CN115799568B - 一种燃料电池阴极系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池阴极系统及其控制方法，该系统的空气输入单元至少包括空压机、尾排节气门和燃料电池控制器，通过调整空压机的转速和尾排节气门的开度，为燃料电池系统提供流量、压力可控的空气；湿度控制单元，至少包括增湿器和电堆出口旁通阀，通过调整电堆出口旁通阀的开度控制进入增湿器的湿空气和水流量；空压机防喘振单元，至少包括空压机和空气进气旁通阀，燃料电池控制器对流经空压机的流量和压力进行检测并判断空压机的工作状态，若判断空压机工作在喘振区域后，调整空压机的转速和空气进气旁通阀的开度，同时将多余的空气流量通过空气进气旁通阀排出。本发明可避免尾排氢气浓度过高，减少安全隐患。

Description

一种燃料电池阴极系统及其控制方法

技术领域

本发明涉燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池阴极系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池的反应原理是氢气和氧气反应产生水以及电能，反应所需的氢气由高压氢瓶提供，阴极系统为燃料电池系统提供稳定的压力、流量和温度可控的氧气。考虑到燃料电池的应用场景广泛，涉及低温、高原、频繁启停等的特性，对零部件、系统设计和控制逻辑上都提出了更精细的要求。

当燃料电池工作时，通过在中冷器后端增加一个进气旁通阀来调节进堆的空气湿度，在电堆出口增加一个尾气旁通阀来达到冷启动时电堆及其他零部件的水份快速吹干的目的，在中冷器后增设一个直排阀来排空空压机出口的空气以提高空压机的工作寿命。具体细节详见专利CN 113097533 A。

该技术方案主要问题有四个，其一是，此种设计下，燃料电池系统静态存放时，空气会依次经过空滤、空压机、流量计、中冷器、增湿器，然后进入燃料电池电堆的阴极，在下一次开机时，氢气进入燃料电池电堆内部后，无论空压机是否工作，都会建立开路电压，而燃料电池在高电位时，会影响燃料电池的性能。这种设计方法，使得燃料电池系统每次开机都不可避免的对电堆造成不可逆的损伤，从而影响燃料电池电堆的寿命。其二是当燃料电池工作在-30℃时，为保证下一次能正常开机，除了关机时要尽量吹扫干净燃料电池系统内的水分，更重要的是，在静置时，要尽量保证燃料电池内部的干燥，此设计下，环境内水分也会沿与空气相同的路径进入燃料电池电堆，影响燃料电池下一次的正常开机。其三是此设计通过调整进气旁通阀的开度来调节干、湿空气的流量从而得到目标湿度的空气进入燃料电池电堆，因干湿空气混合后到电堆入口的管路较短（降低燃料电池系统的体积及管路的流阻）容易出现干、湿空气的混合不均匀的情况，从而导致电堆性能下降。其四是此设计较为复杂，控制难度较大，如通过直排阀来调节进堆的流量，避免空压机工作在喘振区时，通过直排阀排出的空气随即进入节气门的前端，而节气门的开度会对燃料电池入堆的压力产生影响，即直排阀的工作状态容易影响电堆的工作工况（进堆的流量和压力），增加了控制的难度。

在燃料电池系统的中冷器后端、增湿器的前端设置一个电控三通阀，可在不同工况下切换三通阀的工作状态以实现调节进堆空气流量和保护空压机的功能；在三通阀的后端再连接一个电控三通阀，通过在不同工况下切换三通阀的工作状态以实现用干空气吹扫电堆的功能。具体细节详见专利CN 113571747 A。

该技术方案主要问题有三个，其一是虽然可以通过调节三通阀的开度来调节不经过增湿器与经过增湿器的空气流量来调节湿度，但无法保证干、湿空气混合均匀，因此会影响燃料电池系统的性能。其二是系统设计较复杂，相比于其它燃料电池系统的设计，此设计下空气从中冷器出来到进入电堆前，需要经过两个三通阀，增加了空气路的流阻，对空压机的升压能力提出了更高的要求；同时因为流阻的增加，增加了空压机的功耗，进而会降低燃料电池系统的输出功率。其三是对电控三通阀的密封性要求比较高，如对于三通阀而言，在需要流经三通阀的空气完全进入电控三通阀时，若三通阀密封性差，就会出现有部分空气会经过三通阀的另一条支路流经混排管路和消音器排到环境中，轻则出现空气入堆流量、压力不够的情况，重则会出现燃料电池系统达不到额定功率的情况。

在燃料电池正常运行中，将电堆排出的大量液态水经过汽水分离器进行分离，从而避免大量液态水进入增湿器，影响增湿器的增湿效率。同时在电堆PACK内氢浓度过高时，控制一部分空气依次经过旁通阀进入电堆PACK内，对电堆PACK内的氢气进行稀释吹扫，并最终汇入混排口，通过尾排排入大气中。具体细节详见专利CN 113381043 A。

上述发明有如下缺点：其一是当燃料电池电堆入口的空气压力过高时，没有快速泄压的途径；其二是系统复杂，增加了空气路的汽水分离器和排水阀，造成燃料电池系统的成本、控制难度增加，同时降低了燃料电池系统的体积和质量功率密度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，针对现有的技术中存在的问题如不能避免燃料电池电堆在开机时产生开路电压、低温时无法避免水分进入电堆影响启动、无法调节湿度或调节湿度的效果不明显、系统设计复杂、控制困难等，本发明提出一种可靠、简洁、控制简单的燃料电池阴极系统。

本发明的第二方面在于提出一种基于燃料电池阴极系统的控制方法。

本发明第三方面提出一种计算机设备。

本发明第四方面提出一种存储介质。

为达上述目的，本发明一方面提出一种燃料电池阴极系统，包括空气输入单元、湿度控制单元和空压机防喘振单元，

所述空气输入单元至少包括空压机、尾排节气门和燃料电池控制器，通过调整所述空压机的转速和尾排节气门的开度，为燃料电池系统提供流量、压力可控的空气；

所述湿度控制单元，至少包括增湿器和电堆出口旁通阀，通过调整所述电堆出口旁通阀的开度控制进入所述增湿器的湿空气和水流量；

所述空压机防喘振单元，至少包括所述空压机和电堆进气旁通阀，所述燃料电池控制器对流经所述空压机的流量和压力进行检测并判断所述空压机的工作状态，若判断所述空压机工作在喘振区域后，调整空压机的转速和电堆进气旁通阀的开度，同时将多余的空气流量通过所述电堆进气旁通阀排出。

本发明实施的燃料电池阴极系统还可以具有以下附加技术特征：

进一步地，所述空气输入单元，还包括空气流量计、中冷器、增湿器和进气旁通阀；所述湿度控制单元，还包括电堆入口湿度传感器；所述空压机防喘振单元，还包括所述空气流量计和空压机出口的压力传感器。

进一步地，所述系统还包括：空气过滤器AFM、压力传感器Pout、电堆入口温、湿、压一体的传感器PTHin、电堆出口温、压一体的传感器PTout、电堆入口截止阀ICV、电堆进气旁通阀ABV1、电堆出口旁通阀ABV2、电堆出口节气门EPV、氢喷或比例阀Vt、电堆入口压力传感器Pin、汽水分离器separator、排气排水阀PV、燃料电池电堆FC stack、吹扫燃料电池电堆pack的空气管路、空气管路和氢气管路。

进一步地，打开所述空压机和所述电堆进气旁通阀，使空气依次经过所述空压机、所述中冷器、所述增湿器和所述电堆进气旁通阀进入尾排混合罐，与氢腔排出的氢气在所述尾排混合罐内混合后排到外界环境中。

为达上述目的，本发明另一方面提出一种燃料电池阴极系统的控制方法，包括：

燃料电池电堆关机进行空气腔吹扫，所述空压机以预设的转速运行，电堆入口截止阀ICV和电堆出口节气门EPV打开，电堆进气旁通阀ABV1和电堆出口旁通阀ABV2关闭；

吹扫结束后，调整所述空压机的转速，ICV打开，ABV2和EPV关闭，调整ABV1的角度；

当电压为0时，关闭所述空压机，等电堆入口的空气压力为目标值时，关闭ICV；等所述空压机完全停止后关闭ABV1；

向所述空压机发送关机指令时，同时关闭氢喷或比例阀，并打开排气排水阀，排空燃料电池电堆内的氢气；

依次关闭其他部件使燃料电池系统完全关机。

本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括处理器和存储器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现所述燃料电池阴极系统的控制方法。

本发明第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如所述燃料电池阴极系统的控制方法。

本发明实施例的燃料电池阴极系统及其控制方法、计算机设备及存储介质，燃料电池系统在开机进行氢腔吹扫时可避免尾排氢气浓度过高，减少安全隐患。燃料电池系统在存放时，电堆阴极腔体及周围的管路和阀可形成一个密闭空间，避免空气进入电堆腔体内，导致下一次开机时产生开路电压影响电堆的性能及寿命。燃料电池系统在存放时，电堆阴极腔体及周围的管路和阀可形成一个密闭空间，避免水分进入电堆腔体内，避免在低温环境下，燃料电池启动失败。燃料电池系统在关机时，可在燃料电池阴极形成一个充满氮气的密闭空间，进一步阻止外界空气及水分进入电堆，延长电堆的保存时间，同时保护燃料电池电堆的性能不因静态存储发生改变。可调节燃料电池空气入堆的湿度，且调节方法简单，湿度调节效果好，不会出现干、湿空气混合不均匀的情况。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的燃料电池阴极系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的燃料电池阴极系统的结构连接图；

图3为根据本发明实施例的燃料电池阴极系统的控制方法流程图；

图4为根据本发明实施例的计算机设备。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池阴极系统及其控制方法、计算机设备及存储介质。

图1是本发明实施例的燃料电池阴极系统的结构示意图。

如图1所示，该系统10包括包括空气输入单元100、湿度控制单元200和空压机防喘振单元300，

空气输入单元100至少包括空压机、尾排节气门和燃料电池控制器，通过调整空压机的转速和尾排节气门的开度，为燃料电池系统提供流量、压力可控的空气；

湿度控制单元200，至少包括增湿器和电堆出口旁通阀，通过调整电堆出口旁通阀的开度控制进入增湿器的湿空气和水流量；

空压机防喘振单元300，至少包括空压机和电堆进气旁通阀，燃料电池控制器对流经空压机的流量和压力进行检测并判断空压机的工作状态，若判断空压机工作在喘振区域后，调整空压机的转速和电堆进气旁通阀的开度，同时将多余的空气流量通过电堆进气旁通阀排出。

具体地，空气输入单元100，包括空气过滤器、流量计、空压机、中冷器、增湿器、进气旁通阀、尾排节气门和燃料电池控制器。通过调整空压机的转速和节气门的开度，为燃料电池系统提供流量、压力可控的空气。

湿度控制单元200，包括电堆入口湿度传感器、增湿器、电堆出口旁通阀，通过调整电堆出口旁通阀的开度来控制进入增湿器的湿空气和水流量，从而实现对电堆入口的干空气的湿度进行调整的目的。

空压机防喘振单元300，包括空气流量计、空压机、空压机出口的压力传感器和空气进气旁通阀，燃料电池控制器对流经空压机的流量和压力进行检测并判断空压机的工作状态，若判断空压机工作在喘振区域后，调整空压机的转速和进气旁通阀的开度，保障空压机工作在正常区域，同时把多余的空气流量通过进气旁通阀排出。

进一步地，此阴极设计还可保障每次电堆开机进行氢气腔的吹扫时，降低尾排氢浓度，具体实现方法为：开机进行氢腔吹扫前，先打开空压机和进气旁通阀，使空气依次经过空压机、中冷器、增湿器和进气旁通阀进入尾排混合罐，与氢腔排出的氢气在混合罐内混合后再排到环境中。通过这种方法可以降低尾排氢气浓度，提高系统的安全性。在燃料电池系统运行过程中，若出现尾排氢浓度过高时，也可通过这种方式来解决这个问题。在中冷器后，设计有一根支路吹扫电堆PACK内泄漏的氢气，并汇入到尾排混合罐后与空气出口的空气进一步混合降低氢气浓度后排到环境中。

进一步地，本发明地燃料电池阴极系统地连接结构图，如图2所示。 AFM是空气过滤器，MAF是空气流量计，ACP是空压机，IC是中冷器，Pout是压力传感器，Air Humidifier是增湿器，PTHin是电堆入口温、湿、压一体的传感器，PTout是电堆出口温、压一体的传感器，ICV是电堆入口截止阀，ABV1是电堆进气旁通阀，ABV2是电堆出口旁通阀，EPV是电堆出口节气门，Vt是氢喷或比例阀，Pin是电堆入口压力传感器，separator是汽水分离器，PV是排气排水阀，FC stack 是燃料电池电堆，黄色虚线表示吹扫燃料电池电堆pack的空气管路，绿色实线表示空气管路，红色实线表示氢气管路。

根据本发明实施例的燃料电池阴极系统，燃料电池系统在开机进行氢腔吹扫时可避免尾排氢气浓度过高，减少安全隐患。燃料电池系统在存放时，电堆阴极腔体及周围的管路和阀可形成一个密闭空间，避免空气进入电堆腔体内，导致下一次开机时产生开路电压影响电堆的性能及寿命。燃料电池系统在存放时，电堆阴极腔体及周围的管路和阀可形成一个密闭空间，避免水分进入电堆腔体内，避免在低温环境下，燃料电池启动失败。燃料电池系统在关机时，可在燃料电池阴极形成一个充满氮气的密闭空间，进一步阻止外界空气及水分进入电堆，延长电堆的保存时间，同时保护燃料电池电堆的性能不因静态存储发生改变。可调节燃料电池空气入堆的湿度，且调节方法简单，湿度调节效果好，不会出现干、湿空气混合不均匀的情况。

为了实现上述实施例，如图3所示，本实施例中还提供了燃料电池阴极系统的控制方法，包括：

S1，燃料电池电堆关机进行空气腔吹扫，所述空压机以预设的转速运行，电堆入口截止阀ICV和电堆出口节气门EPV打开，电堆进气旁通阀ABV1和电堆出口旁通阀ABV2关闭；

S2，吹扫结束后，调整所述空压机的转速，ICV打开，ABV2和EPV关闭，调整ABV1的角度；

S3，当电压为0时，关闭所述空压机，等电堆入口的空气压力为目标值时，关闭ICV；等所述空压机完全停止后关闭ABV1；

S4，向所述空压机发送关机指令时，同时关闭氢喷或比例阀，并打开排气排水阀，排空燃料电池电堆内的氢气；

S5，依次关闭其他部件使燃料电池系统完全关机。

进一步地，可在燃料电池系统关机时，给燃料电池的阴极提供一个富氮，且高于环境压力的密闭空间，进一步避免燃料电池系统存放时外界空气进入阴极内，提高燃料电池系统的存放时间，保护燃料电池的性能不因存储状态发生改变。具体实现方法是在燃料电池收到关机指令，完成降载和空气腔吹扫步骤后，关闭尾排节气门和电堆出口旁路阀，通过调整进气旁路阀的开度，维持氢空两侧的压差，此时阴极腔的空气会继续与阳极侧的氢气进行反应（但因阴极侧氧气浓度较低，燃料电池系统发电能力较弱），同时使未参与反应的氮气留在燃料电池阴极及相应管路内，等管路内的氧气都消耗完后，关闭压机，此时电堆入口的空气压力会逐渐下降，当下降到目标值时（由电堆或系统供应商提供，确保两腔的压力差不会对电堆的质子交换膜造成机械损伤）关电堆进气阀，等空压机完全停止后关进气旁通阀，以避免空压机在停机过程中喘振，此时电堆进气阀、电堆阴极、增湿器、尾排节气门形成了一个充满氮气且表压为X的密闭空间。在给空压机发关机指令时，同时关闭氢喷或比例阀等供氢部件，并打开排水排气阀，排空燃料电池阳极及管路内的氢气，并与空气在尾排混合罐混合降低氢浓度后再排到环境中。

进一步地，燃料电池系统开机时，一般会用氢气先对氢气腔进行吹扫，以排除氢气腔内的其他杂质气体，同时此时空压机一般不工作，避免燃料电池阴极侧有空气，与阳极侧的氢气反应形成开路电压，对燃料电池电堆造成不可逆的损伤，若此时阳极腔的气体吹扫完直接经尾排管排出的话，会出现氢气浓度过高的安全隐患，因此本发明实施例当燃料电池系统收到开机命令时，先由燃料电池控制器控制空压机以一定的转速运转，同时关闭燃料电池入堆截止阀ICV、尾排旁通阀ABV2、电堆出口节气门EPV，打开电堆进气旁通阀ABV1，此时空压机出口处的空气依次经过中冷器、增湿器干路、电堆进气旁通阀ABV1进入尾排混合罐从而排到环境中；再启动氢喷或比例阀等供氢部件对燃料电池电堆氢腔进行吹扫，尾气进入尾排混合罐后与空气进行混合，降低氢气浓度后再排到环境中。通过这种方式，控制简单，只需要控制进气旁通阀ABV1打开，就可完成降低尾排氢深度的功能，说明此设计可靠性高。

进一步地，在低温环境下，燃料电池工作时，空压机容易运行在喘振的工作区间，此时可以通过调整电堆进气旁通阀ABV1的开度，使部分空气经过增湿器后再依次经过旁通阀ABV1、尾排混合罐排到环境中，避免空压机工作在喘振区，保障空压机的使用寿命。当燃料电池系统在工作时，若出现电堆入口空气压力过高的情况时，可以通过调整电堆进气旁通阀ABV1的开度，卸载部分压力，以保障燃料电池电堆不受机械损伤。同理当燃料电池系统在工作时，若出现电堆入口空气流量过高的情况时，也可以通过调整电堆进气旁通阀ABV1的开度，快速减少电堆入口空气流量以满足电堆的使用需求。

进一步地，当燃料电池系统在工作时，需维持合适的湿度以保障燃料电池系统的正常工作，因燃料电池反应产生的水在阴极侧，所以一般通过把阴极侧产生的水通往gas-gas增湿器以此来对中冷器后面的干空气进行增湿。当燃料电池系统阴极入口处检测到空气的湿度高于目标湿度时，可通过调整尾排旁通阀ABV2的开度，使部分电堆阴极排出的液态水和湿空气不经过增湿器和尾排节气门，直接进入尾排缓冲罐排出燃料电池系统。尾排旁通阀ABV2的开度受燃料电池阴极入口的实际湿度与目标湿度的偏差控制，当实际湿度大于目标湿度时，增大ABV2的开度；反之，则减少ABV2的开度，直到实际湿度与目标湿度一致。

进一步地，在设计燃料电池系统的结构及关机逻辑时，应尽量避免燃料电池电堆在存放时有空气进入燃料电池电堆，导致下一次开机时开成开路电压，影响燃料电池电堆的性能及寿命。本发明可以从两个方面解决这个问题，具体解决办法是：一是优化了系统结构，杜绝空气进入燃料电池电堆；二是关机时执行相应的控制逻辑，使电堆阴极及相应管道内充满一定压力的惰性气体，进一步阻止外部空气渗漏到电堆内部。

按照本发明可实现如下功能：燃料电池关机后，ICV和EPV隔绝了外界空气进入电堆，ICV阀、电堆、增湿器、EPV阀、ABV2阀及相应的连接管路形成了一个密闭空间，隔绝了空气渗漏到电堆内部；同时这个密闭空间内充满了高于大气压力的富氮空间，也进一步阻止了外界空气进入，具体的实现方法是参考下方的关机逻辑。

本发明实现阴极管道充满一定压力的惰性气体的控制方法是：当燃料电池控制器发出关机指令后，先将燃料电池系统降载到怠速功率，再执行吹扫步骤，调整空压机到合适的转速，同时关闭ABV1和ABV2阀，打开ICV和EPV阀，使过量的空气吹扫空气管路及增湿器内的空气及反应产生的水。吹扫结束后，调整空压机的转速，再关闭EPV阀，此时空气依次经过空滤、流量计、空压机、中冷器、增湿器、ICV阀进入电堆，再经ABV1阀流入尾排混合罐再排出燃料电池系统。同时还需要调整ABV1阀的开度，使空气腔的压力大于环境压力，同时控制氢气侧和空气侧的压力差维持在合理的范围内，避免电堆受到机械损伤。此时因燃料电池系统结构设计的特点，燃料电池电堆及周围的空气浓度会越来越低，逐渐形成一个富氮空间，直到空气完全被消耗完，燃料电池的输出电压为0。当燃料电池的输出电压为0后，关闭空压机，等电堆空气入口的压力为目标值X（根据不同电堆厂家的建议，一般不超过50kpa）后，关ICV阀，此时ICV阀、电堆、增湿器、EPV阀及相应的连接管路内就形成了一个密闭的富氮空间，且腔体内的压力大于大气压，进一步阻止了外界空气渗漏到电堆内部。因空压机从运行状态到完全关闭需要一段时间，需等空压机完全停止后再关闭ABV1阀，使空压机在运行过程中产生的空气经中冷器、增湿器、ABV1阀流入尾排混合罐，再排到燃料电池系统外部，防止产生因阀门关闭导致空压机喘振等不利结果。给空压机发停机指令时，同时关闭氢气子系统的氢喷、比例阀、氢泵等部件，同时打开排水排气阀，排空电堆及管路内的氢气，这些氢气进入尾排混合罐后与空气混合后再排出燃料电池系统外部。然后依次关闭其他部件使燃料电池系统完全关机。

根据本发明实施例的燃料电池阴极系统的控制方法，燃料电池系统在开机进行氢腔吹扫时可避免尾排氢气浓度过高，减少安全隐患。燃料电池系统在存放时，电堆阴极腔体及周围的管路和阀可形成一个密闭空间，避免空气进入电堆腔体内，导致下一次开机时产生开路电压影响电堆的性能及寿命。燃料电池系统在存放时，电堆阴极腔体及周围的管路和阀可形成一个密闭空间，避免水分进入电堆腔体内，避免在低温环境下，燃料电池启动失败。燃料电池系统在关机时，可在燃料电池阴极形成一个充满氮气的密闭空间，进一步阻止外界空气及水分进入电堆，延长电堆的保存时间，同时保护燃料电池电堆的性能不因静态存储发生改变。可调节燃料电池空气入堆的湿度，且调节方法简单，湿度调节效果好，不会出现干、湿空气混合不均匀的情况。

为了实现上述实施例的方法，本发明还提供了一种计算机设备，如图4所示，该计算机设备600包括存储器601、处理器602；其中，所述处理器602通过读取所述存储器601中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现上文所述方法的各个步骤。

为了实现上述实施例，本申请还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如前述实施例所述的方法。

需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备执行上述实施例的一种流动水体中泥沙含量的测定方法。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种燃料电池阴极系统，其特征在于，包括空气输入单元、湿度控制单元和空压机防喘振单元，

所述空气输入单元至少包括空压机、尾排节气门和燃料电池控制器，通过调整所述空压机的转速和尾排节气门的开度，为燃料电池系统提供流量、压力可控的空气；

所述湿度控制单元，至少包括增湿器和电堆出口旁通阀，通过调整所述电堆出口旁通阀的开度控制进入所述增湿器的湿空气和水流量；

所述空压机防喘振单元，至少包括所述空压机和电堆进气旁通阀，所述燃料电池控制器对流经所述空压机的流量和压力进行检测并判断所述空压机的工作状态，若判断所述空压机工作在喘振区域后，调整空压机的转速和电堆进气旁通阀的开度，同时将多余的空气流量通过所述电堆进气旁通阀排出；

所述空气输入单元，还包括空气流量计、中冷器、增湿器和进气旁通阀；所述湿度控制单元，还包括电堆入口湿度传感器；所述空压机防喘振单元，还包括所述空气流量计和空压机出口的压力传感器；

所述系统还包括：空气过滤器AFM、压力传感器Pout、电堆入口温湿压一体的传感器PTHin、电堆出口温压一体的传感器PTout、电堆入口截止阀ICV、电堆进气旁通阀ABV1、电堆出口旁通阀ABV2、电堆出口节气门EPV、氢喷或比例阀Vt、电堆入口压力传感器Pin、汽水分离器separator、排气排水阀PV、燃料电池电堆FC stack、吹扫燃料电池电堆pack的空气管路、空气管路和氢气管路，其中，所述电堆进气旁通阀ABV1与所述增湿器相连，所述电堆入口温、湿、压一体的传感器PTHin与所述电堆入口截止阀及所述燃料电池电堆FC stack连接，所述电堆出口温、压一体的传感器PTout与增湿器及所述燃料电池电堆FC stack连接；

其中，所述的燃料电池阴极系统的控制方法，包括：

燃料电池电堆关机进行空气腔吹扫，所述空压机以预设的转速运行，电堆入口截止阀ICV和电堆出口节气门EPV打开，电堆进气旁通阀ABV1和电堆出口旁通阀ABV2关闭；

吹扫结束后，调整所述空压机的转速，ICV打开，ABV2和EPV关闭，调整ABV1的角度；

当电压为0时，关闭所述空压机，等电堆入口的空气压力为目标值时，关闭ICV；等所述空压机完全停止后关闭ABV1；

向所述空压机发送关机指令时，同时关闭氢喷或比例阀，并打开排气排水阀，排空燃料电池电堆内的氢气；

依次关闭其他部件使燃料电池系统完全关机；

当燃料电池控制器发出关机指令后，将燃料电池系统降载到怠速功率，再执行空气腔吹扫步骤，调整空压机的转速，同时关闭ABV1和ABV2阀，打开ICV和EPV阀，使空气吹扫空气管路及增湿器内的空气及反应产生的水；

吹扫结束后，调整空压机的转速，再关闭EPV阀，空气依次经过空气过滤器、空气流量计、空压机、中冷器、增湿器、ICV阀进入燃料电池电堆，再经ABV1阀流入尾排混合罐再排出燃料电池系统，同时调整ABV1阀的开度；

当燃料电池的输出电压为0后，关闭空压机，等电堆空气入口的压力为目标值后，关闭ICV阀；ICV阀、电堆、增湿器、EPV阀及相应的连接管路内形成富氮空间，腔体内的压力大于大气压，空压机完全停止后再关闭ABV1阀，使空压机在运行过程中产生的空气经中冷器、增湿器、ABV1阀流入尾排混合罐，再排到燃料电池系统外部；

向空压机发停机指令时，同时关闭氢气子系统的氢喷、比例阀、氢泵部件，同时打开排气排水阀，排空电堆及管路内的氢气，氢气进入尾排混合罐后与空气混合后再排出燃料电池系统外部，然后依次关闭其他部件使燃料电池系统完全关机；

燃料电池系统收到关机指令，完成降载和空气腔吹扫步骤后，关闭尾排节气门和电堆出口旁通阀，通过调整电堆进气旁通阀的开度，维持氢空两侧的压差；

阴极腔的空气继续与阳极侧的氢气进行反应，同时使未参与反应的氮气在燃料电池阴极及相应管路内的浓度增高，等管路内的氧气消耗完后，关闭空压机，电堆入口的空气压力下降，等空压机完全停止后关电堆进气旁通阀；电堆进气旁通阀、电堆阴极、增湿器、尾排节气门形成充满氮气的密闭空间；

在给空压机发关机指令时，同时关闭包括氢喷的供氢部件，并打开排气排水阀，排空燃料电池阳极及管路内的氢气，并与空气腔出口的气体在尾排混合罐混合降低氢浓度后再排到环境中；

当燃料电池系统收到开机命令时，先由燃料电池控制器控制空压机以一定的转速运转，同时关闭燃料电池入堆截止阀ICV、尾排旁通阀ABV2、电堆出口节气门EPV，打开电堆进气旁通阀ABV1，此时空压机出口处的空气依次经过中冷器、增湿器干路、电堆进气旁通阀ABV1进入尾排混合罐从而排到环境中；再启动氢喷或比例阀对燃料电池电堆氢腔进行吹扫，尾气进入尾排混合罐后与空气进行混合，降低氢气浓度后再排到环境中。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，打开所述空压机和所述电堆进气旁通阀，使空气依次经过所述空压机、所述中冷器、所述增湿器和所述电堆进气旁通阀进入尾排混合罐，与氢腔排出的氢气在所述尾排混合罐内混合后排到外界环境中。

3.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-2中任一所述的方法。

4.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一所述的方法。

Images