CN116411313A - 制氢系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制氢系统及其控制方法，该方法包括：在制氢系统正常运行过程中，获取制氢系统的氢氧浓度，氢氧浓度包括氢中氧浓度和氧中氢浓度；当氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，控制制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式；根据制氢系统在闲置模式下的运行时间，控制制氢系统由闲置模式转换为关机模式，以控制电解槽关机；在电解槽的输入电参数降低至零后，对电解槽进行电压控制。在本方案中，当氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，使制氢系统进入闲置模式，避免电解槽频繁关机，减少电解槽关机次数，通过控制电解槽的电压，抑制反向电流大小和反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及制氢系统技术领域，尤其涉及一种制氢系统及其控制方法。
背景技术
新能源制氢绿氢是未来实现双碳目标的关键路径；随着氢能需求的不断增加以及新能源度电成本的不断降低，新能源规模化制氢应用场景越来越广泛。
在新能源制氢系统中，波动性与间歇性输入是考验整个制氢系统稳定性及可靠性的关键，特别是电解槽。对于电解槽而言，其在关机时本身处于容性状态，存在一个自放电的过程；同时，由于双极板阳极镍氢活性物质的驱动力下，通过电解液连通通路，形成原电池效应，阳极发生还原反应，阴极发生氧化反应，具体如图1所示，以一个小室为例，其中，Urev是可逆电解电压、Rshunt是电解液通路阻抗(旁路阻抗)、Re是隔膜电极等阻抗，ηact是电极过电位、Ca是双电层电容，在电解槽关机时，容易产生反向电流，反向电流导致阴极电极衰减，严重影响电解槽寿命及耐久性。
因此，在新能源制氢系统中，如何抑制电解槽频繁关机带来的反向电流电极衰减，以减少反向电流和反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种制氢系统及其控制方法，以在氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，使制氢系统进入闲置模式，避免电解槽的频繁关机，通过控制电解槽的电压，抑制反向电流大小，抑制反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性。
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了一种制氢系统控制方法，所述方法包括：
在制氢系统正常运行过程中，获取所述制氢系统的氢氧浓度，所述氢氧浓度包括氢中氧浓度和氧中氢浓度；
当所述氢中氧浓度超标，且所述氧中氢浓度未达标时，控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式；
根据所述制氢系统在所述闲置模式下的运行时间，控制所述制氢系统由所述闲置模式转换为关机模式，以控制电解槽关机；
在所述电解槽的输入电参数降低至零后，对所述电解槽进行电压控制。
可选的，所述当所述氢中氧浓度超标，且所述氧中氢浓度未达标时，控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式，包括：
当所述氢中氧浓度大于第一预设氢氧浓度阈值，且所述氧中氢浓度小于第二预设氢氧浓度阈值时，确定所述氢中氧浓度超标，且所述氧中氢浓度未达标，并确定所述制氢系统满足预设闲置模式转换条件；
控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式。
可选的，所述控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式，包括：
控制所述制氢系统正常运行，并控制所述制氢系统将电解槽产生的氢气放空。
可选的，所述根据所述制氢系统在所述闲置模式下的运行时间，控制所述制氢系统由所述闲置模式转换为关机模式，以控制电解槽关机，包括：
控制所述制氢系统在所述闲置模式下正常运行；
获取所述制氢系统在所述闲置模式下的正常运行时间；
当所述正常运行时间大于或等于预设闲置时间时，确定所述制氢系统满足预设关机模式转换条件；
控制所述制氢系统由所述闲置模式转换为关机模式，以控制所述电解槽关机。
可选的，在所述控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式之后，还包括：
控制所述制氢系统在所述闲置模式下正常运行；
当所述氧中氢浓度大于或等于第三预设氢氧浓度阈值时，确定所述制氢系统满足所述预设关机模式转换条件；
控制所述制氢系统由所述闲置模式转换为所述关机模式，以控制所述电解槽关机。
可选的，所述在所述电解槽的输入电参数降低至零后，对所述电解槽进行电压控制，包括：
获取所述电解槽的输入电参数；
在所述电解槽的输入电参数降低至零后，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，以对所述电解槽进行电压控制，使所述电解槽的电压缓慢下降；
根据所述电解槽的电压和所述电解槽的电压控制时间，控制所述制氢电源或所述外加电源关机。
可选的，所述获取所述电解槽的输入电参数，包括：
获取所述电解槽的输入电流和/或输入功率；
相应的，所述在所述电解槽的输入电参数降低至零后，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，以对所述电解槽进行电压控制，使所述电解槽的电压缓慢下降，包括：
当所述输入电流和/或所述输入功率降低至零后，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，以对所述电解槽进行电压控制，使所述电解槽的电压缓慢下降。
可选的，所述根据所述电解槽的电压和所述电解槽的电压控制时间，控制所述制氢电源或所述外加电源关机，包括：
当所述电解槽的电压下降至预设电压，且对所述电解槽的电压控制时间达到预设控制时间时，控制所述制氢电源或所述外加电源关机。
可选的，所述当控制所述电解槽的电压下降至预设电压，且对所述电解槽的电压控制时间达到预设控制时间时，控制所述制氢电源或所述外加电源关机，包括：
获取所述电解槽的电压和对所述电解槽的电压控制时间；
当所述电解槽的电压小于预设电压，且对所述电解槽的电压控制时间大于预设控制时间时，控制所述制氢电源或所述外加电源退出所述电压控制模式，并控制所述制氢电源或所述外加电源关机。
本发明实施例第二方面公开了一种制氢系统，包括：控制器、制氢电源和电解槽；
所述制氢电源的输出端与所述电解槽的输入端连接；
所述控制器分别与所述制氢电源和所述电解槽相连，所述控制器用于执行本发明实施例第一方面任一项所述的制氢系统控制方法。
可选的，还包括：外加电源；所述外加电源连接于所述制氢电源的输出端与所述电解槽的输入端之间。
可选的，所述外加电源包括电源变换器。
基于上述本发明实施例提供的一种制氢系统及其控制方法，所述方法包括：在制氢系统正常运行过程中，获取所述制氢系统的氢氧浓度，所述氢氧浓度包括氢中氧浓度和氧中氢浓度；当所述氢中氧浓度超标，且所述氧中氢浓度未达标时，控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式；根据所述制氢系统在所述闲置模式下的运行时间，控制所述制氢系统由所述闲置模式转换为关机模式，以控制电解槽关机；在所述电解槽的输入电参数降低至零后，对所述电解槽进行电压控制。在本方案中，当氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，使制氢系统进入闲置模式，避免电解槽频繁关机，从而减少电解槽关机次数，通过控制电解槽的电压，抑制反向电流大小和反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性。
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一种现有技术中一种电解槽的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种制氢系统控制方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种制氢系统控制方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种对电解槽进行电压控制的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种对电解槽进行电压控制的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种控制制氢电源或外加电源关机的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的一种制氢系统的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种制氢系统的结构示意图。
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，现有的新能源制氢系统中，在电解槽关机时，容易产生反向电流，反向电流导致阴极电极衰减，严重影响电解槽寿命及耐久性。
因此，本发明实施例提供一种制氢系统及其控制方法，在本方案中，当氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，使制氢系统进入闲置模式，避免电解槽频繁关机，从而减少电解槽关机次数，通过控制电解槽的电压，抑制反向电流大小和反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性。
如图2所示，为本发明实施例提供的一种制氢系统控制方法的流程示意图。
需要说明的是，该制氢系统控制方法应用于制氢系统，具体的，可以应用于制氢系统中用于执行控制指令的控制器，也可以应用于制氢系统中的其他控制器。
还需要说明的是，在某些情况下，该制氢系统控制方法也可以应用于云端的服务器，或者，站端的服务器。
该制氢系统控制方法主要包括以下步骤：
步骤S201：在制氢系统正常运行过程中，获取制氢系统的氢氧浓度。
在步骤S201中，氢氧浓度可用于衡量电解槽氢气纯度和氧气纯度。
氢氧浓度包括但不限于氢中氧(OTH)浓度和氧中氢(HTO)浓度。
氢中氧(OTH)浓度指的是制氢系统中氢气中氧气的浓度，氢中氧(OTH)浓度表征氢气纯度。
氧中氢(HTO)浓度指的是制氢系统中氧气中氢气的浓度，氧中氢(HTO)浓度表征氧气纯度。
在具体实现步骤S201的过程中，在制氢系统正常运行过程中，可以采用氢氧纯度分析仪采集制氢系统中的电解槽在制氢过程中的实际氢中氧浓度和实际氧中氢浓度。
实际应用中，采用氢氧纯度分析仪对制氢系统的电解槽制氢过程中产生的气体进行浓度检测，可以根据检测结果建立氢氧浓度曲线，氢氧浓度曲线可用于表征氢氧浓度(例如氢中氧浓度和氧中氢浓度)与制氢系统的运行参数之间的对应关系。
在一些实施例中，氢氧浓度曲线可用于表征氢氧浓度与制氢系统的输入功率之间的对应关系；或者，氢氧浓度曲线可用于表征氢氧浓度与制氢系统的输入电压之间的对应关系；又或者，氢氧浓度曲线可用于表征氢氧浓度与制氢系统的输入电流之间的对应关系。
步骤S202：当氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，执行步骤S203，否则，返回执行步骤S201。
在具体实现步骤S202的过程中，将所获取的氢氧浓度与预设安全阈值进行比对，具体的，将所获取的氢中氧浓度和氧中氢浓度分别与相应的预设安全阈值进行比对，如果所获取的氢中氧浓度大于相应的预设安全阈值，确定所获取的氢中氧浓度超过预设安全阈值，即确定所获取的氢中氧浓度超标；如果所获取的氧中氢浓度小于相应的预设安全阈值，确定所获取的氢中氧浓度未超过预设安全阈值，即确定所获取的氢中氧浓度未达标；换而言之，如果所获取的氢中氧浓度超标，且所获取的氧中氢浓度未达标，说明制氢系统的相关输入波动性大和间歇性强，需要对制氢系统进行控制，则执行步骤S203。
当氢中氧浓度或者氧中氢浓度出现以下任一取值情况时，说明制氢系统的相关输入波动性小和间歇性弱，无需对制氢系统进行控制，则执行步骤S201，其中，取值情况包括：氢中氧浓度未超标，氧中氢浓度达标；或者，氢中氧浓度超标，氧中氢浓度达标；又或者，氢中氧浓度未超标，氧中氢浓度未达标。
步骤S203：控制制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式。
在步骤S203中，制氢系统的工作模式包括但不限于运行模式、闲置模式和关机模式。
在运行模式下，制氢系统可执行电解制氢操作。
在闲置模式下，制氢系统可执行电解制氢操作，将产出的氢气放空。实际应用中，如果氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标，控制制氢系统进入闲置模式。
在关机模式下，制氢系统停止执行电解制氢操作。
在具体实现步骤S203的过程中，在确定氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标的情况下，此时，说明制氢系统的输入功率降低，输入功率可能低于电解槽产氢的正常负荷，制氢系统无法满足制氢需求，首先，需要对制氢系统进行工作模式切换，具体来说，根据氢氧浓度确定制氢系统当前的工作模式，也就是制氢系统当前处于运行模式，控制制氢系统由运行模式转换为闲置模式。
步骤S204：根据制氢系统在闲置模式下的运行时间，控制制氢系统由闲置模式转换为关机模式，以控制电解槽关机。
在具体实现步骤S204的过程中，控制制氢系统在闲置模式下正常运行，通过计时装置采集制氢系统在闲置模式下正常运行时间T1，以确定是否需要对制氢系统进行工作模式切换，如果确定需要将制氢系统切换至关机模式，则控制制氢系统由闲置模式转换为关机模式，以控制电解槽关机。
步骤S205：在电解槽的输入电参数降低至零后，对电解槽进行电压控制。
在步骤S205中，输入电参数包括输入电流和输入功率中的至少一种。
输入电流为新能源制氢系统中的制氢电源提供给电解槽的输入电流。
输入功率为新能源制氢系统中的制氢电源提供给电解槽的输入功率。
输入电参数还包括但不限于电解槽工作时长和电解槽温度。
电解槽工作时长为制氢系统持续运行的时间。
电解槽温度为制氢系统电解槽的实际工作温度。
在具体实现步骤S205的过程中，制氢系统进入关机模式后，制氢系统中的制氢电源直接关机，此时，通过检测装置检测电解槽的输入电参数是否下降，并在电解槽的输入电参数降低至零后，对电解槽进行电压控制。
基于本发明实施例提供的一种制氢系统控制方法，当氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，使制氢系统进入闲置模式，避免电解槽频繁关机，从而减少电解槽关机次数，通过控制电解槽的电压，抑制反向电流大小和反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性。
基于上述本发明实施例示出的制氢系统控制方法，如图3所示，为本发明实施例提供的另一种制氢系统控制方法的流程示意图，主要包括以下步骤：
步骤S301：在制氢系统正常运行过程中，获取制氢系统的氢氧浓度。
需要说明的是，上述步骤S301的执行原理和过程与图2中公开的步骤S201的执行原理和过程相同，可参见，这里不再赘述。
步骤S302：当氢中氧浓度大于第一预设氢氧浓度阈值，且氧中氢浓度小于第二预设氢氧浓度阈值时，执行步骤S303，否则，返回执行步骤S301。
在步骤S302中，第一预设氢氧浓度阈值k1和第二预设氢氧浓度阈值k2的具体取值可以相同或是不同，可具体依据电解槽实际情况而定，本申请不作限定，均在本申请的保护范围之内。
实际应用中，导致氢中氧浓度大于第一预设氢氧浓度阈值k1，和/或氧中氢浓度小于第二预设氢氧浓度阈值k2的原因，包括但不限于制氢系统输入至电解槽的输入功率降低，输入功率可能低于电解槽产氢的正常负荷，也就是电解槽输入的新能源功率低于电解槽功率下限值。
在具体实现步骤S302的过程中，如果氢中氧浓度大于第一预设氢氧浓度阈值k1，且氧中氢浓度小于第二预设氢氧浓度阈值k2，说明氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标，制氢系统当前输入功率无法满足制氢需求，需要对制氢系统进行控制，则执行步骤S303。
如果氢中氧浓度大于第一预设氢氧浓度阈值k1，氧中氢浓度大于第二预设氢氧浓度阈值k2，或者，氢中氧浓度小于第一预设氢氧浓度阈值k1，氧中氢浓度大于第二预设氢氧浓度阈值k2，又或者，氢中氧浓度小于第一预设氢氧浓度阈值k1，氧中氢浓度小于第二预设氢氧浓度阈值k2，则无需对制氢系统进行控制，返回执行步骤S301。
步骤S303：确定氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标，并确定制氢系统满足预设闲置模式转换条件。
在具体实现步骤S303的过程中，在确定氢中氧浓度大于第一预设氢氧浓度阈值k1，且氧中氢浓度小于第二预设氢氧浓度阈值k2的情况下，确定氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标，进而确定制氢系统满足预设闲置模式转换条件。
步骤S304：控制制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式。
在具体实现步骤S304的过程中，根据氢氧浓度确定制氢系统当前的工作模式，也就是确定制氢系统当前处于运行模式，在确定制氢系统满足预设闲置模式转换条件后，控制制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式。
优选的，在一些实施例中，可以通过控制制氢系统正常运行，并控制制氢系统将电解槽产生的氢气放空，以实现控制制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式。
也就是说，制氢系统进入闲置模式，制氢系统在闲置模式下正常运行，并将电解槽产生的氢气放空，进而减少电解槽关机次数。
步骤S305：控制制氢系统在闲置模式下正常运行。
步骤S306：获取制氢系统在闲置模式下的正常运行时间。
在具体实现步骤S306的过程中，控制制氢系统在闲置模式下正常运行，采用计时装置采集制氢系统在闲置模式下的正常运行时间T1。
步骤S307：当正常运行时间大于或等于预设闲置时间时，执行步骤S308，否则，返回执行步骤S305。
在步骤S307中，预设闲置时间的具体取值，可具体依据制氢系统实际情况而定，本申请不作限定，均在本申请的保护范围之内。
在具体实现步骤S307的过程中，将制氢系统在闲置模式下的正常运行时间T1与预设闲置时间t1进行比对，如果制氢系统在闲置模式下的正常运行时间T1大于预设闲置时间t1，说明制氢系统当前放空的氢气过多，容易造成能量的过多浪费，需要控制制氢系统停止氢气放空操作，进入关机模式，则执行步骤S308。
如果制氢系统在闲置模式下的正常运行时间T1小于等于预设闲置时间t1，说明制氢系统还需放空氢气以减少电解槽的关机次数，也就是说，还需控制制氢系统在闲置模式下正常运行，则执行步骤S305。
步骤S308：确定制氢系统满足预设关机模式转换条件。
在具体实现步骤S308的过程中，在确定运行时间T1大于预设时间t1的情况下，确定制氢系统满足预设关机模式转换条件。
除上述示出的确定制氢系统满足预设关机模式转换条件的方式外，还可以利用氧中氢浓度确定制氢系统满足预设关机模式转换条件，主要包括以下步骤：
步骤S11：当氧中氢浓度大于或等于第三预设氢氧浓度阈值时，执行步骤S12，否则，返回执行步骤S305。
在步骤S11中，第三预设氢氧浓度阈值k3的具体取值，可具体依据电解槽实际情况而定，本申请不作限定，均在本申请的保护范围之内。
在具体实现步骤S11的过程中，将氧中氢浓度与第三预设氢氧浓度阈值k3进行比对，如果氧中氢浓度大于或等于第三预设氢氧浓度阈值k3，说明需要控制制氢系统停止氢气放空操作，进入关机模式，则执行步骤S12。
如果氧中氢浓度小于第三预设氢氧浓度阈值k3，说明制氢系统还需放空氢气以减少电解槽的关机次数，也就是说，还需控制制氢系统在闲置模式下正常运行，则执行步骤S305。
步骤S12：确定制氢系统满足预设关机模式转换条件。
在具体实现步骤S12的过程中，在确定氧中氢浓度大于或等于第三预设氢氧浓度阈值k3的情况下，确定制氢系统满足预设关机模式转换条件。
步骤S309：控制制氢系统由闲置模式转换为关机模式，以控制电解槽关机。
在具体实现步骤S309的过程中，在确定制氢系统满足预设关机模式转换条件后，控制制氢系统由闲置模式转换为关机模式，也就是控制制氢系统进入关机模式，以控制电解槽关机。
基于上述说明内容，可以理解的是，在制氢系统正常工作中，当氢中氧(OTH)浓度＞k1，且氧中氢(HTO)浓度＜k2，此时，制氢系统进入闲置模式：制氢系统正常产氢，产生的氢气放空；当制氢系统在闲置模式运行时间T1≥t1时，制氢系统进入关机模式，退出闲置模式，避免能量过多的浪费；或者，HTO≥k3时，制氢系统进入关机模式。
也就是说，根据新能源输入的波动性与间歇性，考虑频繁关机的可能性，在本发明实施例中，制氢系统的工作模式增加闲置模式：氧中氢浓度不超标，氢纯度不达标，制氢系统正常运行，气体放空，牺牲部分能量，以尽量减小电解槽关机次数。
需要说明的是，k1、k2、t1、k3具体值根据实际情况而定，本发明不作限定。
步骤S310：在电解槽的输入电参数降低至零后，对电解槽进行电压控制。
需要说明的是，上述步骤S310的执行原理和过程与图2中公开的步骤S205的执行原理和过程相同，可参见，这里不再赘述。
基于本发明实施例提供的一种制氢系统控制方法，当氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，使制氢系统进入闲置模式，避免电解槽频繁关机，从而减少电解槽关机次数，通过控制电解槽的电压，抑制反向电流大小和反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性。
基于上述本发明实施例示出的制氢系统控制方法，执行步骤S205在电解槽的输入电参数降低至零后，对电解槽进行电压控制的过程可如图4所示，主要包括以下步骤：
步骤S401：获取电解槽的输入电参数。
在具体实现步骤S401的过程中，采用检测装置采集电解槽的输入电参数(例如输入电流、输入功率、电解槽温度中的一个或者多个电参数)。
步骤S402：在电解槽的输入电参数降低至零后，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，以对电解槽进行电压控制，使电解槽的电压缓慢下降。
在具体实现步骤S402的过程中，在电解槽的输入电参数降低至零后，此时，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，制氢电源或外加电源在电压控制模式下，对电解槽进行电压控制，从而控制电解槽的电压缓慢下降。
步骤S403：根据电解槽的电压和电解槽的电压控制时间，控制制氢电源或外加电源关机。
在具体实现步骤S403的过程中，在控制电解槽的电压缓慢下降的过程中，采用检测装置实时检测电解槽的电压V，采用计时装置采集制氢电源或外加电源对电解槽的电压控制时间T2，从而根据电解槽的电压和电解槽的电压控制时间，控制制氢电源或外加电源关机。
优选的，执行步骤S205在电解槽的输入电参数降低至零后，对电解槽进行电压控制的过程还可如图5所示，主要包括以下步骤：
步骤S501：获取电解槽的输入电流和/或输入功率。
在具体实现步骤S501的过程中，采用检测装置采集电解槽的输入电流和输入功率。
步骤S502：当输入电流和/或输入功率降低至零后，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，以对电解槽进行电压控制，使电解槽的电压缓慢下降。
在具体实现步骤S502的过程中，当电解槽的输入电流和/或输入功率降低至零后，此时，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，例如，采用电压环控制，制氢电源或外加电源在电压控制模式下，对电解槽进行电压控制，从而控制电解槽的电压缓慢下降。
步骤S503：当电解槽的电压下降至预设电压，且对电解槽的电压控制时间达到预设控制时间时，执行步骤S504，否则，返回执行步骤S502。
在具体实现步骤S503的过程中，在控制电解槽的电压缓慢下降的过程中，采用检测装置实时检测电解槽的电压V，采用计时装置统计制氢电源或外加电源对电解槽的电压控制时间T2，如果电解槽的电压V下降至预设电压V1，且对电解槽的电压控制时间T2达到预设控制时间t2，说明当前可以根据电解槽的电压V控制反向电流大小，能够减少反向电流，则执行步骤S504。
如果电解槽的电压V未下降至预设电压V1，对电解槽的电压控制时间T2也未达到预设控制时间t2，或者，电解槽的电压V下降至预设电压V1，但对电解槽的电压控制时间T2未达到预设控制时间t2，又或者，电解槽的电压V未下降至预设电压V1，但对电解槽的电压控制时间T2达到预设控制时间t2，说明当前无法根据电解槽的电压V控制反向电流大小，还需对电解槽进行电压控制，以控制电解槽的电压缓慢下降，则执行步骤S502。
步骤S504：控制制氢电源或外加电源关机。
在具体实现步骤S504的过程中，在确定电解槽的电压下降至预设电压，且对电解槽的电压控制时间达到预设时间的情况下，控制制氢电源或外加电源关机。
优选的，执行步骤S503当电解槽的电压下降至预设电压，且对电解槽的电压控制时间达到预设控制时间时，以及步骤S504控制制氢电源或外加电源关机的过程可如图6所示，主要包括以下步骤：
步骤S601：获取电解槽的电压和对电解槽的电压控制时间。
在具体实现步骤S601的过程中，在控制电解槽的电压缓慢下降的过程中，采用检测装置实时检测电解槽的电压(该电源为电解槽下降后的电压)，并采用计时装置采集制氢电源或外加电源对电解槽的电压控制时间。
步骤S602：当电解槽的电压小于预设电压，且对电解槽的电压控制时间大于预设控制时间时，执行步骤S603，否则，返回执行步骤S502。
在具体实现步骤S602的过程中，如果电解槽的电压V下降至小于预设电压V1，且对电解槽的电压控制时间T2大于预设控制时间t2，说明当前可以根据电解槽的电压V控制反向电流大小，能够减少反向电流，则执行步骤S603。
如果电解槽的电压V未下降至小于预设电压V1，对电解槽的电压控制时间T2也未大于预设控制时间t2，或者，电解槽的电压V下降至小于预设电压V1，但对电解槽的电压控制时间T2未大于预设控制时间t2，又或者，电解槽的电压V未下降至小于预设电压V1，但对电解槽的电压控制时间T2大于预设控制时间t2，说明当前无法根据电解槽的电压V控制反向电流大小，还需对电解槽进行电压控制，则执行步骤S502。
步骤S603：控制制氢电源或外加电源退出电压控制模式，并控制制氢电源或外加电源关机。
在具体实现步骤S603的过程中，在确定电解槽的电压下降至小于预设电压，且对电解槽的电压控制时间大于预设控制时间的情况下，控制制氢电源或外加电源停止对电解槽进行电压控制，控制制氢电源或外加电源退出电压控制模式，并控制制氢电源或外加电源关机。
基于上述说明内容，可以理解的是，制氢系统进入关机模式后，制氢电源直接关机，当电解槽输入电流或功率降低到零后，此时，制氢电源或外加电源进行电压模式控制，控制电解槽电压缓慢下降，当电解槽电压V＜V1，且运行时间T2＞t2时，此时，制氢电源或外加电源退出电压控制模式，进行关机。通过控制电解槽电压的形式来抑制反向电流的大小，抑制反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性。
也就是说，在制氢系统关机后，电解槽的输入电流或输入功率到零后，制氢电源或其他外加电源对电解槽进行电压控制，控制电解槽电压缓慢下降，进而控制反向电流大小，尽可能减小反向电流，达到抑制反向电流腐蚀的效果。
基于本发明实施例提供的一种制氢系统控制方法，当氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，使制氢系统进入闲置模式，避免电解槽频繁关机，从而减少电解槽关机次数，通过控制电解槽的电压，抑制反向电流大小和反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性。
与上述本发明实施例图2示出的一种制氢系统控制方法相对应，本发明实施例还对应提供了一种制氢系统，如图7所示，该制氢系统包括：控制器、制氢电源、电解槽和气液分离及纯化系统。
制氢电源的输出端与电解槽的输入端连接。
电解槽的输出端与气液分离及纯化系统连接。
控制器分别与制氢电源、电解槽和气液分离及纯化系统相连，并执行上述任一项所述的制氢系统控制方法。
其中，制氢电源为制氢系统提供制氢的能量，制氢电源包括供电电源和相应的变换器，其中，供电电源可以为电网，也可以为风电电源、光伏电源等。
优选的，制氢电源还可以包括储能电池，使制氢电源的输出更为平滑和稳定。
优选的，控制器通过通信报文的方式获取制氢系统的氢氧浓度以及相关系统参数值。
优选的，电解槽可以为碱性电解槽或者PEM(Proton Exchange Membrane，质子交换膜)电解槽，具体依据实际需要确定，本发明在此不做限定。
优选的，基于上述图7示出的制氢系统，结合图7，如图8所示，该制氢系统还进一步设置了外加电源。
外加电源连接于制氢电源的输出端与电解槽的输入端之间。
外加电源用于为制氢系统提供制氢的能量。
需要说明的是，该外加电源是可选配置，根据实际情况可配置、可不配置。
优选的，外加电源包括电源变换器。
基于本发明实施例提供的一种制氢系统，在控制器执行上述任一项所述的制氢系统控制方法的过程中，当氢中氧浓度超标，且氧中氢浓度未达标时，使制氢系统进入闲置模式，避免电解槽频繁关机，从而减少电解槽关机次数，通过控制电解槽的电压，抑制反向电流大小和反向电流腐蚀，提高电解槽耐久性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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。
在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“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。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精神或范围的情况下，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)
1.一种制氢系统控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在制氢系统正常运行过程中，获取所述制氢系统的氢氧浓度，所述氢氧浓度包括氢中氧浓度和氧中氢浓度；
当所述氢中氧浓度超标，且所述氧中氢浓度未达标时，控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式；
根据所述制氢系统在所述闲置模式下的运行时间，控制所述制氢系统由所述闲置模式转换为关机模式，以控制电解槽关机；
在所述电解槽的输入电参数降低至零后，对所述电解槽进行电压控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述氢中氧浓度超标，且所述氧中氢浓度未达标时，控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式，包括：
当所述氢中氧浓度大于第一预设氢氧浓度阈值，且所述氧中氢浓度小于第二预设氢氧浓度阈值时，确定所述氢中氧浓度超标，且所述氧中氢浓度未达标，并确定所述制氢系统满足预设闲置模式转换条件；
控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式，包括：
控制所述制氢系统正常运行，并控制所述制氢系统将电解槽产生的氢气放空。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述制氢系统在所述闲置模式下的运行时间，控制所述制氢系统由所述闲置模式转换为关机模式，以控制电解槽关机，包括：
控制所述制氢系统在所述闲置模式下正常运行；
获取所述制氢系统在所述闲置模式下的正常运行时间；
当所述正常运行时间大于或等于预设闲置时间时，确定所述制氢系统满足预设关机模式转换条件；
控制所述制氢系统由所述闲置模式转换为关机模式，以控制所述电解槽关机。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述控制所述制氢系统由当前的工作模式转换为闲置模式之后，还包括：
控制所述制氢系统在所述闲置模式下正常运行；
当所述氧中氢浓度大于或等于第三预设氢氧浓度阈值时，确定所述制氢系统满足所述预设关机模式转换条件；
控制所述制氢系统由所述闲置模式转换为所述关机模式，以控制所述电解槽关机。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述电解槽的输入电参数降低至零后，对所述电解槽进行电压控制，包括：
获取所述电解槽的输入电参数；
在所述电解槽的输入电参数降低至零后，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，以对所述电解槽进行电压控制，使所述电解槽的电压缓慢下降；
根据所述电解槽的电压和所述电解槽的电压控制时间，控制所述制氢电源或所述外加电源关机。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取所述电解槽的输入电参数，包括：
获取所述电解槽的输入电流和/或输入功率；
相应的，所述在所述电解槽的输入电参数降低至零后，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，以对所述电解槽进行电压控制，使所述电解槽的电压缓慢下降，包括：
当所述输入电流和/或所述输入功率降低至零后，控制制氢电源或外加电源进入电压控制模式，以对所述电解槽进行电压控制，使所述电解槽的电压缓慢下降。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述电解槽的电压和所述电解槽的电压控制时间，控制所述制氢电源或所述外加电源关机，包括：
当所述电解槽的电压下降至预设电压，且对所述电解槽的电压控制时间达到预设控制时间时，控制所述制氢电源或所述外加电源关机。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述当控制所述电解槽的电压下降至预设电压，且对所述电解槽的电压控制时间达到预设控制时间时，控制所述制氢电源或所述外加电源关机，包括：
获取所述电解槽的电压和对所述电解槽的电压控制时间；
当所述电解槽的电压小于预设电压，且对所述电解槽的电压控制时间大于预设控制时间时，控制所述制氢电源或所述外加电源退出所述电压控制模式，并控制所述制氢电源或所述外加电源关机。
10.一种制氢系统，其特征在于，包括：控制器、制氢电源和电解槽；
所述制氢电源的输出端与所述电解槽的输入端连接；
所述控制器分别与所述制氢电源和所述电解槽相连，所述控制器用于执行权利要求1-9任一项所述的制氢系统控制方法。
11.根据权利要求10所述的制氢系统，其特征在于，还包括：外加电源；所述外加电源连接于所述制氢电源的输出端与所述电解槽的输入端之间。
12.根据权利要求11所述的制氢系统，其特征在于，所述外加电源包括电源变换器。
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| CN202310457351.4A CN116411313A (zh) | 2023-04-25 | 2023-04-25 | 制氢系统及其控制方法 |
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|---|---|---|---|---|
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