CN116525882B - 燃料电池及其水管理系统的控制方法、装置和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池的水管理系统的控制方法、装置、燃料电池和存储介质，该方法包括：在燃料电池的水管理系统进入运行状态之后，控制第一水箱处于满水状态，并根据第二水箱中的液位高度，控制引射器的吸引喷射水量；根据燃料电池的欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制阳极水管理子系统的运行状态，并控制阴极水管理子系统的运行状态。该方案，通过基于电堆的欧姆阻抗、阴极反应气体入口温度、阴极反应气体出入口压力，控制阳极水管理子系统和阴极水管理子系统的运行过程，避免燃料电池发生膜脱水和水淹。

Description

燃料电池及其水管理系统的控制方法、装置和存储介质
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池的水管理系统的控制方法、装置、燃料电池和存储介质，尤其涉及一种基于引射器和阴极尾气循环的燃料电池的水管理系统的控制方法、装置、燃料电池和存储介质。
背景技术
风、光等新能源发电具有不可控的缺点，通过电解水制氢的方式将新能源的电能储存起来是一种非常好的解决办法。因此，各国大力发展氢能应用场景。其中，燃料电池可通过电化学反映将氢气的化学能直接转换为电能，由于不经过燃烧，不受卡诺循环的限制，具有能量转换效率高的显著优点，将广泛运用于各种机械设备。
但是，在燃料电池的电解水制氢过程中，会发生燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，不仅影响燃料电池的输出性能，还影响燃料电池的使用寿命。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种燃料电池的水管理系统的控制方法、装置、燃料电池和存储介质，以解决在燃料电池的电解水制氢过程中，会发生燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，不仅影响燃料电池的输出性能，还影响燃料电池的使用寿命的问题，达到通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和阴极水管理子系统，基于阳极水管理子系统中电堆的欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，控制阳极水管理子系统和阴极水管理子系统的运行过程，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，有利于提升燃料电池的输出性能，并延长燃料电池的使用寿命的效果。
本发明提供一种燃料电池的水管理系统的控制方法中，所述燃料电池，具有电堆；所述燃料电池的水管理系统，包括：阳极水管理子系统和阴极水管理子系统；其中，所述阳极水管理子系统，包括：减压阀、引射器、汽水分离器、第一水箱、第二水箱和水泵；所述减压阀和所述引射器，依次设置在高压气源与所述电堆之间；所述汽水分离器，设置在所述电堆与大气之间；所述第一水箱，与所述汽水分离器连通；所述第二水箱，与所述引射器与所述电堆之间的管路连通；所述水泵，设置在所述第一水箱与所述第二水箱之间；所述阴极水管理子系统，包括：空压机、中冷器、组合阀、电磁阀和冷却水系统；所述空压机、所述中冷器和所述组合阀，依次设置在空气与所述电堆之间；所述冷却水系统与所述中冷器相连通；所述电磁阀与所述组合阀相连通；所述燃料电池的水管理系统的控制方法，包括：在所述燃料电池的水管理系统进入运行状态之后，获取所述第二水箱中的液位高度；获取所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗；获取所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度；获取所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力；并获取所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力；根据所述第一水箱是否为满水状态，控制所述燃料电池的阳极尾气回收的水的排放方式；并根据所述第二水箱中的液位高度，控制所述引射器的吸引喷射水量；根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
在一些实施方式中，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：确定设定时间内所述燃料电池的欧姆阻抗的变化率，作为所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率；若所述燃料电池的欧姆阻抗大于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率大于预设的标定阻抗随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵开启以使所述第二水箱充水至满水状态，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀开启以使至少部分湿润的反应气体回流至所述组合阀中，调节所述冷却水系统的水泵功率以降低从所述中冷器中流出的反应气体的温度。
在一些实施方式中，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；若所述燃料电池的欧姆阻抗小于或等于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差小于或等于预设的标定压差，则确定所述燃料电池处于预设的充分湿润状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差、所述燃料电池的工作电流密度、以及所述第二水箱的液位高度，确定所述引射器的当前吸引喷射水量，并调节所述引射器按所述引射器的当前引射水流量工作；调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度与预设的工作温度相同。
在一些实施方式中，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；并确定设定时间内所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差的变化率，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率；若所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差大于预设的标定压差，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率大于预设的标定压差随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的水淹状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵关闭，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀关闭，调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度高于预设的工作温度且不超过预设的最高温度。
在一些实施方式中，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：在控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态之后，延时设定时长之后，返回，以重新根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种燃料电池的水管理系统的控制装置中，所述燃料电池，具有电堆；所述燃料电池的水管理系统，包括：阳极水管理子系统和阴极水管理子系统；其中，所述阳极水管理子系统，包括：减压阀、引射器、汽水分离器、第一水箱、第二水箱和水泵；所述减压阀和所述引射器，依次设置在高压气源与所述电堆之间；所述汽水分离器，设置在所述电堆与大气之间；所述第一水箱，与所述汽水分离器连通；所述第二水箱，与所述引射器与所述电堆之间的管路连通；所述水泵，设置在所述第一水箱与所述第二水箱之间；所述阴极水管理子系统，包括：空压机、中冷器、组合阀、电磁阀和冷却水系统；所述空压机、所述中冷器和所述组合阀，依次设置在空气与所述电堆之间；所述冷却水系统与所述中冷器相连通；所述电磁阀与所述组合阀相连通；所述燃料电池的水管理系统的控制装置，包括：获取单元，被配置为在所述燃料电池的水管理系统进入运行状态之后，获取所述第二水箱中的液位高度；获取所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗；获取所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度；获取所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力；并获取所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力；控制单元，被配置为根据所述第一水箱是否为满水状态，控制所述燃料电池的阳极尾气回收的水的排放方式；并根据所述第二水箱中的液位高度，控制所述引射器的吸引喷射水量；所述控制单元，还被配置为根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：确定设定时间内所述燃料电池的欧姆阻抗的变化率，作为所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率；若所述燃料电池的欧姆阻抗大于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率大于预设的标定阻抗随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，所述控制单元，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵开启以使所述第二水箱充水至满水状态，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀开启以使至少部分湿润的反应气体回流至所述组合阀中，调节所述冷却水系统的水泵功率以降低从所述中冷器中流出的反应气体的温度。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；若所述燃料电池的欧姆阻抗小于或等于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差小于或等于预设的标定压差，则确定所述燃料电池处于预设的充分湿润状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，所述控制单元，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差、所述燃料电池的工作电流密度、以及所述第二水箱的液位高度，确定所述引射器的当前吸引喷射水量，并调节所述引射器按所述引射器的当前引射水流量工作；调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度与预设的工作温度相同。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；并确定设定时间内所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差的变化率，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率；若所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差大于预设的标定压差，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率大于预设的标定压差随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的水淹状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，所述控制单元，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵关闭，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀关闭，调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度高于预设的工作温度且不超过预设的最高温度。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：在控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态之后，延时设定时长之后，返回，以重新根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种燃料电池，包括：以上所述的燃料电池的水管理系统的控制装置。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的燃料电池的水管理系统的控制方法。
由此，本发明的方案，通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和燃料电池的阴极水管理子系统，构成燃料电池的水管理系统；其中，阳极水管理子系统，包括：设置在高压气源与大气之间的减压阀、引射器、电堆和汽水分离器，设置第一水箱、第二水箱和水泵，水泵设置在第一水箱与第二水箱之间，第一水箱与汽水分离器连通，第二水箱连通至引射器与电堆之间；阴极水管理子系统，包括：设置在空气与电堆之间的空压机、中冷器和组合阀，中冷器与冷却水系统相匹配设置，组合阀与电磁阀相匹配设置；在燃料电池的水管理系统开始工作的情况下，获取燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，根据燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，确定燃料电池当前所处的水量状态，并对阳极水管理子系统和阴极水管理子系统执行对应的控制方式，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的现象，从而，通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和阴极水管理子系统，基于阳极水管理子系统中电堆的欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，控制阳极水管理子系统和阴极水管理子系统的运行过程，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，有利于提升燃料电池的输出性能，并延长燃料电池的使用寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的燃料电池的水管理系统的控制方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明的方法中根据所述燃料电池的欧姆阻抗控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的一实施例的流程示意图；
图3为本发明的方法中根据所述燃料电池的欧姆阻抗和所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的一实施例的流程示意图；
图4为本发明的方法中根据所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的一实施例的流程示意图；
图5为本发明的燃料电池的水管理系统的控制装置的一实施例的结构示意图；
图6为燃料电池阳极水管理子系统的一实施的结构示意图；
图7为燃料电池阴极水管理子系统的一实施的结构示意图；
图8为燃料电池的水管理系统的控制方法的一实施例的流程示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
102-获取单元；104-控制单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
考虑到，燃料电池运行过程中需要进行良好的水管理。一方面，燃料电池中的质子需要结合水分子才能进行传导，燃料电池中的质子交换膜需要充分的润湿才能保证低阻抗，降低欧姆损失。另一方面，质子交换膜燃料电池（PEMFC）阴极反应过程中会生成水分，不恰当的水管理会造成阴极内液态水的积聚，导致燃料电池发生水淹现象，这会显著增加燃料电池的浓差极化阻抗，降低其性能，严重时甚至导致反极工况的发生并可能导致爆炸事故。因而，燃料电池的水管理应良好平衡燃料电池内部膜干脱水和水淹的矛盾，这对提升燃料电池的性能和寿命具有非常重要的意义。
一些方案提出了一种燃料电池电堆阳极水管理子系统及其控制方法，在阳极设置第一氢气流通口、第二氢气流通口以及在阴极设置了空气进口和空气出口，该专利控制系统包括设置在第一氢气流通口处的第一电磁阀、设置在第二氢气流通口处且并联设置的第二电磁阀和第三电磁阀。其中，第二电磁阀与氢气源相连，第一和第三电磁阀同时开启或关闭，且第二电磁阀和第三电磁阀最多只有一个是开启的。该方案能够提升燃料电池阳极内的水分布均匀性，从而增加其可靠性和寿命，但是该方案造成了氢气消耗量的增加且燃料电池阴阳极水管理为一个整体，单独考虑难以在工程中产生明显的水管理优化效果。
还有一些方案提出了一种燃料电池水管理方法及系统，该方法通过燃料电池电堆的欧姆电阻对电堆内部状态进行干湿判断，并根据干湿状态进行处理，从而提升燃料电池的使用寿命；但是，当燃料电池处于水淹工况时，该方案提供的方法难以产生有益效果。
还有一些方案提出了一种燃料电池的水管理系统及其控制方法。该系统包括增湿器、电堆、储水装置、燃料电池控制器、用于检测增湿器出口气流湿度的第一检测装置。其中，电堆的回流出气口与增湿器的湿侧进口之间设置有第一回流管路；加热装置用于对储水装置中的存水进行加热，储水装置的水蒸汽出口通过第二回流管与增湿器进口相接；加热装置与第一检测装置均与燃料电池控制信号相接，以通过控制增湿器的出口气流湿度控制加入加热装置的工作状态。该方案尽管优化了燃料电池的水管理，但增加了加湿器，增加了系统成本。
还有一些方案提出了一种燃料电池的水管理系统。该系统包括PEMFC模块、氢气供应一路、第一加湿装置、第一储液装置、第一尾气排出通道、氢气供应二路、第三储液装置、第二尾气排出通道、空气供应装置、第二加湿装置、第二储液装置、空气供应一路、第三尾气排出通道、第四储液装置、第四尾气排出通道和空气供应二路。通过控制气体流动方向，实现供气方向的转换，使电堆内水分布均匀。该方法可将尾气导入加湿罐中与新鲜气体混合，实现气体的自增湿。该方案能有效提升电堆的性能，变相供气解决了燃料电池内水分布不均的问题，同时解决了气体出口处易发生水淹导致传质困难使电堆整体性能下降的问题。但是该方案系统复杂，且在气体流向转换过程中容易导致燃料电池电堆发生缺气的不利工况，可操作性不强。
因此，本发明的方案提出了一种燃料电池的水管理系统的控制方法，基于引射器和阴极尾气循环进行燃料电池的水管理系统的设计，减少了氢循环泵和增湿器等部件，能够将燃料电池的质子交换膜保持在充分润湿的状态，从而避免了燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，不仅能够提升燃料电池的输出性能，还能延长燃料电池的使用寿命。
根据本发明的实施例，提供了一种燃料电池的水管理系统的控制方法，如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。所述燃料电池，具有电堆（即电池堆）；所述燃料电池的水管理系统，包括：阳极水管理子系统和阴极水管理子系统；其中，所述阳极水管理子系统，包括：减压阀、引射器、汽水分离器、第一水箱、第二水箱和水泵，第一水箱如水箱1，第二水箱如水箱2；所述减压阀和所述引射器，依次设置在高压气源与所述电堆之间；所述汽水分离器，设置在所述电堆与大气之间；所述第一水箱，与所述汽水分离器连通；所述第二水箱，与所述引射器与所述电堆之间的管路连通；所述水泵，设置在所述第一水箱与所述第二水箱之间；所述阴极水管理子系统，包括：空压机、中冷器、组合阀、电磁阀和冷却水系统；所述空压机、所述中冷器和所述组合阀，依次设置在空气与所述电堆之间；所述冷却水系统与所述中冷器相连通；所述电磁阀与所述组合阀相连通。因为燃料电池水管理显著影响其寿命、运行稳定性和性能，所以，本发明的方案，将阴极电堆尾气回流至组合阀中与新鲜空气混合，避免了精简加湿器后可能出现的燃料电池内部入口区域极度干燥导致性能降低的工况。其中，在空气供给系统中使用的组合阀，是带有两个入口和一个出口的阀门，该阀门的一个入口通入新鲜空气，该阀门的另一个入口与阴极电堆尾气相连，通过调节该阀门内运动部件的相对开度，可调节新鲜空气和阴极电堆尾气的进气量。故而，该燃料电池的水管理系统架构还需配备配套的控制策略以使燃料电池的运行更为稳定、性能更好、寿命更长。因此，本发明的方案还提出了一种基于引射器的燃料电池的水管理系统架构的控制方法，通过使用该燃料电池的水管理系统架构的控制方法，能够精简氢气循环泵和增湿器等部件，从而达到减少燃料电池的水管理系统的成本，降低燃料电池的水管理系统的数据采集量，响应迅速并使燃料电池运行得更好。所述燃料电池的水管理系统的控制方法，包括：步骤S110至步骤S130。
在步骤S110处，在所述燃料电池的水管理系统进入运行状态之后，获取所述第二水箱中的液位高度，如水箱2中液位高度为h；获取所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗，如内阻测试仪实时监测返回的燃料电池欧姆阻抗R；获取所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度，如燃料电池的阴极反应气体入口温度Ti；获取所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力，如燃料电池的阴极入口压力传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体入口压力Pi；并获取所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力，如燃料电池的阴极出口传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体出口压力Po。
具体地，所述阳极水管理子系统，还包括：内阻测试仪和液位传感器；其中，所述内阻测试仪，用于检测所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗，如内阻测试仪实时监测返回的燃料电池欧姆阻抗R；所述液位传感器，用于检测所述第二水箱的液位高度。图6为燃料电池阳极水管理子系统的一实施的结构示意图，如图6所示，燃料电池阳极水管理子系统，包括：高压气源、减压阀、引射器、电堆、内阻测试仪、汽水分离器、水泵、水箱1、水箱2和液位传感器。高压气源、减压阀、引射器、电堆和汽水分离器依次设置，汽水分离器与大气连通。内阻测试仪用于测试电堆的内阻。水泵设置在水箱1与水箱2之间，水箱1与汽水分离器连通，水箱2连通至引射器与电堆之间。液位传感器与水箱2配合设置。
所述阴极水管理子系统，还包括：温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器；其中，所述温度传感器，用于检测所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度，如燃料电池的阴极反应气体入口温度Ti；所述第一压力传感器，用于检测所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力，如燃料电池的阴极入口压力传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体入口压力Pi；所述第二压力传感器，用于检测所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力，如燃料电池的阴极出口传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体出口压力Po。图7为燃料电池阴极水管理子系统的一实施的结构示意图，在图7中，Ti为安装在燃料电池入口处的高精度温度传感器，该温度传感器得到的反应气体入口温度和压力也用Ti表示。Pi为安装在燃料电池入口处的压力传感器，得到的反应气体入口压力也用Pi表示。Po为安装在燃料电池出口处的高精度压力传感器，得到的反应气体出口压力也用Po表示。如图7所示，燃料电池阴极水管理子系统，包括：依次设置的空压机、中冷器、组合阀和电堆，空压机能够与空气连通，电堆能够与大气连通。电磁阀与组合阀配合设置，冷却水系统与中冷器配合设置，温度传感器和入口压力传感器设置在组合阀与电堆之间。出口压力传感器设置在电堆与大气之间，且与电磁阀配合设置。其中，燃料电池的阴阳极进出口的压差ΔP=Pi-Po。
参见图6和图7所示的例子，本发明的方案提出的一种基于引射器的燃料电池的水管理系统架构，精简了相关方案中的阴极增湿器，增加了阳极水箱，利用引射器的强大吸力将水箱内的水抽吸喷射进入燃料电池内润湿质子交换膜，并传导质子，这种结构会产生两个好处：1）减少燃料电池的水管理系统的成本；因为增湿器的成本会大于水箱和水泵之和；2）更好地对燃料电池进行水管理。因为燃料电池阴极会生成水，如果对阴极反应气体的水进行加湿处理，那么会导致通入反应气体的吸湿能力减弱，降低燃料电池的水排出能力，增加水淹机率。
在步骤S120处，根据所述第一水箱是否为满水状态，控制所述燃料电池的阳极尾气回收的水的排放方式；并根据所述第二水箱中的液位高度，控制所述引射器的吸引喷射水量。其中，根据所述第一水箱是否为满水状态控制所述燃料电池的阳极尾气回收的水的排放方式，包括：所述第一水箱的作用是储存所述燃料电池的阳极尾气回收的水，可能其存在不是满水的状态，当其是满水状态时，所述燃料电池的阳极尾气经过汽水分离器回收的水直接排出；当其不是满水状态时，所述燃料电池的阳极尾气经过汽水分离器回收的水送入第一水箱储存直至其满水。因为第二水箱中的液位高度与吸引喷射水量可以建立函数关系，所以，在根据所述第二水箱中的液位高度，控制所述引射器的吸引喷射水量时，需要根据内阻测试仪测试的内阻决定引射器的吸引喷射水量，并据此决定第二水箱的液位高度。其中，水箱1的控制方式是始终向保持满水状态的方向控制，水箱2的水量与电堆所处运行状态有关，使用液位传感器获得的水箱2中液位高度为h，并建立储水箱（即水箱2）的液态高度h与引射器的吸引喷射水量Q的函数：Q=f(h)。
在步骤S130处，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。具体地，所述燃料电池的水管理系统，还包括：水处理控制单元104；所述水处理控制单元104，用于结合所述燃料电池的欧姆阻抗和所述第二水箱的液位高度，控制所述阳极水管理子系统的运行状态。所述水处理控制单元104，还用于结合所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力、所述燃料电池的阴极反应气体出口压力和所述第二水箱的液位高度，控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
具体地，图8为燃料电池的水管理系统的控制方法的一实施例的流程示意图。在图8中，R表示内阻测试仪实时监测返回的燃料电池欧姆阻抗，Rlow表示燃料电池标定阻抗，Phigh为燃料电池标定压差，S1表示标定的燃料电池欧姆阻抗R随时间的变化速率；S3表示燃料电池标定压差Phigh随时间的变化速率；t表示延时函数进行的延时时间。延时函数是：当控制系统对燃料电池的工作状态进行判断后，该函数便会被触发并处于计时状态，此时整个系统对燃料电池处于某一状态的判定不会改变直至设定时长t结束；当该延时函数结束后，控制系统才会基于搜集的信息重新对燃料电池工作状态进行判断；设置这个函数的目的，是避免水管理系统中各控制部件频繁动作导致的运行不稳定。如图8所示，燃料电池的水管理系统的控制方法，包括：
步骤1、当设备启动后，燃料电池的水管理系统便自动进入运行状态，之后执行步骤2。其中，该设备，一般是功率需求设备，如燃料电池汽车。
步骤2、水处理控制单元104接收内阻测试仪实时监测的电堆欧姆阻抗R、燃料电池的阴极反应气体入口温度Ti和燃料电池的阴极入口压力传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体入口压力Pi、以及燃料电池的阴极出口传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体出口压力Po，之后，选择性地执行步骤3、步骤4和步骤5中任一步骤，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
本发明的方案，立足于燃料电池的阴阳极内部的水传输机理，提出的一种燃料电池的水管理系统的控制方法，基于引射器和阴极尾气循环进行燃料电池的水管理系统的设计，减少了氢循环泵和增湿器等部件，降低了系统成本，还降低了系统复杂度和数据采用量，加快了系统响应速度；该方法，能够保证燃料电池的质子交换膜保持在充分润湿的良好工作状态，避免质子交换膜脱水或电堆内部水淹导致的不利现象，从而避免了燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，不仅能够提升燃料电池的输出性能，还能延长燃料电池的使用寿命。
在一些实施方式中，步骤S130中根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的第一过程。
下面结合图2所示本发明的方法中根据所述燃料电池的欧姆阻抗控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S130中根据所述燃料电池的欧姆阻抗控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的具体过程，包括：步骤S210至步骤S220。
步骤S210，确定设定时间内所述燃料电池的欧姆阻抗的变化率，作为所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率，如实际测试的燃料电池的欧姆阻抗R随时间的变化率R’。
步骤S220，若所述燃料电池的欧姆阻抗大于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率大于预设的标定阻抗随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内，之后，延时返回，以继续根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
其中，步骤S220中控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵开启以使所述第二水箱充水至满水状态，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀开启以使至少部分湿润的反应气体回流至所述组合阀中，调节所述冷却水系统的水泵功率以降低从所述中冷器中流出的反应气体的温度。
具体地，如图8所示，燃料电池的水管理系统的控制方法，还包括：步骤3、因为燃料电池的欧姆阻抗R是燃料电池内部水含量λ的函数，故而燃料电池的欧姆阻抗R可以表示燃料电池内部水含量的状态。当实际测试的燃料电池的欧姆阻抗R＞标定阻抗Rlow，或者实际测试的燃料电池的欧姆阻抗R随时间的变化率R’＞标定的欧姆阻抗随时间的变化率S1，则表明燃料电池进入干燥脱水状态，此时水管理系统进入可执行状态1。
可执行状态1包括：1）打开阳极水管理子系统中的水泵给水箱2充至满水状态、以使引射器通过引射作用带入的水量最大；2）打开阴极水管理子系统中与组合阀相连的电磁阀，使部分润湿的反应气体回流进入组合阀中，加湿电堆入口反应气体；3）调节冷却水系统的水泵功率，降低从中冷器流出的反应气体温度，也即电堆入口的反应气体温度，降低反应气体的吸湿能力。其中，水泵的输入功率不同，换热流体在管道中的流速不同，因而换热量也不同，从而控制电堆入口的反应气体温度。比如：工况1：输入水泵功率1000W，换热流体流速4m/s，换热量200W，反应气体入口温度85℃；工况1：输入水泵功率2000W，换热流体流速6m/s，换热量380W，反应气体入口温度80℃。
在一些实施方式中，步骤S130中根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗和所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的第二过程。
下面结合图3所示本发明的方法中根据所述燃料电池的欧姆阻抗和所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S130中根据所述燃料电池的欧姆阻抗和所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的具体过程，包括：步骤S310至步骤S320。
步骤S310，确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差，如燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP。
步骤S320，若所述燃料电池的欧姆阻抗小于或等于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差小于或等于预设的标定压差，则确定所述燃料电池处于预设的充分湿润状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内，之后，延时返回，以继续根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
其中，步骤S320中控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差、所述燃料电池的工作电流密度、以及所述第二水箱的液位高度，确定所述引射器的当前吸引喷射水量，并调节所述引射器按所述引射器的当前引射水流量工作；调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度与预设的工作温度相同。
具体地，如图8所示，燃料电池的水管理系统的控制方法，还包括：步骤4、根据燃料电池的欧姆阻抗R随内部水含量变化的性质，当实际测试的欧姆阻抗R＜标定阻抗Rlow时，表明燃料电池已经脱离干燥脱水的状态，由于燃料电池在未处于脱水状态时，燃料电池的欧姆阻抗R随内部水含量的变化不再明显，故而需要引入另一变量ΔP（即燃料电池的阴极反应气体进出口压差）描述燃料电池内部水流态的变化。燃料电池内积水越严重，燃料电池的阴极反应气体进出口压差ΔP越大，记燃料电池发生水淹积水时标定压差的标定压差为Phigh，则当实际测试的燃料电池的欧姆阻抗R＜标定阻抗Rlow、且阴极进出口压差ΔP小于标定压差Phigh时，表明燃料电池进入内部良好润湿的正常工作状态，此时水管理系统进入可执行状态2。
可执行状态2包括：1）通过实时监测的燃料电池阻抗R、阴阳极出口压差ΔP和燃料电池工作电流密度，综合计算得出引射器的引射水流量Q、水箱2的液位高度h；其中，引射器的水流量Q可表示成燃料电池阻抗、阴阳极出口压力和燃料电池工作电流的三元函数，该函数通过理论计算和实验标定；在控制系统的实际运行中，通过收集到的相关数据就可计算出引射器的水流量Q。2）关闭阴极水管理子系统的电磁阀；3）调节冷却水系统的水泵功率使燃料电池反应气体入口温度与工作温度一致，通过不断调节水泵输入功率，便可使燃料电池反应气体的入口温度与工作温度一致。
在一些实施方式中，步骤S130中根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：根据所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的第三过程。
下面结合图4所示本发明的方法中根据所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S130中根据所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的具体过程，包括：步骤S410至步骤S420。
步骤S410，确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差，如燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP；并确定设定时间内所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差的变化率，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率，如燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP随时间的增长速率ΔP’。
步骤S420，若所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差大于预设的标定压差，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率大于预设的标定压差随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的水淹状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内，之后，延时返回，以继续根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
其中，步骤S420中控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵关闭，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀关闭，调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度高于预设的工作温度且不超过预设的最高温度。
具体地，如图8所示，燃料电池的水管理系统的控制方法，还包括：步骤5、当燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP＞标定压差Phigh，或燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP随时间的增长速率ΔP’＞标定的压差随时间的变化率，表明燃料电池内部进入水淹积水的工作状态，此时水管理系统进入可执行状态3。
可执行状态3包括：1）关闭阳极水管理子系统水泵；2）关闭阴极水管理子系统电磁阀；3）调节冷却水系统水泵功率使燃料电池反应气体入口温度高于燃料电池工作温度T1℃但不应超过最高温度T2℃，以保证系统运行安全。当水淹发生时，空气入口温度Ti与阴阳极压差ΔP可用函数关系Ti=f2(ΔP)刻画。
在一些实施方式中，步骤S130中根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：延时循环控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的过程，具体如下：在控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态之后，延时设定时长之后，返回，以重新根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
具体地，参见图8所示的例子，为避免水管理系统中各控制部件频繁工作导致的运行不稳定，燃料电池进入某一状态后基于延迟函数稳定运行t秒后进行下一状态的判定与进入。例如：在可执行状态1后，延时t秒后返回步骤2；在可执行状态2后，延时t秒返回步骤2；在可执行状态3后，延时t秒返回步骤2。
本发明的方案，基于引射器和阴极尾气循环进行燃料电池的水管理系统的设计，减少了氢循环泵和增湿器等部件，能够将系统成本减少约2%，并降低了系统复杂度和数据采样量，从而加快了系统响应速度；此外，还能够保证燃料电池内的质子交换膜保持在充分润湿的良好工作状态，避免质子交换膜脱水或电堆内部水淹导致的不利现象，从而预计提升性能约8%并延长使用寿命约10%。
采用本实施例的技术方案，通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和燃料电池的阴极水管理子系统，构成燃料电池的水管理系统；其中，阳极水管理子系统，包括：设置在高压气源与大气之间的减压阀、引射器、电堆和汽水分离器，设置第一水箱、第二水箱和水泵，水泵设置在第一水箱与第二水箱之间，第一水箱与汽水分离器连通，第二水箱连通至引射器与电堆之间；阴极水管理子系统，包括：设置在空气与电堆之间的空压机、中冷器和组合阀，中冷器与冷却水系统相匹配设置，组合阀与电磁阀相匹配设置；在燃料电池的水管理系统开始工作的情况下，获取燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，根据燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，确定燃料电池当前所处的水量状态，并对阳极水管理子系统和阴极水管理子系统执行对应的控制方式，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的现象，从而，通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和阴极水管理子系统，基于阳极水管理子系统中电堆的欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，控制阳极水管理子系统和阴极水管理子系统的运行过程，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，有利于提升燃料电池的输出性能，并延长燃料电池的使用寿命。
根据本发明的实施例，还提供了对应于燃料电池的水管理系统的控制方法的一种燃料电池的水管理系统的控制装置。参见图5所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述燃料电池，具有电堆；所述燃料电池的水管理系统，包括：阳极水管理子系统和阴极水管理子系统；其中，所述阳极水管理子系统，包括：减压阀、引射器、汽水分离器、第一水箱、第二水箱和水泵，第一水箱如水箱1，第二水箱如水箱2；所述减压阀和所述引射器，依次设置在高压气源与所述电堆之间；所述汽水分离器，设置在所述电堆与大气之间；所述第一水箱，与所述汽水分离器连通；所述第二水箱，与所述引射器与所述电堆之间的管路连通；所述水泵，设置在所述第一水箱与所述第二水箱之间；所述阴极水管理子系统，包括：空压机、中冷器、组合阀、电磁阀和冷却水系统；所述空压机、所述中冷器和所述组合阀，依次设置在空气与所述电堆之间；所述冷却水系统与所述中冷器相连通；所述电磁阀与所述组合阀相连通。因为燃料电池水管理显著影响其寿命、运行稳定性和性能，所以，本发明的方案，将阴极电堆尾气回流至组合阀中与新鲜空气混合，避免了精简加湿器后可能出现的燃料电池内部入口区域极度干燥导致性能降低的工况。故而，该燃料电池的水管理系统架构还需配备配套的控制策略以使燃料电池的运行更为稳定、性能更好、寿命更长。因此，本发明的方案还提出了一种基于引射器的燃料电池的水管理系统架构的控制装置，通过使用该燃料电池的水管理系统架构的控制装置，能够精简氢气循环泵和增湿器等部件，从而达到减少燃料电池的水管理系统的成本，降低燃料电池的水管理系统的数据采集量，响应迅速并使燃料电池运行得更好。所述燃料电池的水管理系统的控制装置，包括：获取单元102和控制单元104。
其中，所述获取单元102，被配置为在所述燃料电池的水管理系统进入运行状态之后，获取所述第二水箱中的液位高度，如水箱2中液位高度为h；获取所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗，如内阻测试仪实时监测返回的燃料电池欧姆阻抗R；获取所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度，如燃料电池的阴极反应气体入口温度Ti；获取所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力，如燃料电池的阴极入口压力传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体入口压力Pi；并获取所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力，如燃料电池的阴极出口传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体出口压力Po。该获取单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
具体地，所述阳极水管理子系统，还包括：内阻测试仪和液位传感器；其中，所述内阻测试仪，用于检测所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗，如内阻测试仪实时监测返回的燃料电池欧姆阻抗R；所述液位传感器，用于检测所述第二水箱的液位高度。图6为燃料电池阳极水管理子系统的一实施的结构示意图，如图6所示，燃料电池阳极水管理子系统，包括：高压气源、减压阀、引射器、电堆、内阻测试仪、汽水分离器、水泵、水箱1、水箱2和液位传感器。高压气源、减压阀、引射器、电堆和汽水分离器依次设置，汽水分离器与大气连通。内阻测试仪用于测试电堆的内阻。水泵设置在水箱1与水箱2之间，水箱1与汽水分离器连通，水箱2连通至引射器与电堆之间。液位传感器与水箱2配合设置。
所述阴极水管理子系统，还包括：温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器；其中，所述温度传感器，用于检测所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度，如燃料电池的阴极反应气体入口温度Ti；所述第一压力传感器，用于检测所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力，如燃料电池的阴极入口压力传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体入口压力Pi；所述第二压力传感器，用于检测所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力，如燃料电池的阴极出口传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体出口压力Po。图7为燃料电池阴极水管理子系统的一实施的结构示意图，在图7中，Ti为安装在燃料电池入口处的高精度温度传感器，该温度传感器得到的反应气体入口温度和压力也用Ti表示。Pi为安装在燃料电池入口处的压力传感器，得到的反应气体入口压力也用Pi表示。Po为安装在燃料电池出口处的高精度压力传感器，得到的反应气体出口压力也用Po表示。如图7所示，燃料电池阴极水管理子系统，包括：依次设置的空压机、中冷器、组合阀和电堆，空压机能够与空气连通，电堆能够与大气连通。电磁阀与组合阀配合设置，冷却水系统与中冷器配合设置，温度传感器和入口压力传感器设置在组合阀与电堆之间。出口压力传感器设置在电堆与大气之间，且与电磁阀配合设置。其中，燃料电池的阴阳极进出口的压差ΔP=Pi-Po。
参见图6和图7所示的例子，本发明的方案提出的一种基于引射器的燃料电池的水管理系统架构，精简了相关方案中的阴极增湿器，增加了阳极水箱，利用引射器的强大吸力将水箱内的水抽吸喷射进入燃料电池内润湿质子交换膜，并传导质子，这种结构会产生两个好处：1）减少燃料电池的水管理系统的成本；因为增湿器的成本会大于水箱和水泵之和；2）更好地对燃料电池进行水管理。因为燃料电池阴极会生成水，如果对阴极反应气体的水进行加湿处理，那么会导致通入反应气体的吸湿能力减弱，降低燃料电池的水排出能力，增加水淹机率。
所述控制单元104，被配置为根据所述第一水箱是否为满水状态，控制所述燃料电池的阳极尾气回收的水的排放方式；并根据所述第二水箱中的液位高度，控制所述引射器的吸引喷射水量。其中，水箱1始终保持满水状态，水箱2的水量与电堆所处运行状态有关，使用液位传感器获得的水箱2中液位高度为h，并建立储水箱（即水箱2）的液态高度h与引射器的吸引喷射水量Q的函数：Q=f(h)。该控制单元104的具体功能及处理参见步骤S120。
所述控制单元104，还被配置为根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。具体地，所述燃料电池的水管理系统，还包括：水处理控制单元104；所述水处理控制单元104，用于结合所述燃料电池的欧姆阻抗和所述第二水箱的液位高度，控制所述阳极水管理子系统的运行状态。所述水处理控制单元104，还用于结合所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力、所述燃料电池的阴极反应气体出口压力和所述第二水箱的液位高度，控制所述阴极水管理子系统的运行状态。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S130。
具体地，图8为燃料电池的水管理系统的控制装置的一实施例的流程示意图。在图8中，R表示内阻测试仪实时监测返回的燃料电池欧姆阻抗，Rlow表示燃料电池标定阻抗，Phigh为燃料电池标定压差，S1表示标定的燃料电池欧姆阻抗R随时间的变化速率；S3表示燃料电池标定压差Phigh随时间的变化速率；t表示延时函数进行的延时时间。如图8所示，燃料电池的水管理系统的控制装置，包括：
步骤1、当设备启动后，燃料电池的水管理系统便自动进入运行状态，之后执行步骤2。
步骤2、水处理控制单元104接收内阻测试仪实时监测的电堆欧姆阻抗R、燃料电池的阴极反应气体入口温度Ti和燃料电池的阴极入口压力传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体入口压力Pi、以及燃料电池的阴极出口传感器实时监测的燃料电池的阴极反应气体出口压力Po，之后，选择性地执行步骤3、步骤4和步骤5中任一步骤，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
本发明的方案，立足于燃料电池的阴阳极内部的水传输机理，提出的一种燃料电池的水管理系统的控制装置，基于引射器和阴极尾气循环进行燃料电池的水管理系统的设计，减少了氢循环泵和增湿器等部件，降低了系统成本，还降低了系统复杂度和数据采用量，加快了系统响应速度；该方法，能够保证燃料电池的质子交换膜保持在充分润湿的良好工作状态，避免质子交换膜脱水或电堆内部水淹导致的不利现象，从而避免了燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，不仅能够提升燃料电池的输出性能，还能延长燃料电池的使用寿命。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的第一过程，具体如下：
所述控制单元104，具体还被配置为确定设定时间内所述燃料电池的欧姆阻抗的变化率，作为所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率，如实际测试的燃料电池的欧姆阻抗R随时间的变化率R’。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S210。
所述控制单元104，具体还被配置为若所述燃料电池的欧姆阻抗大于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率大于预设的标定阻抗随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内，之后，延时返回，以继续根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S220。
其中，所述控制单元104，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，包括：所述控制单元104，具体还被配置为控制所述阳极水管理子系统的水泵开启以使所述第二水箱充水至满水状态，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀开启以使至少部分湿润的反应气体回流至所述组合阀中，调节所述冷却水系统的水泵功率以降低从所述中冷器中流出的反应气体的温度。
具体地，如图8所示，燃料电池的水管理系统的控制装置，还包括：步骤3、因为燃料电池的欧姆阻抗R是燃料电池内部水含量λ的函数，故而燃料电池的欧姆阻抗R可以表示燃料电池内部水含量的状态。当实际测试的燃料电池的欧姆阻抗R＞标定阻抗Rlow，或者实际测试的燃料电池的欧姆阻抗R随时间的变化率R’＞标定的欧姆阻抗随时间的变化率S1，则表明燃料电池进入干燥脱水状态，此时水管理系统进入可执行状态1。
可执行状态1包括：1）打开阳极水管理子系统中的水泵给水箱2充至满水状态、以使引射器通过引射作用带入的水量最大；2）打开阴极水管理子系统中与组合阀相连的电磁阀，使部分润湿的反应气体回流进入组合阀中，加湿电堆入口反应气体；3）调节冷却水系统的水泵功率，降低从中冷器流出的反应气体温度，也即电堆入口的反应气体温度，降低反应气体的吸湿能力。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗和所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的第二过程，具体如下：
所述控制单元104，具体还被配置为确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差，如燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S310。
所述控制单元104，具体还被配置为若所述燃料电池的欧姆阻抗小于或等于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差小于或等于预设的标定压差，则确定所述燃料电池处于预设的充分湿润状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内，之后，延时返回，以继续根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S320。
其中，所述控制单元104，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，包括：所述控制单元104，具体还被配置为根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差、所述燃料电池的工作电流密度、以及所述第二水箱的液位高度，确定所述引射器的当前吸引喷射水量，并调节所述引射器按所述引射器的当前引射水流量工作；调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度与预设的工作温度相同。
具体地，如图8所示，燃料电池的水管理系统的控制装置，还包括：步骤4、根据燃料电池的欧姆阻抗R随内部水含量变化的性质，当实际测试的欧姆阻抗R＜标定阻抗Rlow时，表明燃料电池已经脱离干燥脱水的状态，由于燃料电池在未处于脱水状态时，燃料电池的欧姆阻抗R随内部水含量的变化不再明显，故而需要引入另一变量ΔP（即燃料电池的阴极反应气体进出口压差）描述燃料电池内部水流态的变化。燃料电池内积水越严重，燃料电池的阴极反应气体进出口压差ΔP越大，记燃料电池发生水淹积水时标定压差的标定压差为Phigh，则当实际测试的燃料电池的欧姆阻抗R＜标定阻抗Rlow、且阴极进出口压差ΔP小于标定压差Phigh时，表明燃料电池进入内部良好润湿的正常工作状态，此时水管理系统进入可执行状态2。
可执行状态2包括：1）通过实时监测的燃料电池阻抗R、阴阳极出口压差ΔP和燃料电池工作电流密度，综合计算得出引射器的引射水流量Q、水箱2的液位高度h；2）关闭阴极水管理子系统的电磁阀；3）调节冷却水系统的水泵功率使燃料电池反应气体入口温度与工作温度一致。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：根据所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的第三过程，具体如下：
所述控制单元104，具体还被配置为确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差，如燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP；并确定设定时间内所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差的变化率，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率，如燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP随时间的增长速率ΔP’。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S410。
所述控制单元104，具体还被配置为若所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差大于预设的标定压差，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率大于预设的标定压差随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的水淹状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内，之后，延时返回，以继续根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S420。
其中，所述控制单元104，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，包括：所述控制单元104，具体还被配置为控制所述阳极水管理子系统的水泵关闭，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀关闭，调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度高于预设的工作温度且不超过预设的最高温度。
具体地，如图8所示，燃料电池的水管理系统的控制装置，还包括：步骤5、当燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP＞标定压差Phigh，或燃料电池监测的阴阳极出口压差ΔP随时间的增长速率ΔP’＞标定的压差随时间的变化率，表明燃料电池内部进入水淹积水的工作状态，此时水管理系统进入可执行状态3。
可执行状态3包括：1）关闭阳极水管理子系统水泵；2）关闭阴极水管理子系统电磁阀；3）调节冷却水系统水泵功率使燃料电池反应气体入口温度高于燃料电池工作温度T1℃但不应超过最高温度T2℃，以保证系统运行安全。当水淹发生时，空气入口温度Ti与阴阳极压差ΔP可用函数关系Ti=f2(ΔP)刻画。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：延时循环控制所述燃料电池的水管理系统的运行状态的过程，具体如下：所述控制单元104，具体还被配置为在控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态之后，延时设定时长之后，返回，以重新根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
具体地，参见图8所示的例子，为避免水管理系统中各控制部件频繁工作导致的运行不稳定，燃料电池进入某一状态后基于延迟函数稳定运行t秒后进行下一状态的判定与进入。例如：在可执行状态1后，延时t秒后返回步骤2；在可执行状态2后，延时t秒返回步骤2；在可执行状态3后，延时t秒返回步骤2。
本发明的方案，基于引射器和阴极尾气循环进行燃料电池的水管理系统的设计，减少了氢循环泵和增湿器等部件，能够将系统成本减少约2%，并降低了系统复杂度和数据采样量，从而加快了系统响应速度；此外，还能够保证燃料电池内的质子交换膜保持在充分润湿的良好工作状态，避免质子交换膜脱水或电堆内部水淹导致的不利现象，从而预计提升性能约8%并延长使用寿命约10%。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和燃料电池的阴极水管理子系统，构成燃料电池的水管理系统；其中，阳极水管理子系统，包括：设置在高压气源与大气之间的减压阀、引射器、电堆和汽水分离器，设置第一水箱、第二水箱和水泵，水泵设置在第一水箱与第二水箱之间，第一水箱与汽水分离器连通，第二水箱连通至引射器与电堆之间；阴极水管理子系统，包括：设置在空气与电堆之间的空压机、中冷器和组合阀，中冷器与冷却水系统相匹配设置，组合阀与电磁阀相匹配设置；在燃料电池的水管理系统开始工作的情况下，获取燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，根据燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，确定燃料电池当前所处的水量状态，并对阳极水管理子系统和阴极水管理子系统执行对应的控制方式，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的现象，能够保证燃料电池的质子交换膜保持在充分润湿的良好工作状态，不仅能够提升燃料电池的输出性能，还能延长燃料电池的使用寿命。
根据本发明的实施例，还提供了对应于燃料电池的水管理系统的控制装置的一种燃料电池。该燃料电池可以包括：以上所述的燃料电池的水管理系统的控制装置。
由于本实施例的燃料电池所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和燃料电池的阴极水管理子系统，构成燃料电池的水管理系统；其中，阳极水管理子系统，包括：设置在高压气源与大气之间的减压阀、引射器、电堆和汽水分离器，设置第一水箱、第二水箱和水泵，水泵设置在第一水箱与第二水箱之间，第一水箱与汽水分离器连通，第二水箱连通至引射器与电堆之间；阴极水管理子系统，包括：设置在空气与电堆之间的空压机、中冷器和组合阀，中冷器与冷却水系统相匹配设置，组合阀与电磁阀相匹配设置；在燃料电池的水管理系统开始工作的情况下，获取燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，根据燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，确定燃料电池当前所处的水量状态，并对阳极水管理子系统和阴极水管理子系统执行对应的控制方式，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的现象，提升燃料电池的输出性能，延长燃料电池的使用寿命。
根据本发明的实施例，还提供了对应于燃料电池的水管理系统的控制方法的一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的燃料电池的水管理系统的控制方法。
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和燃料电池的阴极水管理子系统，构成燃料电池的水管理系统；其中，阳极水管理子系统，包括：设置在高压气源与大气之间的减压阀、引射器、电堆和汽水分离器，设置第一水箱、第二水箱和水泵，水泵设置在第一水箱与第二水箱之间，第一水箱与汽水分离器连通，第二水箱连通至引射器与电堆之间；阴极水管理子系统，包括：设置在空气与电堆之间的空压机、中冷器和组合阀，中冷器与冷却水系统相匹配设置，组合阀与电磁阀相匹配设置；在燃料电池的水管理系统开始工作的情况下，获取燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，根据燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，确定燃料电池当前所处的水量状态，并对阳极水管理子系统和阴极水管理子系统执行对应的控制方式，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，能够保证燃料电池的质子交换膜保持在充分润湿的良好工作状态，提升燃料电池的输出性能和使用寿命。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种燃料电池的水管理系统的控制方法，其特征在于，所述燃料电池，具有电堆；所述燃料电池的水管理系统，包括：阳极水管理子系统和阴极水管理子系统；其中，所述阳极水管理子系统，包括：减压阀、引射器、汽水分离器、第一水箱、第二水箱和水泵；所述减压阀和所述引射器，依次设置在高压气源与所述电堆之间；所述汽水分离器，设置在所述电堆与大气之间；所述第一水箱，与所述汽水分离器连通；所述第二水箱，与所述引射器与所述电堆之间的管路连通；所述水泵，设置在所述第一水箱与所述第二水箱之间；所述阴极水管理子系统，包括：空压机、中冷器、组合阀、电磁阀和冷却水系统；所述空压机、所述中冷器和所述组合阀，依次设置在空气与所述电堆之间；所述冷却水系统与所述中冷器相连通；所述电磁阀与所述组合阀相连通；所述燃料电池的水管理系统的控制方法，包括：
在所述燃料电池的水管理系统进入运行状态之后，获取所述第二水箱中的液位高度；获取所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗；获取所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度；获取所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力；并获取所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力；
根据所述第一水箱是否为满水状态，控制所述燃料电池的阳极尾气回收的水的排放方式，包括：若所述第一水箱为满水状态，则所述燃料电池的阳极尾气经过汽水分离器回收的水直接排出；若所述第一水箱不是满水状态，则所述燃料电池的阳极尾气经过汽水分离器回收的水存储在所述第一水箱；并根据所述第二水箱中的液位高度，控制所述引射器的吸引喷射水量；
根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：
根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，确定所述燃料电池是否处于预设的干燥脱水状态、充分湿润状态、及水淹状态中的任意一种状态；
若所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；
若所述燃料电池处于预设的充分湿润状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；
若所述燃料电池处于预设的水淹状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；
其中，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵开启以使所述第二水箱充水至满水状态，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀开启以使至少部分湿润的反应气体回流至所述组合阀中，调节所述冷却水系统的水泵功率以降低从所述中冷器中流出的反应气体的温度；
控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差、所述燃料电池的工作电流密度、以及所述第二水箱的液位高度，确定所述引射器的当前吸引喷射水量，并调节所述引射器按所述引射器的当前引射水流量工作；调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度与预设的工作温度相同；
控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵关闭，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀关闭，调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度高于预设的工作温度且不超过预设的最高温度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的水管理系统的控制方法，其特征在于，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：
确定设定时间内所述燃料电池的欧姆阻抗的变化率，作为所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率；
若所述燃料电池的欧姆阻抗大于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率大于预设的标定阻抗随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的水管理系统的控制方法，其特征在于，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：
确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；
若所述燃料电池的欧姆阻抗小于或等于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差小于或等于预设的标定压差，则确定所述燃料电池处于预设的充分湿润状态。
4.根据权利要求1所述的燃料电池的水管理系统的控制方法，其特征在于，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：
确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；并确定设定时间内所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差的变化率，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率；
若所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差大于预设的标定压差，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率大于预设的标定压差随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的水淹状态。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池的水管理系统的控制方法，其特征在于，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：
在控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态之后，延时设定时长之后，返回，以重新根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
6.一种燃料电池的水管理系统的控制装置，其特征在于，所述燃料电池，具有电堆；所述燃料电池的水管理系统，包括：阳极水管理子系统和阴极水管理子系统；其中，所述阳极水管理子系统，包括：减压阀、引射器、汽水分离器、第一水箱、第二水箱和水泵；所述减压阀和所述引射器，依次设置在高压气源与所述电堆之间；所述汽水分离器，设置在所述电堆与大气之间；所述第一水箱，与所述汽水分离器连通；所述第二水箱，与所述引射器与所述电堆之间的管路连通；所述水泵，设置在所述第一水箱与所述第二水箱之间；所述阴极水管理子系统，包括：空压机、中冷器、组合阀、电磁阀和冷却水系统；所述空压机、所述中冷器和所述组合阀，依次设置在空气与所述电堆之间；所述冷却水系统与所述中冷器相连通；所述电磁阀与所述组合阀相连通；所述燃料电池的水管理系统的控制装置，包括：
获取单元，被配置为在所述燃料电池的水管理系统进入运行状态之后，获取所述第二水箱中的液位高度；获取所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗；获取所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度；获取所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力；并获取所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力；
控制单元，被配置为根据所述第一水箱是否为满水状态，控制所述燃料电池的阳极尾气回收的水的排放方式；并根据所述第二水箱中的液位高度，控制所述引射器的吸引喷射水量；
所述控制单元，还被配置为根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：
根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，确定所述燃料电池是否处于预设的干燥脱水状态、充分湿润状态、及水淹状态中的任意一种状态；
若所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；
若所述燃料电池处于预设的充分湿润状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；
若所述燃料电池处于预设的水淹状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；
其中，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵开启以使所述第二水箱充水至满水状态，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀开启以使至少部分湿润的反应气体回流至所述组合阀中，调节所述冷却水系统的水泵功率以降低从所述中冷器中流出的反应气体的温度；
控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差、所述燃料电池的工作电流密度、以及所述第二水箱的液位高度，确定所述引射器的当前吸引喷射水量，并调节所述引射器按所述引射器的当前引射水流量工作；调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度与预设的工作温度相同；
控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵关闭，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀关闭，调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度高于预设的工作温度且不超过预设的最高温度。
7.根据权利要求6所述的燃料电池的水管理系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：
确定设定时间内所述燃料电池的欧姆阻抗的变化率，作为所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率；
若所述燃料电池的欧姆阻抗大于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率大于预设的标定阻抗随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态。
8.根据权利要求6所述的燃料电池的水管理系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：
确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；
若所述燃料电池的欧姆阻抗小于或等于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差小于或等于预设的标定压差，则确定所述燃料电池处于预设的充分湿润状态。
9.根据权利要求6所述的燃料电池的水管理系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：
确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；并确定设定时间内所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差的变化率，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率；
若所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差大于预设的标定压差，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率大于预设的标定压差随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的水淹状态。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的燃料电池的水管理系统的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：
在控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态之后，延时设定时长之后，返回，以重新根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。
11.一种燃料电池，其特征在于，包括：如权利要求6至10中任一项所述的燃料电池的水管理系统的控制装置。
12.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至5中任一项所述的燃料电池的水管理系统的控制方法。
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