氢的循环一般用到氢气循环泵，增压设备的吸力也会把电堆阳极出口的液态水带回到入口处。
尤其在冬天，低温会使更多的水蒸气冷凝。积聚在电堆阳极入口处的液态水会易于流进阳极端的前几片单电池，堵塞气体流通流道，造成阳极端头部几片单电池的局部“水淹”和单电池电压下降。同时，如果入堆氢气流量过大，液态水也会随氢气吹到电堆中段或者尾部聚集。燃料电池系统的难点就在于电堆内部状态的估计，尤其是水状态的估计，类似于传统内燃机的内部燃烧状态的估计。
如图3所示，在一实施例中，所述燃料电池系统包括与所述燃料电池电堆串联的DC-DC转换器；所述交流阻抗包括欧姆阻抗；所述步骤S10，包括：
步骤S11，通过所述DC-DC转换器输出预设频率的电流扰动信号至所述燃料电池电堆，以获取所述燃料电池电堆基于所述电流扰动信号反馈的所述欧姆阻抗；
通过DC-DC转换器的EIS(交流阻抗)功能设置和输出预设频率的的电流扰动信号至所述燃料电池电堆，在燃料电池电堆接收到电流扰动信号后可以反馈其欧姆阻抗ηohmic，其中的预设频率可以为1000Hz，也可以为其他频率值，在此不做限制。
至于DC-DC转换器输出预设频率的电流扰动信号可以使得燃料电池电堆基于所述电流扰动信号反馈的所述欧姆阻抗，其原理可以参照图6，如图6所示：
横坐标代表直流电流，纵坐标代表燃料电池的电池电压，对直流电流施加小的电流扰动(小信号电流响应)，从而产生小的电压扰动(小信号电压微扰)，并因此而获得相应的阻抗信息。其中的j-V曲线的假线性部分指的是电堆极化曲线，假线性是指不按比例，不成直线的关系，一阶导不为常数。
步骤S12，判断所述欧姆阻抗是否与预设的水淹阻抗区间匹配；
步骤S13，若所述欧姆阻抗与所述水淹阻抗区间，则确定所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态。
通过将获取的欧姆阻抗与预设的水淹阻抗区间进行比较匹配，如果在此区间，就认为与预设的水淹阻抗区间匹配，从而确定所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态。否则则不匹配，确定所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。另外，还可以将欧姆阻抗与电堆干湿平衡状态下的预设数据库进行比较，从而分析得出电堆阳极是否处于水淹状态。其中的水淹阻抗区间可以根据不同燃料电池的规格进行设定，在此不做限制。
另外，还需要进一步补充说明的是，该实施例之所以采用欧姆阻抗，原因可以参照图7。如图7所示，
横坐标为总阻抗实部，纵坐标为总阻抗虚部。ZΩ表示电堆电阻，ZfA电堆阳极法拉第阻抗，ZfC电堆阴极法拉第阻抗。在横坐标小于ZΩ的区间，为ηohmic，即欧姆电阻，也即欧姆损耗。在横坐标在(ZΩ，ZΩ+ZfA)的区间，为ηact，A表示阳极活化损耗，也即阳极活化阻抗。在(ZΩ+ZfA，ZΩ+ZfA+ZfC)的区间，表示阴极活化损耗，也即阴极活化阻抗。
参照图7中阻抗信息和燃料电池系统原理的对应关系，分别是欧姆阻抗，阳极活化阻抗，阴极活化阻抗，其次还有传质阻抗。其中，施加的小电流信号(电流扰动信号)如果是高频的，那么将会只得到欧姆阻抗，而欧姆阻抗，对应的则是膜的干湿状态。
在一实施例中，所述燃料电池系统包括电堆冷却水和排气阀以及排水阀；所述根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态的步骤之后，所述方法还包括：
若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则将所述电堆冷却水的当前温度调高预设温度值，以及将所述排气阀的脉冲频率和所述排水阀的脉冲频率同时调快预设频率值。
比如，如果燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，可以将电堆冷却水的当前温度调高2℃，同时将排水阀WDV以及排气阀GPV脉冲开关频率调快500ms。当然，预设温度值和预设频率值也可以根据实际需要设为其他数值，在此不做限定。在这一实施例中，通过将电堆冷却水调高以及将排水阀和排气阀的脉冲开关频率调高能够及时高效地将冷凝水排除，尽可能地避免水淹发生一开始就对燃料电池造成损坏。
步骤S20，若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则确定所述燃料电池电堆的水淹区域；
如果燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则确定所述燃料电池电堆的水淹区域，水淹区域包括了燃料电池电堆的首部和/或尾部，具体地，包括了燃料电池电堆首部预设数量的第一电堆单片集合和燃料电池电堆尾部预设数量的第二电堆单片集合。另外，也可以将燃料电池电堆平均分为首部和/或尾部，假设燃料电池电堆单片数量为40，对应前20个的单片就为燃料电池电堆的首部，对应的后20个的单片就为燃料电池电堆的尾部。
步骤S30，根据所述水淹区域，调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
根据水淹区域是燃料电池电堆的首部还是尾部，对氢气循环泵的转速执行不同的调控从而使得燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
此外，在电堆进入干湿平衡状态后，电堆冷却水的目标温度，排水阀WDV,排气阀GPV脉冲开关频率，氢气循环泵转速等控制参数恢复至预设标定值。
在一实施例中，步骤S30，包括：
步骤a，若所述水淹区域为所述燃料电池电堆的首部，则将所述氢气循环泵转速降低预设第一转速值以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态；
步骤b，若所述水淹区域为所述燃料电池电堆的尾部，则将所述氢气循环泵转速增加预设第二转速值所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
如果水淹区域为所述燃料电池电堆的首部，需要将氢气循环泵的当前转速降低一定的转速，比如当前转速为6200rpm，可以将当前转速逐渐降低至1200rpm从而得到5000rpm。
如果水淹区域为所述燃料电池电堆的尾部，需要将氢气循环泵的当前转速提高一定的转速，比如比如当前转速为5800rpm，可以将当前转速逐渐升高至1500rpm从而得到7300rpm。
通过这一实施例，能够根据水淹区域的不同对氢气循环泵设定不同的转速控制，在水淹区域为首部时，通过降低转速减少废氢的使用占比，从而消除首部的水淹现象。在水淹区域为尾部时，通过提高转速增加废氢的使用占比，从而消除尾部的水淹现象。
在另一实施例中，所述步骤S30中所述调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态的步骤，包括：
步骤c，调整所述氢气循环泵的转速并实时获取所述交流阻抗中的欧姆电阻，判断所述欧姆电阻是否与预设的干湿平衡阻抗区间匹配；
步骤d，若所述欧姆电阻与所述干湿平衡阻抗区间匹配，则确定所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态，并维持所述氢气循环泵的当前转速至预设时长。
在该实施例中，在调整氢气循环泵转速的过程中，需要实时获取燃料电池电堆的欧姆电阻并判断所述欧姆电阻是否与预设的干湿平衡阻抗区间匹配，如果匹配则认为燃料电池电堆的干湿状态已经从水淹状态变为干湿平衡状态，维持氢气循环泵的当前转速至预设时长，确保氢气循环泵和燃料电池系统的稳定性。其中的干湿平衡阻抗区间和预设时长可以根据实际需要进行设定，在此不做限制。
此外，在一实施例中，所述步骤S30中所述调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态的步骤，包括：
调整所述氢气循环泵的转速并实时获取所述燃料电池电堆中电堆单片电压的最大离均差是否小于第二预设电压值；
若所述最大离均差小于第二预设电压值，则确定所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态，并维持所述氢气循环泵的当前转速至预设时长。
其中的第二预设电压值区别于上述的预设电压值，第二预设电压值可以根据实际需要设置，比如30mV。
本发明主要是先通过燃料电池的交流阻抗能够精确地确定燃料电池的干湿状态，在确定燃料电池发生水淹现象时更进一步确定水淹现象发生的水淹区域，能够更加精确地确定水淹现象发生在电堆的具体位置，从而根据水淹现象发生的具体位置针对性地调整氢气循环泵的转速，进而能够实现高效全面精确地消除水淹现象，避免水淹现象对燃料电池的损害，保障和提高了燃料电池的电堆电化学转化效率。
请参照图4，图4为本发明燃料电池调控方法第二实施例的流程示意图；进一步地，基于本发明燃料电池调控方法的第一实施例提出本发明燃料电池调控方法的第二实施例，在本实施例中，所述步骤S20包括：
步骤S21，获取所述燃料电池电堆的平均电压值以及所述燃料电池电堆中各个电堆单片各自对应的离均差；
可以通过获取燃料电池电堆的整个电压值，将整个电压值除以电堆单片的数量得到燃料电池电堆的平均电压值，也可以通过获取各个电堆单片的电压值进而叠加得到燃料电池电堆的总电压，进而得到平均电压值。在确定平均电压值之后就得到了各个电堆单片各自对应的离均差。
在一实施例中，所述步骤S21，包括：
步骤e，获取所述燃料电池电堆中各个电堆单片的电压值和单片数量，将各个所述电压值叠加得到所述燃料电池电堆的总电压值；
步骤f，计算得到所述总电压值与所述单片数量之间的商值，并将所述商值作为所述燃料电池电堆的平均电压值；
步骤g，计算所述平均电压值与各个所述电压值之间的各个差值，将所述差值作为所述电堆单片对应的离均差。
在这一实施例中，主要是通过获取各个电堆单片的电压值进而叠加得到燃料电池电堆的总电压，进而得到平均电压值。具体地，燃料电池调控系统还包括FCU(燃料电池控制单元)，通过燃料电池单片电压巡检仪按照10ms的周期检测和上报的各个电堆单片的电压值上报给燃料电池控制单元，将各个所述电压值叠加得到所述燃料电池电堆的总电压值，进而计算得到所述总电压值与所述单片数量之间的商值，将该商值作为燃料电池电堆的平均电压值，再计算所述平均电压值与各个所述电压值之间的各个差值，就得到了各个所述电堆单片对应的离均差。
上述的计算过程用公式可以表示为：
平均电压
Figure BDA0003811943200000121
Vn为各个电堆单片的电池电压，n为电堆单片总数，电堆单片电压离均差Vdev(Vdev＝Vave-Vn)。
通过这一实施例，能够更加精确地确定平均电压值，进而准确地确定水淹现象出现在的水淹区域。
步骤S22，确定各个所述离均差中大于预设电压值的目标离均差，并确定所述目标离均差对应的目标电堆单片；
步骤S23，根据所述目标电堆单片，确定所述燃料电池电堆的水淹区域，所述水淹区域包括所述燃料电池电堆的首部和/或尾部。
如果各个所述离均差存在大于预设电压值的目标离均差，那么就确定该目标离均差对应的目标电堆单片，进而确定了目标电堆单片在燃料电池电堆的位置。其中的预设电压值可以根据实际需要设定。
比如在一示例中：FCU根据CVM上报的电堆单片电压信息计算出平均电压Vave，各个单片电压离均差Vdev，若电堆前15片电池的Vdev最大值大于50mV则说明是电堆首部水淹，若电堆尾部15片电池的Vdev最大值大于50mV则说明是电堆尾部水淹。
通过上述第二实施例，能够准确地确定燃料电池的水淹区域，也就是水淹部位，进而针对性调整燃料电池系统的工况，精确消除燃料电池中的水淹现象，提高燃料电池的使用寿命和使用效率。
为了进一步理解本发明的上述各个实施例，可以参照图8，图8为本发明燃料电池调控方法的一具体示例流程示意图，本发明在实际的应用场景中整体流程可以为：
设定EIS电流扰动频率1000HZ，监测电堆欧姆阻抗，FCU根据当前欧姆阻抗与电堆干湿平衡状态下的预设数据库进行比较，判断电堆是否处于水淹状态；
若不处于水淹状态，则电堆冷却水目标温度，排水阀WDV,排气阀GPV脉冲开关频率，氢气循环泵转速等控制参数恢复至标定值；
若处于水淹状态，则将电堆冷却水目标温度较原标定参数调高2℃，同时将排水阀WDV以及排气阀GPV脉冲开关频率调快500ms；
FCU根据CVM上报的电堆单片电压信息计算出平均电压以及各个单片电压离均差；
当前15片电压离均差最大值大于50mV，确认电堆首部水淹，将氢气循环泵转速降低1200rpm；
当尾部15片电压离均差最大值大于50mV，确认电堆尾部水淹，将氢气循环泵转速增加1500rpm；
按照燃料电池系统的当前工况持续运行3min；
判断欧姆阻抗是否回归到干湿平衡预设值，或者判断单片电压最大李俊志是否小于30mV；
若满足上述其中一项条件，电堆冷却水的目标温度，排水阀WDV,排气阀GPV脉冲开关频率，氢气循环泵转速等控制参数恢复至预设标定值。
此外，参照图9，本发明还提出一种燃料电池调控系统，所述燃料电池调控系统包括：
干湿检测模块A10，用于获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态；
水淹识别模块A20，若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则确定所述燃料电池电堆的水淹区域；
工况调节模块A30，用于根据所述水淹区域，调整氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
可选地，所述干湿检测模块A10，还用于：
通过所述DC-DC转换器输出预设频率的电流扰动信号至所述燃料电池电堆，以获取所述燃料电池电堆基于所述电流扰动信号反馈的所述欧姆阻抗；
判断所述欧姆阻抗是否与预设的水淹阻抗区间匹配；
若所述欧姆阻抗与所述水淹阻抗区间，则确定所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态。
可选地，所述水淹识别模块A20，还用于：
获取所述燃料电池电堆的平均电压值以及所述燃料电池电堆中各个电堆单片各自对应的离均差；
确定各个所述离均差中大于预设电压值的目标离均差，并确定所述目标离均差对应的目标电堆单片；
根据所述目标电堆单片，确定所述燃料电池电堆的水淹区域，所述水淹区域包括所述燃料电池电堆的首部和/或尾部。
可选地，所述水淹识别模块A20，还用于：
获取所述燃料电池电堆中各个电堆单片的电压值和单片数量，将各个所述电压值叠加得到所述燃料电池电堆的总电压值；
计算得到所述总电压值与所述单片数量之间的商值，并将所述商值作为所述燃料电池电堆的平均电压值；
计算所述平均电压值与各个所述电压值之间的各个差值，将所述差值作为所述电堆单片对应的离均差。
可选地，所述水淹识别模块A20，还用于：
若所述水淹区域为所述燃料电池电堆的首部，则将所述氢气循环泵转速降低预设第一转速值以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态；
若所述水淹区域为所述燃料电池电堆的尾部，则将所述氢气循环泵转速增加预设第二转速值所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
可选地，工况调节模块A30，还用于：
调整所述氢气循环泵的转速并实时获取所述交流阻抗中的欧姆电阻，判断所述欧姆电阻是否与预设的干湿平衡阻抗区间匹配；
若所述欧姆电阻与所述干湿平衡阻抗区间匹配，则确定所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态，并维持所述氢气循环泵的当前转速至预设时长。
可选地，工况调节模块A30，还用于：
若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则将所述电堆冷却水的当前温度调高预设温度值，以及将所述排气阀的脉冲频率和所述排水阀的脉冲频率同时调快预设频率值。
本发明的燃料电池调控系统具体实施方式与上述燃料电池调控方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质。本发明计算机可读存储介质上存储有燃料电池调控程序，其中，燃料电池调控程序被处理器执行时，实现如上述的燃料电池调控方法的步骤。
其中，燃料电池调控程序被执行时所实现的方法可参照本发明燃料电池调控方法的各个实施例，此处不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池调控方法，其特征在于，所述燃料电池调控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电堆和与所述燃料电池电堆连接的氢气循环泵；所述燃料电池调控方法包括以下步骤：
获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态；
若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则确定所述燃料电池电堆的水淹区域；
根据所述水淹区域，调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
2.如权利要求1所述的燃料电池调控方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括与所述燃料电池电堆串联的DC-DC转换器；所述交流阻抗包括欧姆阻抗；所述获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态的步骤，包括：
通过所述DC-DC转换器输出预设频率的电流扰动信号至所述燃料电池电堆，以获取所述燃料电池电堆基于所述电流扰动信号反馈的所述欧姆阻抗；
判断所述欧姆阻抗是否与预设的水淹阻抗区间匹配；
若所述欧姆阻抗与所述水淹阻抗区间，则确定所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态。
3.如权利要求1所述的燃料电池调控方法，其特征在于，所述确定所述燃料电池电堆的水淹区域的步骤，包括：
获取所述燃料电池电堆的平均电压值以及所述燃料电池电堆中各个电堆单片各自对应的离均差；
确定各个所述离均差中大于预设电压值的目标离均差，并确定所述目标离均差对应的目标电堆单片；
根据所述目标电堆单片，确定所述燃料电池电堆的水淹区域，所述水淹区域包括所述燃料电池电堆的首部和/或尾部。
4.如权利要求3所述的燃料电池调控方法，其特征在于，所述获取所述燃料电池电堆的平均电压值以及所述燃料电池电堆中各个电堆单片各自对应的离均差的步骤，包括：
获取所述燃料电池电堆中各个电堆单片的电压值和单片数量，将各个所述电压值叠加得到所述燃料电池电堆的总电压值；
计算得到所述总电压值与所述单片数量之间的商值，并将所述商值作为所述燃料电池电堆的平均电压值；
计算所述平均电压值与各个所述电压值之间的各个差值，将所述差值作为所述电堆单片对应的离均差。
5.如权利要求3所述的燃料电池调控方法，其特征在于，所述根据所述水淹区域，调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态的步骤，包括：
若所述水淹区域为所述燃料电池电堆的首部，则将所述氢气循环泵转速降低预设第一转速值以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态；
若所述水淹区域为所述燃料电池电堆的尾部，则将所述氢气循环泵转速增加预设第二转速值所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
6.如权利要求1所述的燃料电池调控方法，其特征在于，所述调整所述氢气循环泵的转速以使所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态的步骤，包括：
调整所述氢气循环泵的转速并实时获取所述交流阻抗中的欧姆电阻，判断所述欧姆电阻是否与预设的干湿平衡阻抗区间匹配；
若所述欧姆电阻与所述干湿平衡阻抗区间匹配，则确定所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态，并维持所述氢气循环泵的当前转速至预设时长。
7.如权利要求1所述的燃料电池调控方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括电堆冷却水和排气阀以及排水阀；所述根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态的步骤之后，所述方法还包括：
若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则将所述电堆冷却水的当前温度调高预设温度值，以及将所述排气阀的脉冲频率和所述排水阀的脉冲频率同时调快预设频率值。
8.一种燃料电池调控系统，其特征在于，所述燃料电池调控系统，包括：
干湿检测模块，用于获取燃料电池电堆的交流阻抗，根据所述交流阻抗确定所述燃料电池电堆的干湿状态；
水淹识别模块；若所述燃料电池电堆的干湿状态为水淹状态，则确定所述燃料电池电堆的水淹区域；
工况调节模块，用于根据所述水淹区域，调整氢气循环泵的转速至所述燃料电池电堆的干湿状态为干湿平衡状态。
9.一种燃料电池调控设备，其特征在于，所述燃料电池调控设备包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器上的可被所述处理器执行的燃料电池调控程序，其中，所述燃料电池调控程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的燃料电池调控方法的步骤。
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上存储有燃料电池调控程序，其中，所述燃料电池调控程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的燃料电池调控方法的步骤。
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