CN116666692A - 燃料电池的控制方法、系统、装置、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种燃料电池的控制方法、系统、装置、设备和存储介质，该方法包括：根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量；阴极气体浓度表示满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体；若惰性气体的气压量达到目标气压量，则向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。该方法提高了燃料电池在使用过程中的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池的控制方法、系统、装置、设备和存储介质。
背景技术
随着工业化技术的推进，燃料电池在环境友好程度上有很大优势。
以氢氧燃料电池为例，采用纯氢作为燃料、纯氧作为氧化剂，纯氢和纯氧可以被燃料电池完全消耗，实现阴阳极反应气的零排放。
然而，纯氧具有强腐蚀性和强氧化性，容易造成燃料电池中阴阳极之间的质子交换膜腐蚀降解，导致燃料电池发生损坏。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种燃料电池的控制方法、系统、装置、设备和存储介质，提高了燃料电池在使用过程中的可靠性。
第一方面，本申请提供了一种燃料电池的控制方法，该方法包括：
根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量；阴极气体浓度表示满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；
向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体；
若惰性气体的气压量达到目标气压量，则向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。
在其中一个实施例中，向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体，包括：
根据阴极压力向阴极注入阴极气体，以及根据预设的阳极压力向阳极注入阳极气体；阴极压力与阳极压力之间的差值在预设压差范围内。
在其中一个实施例中，根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量，包括：
获取预设运行温度下阴极中的水饱和蒸气压；
根据阴极压力、阴极气体浓度和水饱和蒸气压，确定惰性气体的目标气压量。
在其中一个实施例中，根据阴极压力、阴极气体浓度和水饱和蒸气压，确定惰性气体的目标气压量，包括：
根据阴极压力、阴极气体浓度和水饱和蒸气压，确定目标燃料电池中阴极的惰性气体气压量；
根据阴极的体积、阳极的体积和阴极的惰性气体气压量，确定惰性气体的目标气压量。
在其中一个实施例中，向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体，包括：
若目标气压量大于或等于本地大气压，则向目标燃料电池的阴极注入纯惰性气体；
若目标气压量小于本地大气压，则向目标燃料电池的阴极注入混合惰性气体；混合惰性气体包括惰性气体和阴极气体。
在其中一个实施例中，向目标燃料电池的阴极注入混合惰性气体，包括：
根据目标气压量和本地大气压，确定惰性气体的目标体积分数；
根据目标气压量和目标体积分数，确定阴极的混合惰性气体的混合气压量；
根据混合气压量，向阴极注入混合惰性气体。
在其中一个实施例中，该方法还包括：
响应于阴极气体浓度调整指令，将目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度；阴极气体调整指令中携带目标阴极气体浓度。
在其中一个实施例中，将目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度，包括：
获取目标燃料电池的阴极的水饱和蒸气压；
根据水饱和蒸气压、阴极压力、当前阴极气体浓度和目标阴极气体浓度，确定目标水饱和蒸气压；
根据目标水饱和蒸气压，确定目标燃料电池的目标运行温度；
将目标燃料电池的运行温度调整为目标运行温度，以使阴极的阴极气体浓度为目标阴极气体浓度。
在其中一个实施例中，将目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度，包括：
根据阴极压力、当前阴极气体浓度和目标阴极气体浓度，确定阴极的目标压力；
向阴极注入阴极气体，直至阴极的压力达到目标压力；在目标压力下阴极的阴极气体浓度为目标阴极气体浓度。
第二方面，本申请还提供了一种燃料电池的控制系统，该控制系统包括：阴极储能装置、阳极储能装置和置换储能装置；阴极储能装置和置换储能装置均与燃料电池的阴极进气口连接，阳极储能装置与燃料电池的阳极进气口连接；
置换储能装置，用于通过阴极进气口向燃料电池的阴极注入惰性气体；惰性气体用于在控制燃料电池运行过程中使阴极的阴极气体浓度满足燃料电池的发电性能达到预设性能值，且小于燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；
阴极储能装置，用于通过阴极进气口向阴极注入阴极气体；
阳极储能装置，用于通过阳极进气口向阳极注入阳极气体。
在其中一个实施例中，控制系统还包括阴极混合腔，阴极储能装置、置换储能装置和阴极出气口均通过阴极混合腔与阴极进气口连接；
阴极混合腔，用于接收阴极储能装置、置换储能装置和阴极出气口输送的气体，并将气体通过阴极进气口输送至阴极。
在其中一个实施例中，阴极储能装置包括阴极储能单元和第一气体调节阀；阴极储能单元通过第一气体调节阀与阴极混合腔连接；
阴极储能单元，用于通过阴极混合腔和阴极进气口向阴极注入阴极气体；
第一气体调节阀，用于调节阴极储能单元向阴极注入阴极气体时的流量。
在其中一个实施例中，置换储能装置包括置换储能单元和电磁阀；置换储能单元通过电磁阀与阴极混合腔连接；
电磁阀，用于控制置换储能单元通过阴极混合腔和阴极进气口向燃料电池的阴极注入惰性气体。
在其中一个实施例中，控制系统还包括阴极气水分离器和阴极循环泵；阴极出气口通过阴极气水分离器与阴极循环泵连接，阴极循环泵与阴极混合腔连接；
阴极气水分离器，用于分离燃料电池的阴极中的气体和水分；
阴极循环泵，用于将阴极气水分离器分离的气体通过阴极混合腔和阴极进气口输送至燃料电池的阴极。
在其中一个实施例中，阴极气水分离器上安装阴极液位传感器和阴极排水阀，阴极液位传感器用于检测阴极气水分离器中的阴极水位；
阴极气水分离器，还用于在阴极水位大于预设的第一高度阈值的情况下，控制阴极排水阀开启，以使阴极气水分离器中的水分排出，直至阴极水位小于或等于预设的第二高度阈值，第二高度阈值小于第一高度阈值。
在其中一个实施例中，控制系统还包括阳极混合腔，阳极储能装置和阳极出气口均通过阳极混合腔与阳极进气口连接；
阳极混合腔，用于接收阳极储能装置和阳极出气口输送的气体，并将气体通过阳极进气口输送至燃料电池的阳极。
在其中一个实施例中，阳极储能装置包括阳极储能单元和第二气体调节阀；阳极储能单元通过第二气体调节阀与阳极混合腔连接；
阳极储能单元，用于通过阳极混合腔和阳极进气口向阳极注入阳极气体；
第二气体调节阀，用于调节阳极储能单元向阳极注入阳极气体时的流量。
在其中一个实施例中，控制系统还包括阳极气水分离器和阳极循环泵；阳极出气口通过阳极气水分离器与阳极循环泵连接，阳极循环泵与阳极混合腔连接；
阳极气水分离器，用于分离燃料电池的阳极中的气体和水分；
阳极循环泵，用于将阳极气水分离器中分离的气体通过阳极混合腔和阳极进气口输送至燃料电池的阳极。
在其中一个实施例中，阳极气水分离器上安装阳极液位传感器和阳极排水阀，阳极液位传感器用于检测阳极气水分离器中的阳极水位；
阳极气水分离器，还用于在阳极水位大于预设的第三高度阈值的情况下，控制阳极排水阀开启，以将阳极气水分离器中的水分排出，直至阳极水位小于或等于第四高度阈值；第四高度阈值小于第三高度阈值。
在其中一个实施例中，控制系统还包括阴极压力采集装置、阳极压力采集装置和阴极浓度采集装置；阴极压力采集装置安装在燃料电池的阴极的第一预设位置处，阳极压力采集装置安装在燃料电池的阳极的第二预设位置处，阴极浓度采集装置安装在燃料电池的阴极的第三预设位置处；
阴极压力采集装置，用于采集燃料电池的阴极压力；
阳极压力采集装置，用于采集燃料电池的阳极压力；
浓度采集装置，用于采集燃料电池的阴极的阴极气体浓度。
第三方面，本申请还提供了一种燃料电池的控制装置，该装置包括：
气压量确定模块，用于根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量；阴极气体浓度表示满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；
第一气体注入模块，用于向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体；
第二气体注入模块，用于若惰性气体的气压量达到目标气压量，则向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述第一方面中任一项实施例的方法步骤。
第五方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项实施例的方法步骤。
第六方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项实施例的方法步骤。
上述燃料电池的控制方法、系统、装置、设备和存储介质，根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量；阴极气体浓度表示满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体；若惰性气体的气压量达到目标气压量，则向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。该方法中，由于阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度，以阴极气体浓度确定向目标燃料电池注入惰性气体的目标气压量，使得目标燃料电池在稳态下，阴极的阴极气体浓度与预设的阴极气体浓度一致，保证了燃料电池在工作过程中阴极的阴极气体浓度是小于质子交换膜的腐蚀浓度的，这样，合理地向目标燃料电池注入惰性气体，避免阴极气体浓度太高而腐蚀阴阳极之间的质子交换膜，提高了燃料电池在运行过程中的可靠性和寿命；另外，阴极气体浓度为满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，保证了向目标燃料电池注入的惰性气体不会影响目标燃料电池的发电性能，使目标燃料电池具有较好的发电性能。
附图说明
图1为一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图2为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图3为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图4为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图5为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图6为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图7为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图8为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图9为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图10为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图11为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图12为一个实施例中燃料电池的控制方法的流程示意图；
图13为一个实施例中燃料电池的控制方法的流程示意图；
图14为一个实施例中水饱和蒸气压随温度的变化示意图；
图15为另一个实施例中燃料电池的控制方法的流程示意图；
图16为另一个实施例中燃料电池的控制方法的流程示意图；
图17为另一个实施例中燃料电池的控制方法的流程示意图；
图18为另一个实施例中燃料电池的控制方法的流程示意图；
图19a为另一个实施例中燃料电池的控制系统的结构示意图；
图19b为另一个实施例中燃料电池的控制方法的流程示意图；
图20为一个实施例中燃料电池的控制装置的结构框图；
图21为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
附图标记说明：
11 阴极储能装置；12 阳极储能装置；
13 置换储能装置；14 阴极进气口；
15 阳极进气口；21 阴极混合腔；
22 阴极出气口；31 阴极储能单元；
32 第一气体调节阀；41 置换储能单元；
42 电磁阀；51 阴极气水分离器；
52 阴极循环泵；61 阴极液位传感器；
62 阴极排水阀；71 阳极混合腔；
72 阳极出气口；81 阳极储能单元；
82 第二气体调节阀；91 阳极气水分离器；
92 阳极循环泵；72 阳极出气口；
111 阴极压力采集装置；112 阳极压力采集装置；
113 阴极浓度采集装置。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
燃料电池以氢气为燃料、以空气/纯氧为氧化剂，通过电化学反应将化学能直接转化为电能，生成物只有水，具有高效率、无污染等优点。
以燃料电池的应用场景为车用动力、船用动力、便携式电源、固定式发电为例，这些应用场景的共同特点是处于开放环境，燃料电池可以以环境中的空气为氧化剂，并将阴、阳极尾气直接排放到环境中，该燃料电池被称为氢空燃料电池。而在水下、矿井等封闭环境中，燃料电池一方面需要自带氧化剂，另一方面不能向环境排放气体，因此，封闭环境中的燃料电池的构型和运行原理均与氢空燃料电池系统不同。
一种方式中，封闭环境中的燃料电池是采用纯氢作为燃料、纯氧作为氧化剂，该燃料电池被称为氢氧燃料电池。纯氢、纯氧可以被燃料电池完全消耗，因此燃料电池可以不向环境排放气体，然而氢氧燃料电池具有如下缺点：(1)纯氧具有强氧化性和强腐蚀性，容易造成质子交换膜腐蚀降解。(2)相同供氧量下，纯氧流量仅为空气的1/5，且需要采用纯氧循环泵，而目前尚无成熟的纯氧循环泵，普通循环泵以纯氧为工质容易故障损坏且存在安全风险，因此氢氧燃料电池系统难以实现大流量氧气循环，氧气流量小导致氢氧燃料电池难以排出阴极生成的液态水，容易发生水淹。(3)氢氧燃料电池的膜电极和电堆需要专门设计，用于纯氧的管路、阀门等零部件也需要采用特殊材质或处理工艺，无法与氢空燃料电池通用。因此，相关技术中的氢氧燃料电池导致氢氧燃料电池寿命较短，且氢氧燃料电池系统成本较高。
另一种方式中，仍然向燃料电池供给纯氢和纯氧，但在燃料电池的阴极引入适量的氮气来降低氧浓度，氮气不消耗，始终在燃料电池系统内部循环。氧浓度降低使得阴极可以采用成熟的空气循环泵实现大流量再循环，从而解决了氢氧燃料电池排水困难和纯氧腐蚀质子交换膜的问题，延长了燃料电池寿命。但是，燃料电池的阴极引入氮气带来的问题是，氮气会透过质子交换膜从阴极扩散到阳极，导致阳极氢浓度不断降低、阴极氧浓度不断升高。所以，采用排气净化和氮气再循环两项措施，具体方式为：阳极尾排阀周期性开启以排出氮气、提高阳极氢浓度，含氢尾气排入排气净化装置中；阳极尾排阀开启时，阴极尾排阀也同步开启，含氧尾气和含氢尾气在排气净化装置中反应生成水，剩余的气体以氮气为主，通过氮气循环泵和再循环管路被回收到燃料电池阴极，从而保证阳极氢浓度和阴极氧浓度的相对稳定。
然而，相关技术中需要专门的排气净化装置消纳阳极排气中的氢气，系统结构较为复杂、体积大、成本高、易发生故障，并且，相关技术中消耗功率的部件较多，导致系统的效率低，控制策略复杂。
基于此考虑，本申请提出了一种燃料电池的控制方法，通过预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量，先向目标燃料电池的阴极注入目标气压量的惰性气体，然后向阴极注入阴极气体和向阳极注入阳极气体。由于阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度，以阴极气体浓度确定向目标燃料电池注入惰性气体的目标气压量，使得目标燃料电池在稳态下，能够使阴极的阴极气体浓度与预设的阴极气体浓度一致，保证了燃料电池在工作过程中阴极的阴极气体浓度是小于质子交换膜的腐蚀浓度的，这样，合理地向目标燃料电池注入惰性气体，避免阴极气体浓度太高而腐蚀阴阳极之间的质子交换膜；另外，阴极气体浓度为满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，保证了向目标燃料电池注入的惰性气体不会影响目标燃料电池的发电性能，保证目标燃料电池具有较好的发电性能。
基于此考虑，本申请实施例提供的燃料电池的控制方法中，通过控制向目标燃料电池注入惰性气体的目标气压量，可以保证目标燃料电池在工作过程中，阴极气体浓度一直处于能够满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度。
本申请实施例提供的燃料电池的控制方法是应用于燃料电池的控制系统中的，基于此，在对本申请实施例提供的燃料电池的控制方法进行说明之前，先对本申请实施例所应用的燃料电池的控制系统进行说明。
如图1所示，图1为本申请实施例中提供的燃料电池的控制系统的结构示意图，该控制系统包括：阴极储能装置11、阳极储能装置12和置换储能装置13；阴极储能装置11和置换储能装置13均与燃料电池的阴极进气口14连接，阳极储能装置12与燃料电池的阳极进气口15连接。
置换储能装置13，用于通过阴极进气口14向燃料电池的阴极注入惰性气体；惰性气体用于在控制燃料电池运行过程中使阴极的阴极气体浓度满足燃料电池的发电性能达到预设性能值，且小于燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度。
阴极储能装置11，用于通过阴极进气口14向阴极注入阴极气体。
阳极储能装置12，用于通过阳极进气口15向阳极注入阳极气体。
其中，置换储能装置13用于存储惰性气体，并通过阴极进气口14向燃料电池的阴极注入惰性气体；阴极储能装置11用于存储阴极气体，并通过阴极进气口14向阴极注入阴极气体；阳极储能装置12用于存储阳极气体，并通过阳极进气口15向阳极注入阳极气体。惰性气体可以为不与燃料电池内部发生反应的气体，例如，惰性气体可以为氮气、氖气、氩气等；在燃料电池为氢氧燃料电池的情况下，阴极气体可以为氧气，阳极气体可以为氢气。
在运行燃料电池之前，置换储能装置13先通过阴极进气口14向燃料电池的阴极注入惰性气体，置换储能装置13向阴极注入惰性气体后，利用阴极储能装置11通过阴极进气口14向阴极注入阴极气体，阳极储能装置12通过阳极进气口15向阳极注入阳极气体。初始状态下，惰性气体仅存在于燃料电池的阴极，随着燃料电池运行，在质子交换膜两侧惰性气体浓度梯度的驱动下，惰性气体将逐渐从阴极扩散到阳极，直至阴极和阳极的惰性气体分压相同。同时，由于燃料电池只排水不排气，水蒸气也会在阴极和阳极逐渐积累，直至分压达到本地温度下的水饱和蒸气压，在此之后，生成的水将均以液态水的形式存在、输运和排出；水饱和蒸气压仅与燃料电池的温度有关，而阴极和阳极的温度均等于燃料电池的运行温度。
因此，当燃料电池的内部环境达到稳态时，阴极和阳极的惰性气体分压相等，阴极和阳极的水蒸气分压也相等，阴极的总压力减去阴极的水蒸气分压和惰性气体分压，即为阴极的阴极气体分压，阳极的总压力减去阳极的水蒸气分压和惰性气体分压，即为阳极的阳极气体分压。
需要说明的是，为了保证燃料电池的稳定运行，阴极的总压力和阳极的总压力之间的差值应小于预设差值，即阴阳极的压差不能太大，因此，在阴极的总压力与阳极的总压力相等的情况下，阴极的阴极气体浓度与阳极的阳极气体浓度也相等。
燃料电池稳定状态下，阴极的惰性气体分压和阳极的惰性气体分压由初始状态下燃料电池内注入的惰性气体的气压量决定，水蒸气分压由燃料电池的运行温度决定，因此，通过控制初始状态燃料电池内部注入的惰性气体的气压量、阳极总压力和阳极总压力以及燃料电池的运行温度，即可控制燃料电池的阴极气体浓度和阳极气体浓度。
燃料电池运行的过程中，燃料电池中阴极和阳极的惰性气体分压在跨膜扩散下达到平衡，即阴极的惰性气体分压与阳极的惰性气体分压相等，并且，在稳态下，可以控制阴极的阴极气体供应量等于燃料电池消耗的阴极气体量，阳极的阳极气体供应量等于燃料电池消耗的阳极气体量，当其他条件，例如，温度、阴极总压力、阳极总压力保持不变时，阴极气体浓度和阳极气体浓度也保持不变。
以氢氧燃料电池、惰性气体为氮气为例，燃料电池在运行的过程中，阴极中的氮气分压和阳极中的氮气分压在跨膜扩散下达到平衡，此时，阴极的氧浓度处于氢空燃料电池与氢氧燃料电池之间，阳极的氢浓度小于氢空燃料电池和氢氧燃料电池中的纯氢浓度，燃料电池中的氢浓度和氧浓度实现“低氢高氧”，需要说明的是，“低氢高氧”指的是相对于纯氢来说，氢浓度较低，相对于空气中的氧浓度来说，氧浓度较高，需要说明的是，氢浓度为不会影响燃料电池寿命和燃料电池发电性能的浓度，即氢浓度不会低于损害燃料电池寿命和影响燃料电池发电性能的浓度边界。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，该控制系统包括：阴极储能装置、阳极储能装置和置换储能装置；阴极储能装置和置换储能装置均与燃料电池的阴极进气口连接，阳极储能装置与燃料电池的阳极进气口连接；置换储能装置，用于通过阴极进气口向燃料电池的阴极注入惰性气体；惰性气体用于在控制燃料电池运行过程中使阴极的阴极气体浓度满足燃料电池的发电性能达到预设性能值，且小于燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；阴极储能装置，用于向阴极注入阴极气体；阳极储能装置，用于向阳极注入阳极气体。该系统中，由于阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度，以阴极气体浓度确定向目标燃料电池阴极注入惰性气体的气压量，使得目标燃料电池在稳态下，燃料电池在工作过程中阴极的阴极气体浓度是小于质子交换膜的腐蚀浓度的，这样，合理地向燃料电池的阴极注入惰性气体，避免阴极气体浓度太高而腐蚀阴阳极之间的质子交换膜，提高了燃料电池在使用过程中的可靠性和寿命；另外，阴极气体浓度为满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，保证了向目标燃料电池注入的惰性气体不会影响目标燃料电池的发电性能，使得目标燃料电池具有较好的发电性能。
在一个实施例中，如图2所示，控制系统还包括阴极混合腔21，阴极储能装置11、置换储能装置13和阴极出气口22均通过阴极混合腔21与阴极进气口14连接。
阴极混合腔21，用于接收阴极储能装置11、置换储能装置13和阴极出气口22输送的气体，并将气体通过阴极进气口14输送至阴极。
在阴极储能装置11通过阴极进气口14向阴极注入阴极气体时，是依次通过阴极混合腔21和阴极进气口14向阴极注入阴极气体的，即阴极混合腔21接收阴极储能装置11输送的气体为阴极气体。
置换储能装置13通过阴极进气口14向阴极注入惰性气体时，是依次通过阴极混合腔21和阴极进气口14向阴极注入惰性气体的，即阴极混合腔21接收置换储能装置13输送的气体为惰性气体。
而由于阴极接收阴极储能装置11注入的阴极气体和置换储能装置13注入的惰性气体，因此，阴极中的气体包括阴极气体和惰性气体，那么，从阴极出气口22通过阴极混合腔21和阴极进气口14输送至阴极的气体为阴极气体和惰性气体的混合气体。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，控制系统还包括阴极混合腔，阴极储能装置、置换储能装置和阴极出气口均通过阴极混合腔与阴极进气口连接；阴极混合腔，用于接收阴极储能装置、置换储能装置和阴极出气口输送的气体，并将气体通过阴极进气口输送至阴极。该系统中，通过阴极混合腔接收阴极储能装置的阴极气体以及阴极出气口的混合气体，并将接收的气体混合后通过阴极进气口输送至阴极，提高了向阴极输送气体的流量，从而提高了燃料电池的反应性能。
阴极储能装置11向阴极注入阴极气体时，可以控制向阴极注入阴极气体的流量，在一个实施例中，如图3所示，阴极储能装置11包括阴极储能单元31和第一气体调节阀32；阴极储能单元31通过第一气体调节阀32与阴极混合腔21连接。
阴极储能单元31，用于通过阴极混合腔21和阴极进气口14向阴极注入阴极气体。第一气体调节阀32，用于调节阴极储能单元31向阴极注入阴极气体时的流量。
阴极储能单元31中存储阴极气体，例如，阴极储能单元31可以为高压气态氧瓶、液氧瓶、氧烛制氧装置等类型。第一气体调节阀32可以为高频开关电磁阀、比例电磁阀、流量控制器等类型。
燃料电池在稳定运行的过程中，燃料电池的气体供应量等于气体消耗量，即阴极储能装置11的阴极气体供应量应等于燃料电池中阴极气体的消耗量，且阴极的总压力保持不变，因此，可以通过第一气体调节阀32调节阴极储能单元31向阴极注入阴极气体时的流量，以保证阴极的总压力处于预设的阴极压力，预设的阴极压力可以为考虑燃料电池的反应性能和燃料电池的反应风险两个方面得到的。
需要说明的是，阴阳极的压力越高，燃料电池的性能越好，但是，阴阳极的压力提高到一定的程度后，燃料电池的边际收益递减且风险增加，因此，阴阳极的压力需要综合考虑这两个因素得到。
因此，通过调整通过第一气体调节阀32中阴极气体的流量以调节阴极储能单元31向阴极注入阴极气体的流量，可以调整阴极的阴极压力，即阴极的总压力。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，阴极储能装置包括阴极储能单元和第一气体调节阀；阴极储能单元通过第一气体调节阀与阴极混合腔连接；阴极储能单元，用于通过阴极混合腔和阴极进气口向阴极注入阴极气体；第一气体调节阀，用于调节阴极储能单元向阴极注入阴极气体时的流量。该系统中，通过第一气体调节阀调整阴极储能单元向阴极注入阴极气体的流量，可以合理地提高燃料电池中的反应速度，从而提高了燃料电池的反应性能；并且，第一气体调节阀还可以保证燃料电池中的气体供应量等于气体消耗量，以保证燃料电池的稳定运行。
在一个实施例中，如图4所示，置换储能装置13包括置换储能单元41和电磁阀42；置换储能单元41通过电磁阀42与阴极混合腔21连接；电磁阀42，用于控制置换储能单元41通过阴极混合腔21和阴极进气口14向燃料电池的阴极注入惰性气体。
置换储能单元41为存储惰性气体的装置，其中，置换储能单元41中的惰性气体可以是纯惰性气体或混合惰性气体，其中，混合惰性气体可以是空气，也可以是阴极气体与惰性气体的混合气体；需要说明的是，置换储能单元41中的惰性气体的类型可以根据实际需求确定。
置换储能单元41在燃料电池初始状态下，向阴极注入预设气压量的惰性气体后，无需再向阴极注入惰性气体，因此，置换储能单元41通过电磁阀42与阴极混合腔21连接，采用电磁阀42控制置换储能单元41通过阴极混合腔21和阴极进气口14向燃料电池的阴极注入惰性气体。
例如，电磁阀42的状态包括开启和关闭，电磁阀42开启，置换储能单元41通过阴极混合腔21和阴极进气口14向燃料电池的阴极注入惰性气体；在置换储能单元41向阴极注入预设气压量的惰性气体后，关闭电磁阀，停止为阴极注入惰性气体。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，置换储能装置包括置换储能单元和电磁阀；置换储能单元通过电磁阀与阴极混合腔连接；电磁阀，用于控制置换储能单元通过阴极混合腔和阴极进气口向燃料电池的阴极注入惰性气体。该系统中，置换储能单元通过电磁阀与阴极混合腔连接，通过控制电磁阀开启或关闭，合理调节置换储能单元为燃料电池的阴极注入惰性气体的气压量，通过燃料电池中惰性气体能够使燃料电池运行过程中的阴极气体浓度小于燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度，且满足燃料电池的发电性能达到预设性能值。
为了提高燃料电池的反应性能以及进入阴极中阴极气体的流量，可以将阴极的气体进行循环，因此，通过阴极循环泵将阴极出气口与阴极进气口连接，实现气体循环；但是，燃料电池在运行过程中不断的生成水，因此，可以在控制系统中设置气水分离器，除去气体中的液态水，在一个实施例中，如图5所示，控制系统还包括阴极气水分离器51和阴极循环泵52；阴极出气口22通过阴极气水分离器51与阴极循环泵52连接，阴极循环泵52与阴极混合腔21连接。
阴极气水分离器51，用于分离燃料电池的阴极中的气体和水分。
阴极循环泵52，用于将阴极气水分离器51分离的气体通过阴极混合腔21和阴极进气口14输送至燃料电池的阴极。
在燃料电池的阴极侧，阴极气体从阴极储能单元31出发，经第一气体调节阀32进入阴极混合腔21，在阴极混合腔21内与阴极中从阴极出气口22输送的阴极循环气体混合后供应给燃料电池的阴极。阴极循环气体可以为阴极反应后的剩余气体，阴极循环气体先经过阴极气水分离器51除去其中的液态水，再由阴极循环泵52输送至阴极混合腔21内。
其中，阴极循环泵52用于克服阴极出气口22与阴极进气口14之间的压差，使得阴极中的气体能够从阴极出气口22进入阴极进气口14。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，控制系统还包括阴极气水分离器和阴极循环泵；阴极出气口通过阴极气水分离器与阴极循环泵连接，阴极循环泵与阴极混合腔连接；阴极气水分离器，用于分离燃料电池的阴极中的气体和水分；阴极循环泵，用于将阴极气水分离器分离的气体通过阴极混合腔和阴极进气口输送至燃料电池的阴极。该系统中，通过阴极气水分离器将阴极中的气体和水分分离，提高了阴极中的气体流量；并且，通过阴极循环泵克服了阴极出气口与阴极进气口的压差，使得阴极出气口的气体可以通过阴极进气口输送至阴极，进一步提高了进入阴极的气体流量，从而提高了燃料电池的反应性能。
阴极气水分离器51分离阴极中的气体和液态水后，为了避免阴极中的液态水过多，发生水淹现象，可以将液态水排出，在一个实施例中，如图6所示，阴极气水分离器51上安装阴极液位传感器61和阴极排水阀62，阴极液位传感器61用于检测阴极气水分离器51中的阴极水位。
阴极气水分离器51，还用于在阴极水位大于预设的第一高度阈值的情况下，控制阴极排水阀62开启，以使阴极气水分离器51中的水分排出，直至阴极水位小于或等于预设的第二高度阈值，第二高度阈值小于第一高度阈值。
在向燃料电池的阴极注入惰性气体之后，燃料电池中只排水不排气。具体实现方式可以为：根据阴极气水分离器51上的阴极液位传感器61的信号控制阴极排水阀62的开关；在阴极气水分离器51中的阴极水位达到第一高度阈值的情况下，控制阴极排水阀62开启，液态水在气体压力的作用下排出，在阴极液位传感器61检测到阴极气水分离器51中的阴极水位降低至第二高度阈值的情况下，阴极排水阀62关闭。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，阴极气水分离器上安装阴极液位传感器和阴极排水阀，阴极液位传感器用于检测阴极气水分离器中的阴极水位；阴极气水分离器，还用于在阴极水位大于预设的第一高度阈值的情况下，控制阴极排水阀开启，以使阴极气水分离器中的水分排出，直至阴极水位小于或等于预设的第二高度阈值，第二高度阈值小于第一高度阈值。该系统中，通过在阴极水位大于第一高度阈值的情况下，将水分排出，并且，控制阴极气水分离器中始终封存第二高度阈值的水分，从而保证即使阴极排水阀误开启时燃料电池阴极的气体也不会排放到燃料电池的外部。
上述实施例均是对燃料电池的阴极侧的结构进行的说明，下面通过实施例对燃料电池的阳极侧进行说明，燃料电池的阳极侧除了置换储能装置外，其余结构与阴极侧基本相同，下面对阳极侧进行详细说明。
在一个实施例中，如图7所示，控制系统还包括阳极混合腔71，阳极储能装置12和阳极出气口72均通过阳极混合腔71与阳极进气口15连接；
阳极混合腔71，用于接收阳极储能装置12和阳极出气口72输送的气体，并将气体通过阳极进气口15输送至燃料电池的阳极。
在阳极储能装置12通过阳极进气口15向阳极注入阳极气体时，是依次通过阳极混合腔71和阳极进气口15向阳极注入阳极气体的，即阳极混合腔71接收阳极储能装置12输送的气体为阳极气体。
由于阴极中的惰性气体会由于惰性气体浓度梯度的驱动下，惰性气体会逐渐从阴极向阳极扩散，因此，阳极中的气体包括阳极气体和惰性气体，从阳极出气口72通过阳极混合腔71和阳极进气口15输送至燃料电池的阳极的气体为阳极气体和惰性气体的混合气体。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，控制系统还包括阳极混合腔，阳极储能装置和阳极出气口均通过阳极混合腔与阳极进气口连接；阳极混合腔，用于接收阳极储能装置和阳极出气口输送的气体，并将气体通过阳极进气口输送至燃料电池的阳极。该系统中，通过阳极混合腔接收阳极储能装置的阳极气体和阳极出气口的混合气体，并将接收的气体混合后通过阳极进气口输送中阳极，提高了向阳极输送气体的流量，从而提高了燃料电池的反应性能。
阳极储能装置12向阳极注入阳极气体时，可以控制向阳极注入阳极气体的流量，在一个实施例中，如图8所示，阳极储能装置12包括阳极储能单元81和第二气体调节阀82；阳极储能单元81通过第二气体调节阀82与阳极混合腔71连接。
阳极储能单元81，用于通过阳极混合腔71和阳极进气口15向阳极注入阳极气体。第二气体调节阀82，用于调节阳极储能单元81向阳极注入阳极气体时的流量。
阳极储能单元81中存储阳极气体，例如，阳极储能单元81可以为高压气态氢瓶、液氢瓶、甲醇重整制氢装置或铝水解制氢装置等类型。第二气体调节阀82可以为高频开关电磁阀、比例电磁阀、流量控制器等类型。
燃料电池在稳定运行的过程中，燃料电池的气体供应量等于气体消耗量，即阳极储能装置12的阳极气体供应量应等于燃料电池中阳极气体的消耗量，且阳极的总压力保持不变，因此，可以通过第二气体调节阀82调节阳极储能单元81向阳极注入阳极气体时的流量，以保证阳极的总压力处于预设的阳极压力，预设的阳极压力可以为考虑燃料电池的反应性能和燃料电池的反应风险两个方面得到的。
因此，通过调整通过第二气体调节阀82中阳极气体的流量以调节阳极储能单元81向阳极注入阳极气体的流量，从而可以调整阳极的阳极压力，即阳极的总压力。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，阳极储能装置包括阳极储能单元和第二气体调节阀；阳极储能单元通过第二气体调节阀与阳极混合腔连接；阳极储能单元，用于通过阳极混合腔和阳极进气口向阳极注入阳极气体；第二气体调节阀，用于调节阳极储能单元向阳极注入阳极气体时的流量。该系统中，通过第二气体调节阀调整阳极储能单元向阳极注入阳极气体的流量，可以合理地提高燃料电池中的反应速度，从而提高了燃料电池的反应性能；并且，第二气体调节阀还可以保证燃料电池中的气体供应量等于气体消耗量，以保证燃料电池的稳定运行。
为了提高燃料电池的反应性能以及进入阳极中阳极气体的流量，可以将阳极的气体进行循环，因此，通过阳极循环泵将阳极出气口与阳极进气口连接，实现气体循环；但是，燃料电池在运行过程中不断的生成水，因此，可以在控制系统中设置气水分离器，除去气体中的液态水；在一个实施例中，如图9所示，控制系统还包括阳极气水分离器91和阳极循环泵92；阳极出气口72通过阳极气水分离器91与阳极循环泵92连接，阳极循环泵92与阳极混合腔71连接。
阳极气水分离器91，用于分离燃料电池的阳极中的气体和水分。
阳极循环泵92，用于将阳极气水分离器91中分离的气体通过阳极混合腔71和阳极进气口15输送至燃料电池的阳极。
在燃料电池的阳极侧，阳极气体从阳极储能单元81出发，经第二气体调节阀82进入阳极混合腔71，在阳极混合腔71内与阳极中从阳极出气口72输送的阳极循环气体混合后供应给燃料电池的阳极，阳极循环气体可以为阳极反应后的剩余气体，阳极循环气体先经过阳极气水分离器91除去其中的液态水，再由阳极循环泵92输送至阳极混合腔71内。
其中，阳极循环泵92用于克服阳极出气口72与阳极进气口15之间的压差，使得阴极中的气体能够从阳极出气口72进入阳极进气口15。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，控制系统还包括阳极气水分离器和阳极循环泵；阳极出气口通过阳极气水分离器与阳极循环泵连接，阳极循环泵与阳极混合腔连接；阳极气水分离器，用于分离燃料电池的阳极中的气体和水分；阳极循环泵，用于将阳极气水分离器中分离的气体通过阳极混合腔和阳极进气口输送至燃料电池的阳极。该系统中，通过阳极气水分离器将阳极中的气体和水分分离，提高了阳极中的气体流量；并且，通过阳极循环泵克服了阳极出气口与阳极进气口的压差，使得阳极出气口的气体可以通过阳极进气口输送至阳极，进一步提高了进入阳极的气体流量，从而提高了燃料电池的反应性能。
阳极气水分离器91分离阳极中的气体和液态水后，为了避免阳极中的液态水过多，发生水淹现象，可以将液态水排出，在一个实施例中，如图10所示，阳极气水分离器91上安装阳极液位传感器101和阳极排水阀102，阳极液位传感器101用于检测阳极气水分离器91中的阳极水位；
阳极气水分离器91，还用于在阳极水位大于预设的第三高度阈值的情况下，控制阳极排水阀102开启，以将阳极气水分离器91中的水分排出，直至阳极水位小于或等于第四高度阈值；第四高度阈值小于第三高度阈值。
燃料电池在运行过程中，燃料电池中只排水不排气。具体实现方式可以为：根据阳极气水分离器91上的阳极液位传感器101的信号控制阳极排水阀102的开关；在阳极气水分离器91中的阳极水位达到第三高度阈值的情况下，控制阳极排水阀102开启，液态水在气体压力的作用下排出，在阳极液位传感器101检测到阳极气水分离器91中的阳极水位降低至第四高度阈值的情况下，阳极排水阀102关闭。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，阳极气水分离器上安装阳极液位传感器和阳极排水阀，阳极液位传感器用于检测阳极气水分离器中的阳极水位；阳极气水分离器，还用于在阳极水位大于预设的第三高度阈值的情况下，控制阳极排水阀开启，以将阳极气水分离器中的水分排出，直至阳极水位小于或等于第四高度阈值；第四高度阈值小于第三高度阈值。该系统中，通过在阳极水位大于第三高度阈值的情况下，将水分排出，并且，控制阳极气水分离器中始终封存第四高度阈值的水分，从而保证即使阳极排水阀误开启时燃料电池阳极的气体也不会排放到燃料电池的外部。
在一个实施例中，如图11所示，控制系统还包括阴极压力采集装置111、阳极压力采集装置112和阴极浓度采集装置113；阴极压力采集装置111安装在燃料电池的阴极的第一预设位置处，阳极压力采集装置112安装在燃料电池的阳极的第二预设位置处，阴极浓度采集装置113安装在燃料电池的阴极的第三预设位置处。阴极压力采集装置111，用于采集燃料电池的阴极压力；阳极压力采集装置112，用于采集燃料电池的阳极压力；浓度采集装置113，用于采集燃料电池的阴极的阴极气体浓度。
可以在燃料电池系统中设置阴极压力采集装置111、阳极压力采集装置112和阴极浓度采集装置113，分别用于采集阴极的阴极总压力、阳极的阳极总压力和阴极的阴极气体浓度。例如，阴极气体为氧气，阴极浓度采集装置113可以为氧浓度传感器，用于采集阴极中的氧浓度。
阴极压力采集装置111安装在阴极进堆或循环管路上，其具体位置不做限定，只要能够准确地采集阴极中的压力即可；阳极压力采集装置112安装在阳极进堆或循环管路上，图11中示例的阴极压力采集装置111、阳极压力采集装置112和阴极浓度采集装置113的位置仅为示例，其具体位置不做限定，只要能够准确地采集阳极中的压力即可；阴极浓度采集装置113安装在阴极进堆或循环管路上，其具体位置不做限定，只要能够准确地采集阴极中的阴极气体浓度即可。
本申请实施例提供的燃料电池的控制系统中，控制系统还包括阴极压力采集装置、阳极压力采集装置和阴极浓度采集装置；阴极压力采集装置安装在燃料电池的阴极的第一预设位置处，阳极压力采集装置安装在燃料电池的阳极的第二预设位置处，阴极浓度采集装置安装在燃料电池的阴极的第三预设位置处；阴极压力采集装置，用于采集燃料电池的阴极压力；阳极压力采集装置，用于采集燃料电池的阳极压力；浓度采集装置，用于采集燃料电池的阴极的阴极气体浓度。该系统中，通过在控制系统中的第一预设位置、第二预设位置和第三预设位置分别安装阴极压力采集装置、阳极压力采集装置和阴极浓度采集装置，能够准确地采集阴极压力、阳极压力和阴极气体浓度。
可以理解的是，以上实施例中关于燃料电池的控制系统中的各结构的设计仅是实现本申请技术效果的其中一种示例，在实际应用中，也可适应性地对其进行变形，以达到容易想到的技术效果，本申请实施例对其结构不作限定。
接下来，对本申请实施例中提供的燃料电池的控制系统的控制方法进行说明，本申请实施例中的燃料电池的控制系统的控制方法均是以应用于上述图1中的燃料电池的控制系统且均是以控制器为执行主体进行说明。
在一个实施例中，如图12所示，该实施例包括以下步骤：
S1201，根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量。
其中，阴极气体浓度表示满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度。
阴极压力表示的是阴极的总压力，可以是在燃料电池的运行过程中阴极的总压力；阴极气体浓度表示的是阴极中阴极气体的浓度，可以是在燃料电池的运行过程中阴极的阴极气体浓度，例如，阴极气体为氧气，阴极气体浓度则为阴极的氧浓度；惰性气体的目标气压量为在燃料电池初始状态，向燃料电池的阴极充入的氮气的气压量。
一种实施例中，确定惰性气体的目标气压量的方式可以是，根据预设的构建模型，将预设的阴极压力和阴极气体浓度输入至构建模型中，通过构建模型对阴极压力和阴极气体浓度的分析，输出惰性气体的目标气压量。
S1202，向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体。
响应于目标燃料电池的运行指令，控制器向目标燃料电池的阴极注入惰性气体，或者，在确定惰性气体的目标气压量后，接收惰性气体的注入指令，然后向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体。
可选地，通过控制置换储能装置向目标燃料电池的阴极注入惰性气体。具体地，控制置换储能装置中的电磁阀开启，以使置换储能单元向目标燃料电池的阴极注入惰性气体。
S1203，若惰性气体的气压量达到目标气压量，则向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。
在向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体的情况下，若惰性气体的气压量达到目标气压量，则停止向阴极注入惰性气体，并向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。
其中，惰性气体的气压量达到目标气压量，可以是阴极中的阴极气压达到目标气压量；可选地，在储能置换单元向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体的情况下，若检测到阴极的阴极达到目标气压量，则控制电磁阀关闭，并控制阴极储能装置向阴极注入阴极气体，控制阳极储能装置向阳极注入阳极气体。
具体地，若检测到阴极的阴极达到目标气压量，则控制电磁阀关闭，并通过调节第一气体调节阀控制阴极储能单元通过第一气体调节阀、阴极混合腔和阴极进气口向阴极注入阴极气体，通过调节第二气体调节阀控制阳极储能单元通过第二气体调节阀、阳极混合腔和阳极进气口向阳极注入阳极气体。
其中，阴极的压力可以由阴极压力采集装置采集得到。
本申请实施例提供的燃料电池的控制方法中，根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量；阴极气体浓度表示满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体；若惰性气体的气压量达到目标气压量，则向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。该方法中，由于阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度，以阴极气体浓度确定向目标燃料电池注入惰性气体的目标气压量，使得目标燃料电池在稳态下，阴极的阴极气体浓度与预设的阴极气体浓度一致，保证了燃料电池在工作过程中阴极的阴极气体浓度是小于质子交换膜的腐蚀浓度的，这样，合理地向目标燃料电池注入惰性气体，避免阴极气体浓度太高而腐蚀阴阳极之间的质子交换膜，提高了燃料电池在使用过程中的可靠性和寿命；另外，阴极气体浓度为满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，保证了向目标燃料电池注入的惰性气体不会影响目标燃料电池的发电性能，使目标燃料电池具有较好的发电性能。
在一个实施例中，向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体，包括：根据阴极压力向阴极注入阴极气体，以及根据预设的阳极压力向阳极注入阳极气体；阴极压力与阳极压力之间的差值在预设压差范围内。
向阴极注入阴极气体时，控制阴极的总压力一直处于阴极压力，其中，可以通过第一气体调节阀调整阴极储能单元向阴极注入阴极气体的流量，以使阴极的总压力一直处于预设的阴极压力，即在燃料电池运行的过程中，控制阴极的总压力保持不变。
向阳极注入阳极气体时，控制阳极的总压力一直处于预设的阳极压力，其中，可以通过第二气体调节阀调整阳极储能单元向阳极注入阳极气体的流量，以使阳极的总压力一直处于预设的阳极压力，即在燃料电池运行的过程中，控制阳极的总压力保持不变。
燃料电池在运行过程中，通过调节阴极储能装置向阴极注入的阴极气体和阳极储能装置向阳极注入的阳极气体，控制阴极的总压力处于预设的阴极压力，阳极的总压力处于预设的阳极压力，惰性气体则在燃料电池的内部不断循环，既不消耗也不排放，仅可以起到稀释氧气的作用，在阴极的气体浓度在预设时长内保持不变的情况下，可以确定燃料电池处于稳定状态。在燃料电池处于稳定状态的情况下，阴极的阴极气体供应量与阴极的阴极气体消耗量相等，阳极的阳极气体供应量与阳极的阳极气体消耗量相等；当其它条件(如运行温度，阴、阳极总压力等)保持不变时，阴极气体浓度和阳极气体浓度也保持不变；并且，阴极的惰性气体分压与阳极的惰性气体气分压相等，阴极的水蒸气分压与阳极的水蒸气分压也相等。
其中，阴极压力与阳极压力之间的差值在预设压差范围内，则阴极的阴极气体浓度与阳极气体浓度的差值也在预设压差范围内。若阴极压力与阳极压力相等，则阴极的阴极气体浓度与阳极的阳极气体浓度也相等。
本申请实施例提供的燃料电池的控制方法中，根据阴极压力向阴极注入阴极气体，以及根据预设的阳极压力向阳极注入阳极气体；阴极压力与阳极压力之间的差值在预设压差范围内。该方法中，通过控制阴极的总压力在预设的阴极压力，阳极的总压力在预设的阳极压力下，且阴极压力与阳极压力之间的差值在预设的压差范围内，则可以控制阴阳极中的压差在可以控制的范围内，保证了燃料电池运行的稳定性和可靠性。
在一个实施例中，如图13所示，根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量，包括以下步骤：
S1301，获取预设运行温度下阴极中的水饱和蒸气压。
其中，燃料电池的运行温度可以由热管理子系统进行控制，控制燃料电池的运行温度的调高或降低。
燃料电池的温度高，燃料电池性能好、散热更容易，但耐久性会受到负面影响，因此，可以根据历史经验确定燃料电池的运行温度，控制燃料电池以该运行温度运行。
燃料电池的运行温度可以是燃料电池阴极和阳极的运行温度，因此，根据燃料电池的预设运行温度可以确定燃料电池中阴极中的水饱和蒸气压。
一种实施例中，可以从运行温度与水饱和蒸气压的对应关系中确定预设运行温度下阴极的水饱和蒸气压；如图14所示，图14为水饱和蒸气压随温度的变化关系图，可直接从图14中确定预设运行温度下阴极中的水饱和蒸气压，例如，若燃料电池的预设运行温度为T1，则阴极中的水饱和蒸气压为Psat1。
S1302，根据阴极压力、阴极气体浓度和水饱和蒸气压，确定惰性气体的目标气压量。
其中，惰性气体的目标气压量为置换储能装置向阴极充入的惰性气压的气压量。
在一个实施例中，如图15所示，根据阴极压力、阴极气体浓度和水饱和蒸气压，确定惰性气体的目标气压量，包括以下步骤：
S1501，根据阴极压力、阴极气体浓度和水饱和蒸气压，确定目标燃料电池中阴极的惰性气体气压量。
其中，目标燃料电池中阴极的惰性气体分压量为在燃料电池稳态的情况下，惰性气体在阴极的分压量。
由于浓度＝体积分数＝分压/总压力，因此，可根据阴极气体浓度确定阴极的惰性气体浓度和水蒸气浓度之和，根据阴极的惰性气体浓度和水蒸气浓度之和，以及阴极压力，确定阴极中惰性气体和水蒸气的分压之和，根据阴极中惰性气体和水蒸气的分压之和，以及水饱和蒸气压，确定目标燃料电池中阴极的惰性气体气压量。可用公式(1)计算目标燃料电池中阴极的惰性气体气压量。
M＝P1*(1-C1)-Psat1 (1)
其中，M表示目标燃料电池中阴极的惰性气体气压量，P1表示阴极压力，C1表示阴极气体浓度，Psat1表示水饱和蒸气压。
S1502，根据阴极的体积、阳极的体积和阴极的惰性气体气压量，确定惰性气体的目标气压量。
其中，阴极的体积表示的是阴极容纳腔的体积，阳极的体积为阳极容纳腔的体积。
由于在初始状态下，储能置换装置向阴极注入的惰性气体的气压量是阴极和阳极总的气压量，且由于燃料电池在稳定状态下，阴极的惰性气体分压和阳极的惰性气体分压相等，因此，根据阴极的体积、阳极的体积，确定阳极的体积为阴极的体积的倍数，根据倍数以及目标燃料电池中阴极的惰性气体气压量，确定惰性气体的目标气压量，如公式(2)所示。
N＝(1+x)*M (2)
其中，N表示惰性气体的目标气压量，x表示阳极的体积为阴极的体积的倍数，M表示目标燃料电池中阴极的惰性气体气压量。
例如，若阴极的体积与阳极的体积相等，则惰性气体的目标气压量为2M，若阳极的体积为阴极的体积的2倍，则惰性气体的目标气压量为3M。
本申请实施例提供的燃料电池的控制方法中，获取预设运行温度下阴极中的水饱和蒸气压，根据阴极压力、阴极气体浓度和水饱和蒸气压，确定惰性气体的目标气压量。该方法中，燃料电池内部需要的惰性气体的目标气压量由运行时的阴极压力、阴极气体浓度和运行温度决定，能够保证燃料电池在运行的过程中，在阴极压力和运行温度的条件下，阴极气体浓度为预设的阴极气体浓度，从而避免了引起气体浓度过大腐蚀阴阳极之间的质子交换膜，提高了燃料电池的可靠性和寿命。
确定目标燃料电池中惰性气体的目标气压量后，向目标燃料电池的阴极注入惰性气体，下面通过一个实施例对向阴极注入惰性气体的具体过程进行说明，在一个实施例中，向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体，包括：若目标气压量大于或等于本地大气压，则向目标燃料电池的阴极注入纯惰性气体；若目标气压量小于本地大气压，则向目标燃料电池的阴极注入混合惰性气体；混合惰性气体包括惰性气体和阴极气体。
在需要向阴极注入的惰性气体的目标气压量大于或等于本地大气压的情况下，则可以直接控制置换储能装置向阴极注入纯氮气，直至阴极的总压力达到目标气压量。
具体地，在目标气压量大于或等于本地大气压的情况下，打开置换储能装置中的电磁阀，控制置换储能单元向阴极注入纯惰性气体，当检测到阴极的压力达到目标气压量，则控制电磁阀关闭，停止向阴极注入纯惰性气体。其中，置换储能单元中存储的气体为纯惰性气体，例如，可以为纯氮气。
由于纯惰性气体的最小惰性气体分压等于本地大气压，则在目标气压量小于本地大气压的情况下，需要向目标燃料电池的阴极注入混合惰性气体，在一个实施例中，如图16所示，向目标燃料电池的阴极注入混合惰性气体，包括以下步骤：
S1601，根据目标气压量和本地大气压，确定惰性气体的目标体积分数。
其中，惰性气体的目标体积分数为向阴极注入的混合惰性气体中惰性气体的体积分数，混合惰性气体可以是空气、阴极气体和惰性气体的混合气体；例如，以惰性气体为氮气、阴极气体为氧气为例，混合惰性气体可以是空气或氧氮混合气体，惰性气体的目标体积分数则为惰性混合气体中氮气的体积分数。
因此，惰性气体的体积分数可以满足以下条件：
其中，Crep表示惰性气体的目标体积分数，N表示惰性气体的目标气压量，Patm表示本地大气压。
需要说明的是，惰性气体的目标体积分数可以是小于或等于惰性气体的目标气压量与本地大气压的比值的任意数值。
S1602，根据目标气压量和目标体积分数，确定阴极的混合惰性气体的混合气压量。
将目标气压量与目标体积分数的比值确定为阴极的混合惰性气体的混合气压量，如公式(4)所示。
其中，PN表示阴极的混合惰性气体的混合气压量，N表示目标气压量，Crep表示惰性气体的目标体积分数。
S1603，根据混合气压量，向阴极注入混合惰性气体。
向阴极注入混合惰性气体，直至阴极的总压力达到混合气压量；在阴极的总压力为混合气压量时，惰性气体在阴极的气压量为目标气压量。
具体地，打开置换储能装置中的电磁阀，控制置换储能单元向阴极注入混合惰性气体，当检测到阴极的压力达到混合气压量，则控制电磁阀关闭，停止向阴极注入混合惰性气体。其中，置换储能单元中存储的气体为混合惰性气体，例如，可以为氧氮混合气体。
本申请实施例提供的燃料电池的控制方法中，若目标气压量大于或等于本地大气压，则向目标燃料电池的阴极注入纯惰性气体；若目标气压量小于本地大气压，则向目标燃料电池的阴极注入混合惰性气体；混合惰性气体包括惰性气体和阴极气体。该方法中，通过目标气压量与本地大气压之间的关系，合理地确定向阴极注入的气体类型和气压量，实现了惰性气体的合理注入，保证了阴极注入惰性气体的准确性。
下面通过一个实施例对燃料电池在运行过程中，阴极气体浓度的控制方法，需要说明的是，阳极气体浓度的控制方法与阴极气体浓度的控制方法相同，下面仅以阴极气体浓度的控制方法进行示例说明。在一个实施例中，该实施例包括：响应于阴极气体浓度调整指令，将目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度；阴极气体调整指令中携带目标阴极气体浓度。
当前阴极气体浓度为当前的阴极气体浓度，目标阴极气体浓度为需要调整到的阴极气体浓度。
在需要调整阴极气体浓度时，可以向控制器发送阴极气体浓度调整指令，以将目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度；阴极气体调整指令中携带需调整到的目标阴极气体浓度
其中，可以通过控制阴极压力、燃料电池的运行温度实现阴极气体浓度的调整，阴极压力可以由第一气体调节阀调节，运行温度由热管理子系统进行控制。
一种实施例中，控制阴极压力不变，通过调整燃料电池的运行温度调整阴极气体浓度，如图17所示，将目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度，包括以下步骤：
S1701，获取目标燃料电池的阴极的水饱和蒸气压。
根据目标燃料电池的当前运行温度和温度与水饱和蒸汽压的对应关系，确定目标燃料电池的阴极水饱和蒸汽压。
S1702，根据水饱和蒸气压、阴极压力、当前阴极气体浓度和目标阴极气体浓度，确定目标水饱和蒸气压。
根据当前阴极气体浓度和目标阴极气体浓度，确定浓度差值，根据浓度差值和阴极压力，确定浓度差产生的压差，根据浓度差产生的压差和水饱和蒸汽压确定目标水饱和蒸汽压，如公式(5)所示。
Psat2＝Psat1-P1*(C2-C1) (5)
其中，Psat2表示目标水饱和蒸气压，Psat1表示水饱和蒸气压，P1表示阴极压力，C2表示目标阴极气体浓度，C1表示当前阴极气体浓度。
S1703，根据目标水饱和蒸气压，确定目标燃料电池的目标运行温度。
根据目标水饱和蒸汽压，从温度与水饱和蒸汽压之间的对应关系中，获取目标水饱和蒸汽压对应的温度，将该温度确定为目标燃料电池的目标运行温度。
S1704，将目标燃料电池的运行温度调整为目标运行温度，以使阴极的阴极气体浓度为目标阴极气体浓度。
基于目标运行温度，将目标燃料电池的当前运行温度调整为目标运行温度，燃料电池在目标运行温度下，阴极的阴极气体浓度为目标阴极气体浓度。
其中，控制器可以将目标运行温度发送至热管理子系统，热管理子系统根据接收到的目标运行温度，将目标燃料电池的运行温度调整为目标运行温度。
另一种实施例中，控制目标燃料电池的运行温度不变，通过调整燃料电池的阴极压力调整阴极气体浓度，如图18所示，将目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度，包括以下步骤：
S1801，根据阴极压力、当前阴极气体浓度和目标阴极气体浓度，确定阴极的目标压力。
由于目标燃料电池的运行温度不变，则水蒸气分压不变，并且，阴极的惰性气体分压也不变，因此，可计算当前水蒸气和惰性气体的当前总浓度，以及调整阴极气体浓度后的水蒸气和惰性气体的目标总浓度，根据当前总浓度、目标总浓度以及阴极压力，确定阴极的目标压力；如公式(6)所示。
其中，P2表示阴极的目标压力，P1表示阴极压力，C1表示当前阴极气体浓度，C2表示目标阴极气体浓度；(1-C1)表示当前水蒸气和惰性气体的当前总浓度，(1-C2)表示调整阴极气体浓度后的水蒸气和惰性气体的目标总浓度。
S1802，向阴极注入阴极气体，直至阴极的压力达到目标压力；在目标压力下阴极的阴极气体浓度为目标阴极气体浓度。
基于上述阴极的目标压力，控制阴极储能装置向阴极注入阴极气体，直至阴极的总压力达到目标压力。
需要说明的是，由于阴极的阴极压力和燃料电池的运行温度由于燃料电池性能的原因，有一定的范围限制，因此，在调整阴极的阴极气体浓度时，可以采用调整运行温度和阴极压力相结合的方式来控制阴极气体浓度。在上述调节过程中，由于阴极和阳极的总压力，以及运行温度均会同步变化，因此，阴极气体浓度和阳极气体浓度也会同步变化，即在调整阴极的阴极压力时，阳极的阳极压力也会发生相应变化。
本申请实施例提供的燃料电池的控制方法中，响应于阴极气体浓度调整指令，将目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度；阴极气体调整指令中携带目标阴极气体浓度。该方法中，通过阴极气体调整指令，对应调整阴极的阴极气体浓度，能够实现对阴极的阴极气体浓度的快速调整。
本申请实施例提供的燃料电池的控制方法中，面向封闭环境应用场景，从根源上消除了阳极尾排的必要性，实现了真正意义上的零气体排放，无需尾气处理和回收装置，与传统技术相比，显著减少了零部件和管路数量，使得燃料电池的控制系统结构大幅简化、成本大幅降低、可靠性显著增强。在控制方法层面，本申请提出的燃料电池的控制系统运行时仅需控制氢气、氧气两种气体的供给和循环，通过控制初始状态燃料电池内部氮气量，阴、阳极的总压力以及燃料电池的运行温度，即可控制阴极氧浓度和阳极氢浓度，使得控制算法大幅简化，显著增强了燃料电池系统的实用性和在封闭环境中应用的潜力。
在一个实施例中，本申请实施例还提供了一种燃料电池的控制系统和控制方法，以阴极气体为氧气、阳极气体为氢气，惰性气体为氮气为例，如图19a和图19b所示，图19a为燃料电池的控制系统，图19b为燃料电池的控制方法，该实施例包括以下步骤：
S1901，燃料电池在初始状态下，执行气体置换过程；
根据阴极的目标压力、阴极的目标氧浓度和燃料电池的运行温度，确定置换储能单元向阴极注入的氮气量，基于氮气量向阴极注入氮气，实现气体置换过程。
S1902，控制燃料电池进入封闭环境，燃料电池处于待机状态。
S1903，基于阴极的目标压力，向阴极注入氧气，基于阳极的目标压力，向阳极注入氢气，实现燃料电池的启动。
S1904，随着向阴极注入氧气，向阳极注入氢气，燃料电池进入运行过程。
S1905，控制燃料电池停机，使燃料电池重新进入待机状态。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及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，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些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中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的燃料电池的控制方法的燃料电池的控制装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个燃料电池的控制装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于燃料电池的控制方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图20所示，提供了一种燃料电池的控制装置2000，包括：气压量确定模块2001、第一气体注入模块2002和第二气体注入模块2003，其中：
气压量确定模块2001，用于根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量；阴极气体浓度表示满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且阴极气体浓度小于目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；
第一气体注入模块2002，用于向目标燃料电池的阴极中注入惰性气体；
第二气体注入模块2003，用于若惰性气体的气压量达到目标气压量，则向阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。
在一个实施例中，第二气体注入模块包括：
第一气体注入单元，用于根据阴极压力向阴极注入阴极气体，以及根据预设的阳极压力向阳极注入阳极气体；阴极压力与阳极压力之间的差值在预设压差范围内。
在一个实施例中，气压量确定模块包括：
第一获取单元，用于获取预设运行温度下阴极中的水饱和蒸气压；
气压量确定单元，用于根据阴极压力、阴极气体浓度和水饱和蒸气压，确定惰性气体的目标气压量。
在一个实施例中，气压量确定单元包括：
第一确定子单元，用于根据阴极压力、阴极气体浓度和水饱和蒸气压，确定目标燃料电池中阴极的惰性气体气压量；
第二确定子单元，用于根据阴极的体积、阳极的体积和阴极的惰性气体气压量，确定惰性气体的目标气压量。
在一个实施例中，第一气体注入模块包括：
第二气体注入单元，用于若目标气压量大于或等于本地大气压，则向目标燃料电池的阴极注入纯惰性气体；
第三气体注入单元，用于若目标气压量小于本地大气压，则向目标燃料电池的阴极注入混合惰性气体；混合惰性气体包括惰性气体和阴极气体。
在一个实施例中，第三气体注入单元包括：
第三确定子单元，用于根据目标气压量和本地大气压，确定惰性气体的目标体积分数；
第四确定子单元，用于根据目标气压量和目标体积分数，确定阴极的混合惰性气体的混合气压量；
第四气体注入单元根据混合气压量，向阴极注入混合惰性气体。
在一个实施例中，该装置2000还包括：
浓度调整模块，用于响应于阴极气体浓度调整指令，将目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度；阴极气体调整指令中携带目标阴极气体浓度。
在一个实施例中，浓度调整模块包括：
第二获取单元，用于获取目标燃料电池的阴极的水饱和蒸气压；
第一确定单元，用于根据水饱和蒸气压、阴极压力、当前阴极气体浓度和目标阴极气体浓度，确定目标水饱和蒸气压；
第二确定单元，用于根据目标水饱和蒸气压，确定目标燃料电池的目标运行温度；
第一调整单元，用于将目标燃料电池的运行温度调整为目标运行温度，以使阴极的阴极气体浓度为目标阴极气体浓度。
在一个实施例中，浓度调整模块包括：
第三确定单元，用于根据阴极压力、当前阴极气体浓度和目标阴极气体浓度，确定阴极的目标压力；
第二调整单元，用于向阴极注入阴极气体，直至阴极的压力达到目标压力；在目标压力下阴极的阴极气体浓度为目标阴极气体浓度。
上述燃料电池的控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
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服务器，其内部结构图可以如图21所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口(Input/Output，简称I/O)和通信接口。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储燃料电池的控制数据。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口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执行时以实现一种燃料电池的控制方法。
本领域技术人员可以理解，图21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，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
本申请实施例中处理器实现的各步骤，其实现原理和技术效果与上述燃料电池的控制方法的原理类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本申请实施例中计算机程序被处理器执行时实现的各步骤，其实现原理和技术效果与上述燃料电池的控制方法的原理类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本申请实施例中计算机程序被处理器执行时实现的各步骤，其实现原理和技术效果与上述燃料电池的控制方法的原理类似，在此不再赘述。
需要说明的是，本申请所涉及的数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (23)
1.一种燃料电池的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量；所述阴极气体浓度表示满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且所述阴极气体浓度小于所述目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；
向所述目标燃料电池的阴极中注入所述惰性气体；
若所述惰性气体的气压量达到所述目标气压量，则向所述阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体，包括：
根据所述阴极压力向所述阴极注入阴极气体，以及根据预设的阳极压力向阳极注入阳极气体；所述阴极压力与所述阳极压力之间的差值在预设压差范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量，包括：
获取预设运行温度下所述阴极中的水饱和蒸气压；
根据所述阴极压力、所述阴极气体浓度和所述水饱和蒸气压，确定所述惰性气体的目标气压量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述阴极压力、所述阴极气体浓度和所述水饱和蒸气压，确定所述惰性气体的目标气压量，包括：
根据所述阴极压力、所述阴极气体浓度和所述水饱和蒸气压，确定所述目标燃料电池中阴极的惰性气体气压量；
根据所述阴极的体积、所述阳极的体积和所述阴极的惰性气体气压量，确定所述惰性气体的目标气压量。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述向所述目标燃料电池的阴极中注入所述惰性气体，包括：
若所述目标气压量大于或等于本地大气压，则向所述目标燃料电池的阴极注入纯惰性气体；
若所述目标气压量小于所述本地大气压，则向所述目标燃料电池的阴极注入混合惰性气体；所述混合惰性气体包括惰性气体和所述阴极气体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述向所述目标燃料电池的阴极注入混合惰性气体，包括：
根据所述目标气压量和所述本地大气压，确定所述惰性气体的目标体积分数；
根据所述目标气压量和所述目标体积分数，确定所述阴极的混合惰性气体的混合气压量；
根据所述混合气压量，向所述阴极注入所述混合惰性气体。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于阴极气体浓度调整指令，将所述目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度；所述阴极气体调整指令中携带所述目标阴极气体浓度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将所述目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度，包括：
获取所述目标燃料电池的阴极的水饱和蒸气压；
根据所述水饱和蒸气压、所述阴极压力、所述当前阴极气体浓度和所述目标阴极气体浓度，确定目标水饱和蒸气压；
根据所述目标水饱和蒸气压，确定所述目标燃料电池的目标运行温度；
将所述目标燃料电池的运行温度调整为所述目标运行温度，以使所述阴极的阴极气体浓度为所述目标阴极气体浓度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将所述目标燃料电池的当前阴极气体浓度调整到目标阴极气体浓度，包括：
根据所述阴极压力、所述当前阴极气体浓度和所述目标阴极气体浓度，确定所述阴极的目标压力；
向所述阴极注入所述阴极气体，直至所述阴极的压力达到所述目标压力；在所述目标压力下所述阴极的阴极气体浓度为所述目标阴极气体浓度。
10.一种燃料电池的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：阴极储能装置、阳极储能装置和置换储能装置；所述阴极储能装置和所述置换储能装置均与所述燃料电池的阴极进气口连接，所述阳极储能装置与所述燃料电池的阳极进气口连接；
所述置换储能装置，用于通过所述阴极进气口向所述燃料电池的阴极注入惰性气体；所述惰性气体用于在控制所述燃料电池运行过程中使所述阴极的阴极气体浓度满足所述燃料电池的发电性能达到预设性能值，且小于所述燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；
所述阴极储能装置，用于通过所述阴极进气口向所述阴极注入阴极气体；
所述阳极储能装置，用于通过所述阳极进气口向所述阳极注入阳极气体。
11.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括阴极混合腔，所述阴极储能装置、所述置换储能装置和所述阴极出气口均通过所述阴极混合腔与所述阴极进气口连接；
所述阴极混合腔，用于接收所述阴极储能装置、所述置换储能装置和所述阴极出气口输送的气体，并将所述气体通过所述阴极进气口输送至所述阴极。
12.根据权利要求11所述的控制系统，其特征在于，所述阴极储能装置包括阴极储能单元和第一气体调节阀；所述阴极储能单元通过所述第一气体调节阀与所述阴极混合腔连接；
所述阴极储能单元，用于通过所述阴极混合腔和所述阴极进气口向所述阴极注入所述阴极气体；
所述第一气体调节阀，用于调节所述阴极储能单元向所述阴极注入所述阴极气体时的流量。
13.根据权利要求11所述的控制系统，其特征在于，所述置换储能装置包括置换储能单元和电磁阀；所述置换储能单元通过所述电磁阀与所述阴极混合腔连接；
所述电磁阀，用于控制所述置换储能单元通过所述阴极混合腔和所述阴极进气口向所述燃料电池的阴极注入惰性气体。
14.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括阴极气水分离器和阴极循环泵；所述阴极出气口通过所述阴极气水分离器与所述阴极循环泵连接，所述阴极循环泵与所述阴极混合腔连接；
所述阴极气水分离器，用于分离所述燃料电池的阴极中的气体和水分；
所述阴极循环泵，用于将所述阴极气水分离器分离的气体通过所述阴极混合腔和所述阴极进气口输送至所述燃料电池的阴极。
15.根据权利要求14所述的控制系统，其特征在于，所述阴极气水分离器上安装阴极液位传感器和阴极排水阀，所述阴极液位传感器用于检测所述阴极气水分离器中的阴极水位；
所述阴极气水分离器，还用于在所述阴极水位大于预设的第一高度阈值的情况下，控制所述阴极排水阀开启，以使所述阴极气水分离器中的水分排出，直至所述阴极水位小于或等于预设的第二高度阈值，所述第二高度阈值小于所述第一高度阈值。
16.根据权利要求10-15任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括阳极混合腔，所述阳极储能装置和所述阳极出气口均通过所述阳极混合腔与所述阳极进气口连接；
所述阳极混合腔，用于接收所述阳极储能装置和所述阳极出气口输送的气体，并将所述气体通过所述阳极进气口输送至所述燃料电池的阳极。
17.根据权利要求16所述的控制系统，其特征在于，所述阳极储能装置包括阳极储能单元和第二气体调节阀；所述阳极储能单元通过所述第二气体调节阀与所述阳极混合腔连接；
所述阳极储能单元，用于通过所述阳极混合腔和所述阳极进气口向所述阳极注入所述阳极气体；
所述第二气体调节阀，用于调节所述阳极储能单元向所述阳极注入所述阳极气体时的流量。
18.根据权利要求16所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括阳极气水分离器和阳极循环泵；所述阳极出气口通过所述阳极气水分离器与所述阳极循环泵连接，所述阳极循环泵与所述阳极混合腔连接；
所述阳极气水分离器，用于分离所述燃料电池的阳极中的气体和水分；
所述阳极循环泵，用于将所述阳极气水分离器中分离的气体通过所述阳极混合腔和所述阳极进气口输送至所述燃料电池的阳极。
19.根据权利要求18所述的控制系统，其特征在于，所述阳极气水分离器上安装阳极液位传感器和阳极排水阀，所述阳极液位传感器用于检测所述阳极气水分离器中的阳极水位；
所述阳极气水分离器，还用于在所述阳极水位大于预设的第三高度阈值的情况下，控制所述阳极排水阀开启，以将所述阳极气水分离器中的水分排出，直至所述阳极水位小于或等于第四高度阈值；所述第二高度阈值小于所述第三高度阈值。
20.根据权利要求10-15任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括阴极压力采集装置、阳极压力采集装置和阴极浓度采集装置；所述阴极压力采集装置安装在所述燃料电池的阴极的第一预设位置处，所述阳极压力采集装置安装在所述燃料电池的阳极的第二预设位置处，所述阴极浓度采集装置安装在所述燃料电池的阴极的第三预设位置处；
所述阴极压力采集装置，用于采集所述燃料电池的阴极压力；
所述阳极压力采集装置，用于采集所述燃料电池的阳极压力；
所述浓度采集装置，用于采集所述燃料电池的阴极的阴极气体浓度。
21.一种燃料电池的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
气压量确定模块，用于根据预设的阴极压力和阴极气体浓度，确定惰性气体的目标气压量；所述阴极气体浓度表示满足目标燃料电池发电性能达到预设性能值的浓度，且所述阴极气体浓度小于所述目标燃料电池中质子交换膜的腐蚀浓度；
第一气体注入模块，用于向所述目标燃料电池的阴极中注入所述惰性气体；
第二气体注入模块，用于若所述惰性气体的气压量达到所述目标气压量，则向所述阴极注入阴极气体以及向阳极注入阳极气体。
22.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
23.一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权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
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