CN115418674A - 一种多电解槽制氢系统的温度控制方法及装置 - Google Patents

一种多电解槽制氢系统的温度控制方法及装置 Download PDF

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CN115418674A CN202211252758.5A CN202211252758A CN115418674A CN 115418674 A CN115418674 A CN 115418674A CN 202211252758 A CN202211252758 A CN 202211252758A CN 115418674 A CN115418674 A CN 115418674A
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范利明
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Abstract

本发明提供了一种多电解槽制氢系统的温度控制方法及装置，根据制氢系统中电解槽的输入功率确定电解槽对应的电解液给定流量；按照电解液给定流量和电解槽的电解液实际流量，控制电解槽的电解液实际流量；检测电解槽的工作温度；根据电解槽的工作温度从电解槽中至少划分出第一目标电解槽；基于给定温度和第一目标电解槽的工作温度，控制制氢系统中冷却水管路的流量，以控制第一目标电解槽的工作温度。从而实现控制制氢系统中电解槽的工作温度，以保证电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求。

Description

一种多电解槽制氢系统的温度控制方法及装置
技术领域
本发明涉及控制技术领域，具体涉及一种多电解槽制氢系统的温度控制方法及装置。
背景技术
在以光伏和风电等新能源为能源的变功率制氢场景下，为了在提高制氢系统(电解水制氢系统)的产氢量的同时又能够降低制氢系统的制造成本，制氢系统的多个电解槽通常都是共同使用一套气液分离设备。由于新能源的波动性会使得多个电解槽并非工作在相同的输入功率下；因此为了使电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求，目前亟需一种能够控制电解槽的温度的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种多电解槽制氢系统的温度控制方法及装置，以控制电解槽的温度。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明实施例第一方面公开一种多电解槽制氢系统的温度控制方法，所述方法包括：
根据制氢系统中电解槽的输入功率确定每一所述电解槽对应的电解液给定流量，其中，所述制氢系统中的各个所述电解槽共用一套气液分离设备；
按照所述电解液给定流量和实时采集的所述电解槽的电解液实际流量，控制所述电解槽的电解液实际流量；
检测所述电解槽的工作温度；
根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽，其中，所述第一目标电解槽为工作温度最高的所述电解槽；
基于给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度，控制所述制氢系统中冷却水管路的流量，以控制所述第一目标电解槽的工作温度。
优选的，根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽之后，所述方法还包括：
从所述电解槽中划分出第二目标电解槽，其中，所述第二目标电解槽为所述第一目标电解槽以外的所述电解槽；
基于预设温度和所述第二目标电解槽的工作温度，调整所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度。
优选的，按照所述电解液给定流量和实时采集的所述电解槽的电解液实际流量，控制所述电解槽的电解液实际流量，包括：
计算所述电解槽对应的所述电解液给定流量和实时采集的电解液实际流量之间的流量差值；
将所述流量差值输入第一指定调节器中以得到第一调节信号；
根据所述第一调节信号，控制所述制氢系统中与所述电解槽对应的电解液循环泵，以控制所述电解槽的电解液实际流量，返回执行计算所述电解槽对应的所述电解液给定流量和实时采集的电解液实际流量之间的流量差值这一步骤。
优选的，基于给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度，控制所述制氢系统中冷却水管路的流量，以控制所述第一目标电解槽的工作温度，包括：
计算给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度之间的第一温度差值；
将所述第一温度差值输入第二指定调节器中以得到第二调节信号；
根据所述第二调节信号，控制所述制氢系统中冷却水管路上的水泵，以控制所述第一目标电解槽的工作温度，返回执行计算给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度之间的第一温度差值这一步骤。
优选的，基于预设温度和所述第二目标电解槽的工作温度，调整所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，包括：
计算所述第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值；
当所述第二温度差值处于预设的正常温差范围内，或者，当所述第二温度差值大于所述正常温差范围的上限值，维持所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，返回执行计算所述第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值这一步骤；
当所述第二温度差值小于所述正常温差范围的下限值时，将所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量降低固定流量值，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，返回执行计算所述第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值这一步骤。
优选的，从所述电解槽中划分出第二目标电解槽之后，所述方法还包括：
检测所述电解槽的新的工作温度；
利用所述电解槽的新的工作温度，返回执行根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽这一步骤；或者，
确定所述电解槽的新的工作温度中的最高温度；
若所述最高温度对应的所述电解槽不是所述第一目标电解槽，且若所述最高温度与所述第一目标电解槽的新的工作温度之间的差值大于温度阈值，利用所述电解槽的新的工作温度，返回执行根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽这一步骤。
优选的，根据制氢系统中电解槽的输入功率确定每一所述电解槽对应的电解液给定流量，包括：
利用
Figure BDA0003888503910000031
结合制氢系统中电解槽的输入功率，确定每一所述电解槽对应的电解液给定流量，其中，Fx为第x个所述电解槽对应的电解液给定流量，Px为第x个所述电解槽的输入功率，P0为单个所述电解槽的额定功率，F0为单个所述电解槽在所述额定功率下所需要的电解液流量。
本发明实施例第二方面公开一种多电解槽制氢系统的温度控制装置，所述装置包括：
确定单元，用于根据制氢系统中电解槽的输入功率确定每一所述电解槽对应的电解液给定流量，其中，所述制氢系统中的各个所述电解槽共用一套气液分离设备；
第一控制单元，用于按照所述电解液给定流量和实时采集的所述电解槽的电解液实际流量，控制所述电解槽的电解液实际流量；
检测单元，用于检测所述电解槽的工作温度；
划分单元，用于根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽，其中，所述第一目标电解槽为工作温度最高的所述电解槽；
第二控制单元，用于基于给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度，控制所述制氢系统中冷却水管路的流量，以控制所述第一目标电解槽的工作温度。
优选的，所述划分单元还用于：从所述电解槽中划分出第二目标电解槽，其中，所述第二目标电解槽为所述第一目标电解槽以外的所述电解槽；
相应的，所述装置还包括：
第三控制单元，用于基于预设温度和所述第二目标电解槽的工作温度，调整所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度。
优选的，所述第一控制单元包括：
第一计算模块，用于计算所述电解槽对应的所述电解液给定流量和实时采集的电解液实际流量之间的流量差值；
第一输入模块，用于将所述流量差值输入第一指定调节器中以得到第一调节信号；
第一控制模块，用于根据所述第一调节信号，控制所述制氢系统中与所述电解槽对应的电解液循环泵，以控制所述电解槽的电解液实际流量，返回执行所述第一计算模块。
优选的，所述第二控制单元包括：
第二计算模块，用于计算给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度之间的第一温度差值；
第二输入模块，用于将所述第一温度差值输入第二指定调节器中以得到第二调节信号；
第二控制模块，用于根据所述第二调节信号，控制所述制氢系统中冷却水管路上的水泵，以控制所述第一目标电解槽的工作温度，返回执行所述第二计算模块。
优选的，所述第三控制单元包括：
第三计算模块，用于计算所述第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值；
第三控制模块，用于当所述第二温度差值处于预设的正常温差范围内，或者，当所述第二温度差值大于所述正常温差范围的上限值，维持所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，返回执行所述第三计算模块；
第四控制模块，用于当所述第二温度差值小于所述正常温差范围的下限值时，将所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量降低固定流量值，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，返回执行所述第三计算模块。
基于上述本发明实施例提供的一种多电解槽制氢系统的温度控制方法及装置，根据制氢系统中电解槽的输入功率确定每一电解槽对应的电解液给定流量；按照电解液给定流量和实时采集的电解槽的电解液实际流量，控制电解槽的电解液实际流量；检测电解槽的工作温度；根据电解槽的工作温度从电解槽中至少划分出第一目标电解槽；基于给定温度和第一目标电解槽的工作温度，控制制氢系统中冷却水管路的流量，以控制第一目标电解槽的工作温度。本方案中，利用电解槽的输入功率确定电解液给定流量。按照电解液给定流量控制电解槽的电解液实际流量。基于电解槽的工作温度从电解槽中划分出第一目标电解槽。采用相应的方式控制第一目标电解槽的工作温度，从而实现控制制氢系统中电解槽的工作温度，以保证电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求。
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，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的制氢系统的架构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种多电解槽制氢系统的温度控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的控制电解液实际流量的PID调节环路示意图；
图4为本发明实施例提供的控制第一目标电解槽的工作温度的PID调节环路示意图；
图5为本发明实施例提供的一种多电解槽制氢系统的温度控制装置的结构框图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
由背景技术可知，由于新能源的波动性会使得多个电解槽并非工作在相同的输入功率下；因此为了使电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求，目前亟需一种能够控制电解槽的温度的方法。
故，本发明实施例提供一种电解槽制氢系统的温度控制方法及装置，利用电解槽的输入功率确定电解液给定流量。按照电解液给定流量控制电解槽的电解液实际流量。基于电解槽的工作温度从电解槽中划分出第一目标电解槽。采用相应的方式控制第一目标电解槽，从而实现控制制氢系统中电解槽的工作温度，以保证电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求。
需要说明的是，发明人经研究发现，在以光伏和风电等新能源为能源的变功率制氢场景下，由制氢系统的电解槽输出的气液混合物进入制氢系统的气液分离设备后，气体分离效果与电解液的循环流速之间具有一定联系。通常而言，在电解槽输入能量(也就是输入功率)较小时会以小流量进行电解液循环，在电解槽输入能量较大时会加大电解槽内电解液的循环流量；通过前述方式，既能够兼顾电解槽在较小的输入能量下的气液分离效果，又能够保证在较大输入能量下的电解槽的散热需求，故电解槽的电解液循环流量是随着电解槽的输入能量的变化而变化的。
基于上述发明人研究发现的内容，本方案提出一种电解槽制氢系统的温度控制方法及装置，该温度控制方法能够控制制氢系统中电解槽的工作温度，以保证电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求；该温度控制方法的具体实施过程，详见以下各个实施例的内容。
值得说明的是，本发明实施例提供的一种电解槽制氢系统的温度控制方法及装置，应用于控制器；通过本发明实施例提供的方案，能够控制多种类型的制氢系统中多个电解槽的温度，例如：可控制碱性电解水制氢系统中多个电解槽的温度，也可控制PEM电解水制氢系统中多个电解槽的温度；不同类型的制氢系统对应的电解液有所不同，如碱性电解水制氢系统对应的电解液为碱液，PEM电解水制氢系统对应的电解液为纯水。前述提及的控制器可以是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，也可以是分散控制系统(Distributed Control System，DCS)控制器或其它类型的控制器。
为更好理解本发明实施例涉及的制氢系统，通过图1示出的制氢系统的架构示意图进行举例说明，图1示出的制氢系统可以是碱性电解水制氢系统。
如图1所示，制氢系统包含：3个电解槽(电解槽1至电解槽3)，每个电解槽的温度传感器(T001至T003)，设置在总碱液管路上的温度传感器(T004)，每个电解槽的碱液入口循环泵(循环泵A至循环泵C)和流量传感器(F001至F003)，氢侧气液分离器，氧侧气液分离器，换热器，冷却水管路上的水泵(也可称为冷却水循环泵)，以及冷水塔等。
通过温度传感器T001至温度传感器T003可以检测电解槽的工作温度，通过流量传感器F001至流量传感器F003可以采集电解槽的电解液实际流量。
需要说明的是，制氢系统可以包含多个(2个及以上)电解槽。温度传感器可以设置在电解槽的氧侧出口管线上，温度传感器也可以设置在电解槽的氢侧出口管线上。对于用于调节电解槽的电解液实际流量的循环泵，可以使用调节阀来代替循环泵，在用调节阀来代替循环泵时，只需要在换热器入口端总管上添加一台总循环泵即可。上述图1中关于制氢系统的架构仅用于举例说明，并不用于对制氢系统进行限定。
参见图2，示出了本发明实施例提供的一种多电解槽制氢系统的温度控制方法的流程图，该温度控制方法包括：
步骤S201：根据制氢系统中电解槽的输入功率确定每一电解槽对应的电解液给定流量。
需要说明的是，制氢系统中的各个电解槽共用一套气液分离设备，关于制氢系统的具体内容，可参见上述本发明实施例图1的相关说明，在此不再赘述。
在具体实现步骤S201的过程中，针对制氢系统中的每个电解槽，利用该电解槽的输入功率(控制器采集得到)，确定该电解槽对应的电解液给定流量。
具体而言，针对制氢系统中的每个电解槽，利用公式(1)并结合该电解槽的输入功率，确定该电解槽对应的电解液给定流量。
Figure BDA0003888503910000081
在公式(1)中，Fx为第x个电解槽对应的电解液给定流量，Px为第x个电解槽的输入功率，P0为单个电解槽的额定功率，F0为单个电解槽在额定功率下所需要的电解液流量。
通过上述方式，可分别确定得到每一电解槽对应的电解液给定流量。
需要说明的是，在以光伏和风电等新能源为能源的变功率制氢场景下，由于新能源的波动性，电解槽的输入功率可能会发生变化；在一些实施例中，监测各个电解槽的输入功率；当监测到任意电解槽的输入功率发生变化时(变化幅度大于预设幅度)，根据该任意电解槽的发生变化后的输入功率，重新确定该任意电解槽的对应的电解液给定流量；确定电解液给定流量的方式详见上述内容，在此不再赘述。
也就是说，在确定各个电解槽对应的电解液给定流量之后，如果某一电解槽的输入功率发生变化，则需要重新计算输入功率发生变化的电解槽的电解液给定流量。
步骤S202：按照电解液给定流量和实时采集的电解槽的电解液实际流量，控制电解槽的电解液实际流量。
一些实施例中，通过各个电解槽对应的流量传感器，实时采集各个电解槽的电解液实际流量。
在具体实现步骤S202的过程中，针对制氢系统中的每个电解槽，按照该电解槽的电解液给定流量和该电解槽的电解液实际流量，控制该电解槽的电解液实际流量，从而使该电解槽的电解液实际流量等于该电解槽的电解液给定流量；需要说明的是，当电解槽的电解液实际流量与电解液给定流量之间的差值在一定范围内时，可表征电解液实际流量等于电解液给定流量。
具体而言，针对制氢系统中的每个电解槽，计算该电解槽对应的电解液给定流量和实时采集的电解液实际流量之间的流量差值；将该流量差值输入第一指定调节器中以得到第一调节信号；根据第一调节信号，控制该制氢系统中与该电解槽对应的电解液循环泵，以控制该电解槽的电解液实际流量，返回执行前述“计算电解槽对应的电解液给定流量和实时采集的电解液实际流量之间的流量差值”这一步骤。通过前述方式控制每个电解槽的电解液实际流量，需要说明的是，在控制电解槽的电解液实际流量的过程中，也在持续采集电解槽的电解液实际流量。
一些实施例中，第一指定调节器可以是PID(比例、积分和微分)调节器，即基于电解槽的电解液给定流量和电解液实际流量，对该电解槽的电解液实际流量进行PID控制，以使该电解槽的电解液实际流量等于该电解槽的电解液给定流量；同理，第一指定调节器也可以是其它具有控制调节功能的调节器，在本发明实施例中不对第一指定调节器的类型进行限定。
为更好解释说明如何控制电解槽的电解液实际流量，以第一指定调节器为PID调节器为例，结合图3示出的控制电解液实际流量的PID调节环路示意图，对控制电解槽的电解液实际流量的过程进行举例说明。
参见图3中的内容，Fx为第x个电解槽的电解液给定流量(相当于PID调节环路中的指令信号)，Ft为第x个电解槽的电解液实际流量；计算Fx和Ft之间的流量差值；将该流量差值输入PID调节器中以得到第一调节信号，根据第一调节信号控制与第x个电解槽对应的电解液循环泵的电解液流量，从而控制第x个电解槽的电解液实际流量。具体控制过程中，当Ft大于Fx时，根据PID调节器输出的第一调节信号，减小第x个电解槽对应的电解液循环泵的电解液流量，从而降低第x个电解槽的电解液实际流量；当Ft小于Fx时，根据PID调节器输出的第一调节信号，增加第x个电解槽对应的电解液循环泵的电解液流量，从而提高第x个电解槽的电解液实际流量；当PID调节进入稳态后，Ft等于Fx，或者说Ft和Fx之间的差值在一定范围内。
步骤S203：检测电解槽的工作温度。
在具体实现步骤S203的过程中，利用制氢系统中各个电解槽对应的温度传感器，检测得到各个电解槽的工作温度。
步骤S204：根据电解槽的工作温度从电解槽中至少划分出第一目标电解槽。
需要说明的是，第一目标电解槽为工作温度最高的电解槽。
在具体实现步骤S204的过程中，在检测得到各个电解槽的工作温度后，比对各个电解槽的工作温度以从所有电解槽中至少划分出第一目标电解槽，具体而言，确定工作温度最高的电解槽为第一目标电解槽。
优选的，一些实施例中，在确定第一目标电解槽后，还从各个电解槽中划分出第二目标电解槽，其中，第二目标电解槽为第一目标电解槽以外的所述电解槽。
也就是说，比对各个电解槽的工作温度后，确定工作温度最高的电解槽为第一目标电解槽，确定除第一目标电解槽以外的电解槽为第二目标电解槽。
例如：设制氢系统包含3个电解槽，分别为电解槽1、电解槽2和电解槽3；在检测得到各个电解槽的工作温度后，如果电解槽1的工作温度最高，则电解槽1即为第一目标电解槽，电解槽2和电解槽3即为第二目标电解槽。
可以理解的是，在控制第一目标电解槽和第二目标电解槽的工作温度的过程中，会周期性采集各个电解槽的工作温度，每次采集得到电解槽的工作温度时，需要利用新采集到的工作温度来确定是否需要重新划分第一目标电解槽和第二目标电解槽。
一些实施例中，将电解槽划分为第一目标电解槽和第二目标电解槽之后，检测电解槽的新的工作温度；利用电解槽的新的工作温度，返回执行步骤S204，以利用新的工作温度重新从电解槽中至少划分出第一目标电解槽(相当于重新划分第一目标电解槽和第二目标电解槽)；或者，确定电解槽的新的工作温度中的最高温度；若该最高温度对应的电解槽不是第一目标电解槽(上一次划分得到的第一目标电解槽)，且若该最高温度与第一目标电解槽的新的工作温度之间的差值大于温度阈值(如5℃)，利用电解槽的新的工作温度，返回执行步骤S204，以利用新的工作温度重新从电解槽中至少划分出第一目标电解槽。
若该最高温度对应的电解槽是第一目标电解槽，或者，若该最高温度与第一目标电解槽的新的工作温度之间的差值不大于温度阈值，则不需要重新从电解槽中至少划分出第一目标电解槽(即不需要重新划分第一目标电解槽和第二目标电解槽)。
也就是说，在检测得到电解槽的新的工作温度后，可以直接利用新的工作温度重新划分第一目标电解槽和第二目标电解槽；也可以比对新的工作温度中的最高温度与第一目标电解槽的新的工作温度，再按照比对结果确定是否需要重新划分第一目标电解槽和第二目标电解槽。
例如：设制氢系统包含3个电解槽，分别为电解槽1、电解槽2和电解槽3；且当前的第一目标电解槽为电解槽1。在重新检测得到各个电解槽的新的工作温度后，设新的工作温度中电解槽2的工作温度最高，此时有两种重新划分第一目标电解槽和第二目标电解槽的方式。
第一种方式：直接利用新的工作温度重新划分第一目标电解槽和第二目标电解槽，重新划分后，电解槽2替换电解槽1成为第一目标电解槽，电解槽1和电解槽3为第二目标电解槽。
第二种方式：计算电解槽2的新的工作温度和电解槽1的新的工作温度之间的差值，该差值＝电解槽2的新的工作温度-电解槽1的新的工作温度；如果该差值大于5℃，利用新的工作温度重新划分第一目标电解槽和第二目标电解槽，重新划分后，电解槽2替换电解槽1成为第一目标电解槽，电解槽1和电解槽3为第二目标电解槽；如果该差值不大于5℃，不重新划分第一目标电解槽和第二目标电解槽，此时电解槽1依旧为第一目标电解槽，电解槽2和电解槽3依旧为第二目标电解槽。
通过上述方式，可将多个电解槽划分为第一目标电解槽和第二目标电解槽；针对第一目标电解槽，执行步骤S205以控制第一目标电解槽的工作温度；针对每个第二目标电解槽，采用相应的方式控制该第二目标电解槽的工作温度。
需要说明的是，在控制第一目标电解槽和第二目标电解槽的工作温度的过程中，也在检测各个电解槽的新的工作温度；每次检测到各个电解槽的新的工作温度之后，可按照上述方式确定第一目标电解槽和第二目标电解槽，具体确定方式不再赘述。
步骤S205：基于给定温度和第一目标电解槽的工作温度，控制制氢系统中冷却水管路的流量，以控制第一目标电解槽的工作温度。
一些实施例中，在划分第一目标电解槽和第二目标电解槽之后，对于第一目标电解槽，继续按照上述步骤S202的方式控制第一目标电解槽的电解液实际流量(第一目标电解槽的电解液给定流量保持当前数值)。
在具体实现步骤S205的过程中，计算给定温度和第一目标电解槽的工作温度之间的第一温度差值；将该第一温度差值输入第二指定调节器中以得到第二调节信号；根据第二调节信号，控制制氢系统中冷却水管路上的水泵(相当于控制冷却水管路的流量)，以控制第一目标电解槽的工作温度，并返回执行前述“计算给定温度和第一目标电解槽的工作温度之间的第一温度差值”这一步骤。需要说明的是，在控制第一目标电解槽的工作温度的过程中，也在检测第一目标电解槽的工作温度。
一些实施例中，第二指定调节器可以是PID调节器，即基于给定温度和第一目标电解槽的工作温度，对制氢系统中冷却水管路上的水泵的流量(也可称为冷却水流量)进行PID控制，从而控制总的电解液的温度，最终达到控制第一目标电解槽的工作温度的目的，使第一目标电解槽的工作温度等于给定温度，需要说明的是，当第一目标电解槽的工作温度与给定温度之间的第一温度差值在一定范围内时，可表征第一目标电解槽的工作温度等于给定温度。
为更好解释说明如何控制第一目标电解槽的工作温度，以第二指定调节器为PID调节器为例，结合图4示出的控制第一目标电解槽的工作温度的PID调节环路示意图，对控制第一目标电解槽的工作温度的过程进行举例说明。
参见图4中的内容，Tmax为第一目标电解槽的工作温度，Tref为给定温度；计算Tref和Tmax之间的第一温度差值，将该第一温度差值输入PID调节器中以得到第二调节信号(记为Dr1)；根据第二调节信号控制冷却水管路上的水泵的冷却水流量，进而控制第一目标电解槽的工作温度。具体控制过程中，当Tmax大于Tref时，PID调节器输出的Dr1增大，通过该Dr1提高水泵的冷却水流量，从而降低总的电解液的温度，最终达到降低第一目标电解槽的工作温度的目的；当Tmax小于Tref时，PID调节器输出的Dr1减小，通过该Dr1降低水泵的冷却水流量，从而提高总的电解液的温度，最终达到提高第一目标电解槽的工作温度的目的；当PID调节进入稳态后，Tmax等于Tref，或者说，Tref和Tmax之间的第一温度差值在一定范围内。
通过上述控制方式，可以将第一目标电解槽的工作温度控制在给定温度附近。
一些实施例中，针对每个第二目标电解槽，控制该第二目标电解槽的工作温度的具体方式为：基于预设温度和该第二目标电解槽的工作温度，调整该第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制该第二目标电解槽的工作温度。
通过上述步骤S202中的内容可见，按照电解槽的电解液给定流量来控制该电解槽的电解液实际流量；在控制第二目标电解槽的工作温度的过程中，需利用第二目标电解槽的工作温度，来调整该第二目标电解槽对应的电解液给定流量，进而调整该第二目标电解槽的电解液实际流量，最终实现控制第二目标电解槽的工作温度的目的。
在具体实现中，针对每个第二目标电解槽，计算该第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值。当该第二温度差值处于预设的正常温差范围(如-2℃至2℃这一范围)内，或者，当该第二温度差值大于正常温差范围的上限值，维持该第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制第二目标电解槽的工作温度，返回执行前述“计算第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值”这一步骤；当该第二温度差值小于正常温差范围的下限值时，将该第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量降低固定流量值，以控制第二目标电解槽的工作温度，返回执行前述“计算第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值”这一步骤。
也就是说，对于每个第二目标电解槽，计算该第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值；如果该第二温度差值处于正常温差范围内(相当于工作温度与预设温度接近)，或者，如果该第二温度差值大于正常温差范围的上限值(相当于工作温度大于预设温度)，此时维持该第二目标电解槽对应的电解液给定流量，继续当前的电解液给定流量来控制该第二目标电解槽的电解液实际流量，将第二目标电解槽的工作温度控制(维持或降低)在预设温度附近，以实现控制该第二目标电解槽的工作温度的目的。如果该第二温度差值小于正常温差范围的下限值(相当于工作温度小于预设温度)，将该第二目标电解槽对应的电解液给定流量降低固定流量值，利用降低固定流量值后的电解液给定流量来控制该第二目标电解槽的电解液实际流量，将第二目标电解槽的工作温度提高到预设温度附近，以实现控制该第二目标电解槽的工作温度的目的。
在将该第二目标电解槽对应的电解液给定流量降低固定流量值之后，如果重新计算得到的第二温度差值还是小于正常温差范围的下限值，此时继续降低该第二目标电解槽对应的电解液给定流量(每次都降低固定流量值)，直至第二温度差值处于预设的正常温差范围内。
例如：设电解槽2为第二目标电解槽，F2为电解槽2的电解液给定流量，正常温差范围为[-2℃,2℃]，△F为固定流量值；计算电解槽2的工作温度与预设温度之间的第二温度差值；如果该第二温度差值在[-2℃,2℃]内，维持F2不变，即依旧利用当前的F2来控制电解槽2的电解液实际流量，进而控制电解槽2的工作温度。如果该第二温度差值小于-2℃，相当于电解槽2的工作温度小于预设温度，此时F2＝F2-△F，利用降低△F后的F2来控制电解槽2的电解液实际流量，进而控制电解槽2的工作温度。由于电解槽2的工作温度变化较为缓慢，F2在降低之后，如果重新计算的第二温度差值依旧小于-2℃，则继续将F2降低△F，直至第二温度差值在[-2℃,2℃]内，此时表征电解槽2的工作温度较为合适，保持电解槽2的当前的电解液实际流量。
通过上述方式，分别控制每个第二目标电解槽的工作温度，以将第二目标电解槽的工作温度控制在预设温度附近。
需要说明的是，上述关于根据电解液给定流量控制电解槽的电解液实际流量的方式，可参见上述步骤S202中的内容，在此不再赘述。
在本发明实施例中，利用电解槽的输入功率确定电解液给定流量。按照电解液给定流量控制电解槽的电解液实际流量。基于电解槽的工作温度将电解槽划分为第一目标电解槽和第二目标电解槽。针对第一目标电解槽和第二目标电解槽，分别采用相应的方式控制第一目标电解槽和第二目标电解槽的工作温度，从而实现控制制氢系统中各个电解槽的工作温度，以保证电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求。
需要说明的是，对于现有技术，现有的制氢系统包含多个电解槽和后处理设备，后处理设备由第一电解液流入支管(用于将冷电解液导入电解槽)和第二电解液流入支管(用于将热电解液导入电解槽)；现有技术在控制电解槽的温度时，从各个电解槽的工作温度中确定最高的工作温度，利用最高的工作温度进行电解液调节，而利用其它非最高的工作温度调节冷电解液流量；总而言之，现有技术是调节第一电解液流入支管和第二电解液流入支管，回到电解槽的总管路电解液流量不变。
结合上述各个实施例的内容可见，相对于现有技术，本方案按照电解液给定流量控制各个电解槽的电解液实际流量；对于工作温度最高的第一目标电解槽，在根据电解液给定流量控制第一目标电解槽的电解液实际流量的基础上，还利用了第一目标电解槽的工作温度控制制氢系统中冷却水管路的流量，从而将第一目标电解槽的工作温度控制到给定温度；对于第二目标电解槽，在根据电解液给定流量控制第二目标电解槽的电解液实际流量的过程中，根据第二目标电解槽的工作温度调整第二目标电解槽对应的电解液给定流量，从而将第二目标电解槽的工作温度控制到预设温度。
由此可见，本方案控制各个电解槽的工作温度的方式明显与现有技术不同，且针对第一目标电解槽和第二目标电解槽，本方案分别采用相应的方式控制第一目标电解槽和第二目标电解槽的工作温度，能够细致化的分别控制各个电解槽的工作温度，温度控制效果要优于现有技术。
与上述本发明实施例提供的一种多电解槽制氢系统的温度控制方法相对应，参见图5，本发明实施例还提供了一种多电解槽制氢系统的温度控制装置的结构框图，该温度控制装置包括：确定单元501、第一控制单元502、检测单元503、划分单元504和第二控制单元505；
确定单元501，用于根据制氢系统中电解槽的输入功率确定每一电解槽对应的电解液给定流量，其中，制氢系统中的各个电解槽共用一套气液分离设备。
在具体实现中，确定单元501具体用于：利用上述公式(1)，结合制氢系统中电解槽的输入功率，确定每一电解槽对应的电解液给定流量。
第一控制单元502，用于按照电解液给定流量和实时采集的电解槽的电解液实际流量，控制电解槽的电解液实际流量。
检测单元503，用于检测电解槽的工作温度。
划分单元504，用于根据电解槽的工作温度从电解槽中至少划分出第一目标电解槽，其中，第一目标电解槽为工作温度最高的电解槽。
第二控制单元505，用于基于给定温度和第一目标电解槽的工作温度，控制制氢系统中冷却水管路的流量，以控制第一目标电解槽的工作温度。
在本发明实施例中，利用电解槽的输入功率确定电解液给定流量。按照电解液给定流量控制电解槽的电解液实际流量。基于电解槽的工作温度从电解槽中至少划分出第一目标电解槽。采用相应的方式控制第一目标电解槽的工作温度，从而实现控制制氢系统中电解槽的工作温度，以保证电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求。
优选的，结合图5示出的内容，划分单元504还用于：从电解槽中划分出第二目标电解槽，其中，第二目标电解槽为所述第一目标电解槽以外的电解槽；相应的，该温度控制装置还包括：
第三控制单元，用于基于预设温度和第二目标电解槽的工作温度，调整第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制第二目标电解槽的工作温度。
优选的，结合上述内容，第三控制单元包括：第三计算模块、第三控制模块和第四控制模块；各个模块的执行原理如下：
第三计算模块，用于计算第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值。
第三控制模块，用于当第二温度差值处于预设的正常温差范围内，或者，当第二温度差值大于所述正常温差范围的上限值，维持所第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制第二目标电解槽的工作温度，返回执行第三计算模块。
第四控制模块，用于当第二温度差值小于正常温差范围的下限值时，将第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量降低固定流量值，以控制第二目标电解槽的工作温度，返回执行第三计算模块。
在本发明实施例中，基于电解槽的工作温度将电解槽划分为第一目标电解槽和第二目标电解槽。针对第一目标电解槽和第二目标电解槽，分别采用相应的方式控制第一目标电解槽和第二目标电解槽的工作温度，从而实现控制制氢系统中各个电解槽的工作温度，以保证电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求。
优选的，结合图5示出的内容，第一控制单元502包括：第一计算模块、第一输入模块和第一控制模块；各个模块的执行原理如下：
第一计算模块，用于计算电解槽对应的所述电解液给定流量和实时采集的电解液实际流量之间的流量差值。
第一输入模块，用于将流量差值输入第一指定调节器中以得到第一调节信号。
第一控制模块，用于根据第一调节信号，控制制氢系统中与电解槽对应的电解液循环泵，以控制电解槽的电解液实际流量，返回执行第一计算模块。
优选的，结合图5示出的内容，第二控制单元505包括：第二计算模块、第二输入模块和第二控制模块；各个模块的执行原理如下：
第二计算模块，用于计算给定温度和第一目标电解槽的工作温度之间的第一温度差值。
第二输入模块，用于将第一温度差值输入第二指定调节器中以得到第二调节信号。
第二控制模块，用于根据第二调节信号，控制制氢系统中冷却水管路上的水泵，以控制第一目标电解槽的工作温度，返回执行第二计算模块。
优选的，结合图5示出的内容，检测单元503还用于：检测电解槽的新的工作温度；相应的，该温度控制装置还包括：
处理单元，用于利用电解槽的新的工作温度，返回执行划分单元504；或者，确定电解槽的新的工作温度中的最高温度；若最高温度对应的电解槽不是第一目标电解槽，且若最高温度与第一目标电解槽的新的工作温度之间的差值大于温度阈值，利用电解槽的新的工作温度，返回执行划分单元504。
综上所述，本发明实施例提供一种多电解槽制氢系统的温度控制方法及装置，利用电解槽的输入功率确定电解液给定流量。按照电解液给定流量控制电解槽的电解液实际流量。基于电解槽的工作温度将电解槽划分为第一目标电解槽和第二目标电解槽。针对第一目标电解槽和第二目标电解槽，分别采用相应的方式控制第一目标电解槽和第二目标电解槽的工作温度，从而实现控制制氢系统中各个电解槽的工作温度，以保证电解槽的散热性能和电解槽产生的氢气能够满足要求。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种多电解槽制氢系统的温度控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据制氢系统中电解槽的输入功率确定每一所述电解槽对应的电解液给定流量，其中，所述制氢系统中的各个所述电解槽共用一套气液分离设备；
按照所述电解液给定流量和实时采集的所述电解槽的电解液实际流量，控制所述电解槽的电解液实际流量；
检测所述电解槽的工作温度；
根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽，其中，所述第一目标电解槽为工作温度最高的所述电解槽；
基于给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度，控制所述制氢系统中冷却水管路的流量，以控制所述第一目标电解槽的工作温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽之后，所述方法还包括：
从所述电解槽中划分出第二目标电解槽，其中，所述第二目标电解槽为所述第一目标电解槽以外的所述电解槽；
基于预设温度和所述第二目标电解槽的工作温度，调整所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照所述电解液给定流量和实时采集的所述电解槽的电解液实际流量，控制所述电解槽的电解液实际流量，包括：
计算所述电解槽对应的所述电解液给定流量和实时采集的电解液实际流量之间的流量差值；
将所述流量差值输入第一指定调节器中以得到第一调节信号；
根据所述第一调节信号，控制所述制氢系统中与所述电解槽对应的电解液循环泵，以控制所述电解槽的电解液实际流量，返回执行计算所述电解槽对应的所述电解液给定流量和实时采集的电解液实际流量之间的流量差值这一步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度，控制所述制氢系统中冷却水管路的流量，以控制所述第一目标电解槽的工作温度，包括：
计算给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度之间的第一温度差值；
将所述第一温度差值输入第二指定调节器中以得到第二调节信号；
根据所述第二调节信号，控制所述制氢系统中冷却水管路上的水泵，以控制所述第一目标电解槽的工作温度，返回执行计算给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度之间的第一温度差值这一步骤。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于预设温度和所述第二目标电解槽的工作温度，调整所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，包括：
计算所述第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值；
当所述第二温度差值处于预设的正常温差范围内，或者，当所述第二温度差值大于所述正常温差范围的上限值，维持所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，返回执行计算所述第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值这一步骤；
当所述第二温度差值小于所述正常温差范围的下限值时，将所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量降低固定流量值，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，返回执行计算所述第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值这一步骤。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述电解槽中划分出第二目标电解槽之后，所述方法还包括：
检测所述电解槽的新的工作温度；
利用所述电解槽的新的工作温度，返回执行根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽这一步骤；或者，
确定所述电解槽的新的工作温度中的最高温度；
若所述最高温度对应的所述电解槽不是所述第一目标电解槽，且若所述最高温度与所述第一目标电解槽的新的工作温度之间的差值大于温度阈值，利用所述电解槽的新的工作温度，返回执行根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽这一步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据制氢系统中电解槽的输入功率确定每一所述电解槽对应的电解液给定流量，包括：
利用
Figure FDA0003888503900000031
结合制氢系统中电解槽的输入功率，确定每一所述电解槽对应的电解液给定流量，其中，Fx为第x个所述电解槽对应的电解液给定流量，Px为第x个所述电解槽的输入功率，P0为单个所述电解槽的额定功率，F0为单个所述电解槽在所述额定功率下所需要的电解液流量。
8.一种多电解槽制氢系统的温度控制装置，其特征在于，所述装置包括：
确定单元，用于根据制氢系统中电解槽的输入功率确定每一所述电解槽对应的电解液给定流量，其中，所述制氢系统中的各个所述电解槽共用一套气液分离设备；
第一控制单元，用于按照所述电解液给定流量和实时采集的所述电解槽的电解液实际流量，控制所述电解槽的电解液实际流量；
检测单元，用于检测所述电解槽的工作温度；
划分单元，用于根据所述电解槽的工作温度从所述电解槽中至少划分出第一目标电解槽，其中，所述第一目标电解槽为工作温度最高的所述电解槽；
第二控制单元，用于基于给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度，控制所述制氢系统中冷却水管路的流量，以控制所述第一目标电解槽的工作温度。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述划分单元还用于：从所述电解槽中划分出第二目标电解槽，其中，所述第二目标电解槽为所述第一目标电解槽以外的所述电解槽；
相应的，所述装置还包括：
第三控制单元，用于基于预设温度和所述第二目标电解槽的工作温度，调整所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一控制单元包括：
第一计算模块，用于计算所述电解槽对应的所述电解液给定流量和实时采集的电解液实际流量之间的流量差值；
第一输入模块，用于将所述流量差值输入第一指定调节器中以得到第一调节信号；
第一控制模块，用于根据所述第一调节信号，控制所述制氢系统中与所述电解槽对应的电解液循环泵，以控制所述电解槽的电解液实际流量，返回执行所述第一计算模块。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二控制单元包括：
第二计算模块，用于计算给定温度和所述第一目标电解槽的工作温度之间的第一温度差值；
第二输入模块，用于将所述第一温度差值输入第二指定调节器中以得到第二调节信号；
第二控制模块，用于根据所述第二调节信号，控制所述制氢系统中冷却水管路上的水泵，以控制所述第一目标电解槽的工作温度，返回执行所述第二计算模块。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第三控制单元包括：
第三计算模块，用于计算所述第二目标电解槽的工作温度与预设温度之间的第二温度差值；
第三控制模块，用于当所述第二温度差值处于预设的正常温差范围内，或者，当所述第二温度差值大于所述正常温差范围的上限值，维持所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，返回执行所述第三计算模块；
第四控制模块，用于当所述第二温度差值小于所述正常温差范围的下限值时，将所述第二目标电解槽对应的用于控制电解液实际流量的电解液给定流量降低固定流量值，以控制所述第二目标电解槽的工作温度，返回执行所述第三计算模块。
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