CN116014192A - 氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氢燃料电池技术领域，公开了一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法、系统及装置。通过实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力；根据氢气实际压力，确定氢燃料电池系统中的空气目标压力限值；根据空气目标压力限值和空气需求压力，确定空气目标压力；根据空气目标压力，对氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。通过氢气实际压力对空气目标压力耦合控制方法，避免了在氢燃料电池系统目标负荷需求快速增大或降低时，出现由于空气和氢气实际压力响应速率不一致，导致空气与氢气压差过大的问题，使空气实际压力和氢气实际压力变化同步，有效的保证了燃料电池系统的输出性能，降低了氢气泄漏的风险。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体地，涉及一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法、一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制系统、一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置、一种机器可读存储介质及一种处理器。
背景技术
氢燃料电池系统是一种将氢气和氧气的化学能直接转化为电能的发电装置，其基本原理是氢气经过催化剂作用，分解为质子和电子，其中质子经过质子交换膜与氧气反应生成水，而电子通过外部电路从正极流向负极输出电能。
质子交换膜是氢燃料电池系统的核心部件，它是一种选择性通过膜，允许氢质子通过，而阻隔气体和电子，对燃料电池性能起决定性作用。为了防止进入燃料电池系统中的空气和氢气压力差过大，对质子交换膜造成不可逆损伤，导致燃料电池性能下降，甚至质子交换膜破损，造成氢气泄露的危险，需在燃料电池系统的各种运行工况下，保证空气和氢气压力差控制在一定范围以内。
由于在氢燃料电池系统目标负荷需求快速增大或降低时，会出现由于空气和氢气实际压力响应速率不一致，导致空气与氢气压差过大，造成电堆损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法、一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制系统、一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置、一种机器可读存储介质及一种处理器，可以实现氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制，以改善上述技术问题。
为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，包括：
实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力；
根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值；
根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力；
根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
优选地，所述实时获取氢燃料电池系统中的空气需求压力，包括：
实时获取氢燃料电池系统的系统目标负荷需求信息，并根据所述系统目标负荷需求信息，基于预置的燃料电池电堆推荐值，采用查表法或插值法，得到空气需求压力。
优选地，所述空气目标压力限值包括空气目标压力最大限值和空气目标压力最小限值；
所述根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值，包括：
根据所述氢气实际压力，采用预置的空气目标压力最大限值计算公式计算得到空气目标压力最大限值，所述空气目标压力最大限值计算公式为：PAirMax＝Act_H2+ΔP2，其中，PAirMax为空气目标压力最大值，PAct_H2为氢气实际压力，ΔP2为第一电堆安全压差；
根据所述氢气实际压力，采用预置的空气目标压力最小限值计算公式计算得到空气目标压力最小限值，所述空气目标压力最小限值计算公式为：PAirMin＝Act_H2-ΔP3，其中，PAirMin为空气目标压力最小值，PAct_H2为氢气实际压力，ΔP3为第二电堆安全压差。
优选地，所述空气目标压力限值包括空气目标压力最大限值和空气目标压力最小限值，所述根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力，包括：
根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，按照空气目标压力计算公式，确定空气目标压力，所述空气目标压力计算公式为：
优选地，所述根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制，包括：
根据所述空气目标压力，按照预置的关系函数计算得到空压机目标转速和节气门目标开度；
根据所述空压机目标转速和节气门目标开度，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
本申请第二方面提供一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制系统，用于实现第一方面的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，包括：控制器和空气控制子系统；
所述控制器，用于实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力，并根据所述氢气实际压力和所述空气需求压力，生成空气压力控制信号，并将所述空气压力控制信号发送至所述空气控制子系统；
所述空气控制子系统，用于根据所述空气压力控制信号对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
优选地，还包括氢气控制子系统；
所述氢燃料电池系统包括氢燃料电池电堆和质子交换膜，所述质子交换膜设置于所述氢燃料电池电堆中，并将所述氢燃料电池电堆分割为空气扩散容腔和氢气扩散容腔；
所述氢气控制子系统包括：储氢设备、氢气进气阀、循环泵和氢气压力传感器，所述氢气进气阀与所述储氢设备连接，所述氢气进气阀和所述循环泵分别与所述氢气扩散容腔连接，所述循环泵还与所述氢气进气阀连接，所述氢气压力传感器设置于所述氢气进气阀与所述氢气扩散容腔的通路上，所述控制器与所述氢气压力传感器连接；
所述空气控制子系统包括：空压机和节气门，所述空压机和所述节气门分别与所述空气扩散容腔连接，所述空压机和所述节气门还分别与所述控制器连接。
本申请第三方面提供一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置，所述氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置包括：
获取模块，用于实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力；
限值确定模块，用于根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值；
压力确定模块，用于根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力；
控制模块，用于根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
本申请第四方面提供一种处理器，被配置成执行上述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法。
本申请第五方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行上述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法。
通过上述技术方案，通过根据氢气实际压力和空气需求压力，确定出空气目标压力限值，根据空气目标压力限值与空气需求压力可以确定出空气目标压力，进而控制氢燃料电池系统中的空气压力为空气目标压力。实现了根据空气需求压力，通过氢气实际压力对空气目标压力耦合控制的方法，避免了在氢燃料电池系统目标负荷需求快速增大或降低时，出现由于空气和氢气实际压力响应速率不一致，导致空气与氢气压差过大的问题，通过氢气实际压力控制空气压力，使空气目标压力随氢气实际压力变化，从而使空气实际压力和氢气实际压力变化同步，并且保证了空气目标压力在空气目标压力限值范围内，避免了在控制过程中氢气与空气的压差过大，对质子交换膜造成不可逆的损伤，甚至是质子交互膜的破损，造成的电堆损坏，有效的保证了燃料电池系统的输出性能，降低了氢气泄漏的风险，延长了氢燃料电池系统的寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示意性示出了根据本申请实施例的一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法的流程示意图；
图2示意性示出了根据本申请实施例中步骤310的示意图；
图3示意性示出了根据本申请实施例中步骤320的示意图；
图4示意性示出了根据本申请实施例中步骤340的示意图；
图5示意性示出了根据本申请实施例的一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制系统示意图；
图6示意性示出了根据本申请实施例的一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置结构示意图；
图7示意性示出了根据本申请实施例的计算机设备的内部结构图。
附图标记说明
410-控制器；421-空压机；422-节气门；423-空气压力传感器；431-氢气进气阀；432-储氢设备；433-循环泵；434-氢气压力传感器；441-氢燃料电池电堆；442-质子交换膜；510-获取模块；520-限值确定模块；530-压力确定模块；540-控制模块；A01-处理器；A02-网络接口；A03-内存储器；A04-显示屏；A05-输入装置；A06-非易失性存储介质；B01-操作系统；B02-计算机程序。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
请参看图1，图1示意性示出了根据本申请实施例的一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法的流程示意图。需要说明的是，本申请实施例的一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法可以运用于氢燃料电池系统，氢燃料电池系统是一种将氢气和氧气的化学能直接转化为电能的发电装置，其基本原理是氢气经过催化剂作用，分解为质子和电子，其中质子经过质子交换膜与氧气反应生成水，而电子通过外部电路从正极流向负极输出电能。其中，质子交换膜是氢燃料电池系统的核心部件，它是一种选择性通过膜，允许氢质子通过，而阻隔气体和电子，对燃料电池性能起决定性作用。为了防止进入燃料电池系统中的空气和氢气压力差过大，对质子交换膜造成不可逆损伤，导致燃料电池性能下降，甚至质子交换膜破损，造成氢气泄露的危险，需在燃料电池系统的各种运行工况下，保证空气和氢气压力差控制在一定范围以内。
本申请实施例提供的一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，包括以下步骤：
步骤310：实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力；
步骤320：根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值；
步骤330：根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力；
步骤340：根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
通过上述技术方案，通过根据氢气实际压力和空气需求压力，确定出空气目标压力限值，根据空气目标压力限值与空气需求压力可以确定出空气目标压力，进而控制氢燃料电池系统中的空气压力，使空气压力为空气目标压力。实现了根据空气需求压力，通过氢气实际压力对空气目标压力耦合控制的方法，避免了在氢燃料电池系统目标负荷需求快速增大或降低时，出现由于空气和氢气实际压力响应速率不一致，导致空气与氢气压差过大的问题，通过氢气实际压力控制空气压力，使空气目标压力随氢气实际压力变化，从而使空气实际压力和氢气实际压力变化同步，并且保证了空气目标压力在空气目标压力限值范围内，避免了在控制过程中氢气与空气的压差过大，对质子交换膜造成不可逆的损伤，甚至是质子交互膜的破损，造成的电堆损坏，有效的保证了燃料电池系统的输出性能，降低了氢气泄漏的风险，延长了氢燃料电池系统的寿命。
上述实现过程中，根据氢气实际压力，确定出空气目标压力限值，根据空气目标压力限值和空气需求压力确定出满足氢气实际压力下的空气目标压力，使空气目标压力跟随空气需求压力和氢气实际压力变化，从而提高空气实际压力跟随氢气实际压力变化的效果，并且使得到的空气目标压力与氢气实际压力的压差不会过大，提高了控制精准度。
步骤310：实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力；在本实施例中，可以是通过实时获取氢燃料电池系统中氢气压力传感器采集的数据得到，氢气压力传感器可以是安装在氢燃料电池系统氢气进气口处，氢气压力传感器与氢燃料电池系统之间为管路连接，管路长度可以小于20cm，中间无其他零部件。通过设置氢气压力传感器可以实时采集到氢气实际压力，保证了数据的准确性。
请参看图2，上述空气需求压力可以是用户输入得到，还可以是通过氢燃料电池系统的系统目标负荷需求(系统目标发电电流)计算得到，从而使空气需求压力更准确，具体为：
实时获取氢燃料电池系统的系统目标负荷需求信息，并根据所述系统目标负荷需求信息，基于预置的燃料电池电堆推荐值，采用查表法或插值法，得到空气需求压力。上述系统目标负荷需求信息可以是指系统目标发电电流。
在本实施例中，所述燃料电池电堆推荐值可以是燃料电池电堆厂商推荐值，可以是由多个数据点组成的推荐表，如下表1所示。表1中包括电流以及对应的压力。对于推荐表中包含的数据点，即查表点数据，可以采用查表法进行查表得到对应的空气需求压力；对于推荐表中不包含的数据点，即非查表点数据，可以采用插值方法确定其值大小，其中，插值方法可以使用限定范围的线性插值法。
| 电流/A | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | … |
| 压力/Kpa | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 | … |
表1燃料电池电堆厂商推荐值表
步骤320：根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值，请参看图3。其中，所述空气目标压力限值包括空气目标压力最大限值和空气目标压力最小限值。
所述根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值，包括以下步骤：
首先，根据所述氢气实际压力，采用预置的空气目标压力最大限值计算公式计算得到空气目标压力最大限值，所述空气目标压力最大限值计算公式为：
PAirMax＝PAct_H2+ΔP2；
其中，PAirMax为空气目标压力最大值，PAct_H2为氢气实际压力，ΔP2为第一电堆安全压差，其中，ΔP2为设计值，比如30Kpa，50Kpa，可以根据实验进行标定。
在本实施例中，当系统目标负荷需求快速增大时，由于空气压力先增加，而氢气实际压力是随空气实际压力进行控制，导致氢气实际压力存在一定滞后性，为保证在系统目标负荷需求增大时，“空气压力-氢气压力”不会超时电堆安全压差，可以根据氢气实际压力设计空气目标压力的最大限制。
然后，根据所述氢气实际压力，采用预置的空气目标压力最小限值计算公式计算得到空气目标压力最小限值，所述空气目标压力最小限值计算公式为：
PAirMin＝Act_H2-ΔP3；
其中，PAirMin为空气目标压力最小值，PAct_H2为氢气实际压力，ΔP3为第二电堆安全压差，其中ΔP3为设计值，比如20Kpa，30Kpa，可以根据实验进行标定。
在本实施例中，由于系统目标负荷需求快速降低时(尤其是停机等负荷快速下降时)，空气系统可以通过降低压缩机转速降低进气量，同时增大节气门增加空气排出，因此空气实际压力下降速度快，而氢气系统只能通过关闭氢气进气阀，减少氢气进气量，不能快速排出系统中的氢气，因此氢气实际压力下降速度慢。为了保证系统目标负荷需求降低时，“氢气压力-空气压力”不会超时电堆安全压差，因此根据氢气实际压力设计空气目标压力的最小限制。
步骤330：根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力。
在本实施例中，在得到了空气目标压力最大限值和空气目标压力最小限值后，空气目标压力可以限制在空气目标压力最大限值和空气目标压力最小限值之间，具体为：
根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，按照空气目标压力计算公式确定空气目标压力，所述空气目标压力计算公式为：
其中，PTgtAir为空气目标压力，PAirReq为空气需求压力，PAirMin为空气目标压力最小值，PAirMax为空气目标压力最大值。
步骤340：根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。对空气压力的控制可以是通过控制空压机转速和节气门开度实现，具体为：
第一步，根据所述空气目标压力，按照预置的关系函数计算得到空压机目标转速和节气门目标开度；请参看图4，其中，所述预置的关系函数包括空气压力与空压机转速的关系函数和空气压力与节气门开度的关系函数，为了得到关系函数，还包括以下步骤：
首先，对所述氢燃料电池系统在不同空压机转速下的空气压力进行试验标定与拟合，得到空气压力与空压机转速的关系函数；可以采用试验方法，对不同空压机转速的空气压力进行试验标定、拟合。
比如：nAcp＝(PTgtAir)，nAcp为空压机目标转速值，PTgtAir为空气目标压力。
然后，对所述氢燃料电池系统在不同节气门开度下的空气压力进行试验标定与拟合，得到空气压力与节气门开度的关系函数；可以采用试验方法，对不同节气门开度下的空气压力进行试验标定、拟合。
比如，mTh＝(PTgtAir)，mTh为节气门目标开度值，PTgtAir为空气目标压力。
在得到空气压力与空压机转速的关系函数和空气压力与节气门开度的关系函数后，所述根据所述空气目标压力，按照预置的关系函数计算得到空压机目标转速和节气门目标开度，包括：
首先，将所述空气目标压力代入到所述空气压力与空压机转速的关系函数中，计算得到空压机目标转速；
然后，将所述空气目标压力代入到所述空气压力与节气门开度的关系函数中，计算得到节气门目标开度。
第二步，根据所述空压机目标转速和节气门目标开度，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。在本实施例中，对空气压力控制可以是通过控制空压机转速和节气门开度实现，空压机转速升高，节气门开度减小，空气压力越大；空压机转速降低，节气门开度增大，空气压力降低。根据得到的空压机目标转速和节气门目标开度，分别控制空压机转速和节气门开度增大或是减小，以使氢燃料电池系统中的实际的空气压力达到空气目标压力，进而使空气与氢气压差不会过大，进一步保证氢燃料电池系统的正常运行。
上述实现过程中，通过实时获取氢燃料电池系统中的空气需求压力，然后根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值；根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力，然后根据所述空气目标压力，按照预置的关系函数计算得到空压机目标转速和节气门目标开度；根据所述空压机目标转速和节气门目标开度，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。根据氢气实际压力和空气需求压力，计算空气系统目标压力的最大限值和最小限值，并根据空气与空压机转速、节气门开度函数，解算为空压机和节气门开度，实现对空气压力的控制，进而实现了通过氢气实际压力对空气目标压力的耦合控制方法，从而避免了在氢燃料电池系统目标负荷需求快速增大或降低时，出现由于空气和氢气实际压力响应速率不一致，导致空气与氢气压差过大的问题，使空气目标压力随氢气实际压力变化，从而使空气实际压力和氢气实际压力同步变化，并且保证了空气目标压力在空气目标压力限值范围内，避免了在控制过程中氢气与空气的压差过大，对质子交换膜造成不可逆的损伤，甚至是质子交互膜的破损，造成的电堆损坏，有效的保证了燃料电池系统的输出性能，降低了氢气泄漏的风险，延长了氢燃料电池系统的寿命。
图1为一个实施例中氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法的流程示意图。应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本申请实施例提供一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制系统，请参看图5，用于实现上述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，以控制氢燃料电池系统，所述氢燃料电池系统包括氢燃料电池电堆441和质子交换膜442，所述质子交换膜442设置于所述氢燃料电池电堆441中，并将所述氢燃料电池电堆441分割为空气扩散容腔和氢气扩散容腔；所述氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制系统包括：控制器410、空气控制子系统和氢气控制子系统。在本实施例中，所述空气控制子系统可以控制空气压力，所述氢气控制子系统可以控制氢气压力。
所述控制器410，用于实时获取氢燃料电池系统中的空气实际压力、氢气实际压力和空气需求压力，根据所述空气实际压力和所述氢气实际压力，生成第一控制信号，并将所述第一控制信号发送至所述氢气控制子系统；还用于根据所述氢气实际压力和所述空气需求压力，生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至所述空气控制子系统；在本实施例中，所述控制器410可以是计算机、工控机、单片机等。
所述氢气控制子系统，用于根据所述第一控制信号对所述氢气扩散容腔中的氢气压力进行控制；
所述空气控制子系统，用于根据所述第二控制信号对所述空气扩散容腔中的空气压力进行控制。
其中，所述空气控制子系统包括：空压机421、节气门422和空气压力传感器423，所述空压机421和所述节气门422分别与所述空气扩散容腔连接，所述空压机421和所述节气门422还分别与所述控制器410连接，所述空气压力传感器423设置于所述空压机421与所述空气扩散容腔的通路上，所述空气压力传感器423与所述控制器410连接；空气控制子系统以空压机421作为动力装置，对外界空气进行压缩后送入氢燃料电池电堆441的空气进气口，进入到空气扩散容腔，空气经气体扩散层扩散后参与电化学反应，未反应完全的空气经由节气门422排出至大气中。所述空气控制子系统对空气压力控制是通过控制空压机421转速和节气门422开度实现，空压机421转速升高，节气门422开度减小，空气压力越大，空压机421转速降低，节气门422开度减增大，空气压力降低。
所述氢气控制子系统包括：储氢设备432、氢气进气阀431、循环泵433和氢气压力传感器434，所述氢气进气阀431与所述储氢设备432连接，所述氢气进气阀431和所述循环泵433分别与所述氢气扩散容腔连接，所述循环泵433还与所述氢气进气阀431连接，所述氢气压力传感器434设置于所述氢气进气阀431与所述氢气扩散容腔的通路上，所述控制器410与所述氢气压力传感器434连接，所述氢气进气阀431还与所述控制器410连接。氢气控制子系统中储氢设备432中存放高压氢气，经由氢气进气阀431进入氢燃料电池的氢气进气口，氢气经气体扩散层后参与电化学反应，未反应完全的氢气经由循环泵433再次送回至氢气进气口，与氢气进气阀431出口的氢气混合。所述氢气控制子系统对氢气压力控制是通过控制氢气进气阀431开度实现，开度增大，进气量增加，压力升高，开度减小，氢气进气量减少，压力降低。
上述实现过程中，通过控制器410实时采集空气和氢气的实际压力，采用空气控制子系统对空压机421、节气门422进行反馈控制，采用氢气控制子系统对氢气进气阀431进行反馈控制，实现了空气实际压力对氢气进气阀431的耦合控制以及氢气实际压力对空气系统空压机421、节气门422的耦合控制，保证了系统的空气和氢气实际的压力差值处于合理范围以内，防止因压差过大，对质子交换膜442造成不可逆的损伤，甚至是质子交互膜的破损，有效的保证了燃料电池系统的输出性能，降低了氢气泄漏的风险。
基于同样的发明构思，本申请实施例提供一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置，请参看图6，图6示意性示出了根据本申请实施例的一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置结构示意图。该氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置包括：
获取模块510，用于实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力；
限值确定模块520，用于根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值；
压力确定模块530，用于根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力；
控制模块540，用于根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
所述氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置包括处理器和存储器，上述获取模块510、限值确定模块520、压力确定模块530、控制模块540等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序模块中实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现对氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本申请实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现上述一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器A01、网络接口A02、显示屏A04、输入装置A05和存储器(图中未示出)。其中，该计算机设备的处理器A01用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括内存储器A03和非易失性存储介质A06。该非易失性存储介质A06存储有操作系统B01和计算机程序B02。该内存储器A03为非易失性存储介质A06中的操作系统B01和计算机程序B02的运行提供环境。该计算机设备的网络接口A02用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器A01执行时以实现一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法。该计算机设备的显示屏A04可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置A05可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，本申请提供的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图7所示的计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成该氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置的各个程序模块，比如，图6所示的获取模块510、限值确定模块520、压力确定模块530、控制模块540，各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的本申请各个实施例的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法中的步骤。
图7所示的计算机设备可以通过如图6所示的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置中的获取模块510执行步骤310。计算机设备可通过限值确定模块520执行步骤320，通过压力确定模块530执行步骤330，通过控制模块540执行步骤340。
本申请实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：
实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力；
根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值；
根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力；
根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
在一个实施例中，所述实时获取氢燃料电池系统中的空气需求压力，包括：
实时获取氢燃料电池系统的系统目标负荷需求信息，并根据所述系统目标负荷需求信息，基于预置的燃料电池电堆推荐值，采用查表法或插值法，得到空气需求压力。
在一个实施例中，所述空气目标压力限值包括空气目标压力最大限值和空气目标压力最小限值；
所述根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值，包括：
根据所述氢气实际压力，采用预置的空气目标压力最大限值计算公式计算得到空气目标压力最大限值，所述空气目标压力最大限值计算公式为：PAirMax＝PAct_H2+ΔP2，其中，PAirMax为空气目标压力最大值，PAct_H2为氢气实际压力，ΔP2为第一电堆安全压差；
根据所述氢气实际压力，采用预置的空气目标压力最小限值计算公式计算得到空气目标压力最小限值，所述空气目标压力最小限值计算公式为：PAirMin＝PAct_H2-ΔP3，其中，PAirMin为空气目标压力最小值，Prct_H2为氢气实际压力，ΔP3为第二电堆安全压差。
在一个实施例中，所述根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力，包括：
根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，按照空气目标压力计算公式，确定空气目标压力，所述空气目标压力计算公式为：
在一个实施例中，所述根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制，包括：
根据所述空气目标压力，按照预置的关系函数计算得到空压机目标转速和节气门目标开度；
根据所述空压机目标转速和节气门目标开度，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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装置。
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装置的制造品，该指令装置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。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，其特征在于，包括：
实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力；
根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值；
根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力；
根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，其特征在于，所述实时获取氢燃料电池系统中的空气需求压力，包括：
实时获取氢燃料电池系统的系统目标负荷需求信息，并根据所述系统目标负荷需求信息，基于预置的燃料电池电堆推荐值，采用查表法或插值法，得到空气需求压力。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，其特征在于，所述空气目标压力限值包括空气目标压力最大限值和空气目标压力最小限值；
所述根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值，包括：
根据所述氢气实际压力，采用预置的空气目标压力最大限值计算公式计算得到空气目标压力最大限值，所述空气目标压力最大限值计算公式为：PAirMax＝Act_H2+ΔP2，其中，PAirMax为空气目标压力最大值，PAct_H2为氢气实际压力，ΔP2为第一电堆安全压差；
根据所述氢气实际压力，采用预置的空气目标压力最小限值计算公式计算得到空气目标压力最小限值，所述空气目标压力最小限值计算公式为：PAirMin＝Act_H2-ΔP3，其中，PAirMin为空气目标压力最小值，PAct_H2为氢气实际压力，ΔP3为第二电堆安全压差。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，其特征在于，所述空气目标压力限值包括空气目标压力最大限值和空气目标压力最小限值；
所述根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力，包括：
根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，按照空气目标压力计算公式确定空气目标压力，所述空气目标压力计算公式为：
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，其特征在于，所述根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制，包括：
根据所述空气目标压力，按照预置的关系函数计算得到空压机目标转速和节气门目标开度；
根据所述空压机目标转速和节气门目标开度，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
6.一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制系统，用于实现权利要求1-5中任一项所述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法，其特征在于，包括：
控制器，用于实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力，根据所述氢气实际压力和所述空气需求压力生成空气压力控制信号，并将所述空气压力控制信号发送至所述空气控制子系统；
所述空气控制子系统，用于根据所述空气压力控制信号对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
7.根据权利要求6所述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制系统，其特征在于，还包括：氢气控制子系统；
所述氢燃料电池系统包括氢燃料电池电堆和质子交换膜，所述质子交换膜设置于所述氢燃料电池电堆中，并将所述氢燃料电池电堆分割为空气扩散容腔和氢气扩散容腔；
所述氢气控制子系统包括：储氢设备、氢气进气阀、循环泵和氢气压力传感器，所述氢气进气阀与所述储氢设备连接，所述氢气进气阀和所述循环泵分别与所述氢气扩散容腔连接，所述循环泵还与所述氢气进气阀连接，所述氢气压力传感器设置于所述氢气进气阀与所述氢气扩散容腔的通路上，所述控制器与所述氢气压力传感器连接；
所述空气控制子系统包括：空压机和节气门，所述空压机和所述节气门分别与所述空气扩散容腔连接，所述空压机和所述节气门还分别与所述控制器连接。
8.一种氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于实时获取氢燃料电池系统中的氢气实际压力和空气需求压力；
限值确定模块，用于根据所述氢气实际压力，确定所述氢燃料电池系统中的空气目标压力限值；
压力确定模块，用于根据所述空气目标压力限值和所述空气需求压力，确定空气目标压力；
控制模块，用于根据所述空气目标压力，对所述氢燃料电池系统中的空气压力进行控制。
9.一种处理器，其特征在于，被配置成执行根据权利要求1至5中任一项所述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法。
10.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，其特征在于，该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行根据权利要求1至5中任一项所述的氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法。
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