CN116387560A - 燃料电池阳极排水的控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

燃料电池阳极排水的控制方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池阳极排水的控制方法、装置、设备及存储介质，所述控制方法包括：获取所述燃料电池的电流信号、温度信号与压力信号；根据第一预设对应关系与所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号确定所述阳极的水的增加速率；根据所述水的增加速率计算所述阳极的水的增加体积；当所述水的增加体积达到第一阈值时，开始排水。本发明通过阳极的水的增加体积决定排水频率，并且以所述氢气流量或排出水的体积为标志结束排水，从而能够及时排水，避免水淹现象，并且减少了氢气损失；其中氢气流量不依靠流量传感器获得，而根据燃料电池电流和氢喷阀开度获得，具有简单、成本低和系统结构简单等优点。

Description

燃料电池阳极排水的控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及燃料电池阳极排水的控制领域，尤其涉及燃料电池阳极排水的控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
质子交换膜燃料电池在电化学反应时会生成水，一部分生成的水会通过微孔层和扩散层进入阴极流道，也会有一部分水会渗透到膜的阳极一侧，阴极电化学反应的水绝大多数通过空气出口排出，但仍有一部分水分通过质子膜反扩散至阳极，则需要相应的排出装置排出电堆，以免造成电堆的“水淹”现象。
行业中现有的排水方法通常采用周期控制法和时长控制法，控制方式简单粗糙，会造成因排水不及时导致的水淹现象，并且有一定程度的氢气损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中阳极排水的控制方法粗糙，容易造成水淹并且导致氢气损失的缺陷，提供一种燃料电池阳极排水的控制方法、装置、电子设备及存储介质。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明第一方面提供了一种燃料电池阳极排水的控制方法，所述控制方法包括：
获取所述燃料电池的电流信号、温度信号与压力信号；
根据第一预设对应关系与所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号确定所述阳极的水的增加速率；其中，所述第一预设对应关系包括所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号与所述水的增加速率之间的对应关系；
根据所述水的增加速率计算所述阳极的水的增加体积；
当所述水的增加体积达到第一阈值时，开始排水。
较佳地，所述控制方法还包括：
当所述阳极的氢气流量上升到第二阈值时，或，排出水的体积达到第三阈值时，停止排水。
较佳地，所述第一预设对应关系包括第一预设对应关系表或第一预设对应关系函数；
其中，所述第一预设对应关系表中包括所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号与所述水的增加速率的数值对应关系；
其中，所述第一预设对应关系函数通过对所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号与所述水的增加速率的对应的历史数值进行拟合得到。
较佳地，所述控制方法还包括；
获取所述燃料电池的电流信号和氢喷阀的开度；
根据第二预设对应关系与所述电流信号、所述氢喷阀的开度确定所述氢气流量；其中，所述第二预设对应关系包括所述电流信号、所述氢喷阀的开度与所述氢气流量之间的对应关系。
较佳地，所述第二预设对应关系包括第二预设对应关系表或第二预设对应关系函数；
其中，所述第二预设对应关系表中包括所述电流信号、所述氢喷阀的开度与所述氢气流量的数值对应关系；
其中，所述第二预设对应关系函数通过对所述电流信号、所述氢喷阀的开度与所述氢气流量对应的历史数值进行拟合得到。
较佳地，所述控制方法还包括：
在排水时，对所述氢气的变化量进行检测，并判断所述氢气的变化量是否达到第四阈值；
若所述氢气的变化量未达到所述第四阈值，则确定排水失败。
较佳地，所述控制方法还包括：
若确定排水失败，则控制所述燃料电池发出失效警告。
本发明的第二方面提供一种燃料电池阳极排水的控制装置，所述控制装置包括：
获取模块，用于获取所述燃料电池的电流信号、温度信号与压力信号；
确定模块，用于根据第一预设对应关系与所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号确定所述阳极的水的增加速率；其中，所述第一预设对应关系包括所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号与所述水的增加速率之间的对应关系；
计算模块，用于根据所述水的增加速率计算所述阳极的水的增加体积；
执行模块，用于当所述水的增加体积达到第一阈值时，开始排水。
本发明的第三方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在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第一方面所述的控制方法。
本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的控制方法。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明通过所述燃料电池的电流、温度与压力获得所述阳极生成的水体积，通过所述水体积决定排水频率，并且以所述氢气流量或排出水的体积为标志结束排水，从而能够及时排水，避免水淹现象，并且减少了氢气损失；其中氢气流量不依靠流量传感器获得，而依赖燃料电池电流和氢喷阀开度获得，具有简单、成本低和系统结构简单等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种燃料电池阳极排水的控制方法的流程图。
图2为本发明实施例1提供的一种燃料电池氢气端的结构图。
图3为本发明实施例2提供的一种燃料电池阳极排水的控制装置的模块示意图。
图4为本发明实施例3提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种燃料电池阳极排水的控制方法，如图1所示，控制方法包括：
S1、获取燃料电池的电流信号、温度信号与压力信号；
S2、根据第一预设对应关系与电流信号、温度信号、压力信号确定阳极的水的增加速率；其中，第一预设对应关系包括电流信号、温度信号、压力信号与水的增加速率之间的对应关系；
S3、根据水的增加速率计算阳极的水的增加体积；
S4、当水的增加体积达到第一阈值时，开始排水。
在具体实施中，如图2所示，燃料电池阳极包括氢气进气阀1、氢喷阀2、冷凝器3、排气阀4、排水阀5和管道；氢气通过氢气进气阀1进入管道后利用氢喷阀2向燃料电池堆6的阳极输出；氢气经燃料电池堆6反应后的剩余气体和液体通过管道向冷凝器3输出；冷凝器3中未反应的氢气通过氢喷阀2回收利用，而废气通过排气阀4排出阳极外，阳极的水通过排水阀5排出阳极外；
其中，冷凝器3用于冷却气态水，并存储液态水；
其中，排气阀4和排水阀5不同时打开。
在一可实施的方案中，如图1所示，控制方法还包括以下步骤：
S5、当阳极的氢气流量上升到第二阈值时，或，排出水的体积达到第三阈值时，停止排水。
具体地，步骤S2中，第一预设对应关系包括第一预设对应关系表或第一预设对应关系函数；
其中，第一预设对应关系表中包括电流信号、温度信号、压力信号与水的增加速率的数值对应关系；
其中，第一预设对应关系函数通过对电流信号、温度信号、压力信号与水的增加速率的对应的历史数值进行拟合得到。
在本实施例中，根据不同电流信号情况下，不同压力值与温度值所对应的水的增加速率，建立第一预设对应关系表，则在确定阳极的水的增加速率时，可通过步骤S1获取电流信号、压力信号和温度信号，再通过查表方式确定水的增加速率。
在具体实施中，若所述电流信号、压力信号和温度信号中至少一个信号未在表格中，则确定该信号的目标区间(即确定该信号在表中最相近的两个信号)，采用差值法确定水的增加速率。
在一可实施方案中，步骤S5包括：
S501、获取燃料电池的电流信号和氢喷阀2的开度；
S502、根据第二预设对应关系与电流信号、氢喷阀2的开度确定氢气流量；其中，第二预设对应关系包括电流信号、氢喷阀2的开度与氢气流量之间的对应关系。
具体地，为保持阳极管道压力恒定，氢气流量与阳极管道压力呈负相关变化，当阳极管道压力增大，则氢气流量应减小；当阳极管道压力减小，则氢气流量应增大。
具体地，氢气流量由氢喷阀2的开度决定，呈正相关，当氢喷阀2的开度越大，则氢气流量越大；当氢喷阀2的开度越小，则氢气流量越小。
因此，在具体实施中，阳极管道压力与氢喷阀2的开度也应呈负相关，即阳极压力变小，氢喷阀2的开度应相应增大。
具体地，第二预设对应关系包括第二预设对应关系表或第二预设对应关系函数；
其中，第二预设对应关系表中包括电流信号、氢喷阀2的开度与氢气流量的数值对应关系；
其中，第二预设对应关系函数通过对电流信号、氢喷阀2的开度与氢气流量对应的历史数值进行拟合得到。
在一可实施方案中，步骤S5还包括：
S503、计算排出水的体积。
在具体实施中，步骤S503具体包括：
获取氢喷阀2的开度、排水阀5的进口压力和阳极管道温度；
根据第三预设对应关系与氢喷阀2的开度、排水阀5的进口压力、阳极管道温度确定排出水的体积；其中，第三预设对应关系包括氢喷阀2的开度、排水阀5的进口压力、阳极管道温度与排出水的体积之间的对应关系。
具体地，第三预设对应关系包括第三预设对应关系表或第三预设对应关系函数；
其中，第三预设对应关系表中包括氢喷阀2的开度、排水阀5的进口压力、阳极管道温度与排出水的体积之间的数值对应关系；
其中，第三预设对应关系函数通过对氢喷阀2的开度、排水阀5的进口压力、阳极管道温度与排出水的体积对应的历史数值进行拟合得到。
在一可实施方案中，如图1所示，步骤S5之后还包括：
S6、在排水时，对氢气流量的变化量进行检测，并判断氢气流量的变化量是否达到第四阈值；
S7、若氢气流量的变化量未达到第四阈值，则确定排水失败；其中，第四阈值远小于第二阈值和第三阈值。
S8、若确定排水失败，则控制燃料电池发出失效警告。
具体地，步骤S6中，氢气流量的变化量通过步骤S501-S502，计算出的排水前后的氢气流量得到。
在一可实施方案中，步骤S503还可以根据步骤S6结合排水时间通过计算出氢气体积的变化量得出冷凝器3排出水的体积。
在本实施例中，若排水阀5打开前，得到的氢气流量为10L/s，并且排水阀5关闭时，得到的氢气流量为11L/s，排水时间持续2s，则可计算出氢气体积变化量为2L；因氢气体积的变化量等于排出水的体积的变化量，因此可得排出水的体积为2L。
本发明通过所述燃料电池的电流、温度与压力获得所述阳极生成的水体积，通过所述水体积决定排水频率，并且以所述氢气流量或排出水的体积为标志结束排水，从而能够及时排水，避免水淹现象，并且减少了氢气损失；其中氢气流量不依靠流量传感器获得，而依赖燃料电池电流和氢喷阀2开度获得，具有简单、成本低和系统结构简单等优点。
实施例2
图3为本发明实施例2提供的一种燃料电池阳极排水的控制装置21，用于实现前述实施例1的控制方法，控制装置21包括：
获取模块22，用于获取燃料电池的电流信号、温度信号与压力信号；
确定模块23，用于根据第一预设对应关系与电流信号、温度信号、压力信号确定阳极的水的增加速率；其中，第一预设对应关系包括电流信号、温度信号、压力信号与水的增加速率之间的对应关系；
计算模块24，用于根据水的增加速率计算阳极的水的增加体积；
执行模块25，用于当水的增加体积达到第一阈值时，开始排水。
实施例3
图4为本发明实施例3提供的一种电子设备的结构示意图。包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现前述实施例1的控制方法。图4显示的电子设备50仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
电子设备50可以以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备50的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器51、上述至少一个存储器52、连接不同系统组件(包括存储器52和处理器51)的总线53。
总线53包括数据总线、地址总线和控制总线。
存储器52可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)521和/或高速缓存存储器522，还可以进一步包括只读存储器(ROM)523。
存储器52还可以包括具有一组(至少一个)程序模块524的程序/实用工具525，这样的程序模块524包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
处理器51通过运行存储在存储器52中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明实施例1的控制方法。
电子设备50也可以与一个或多个外部设备54(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口55进行。并且，模型生成的设备50还可以通过网络适配器56与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器56通过总线53与模型生成的设备50的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的设备50使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
实施例4
本发明还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述实施例1的控制方法。
其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现实施例1的控制方法。
其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，所述程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池阳极排水的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
获取所述燃料电池的电流信号、温度信号与压力信号；
根据第一预设对应关系与所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号确定所述阳极的水的增加速率；其中，所述第一预设对应关系包括所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号与所述水的增加速率之间的对应关系；
根据所述水的增加速率计算所述阳极的水的增加体积；
当所述水的增加体积达到第一阈值时，开始排水。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
当所述阳极的氢气流量上升到第二阈值时，或，排出水的体积达到第三阈值时，停止排水。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一预设对应关系包括第一预设对应关系表或第一预设对应关系函数；
其中，所述第一预设对应关系表中包括所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号与所述水的增加速率的数值对应关系；
其中，所述第一预设对应关系函数通过对所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号与所述水的增加速率的对应的历史数值进行拟合得到。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括；
获取所述燃料电池的电流信号和氢喷阀的开度；
根据第二预设对应关系与所述电流信号、所述氢喷阀的开度确定所述氢气流量；其中，所述第二预设对应关系包括所述电流信号、所述氢喷阀的开度与所述氢气流量之间的对应关系。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第二预设对应关系包括第二预设对应关系表或第二预设对应关系函数；
其中，所述第二预设对应关系表中包括所述电流信号、所述氢喷阀的开度与所述氢气流量的数值对应关系；
其中，所述第二预设对应关系函数通过对所述电流信号、所述氢喷阀的开度与所述氢气流量对应的历史数值进行拟合得到。
6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
在排水时，对所述氢气流量的变化量进行检测，并判断所述氢气流量的变化量是否达到第四阈值；
若所述氢气流量的变化量未达到所述第四阈值，则确定排水失败。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
若确定排水失败，则控制所述燃料电池发出失效警告。
8.一种燃料电池阳极排水的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
获取模块，用于获取所述燃料电池的电流信号、温度信号与压力信号；
确定模块，用于根据第一预设对应关系与所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号确定所述阳极的水的增加速率；其中，所述第一预设对应关系包括所述电流信号、所述温度信号、所述压力信号与所述水的增加速率之间的对应关系；
计算模块，用于根据所述水的增加速率计算所述阳极的水的增加体积；
执行模块，用于当所述水的增加体积达到第一阈值时，开始排水。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的控制方法。
10.一种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1-7中任意一项所述的控制方法。
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