CN116960394B - 用于燃料电池系统的氢气温控方法、设备及燃料电池汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于燃料电池系统的氢气温控方法、设备及燃料电池汽车，涉及燃料电池系统控制领域，该方案在供氢通路与燃料电池之间增加了换热器，通过换热器可利用燃料电池的阴极出口处的高温水气对供氢通路中的氢气进行加热，减少氢气的温差；该换热器结构简单，成本低廉，并充分利用的燃料电池的废热资源，实现了能量的回收利用，解决了现有技术中存在的成本较高、能量利用率低的问题。

Description

用于燃料电池系统的氢气温控方法、设备及燃料电池汽车
技术领域
本发明涉及燃料电池系统控制领域，尤其是涉及一种用于燃料电池系统的氢气温控方法、设备及燃料电池汽车。
背景技术
燃料电池系统中的供氢通路为燃料电池堆提供氢气，从氢气瓶中传送来的氢气与燃料电池中循环出来的氢气经过混合后，重新提供给燃料电池进行化学反应。以车载燃料电池系统为例，该燃料电池系统中的氢气温度与环境温度相当，在寒冷天气下的氢气温度与燃料电池的工作温度相差较大，导致燃料电池中循环出来的氢气中的水分析出并进入到燃料电池的阳极入口处，导致燃料电池的阳极侧发生水淹，降低了燃料电池的工作性能，严重时会导致燃料电池的寿命降低，甚至损坏。
现有技术中对于此类问题，通常是设置相应的加热装置来缩小氢气的温差，但此类方式不仅成本较高，而且加热过程需要额外的能量，影响燃料电池系统的能量利用效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于燃料电池系统的氢气温控方法、设备及燃料电池汽车，该方法在供氢通路与燃料电池之间增加了换热器，通过换热器可利用燃料电池的阴极出口处的高温水气对供氢通路中的氢气进行加热，减少氢气的温差；该换热器结构简单，成本低廉，并充分利用的燃料电池的废热资源，实现了能量的回收利用，解决了现有技术中存在的成本较高、能量利用率低的问题。
第一方面，本发明实施方式提供了一种用于燃料电池系统的氢气温控方法，该燃料电池系统至少包括燃料电池和换热器；其中，换热器中设置有通气管以及换热区；通气管的进气口与燃料电池系统的供氢通路相连接；通气管的出气口与燃料电池的阳极通路的氢气入口相连接；换热区的入口与燃料电池的阴极通路的气液出口相连接；换热区的出口与燃料电池的第一尾排出口相连接；燃料电池的阴极通路中排出的水气通过换热区对换热器中通气管中的氢气进行加热；
燃料电池的阴极通路中包括第一三通阀，第一三通阀的入口与燃料电池的阴极出口的气液出口相连接；第一三通阀的第一出口与燃料电池的第二尾排出口相连接；第一三通阀的第二出口与换热器中的换热区的入口相连接；
燃料电池系统的供氢通路中包括氢气瓶以及第一温度传感器；氢气瓶通过供气管路与换热器中的通气管的进气口相连接；第一温度传感器设置在通气管的进气口处；
用于燃料电池系统的氢气温控方法，包括：
利用第一温度传感器实时获取通气管的进气口处的第一氢气温度；
实时获取燃料电池中阳极通路的氢气入口处的第二氢气温度以及阴极通路的阴极出口处的气液温度；
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，燃料电池系统的供氢通路还包括：第一单向阀、第二温度传感器、第一压力传感器；其中，第一单向阀设置在氢气瓶的出口处；第二温度传感器设置在通气管的进气口与第一单向阀之间；第一压力传感器设置在第二温度传感器与通气管的进气口之间；
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用第二温度传感器实时获取氢气瓶的出口处的第三氢气温度；
利用第一压力传感器实时获取供气管路中的第一压力值；
利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，燃料电池系统的供氢通路还包括：过流阀、第一减压阀以及第二压力传感器；其中，第二压力传感器设置在第一温度传感器与第一减压阀之间；第一减压阀设置在过流阀与第二压力传感器之间；过流阀设置在第一压力传感器与第一减压阀之间；
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用第二压力传感器实时获取供气管路中的第二压力值；
利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值以及第二压力值，确定第一三通阀的第一开度值以及第一减压阀的第二开度值；
利用第一开度值以及第二开度值控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，燃料电池系统的供氢通路还包括：瓶口阀、瓶尾阀以及截止阀；其中，瓶口阀设置在第二温度传感器与第一压力传感器之间；瓶尾阀的进气口与氢气瓶的废气排出口相连接；瓶尾阀的出气与燃料电池的第三尾排出口相连接；截止阀设置在通气管的进气口与第二压力传感器之间；
利用第一开度值以及第二开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值以及第二压力值，确定第一三通阀的第一开度值、第一减压阀的第二开度值、瓶口阀的第四开度值、瓶尾阀的第五开度值以及截止阀的第六开度值；
利用第一开度值、第二开度值、第四开度值、第五开度值以及第六开度值控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，燃料电池系统的供氢通路还包括：安全阀、放空阀以及第二减压阀；其中，安全阀和放空阀的进气口均设置在第二压力传感器以及第二减压阀之间；安全阀和放空阀的出气口均与燃料电池的第四尾排出口相连接；第二压力传感器设置在第一减压阀与第二减压阀之间；第二减压阀设置在第二压力传感器与截止阀之间；
利用第一开度值以及第二开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值以及第二压力值，确定第一三通阀的第一开度值、第一减压阀的第二开度值、第二减压阀的第三开度值、安全阀的第七开度值以及放空阀的第八开度值；
利用第一开度值、第二开度值、第三开度值、第七开度值以及第八开度值控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，燃料电池系统的供氢通路还包括：第三压力传感器以及第二单向阀；其中，第三压力传感器位于供氢通路的氢气注入口处；第二单向阀位于氢气瓶的出口与第三压力传感器之间；
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用第三压力传感器实时获取供氢通路的氢气注入口处的第三压力值；
利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度以及第三压力值确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，燃料电池的阳极通路中包括：氢气泵；其中，氢气泵的进气口与燃料电池的阳极出口相连接；氢气泵的出气口与燃料电池的阳极通路的氢气入口相连接；
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，包括：
实时获取氢气泵的转速值；
利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度以及氢气泵的转速值确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，换热器中还设置有动力泵；动力泵用于对换热区中的水气循环提供动力；
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度以及氢气泵的转速值确定第一三通阀的第一开度值以及动力泵的转速值；
利用第一开度值以及动力泵的转速值控制通气管中的氢气温度。
第二方面，本发明实施方式还提供一种用于燃料电池系统的氢气温控设备，该燃料电池系统至少包括燃料电池和换热器；其中，换热器中设置有通气管以及换热区；通气管的进气口与燃料电池系统的供氢通路相连接；通气管的出气口与燃料电池的阳极通路的氢气入口相连接；换热区的入口与燃料电池的阴极通路的气液出口相连接；换热区的出口与燃料电池的第一尾排出口相连接；燃料电池的阴极通路中排出的水气通过换热区对换热器中通气管中的氢气进行加热；
燃料电池的阴极通路中包括第一三通阀，第一三通阀的入口与燃料电池的阴极出口的气液出口相连接；第一三通阀的第一出口与燃料电池的第二尾排出口相连接；第一三通阀的第二出口与换热器中的换热区的入口相连接；
燃料电池系统的供氢通路中包括氢气瓶以及第一温度传感器；氢气瓶通过供气管路与换热器中的通气管的进气口相连接；第一温度传感器设置在通气管的进气口处；
该设备包括：
第一数据获取单元，用于利用第一温度传感器实时获取通气管的进气口处的第一氢气温度；
第二数据获取单元，用于实时获取燃料电池中阳极通路的氢气入口处的第二氢气温度以及阴极通路的阴极出口处的气液温度；
温度控制单元，用于利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
第三方面，本发明实施方式还提供一种燃料电池汽车，该燃料电池汽车至少包括：燃料电池系统和控制单元；其中，控制单元在燃料电池系统进行氢气温控的过程中执行上述第一方面提到的用于燃料电池系统的氢气温控方法。
第四方面，本发明实施方式还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现第一方面提供的任一项的用于燃料电池系统的氢气温控方法。
第五方面，本发明实施方式还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现第一方面提供的用于燃料电池系统的氢气温控方法。
本发明实施方式提供的一种用于燃料电池系统的氢气温控方法、设备及燃料电池汽车，所包含的燃料电池系统至少包括燃料电池和换热器；其中，换热器中设置有通气管以及换热区；通气管的进气口与燃料电池系统的供氢通路相连接；通气管的出气口与燃料电池的阳极通路的氢气入口相连接；换热区的入口与燃料电池的阴极通路的气液出口相连接；换热区的出口与燃料电池的第一尾排出口相连接；燃料电池的阴极通路中排出的水气通过换热区对换热器中通气管中的氢气进行加热；燃料电池的阴极通路中包括第一三通阀，第一三通阀的入口与燃料电池的阴极出口的气液出口相连接；第一三通阀的第一出口与燃料电池的第二尾排出口相连接；第一三通阀的第二出口与换热器中的换热区的入口相连接；燃料电池系统的供氢通路中包括氢气瓶以及第一温度传感器；氢气瓶通过供气管路与换热器中的通气管的进气口相连接；第一温度传感器设置在通气管的进气口处。在此基础上，在对燃料电池系统进行氢气温控的过程中，首先利用第一温度传感器实时获取通气管的进气口处的第一氢气温度；然后实时获取燃料电池中阳极通路的氢气入口处的第二氢气温度以及阴极通路的阴极出口处的气液温度；最后利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。该方法在供氢通路与燃料电池之间增加了换热器，通过换热器可利用燃料电池的阴极出口处的高温水气对供氢通路中的氢气进行加热，减少氢气的温差；该换热器结构简单，成本低廉，并充分利用的燃料电池的废热资源，实现了能量的回收利用，解决了现有技术中存在的成本较高、能量利用率低的问题。
本发明的其他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。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的第一种燃料电池系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于燃料电池系统的氢气温控方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的第二种燃料电池系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第一种控制通气管中的氢气温度的流程图；
图5为本发明实施例提供的第三种燃料电池系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的第二种控制通气管中的氢气温度的流程图；
图7为本发明实施例提供的第四种燃料电池系统的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的第三种控制通气管中的氢气温度的流程图；
图9为本发明实施例提供的第五种燃料电池系统的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的第四种控制通气管中的氢气温度的流程图；
图11为本发明实施例提供的第六种燃料电池系统的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的第五种控制通气管中的氢气温度的流程图；
图13为本发明实施例提供的第七种燃料电池系统的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的第六种控制通气管中的氢气温度的流程图；
图15为本发明实施例提供的第一种换热器的结构示意图；
图16为本发明实施例提供的第二种换热器的结构示意图；
图17为本发明实施例提供的第七种控制通气管中的氢气温度的流程图；
图18为本发明实施例提供的一种用于燃料电池系统的氢气温控设备的结构示意图；
图19为本发明实施例提供的一种燃料电池汽车的结构示意图；
图20为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
图标：
11-燃料电池；12-换热器；13-通气管；14-换热区；15-第一三通阀；16-氢气瓶；17-第一温度传感器；18-第一单向阀；19-第二温度传感器；20-第一压力传感器；21-过流阀；22-第一减压阀；23-第二压力传感器；24-瓶口阀；25-瓶尾阀；26-截止阀；27-安全阀；28-放空阀；29-第二减压阀；30-第三压力传感器；31-第二单向阀；32-氢气泵；33-动力泵；
1810-第一数据获取单元；1820-第二数据获取单元；1830-温度控制单元；
1910-燃料电池系统；1920-控制单元；
101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
燃料电池系统中的供氢通路为燃料电池堆提供氢气，从氢气瓶中传送来的氢气与燃料电池中循环出来的氢气经过混合后，重新提供给燃料电池进行化学反应。以车载燃料电池系统为例，该燃料电池系统中的氢气温度与环境温度相当，在寒冷天气下的氢气温度与燃料电池的工作温度相差较大，导致燃料电池中循环出来的氢气中的水分析出并进入到燃料电池的阳极入口处，导致燃料电池的阳极侧发生水淹，降低了燃料电池的工作性能，严重时会导致燃料电池的寿命降低，甚至损坏。
现有技术中对于此类问题，通常是设置相应的加热装置来缩小氢气的温差，但此类方式不仅成本较高，而且加热过程需要额外的能量，影响燃料电池系统的能量利用效率。基于此，本发明实施提供了一种用于燃料电池系统的氢气温控方法、设备及燃料电池汽车，该方案在供氢通路与燃料电池之间增加了换热器，通过换热器可利用燃料电池的阴极出口处的高温水气对供氢通路中的氢气进行加热，减少氢气的温差；该换热器结构简单，成本低廉，并充分利用的燃料电池的废热资源，实现了能量的回收利用，解决了现有技术中存在的成本较高、能量利用率低的问题。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种用于燃料电池系统的氢气温控方法进行详细介绍，如图1所示，该燃料电池系统至少包括燃料电池11和换热器12；其中，换热器12中设置有通气管13以及换热区14；通气管13的进气口与燃料电池系统的供氢通路相连接；通气管13的出气口与燃料电池11的阳极通路的氢气入口相连接；换热区14的入口与燃料电池11的阴极通路的气液出口相连接；换热区14的出口与燃料电池11的第一尾排出口相连接；燃料电池11的阴极通路中排出的水气通过换热区14对换热器12中通气管13中的氢气进行加热。
燃料电池11的阴极通路中包括第一三通阀15，第一三通阀15的入口与燃料电池11的阴极出口的气液出口相连接；第一三通阀15的第一出口与燃料电池11的第二尾排出口相连接；第一三通阀15的第二出口与换热器12中的换热区14的入口相连接。
燃料电池系统的供氢通路中包括氢气瓶16以及第一温度传感器17；氢气瓶16通过供气管路与换热器12中的通气管13的进气口相连接；第一温度传感器17设置在通气管13的进气口处。
在此基础上，氢气温控方法如图2所示，包括：
步骤S201，利用第一温度传感器实时获取通气管的进气口处的第一氢气温度；
步骤S202，实时获取燃料电池中阳极通路的氢气入口处的第二氢气温度以及阴极通路的阴极出口处的气液温度；
步骤S203，利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
第一温度传感器17实时获取的通气管进气口处的第一氢气温度可理解为待调节的输入温度，该温度值在寒冷环境中温度较低。燃料电池11中阳极通路的氢气入口处的第二氢气温度为换热器12的输出温度，可理解为调节后的目标温度。燃料电池11的阴极出口处输出的是温度较高的气液温度，该气液温度输入至换热器12后，对通气管13中温度较低的氢气进行加热，并通过换热器12输出的第二氢气温度来调节燃料电池11的阴极出口的气液温度，最终达到温度需求。
在温度调节过程中，通过对第一三通阀15进行调节来对燃料电池11的阴极出口处的气液流量进行控制，从而实现温度的精准控制。因此通过第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度，最终确定是第一三通阀15的第一开度值，并利用第一开度值来对通气管13中的氢气温度进行调节。
在一种实施方式中，如图3所示，燃料电池系统的供氢通路还包括：第一单向阀18、第二温度传感器19、第一压力传感器20；其中，第一单向阀18设置在氢气瓶16的出口处；第二温度传感器19设置在通气管13的进气口与第一单向阀18之间；第一压力传感器20设置在第二温度传感器19与通气管13的进气口之间。
在此基础上，利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤S203，如图4所示，包括：
步骤S401，利用第二温度传感器实时获取氢气瓶的出口处的第三氢气温度；
步骤S402，利用第一压力传感器实时获取供气管路中的第一压力值；
步骤S403，利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
第一单向阀18的作用是将氢气瓶16中的氢气单向传输至燃料电池11中，通过引入第二温度传感器19得到氢气瓶的出口处的第三氢气温度，最终用于氢气温度的调节。一般来说第三氢气温度与第一氢气温度差距不大，但在传输通路较长的情况下也会有一定的温度差，因此实际场景中可同时利用通气管的进气口处的第一氢气温度以及氢气瓶的出口处的第三氢气温度来对氢气温度进行调节。
供气管路中的压力值也会对换热器12中氢气温度的调节产生影响，一般来说，供气管路中氢气的压力值越大，换热器12的通气管13中的氢气流动越快，换热时间更短，换热效率下降。因此利用第一压力传感器20对供气管路中氢气的压力进行获取，并利用获得的第一压力值确定第一三通阀的第一开度值，最终实现了控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，如图5所示，燃料电池系统的供氢通路还包括：过流阀21、第一减压阀22以及第二压力传感器23；其中，第二压力传感器设置23在第一温度传感器17与第一减压阀22之间；第一减压阀22设置在过流阀21与第二压力传感器23之间；过流阀21设置在第一压力传感器20与第一减压阀22之间。
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，如图6所示，包括：
步骤S601，利用第二压力传感器实时获取供气管路中的第二压力值；
步骤S602，利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值以及第二压力值，确定第一三通阀的第一开度值以及第一减压阀的第二开度值；
步骤S603，利用第一开度值以及第二开度值控制通气管中的氢气温度。
过流阀21的作用是对供气管路中来自氢气瓶16的氢气的流速进行限制，气体流速限制后还需要对气体的压力进行限制，因此需要在过流阀21的气流后方设置第一减压阀22，并在第一减压阀22的后方设置第二压力传感器23。通过第二压力传感器23实时获取的供气管路中的第二压力值后结合第一压力值来对通气管13中的氢气流速进行进一步控制，从而确定第一减压阀的第二开度值；并结合第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度确定的第一三通阀的第一开度值，最终控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，如图7所示，燃料电池系统的供氢通路还包括：瓶口阀24、瓶尾阀25以及截止阀26；其中，瓶口阀24设置在第二温度传感器19与第一压力传感器20之间；瓶尾阀25的进气口与氢气瓶16的废气排出口相连接；瓶尾阀25的出气与燃料电池11的第三尾排出口相连接；截止阀26设置在通气管13的进气口与第二压力传感器23之间。
利用第一开度值以及第二开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，如图8所示，包括：
步骤S801，利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值以及第二压力值，确定第一三通阀的第一开度值、第一减压阀的第二开度值、瓶口阀的第四开度值、瓶尾阀的第五开度值以及截止阀的第六开度值；
步骤S802，利用第一开度值、第二开度值、第四开度值、第五开度值以及第六开度值控制通气管中的氢气温度。
瓶口阀24设置在氢气瓶16的供气口一侧，截止阀26设置在远离瓶口阀24且更靠近换热器12的一侧，瓶尾阀25设置在氢气瓶16的出气口一侧。通过瓶口阀24、瓶尾阀25以及截止阀26可对氢气瓶16的供气过程进行进一步控制。因此通过第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值以及第二压力值，即可确定第一三通阀的第一开度值、第一减压阀的第二开度值、瓶口阀的第四开度值、瓶尾阀的第五开度值以及截止阀的第六开度值。
瓶口阀的第四开度值、瓶尾阀的第五开度值以及截止阀的第六开度值确定后，结合已获取的第一开度值、第二开度值即可进一步控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，如图9所示，燃料电池系统的供氢通路还包括：安全阀27、放空阀28以及第二减压阀29；其中，安全阀27和放空阀28的进气口均设置在第二压力传感器23以及第二减压阀29之间；安全阀27和放空阀28的出气口均与燃料电池的第四尾排出口相连接；第二压力传感器23设置在第一减压阀22与第二减压阀29之间；第二减压阀29设置在第二压力传感器23与截止阀26之间。
利用第一开度值以及第二开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，如图10所示，包括：
步骤S1001，利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值以及第二压力值，确定第一三通阀的第一开度值、第一减压阀的第二开度值、第二减压阀的第三开度值、安全阀的第七开度值以及放空阀的第八开度值；
步骤S1002，利用第一开度值、第二开度值、第三开度值、第七开度值以及第八开度值控制通气管中的氢气温度。
安全阀27和放空阀28可对供气管路中来自氢气瓶16的氢气进行排出，进而对氢气流速进行进一步控制，进而控制通气管13的气体流速，并最终控制通气管13中氢气的换热效果。因此在利用第一开度值以及第二开度值控制通气管中的氢气温度的过程中，根据已获取的第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度、第三氢气温度、第一压力值以及第二压力值，确定第二减压阀29的第三开度值、安全阀27的第七开度值以及放空阀28的第八开度值，并结合第一开度值、第二开度值最终控制通气管13中的氢气温度。
在一种实施方式中，如图11所示，燃料电池系统的供氢通路还包括：第三压力传感器30以及第二单向阀31；其中，第三压力传感器30位于供氢通路的氢气注入口处；第二单向阀31位于氢气瓶16的出口与第三压力传感器30之间。
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，如图12所示，包括：
步骤S1201，利用第三压力传感器实时获取供氢通路的氢气注入口处的第三压力值；
步骤S1202，利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度以及第三压力值确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
在一些使用场景中氢气通过氢气注入口直接通过供气管路传输至换热器中，因此需要利用设置在氢气出入口出的第三压力传感器30以及第二单向阀31来对进入通气管中的氢气进行控制。具体的，利用第三压力传感器实时获取供氢通路的氢气注入口处的第三压力值后，结合第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度来确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
在一种实施方式中，如图13所示，燃料电池的阳极通路中包括：氢气泵32；其中，氢气泵32的进气口与燃料电池的阳极出口相连接；氢气泵32的出气口与燃料电池的阳极通路的氢气入口相连接。
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，如图14所示，包括：
步骤S1401，实时获取氢气泵的转速值；
步骤S1402，利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度以及氢气泵的转速值确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
氢气泵32可对阳极回路中的氢气进行重新循环，因此氢气泵32的转速值也决定了氢气的流速，并最终影响换热器中的氢气换热效率，可见氢气泵的转速值也能够控制通气管中的氢气温度。因此在获取氢气泵的转速值后，结合第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度即可确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
从上述实施例中可知，在控制氢气温度的过程中最核心的部件就是换热器，如图15所示。该换热器为套筒式换热器，工作原理是通过将两种不同介质分别流过内外两个管道，使热量从高温的介质传递到低温的介质中，从而达到加热或冷却的目的。套管式换热器通常由内管、外管、管板等组成，其结构简单、可靠、易于维护。套管式换热器通过内管和外管之间的热传导，将热量从高温的介质传递到低温的介质中。内管和外管之间的介质可以是两种不同的液体或气体，也可以是液体和气体之间的传热。在套管式换热器中，热量从高温的介质传递到内管的管壁上，然后通过管壁传递到外管上，传递到低温的介质。
具体的说，图15中的换热器的通气管的两头分别为氢气入口和氢气出口，而换热区的两端分别为尾排水气入口以及尾排水气出口。从尾排水气入口进入的水气具有一定的温度，在被尾排水气出口排出的过程中会对通气管中温度较低的氢气进行加热。通过控制尾排水气入口的流速以及通气管中的氢气流速，实现了对氢气温度的控制。
具体的，套筒式换热器计算公式可参考如下计算过程。
氢气所需换热量：Q1=MϹ∆T; 其中M为氢气质量流量，C为氢气比热容，∆T氢气进出口温差。
传热量计算：Q2=KF∆Tm；其中 K为平均传热系数，F为传热面积，∆Tm两种流体间的平均温差。
对数平均温差计算：∆Tm=(∆Tmax-∆Tmim)/(ln(∆Tmax-∆Tmim))；其中∆Tmax为进出口最大温差，∆Tmim为进出口最小温差。
如图16所示，在一种实施方式中，换热器中还设置有动力泵33；动力泵33用于对换热区14中的水气循环提供动力。
利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度的步骤，如图17所示，包括：
步骤S1701，利用第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度以及氢气泵的转速值确定第一三通阀的第一开度值以及动力泵的转速值；
步骤S1702，利用第一开度值以及动力泵的转速值控制通气管中的氢气温度。
为了对换热器中的水气进行进一步的控制，可在换热器中设置一个动力泵，用于对换热器中的水气流动提供循环动力，因此动力泵的转速可用于控制换热的过程。值得一提的是，动力泵的转速值是通过第一氢气温度、第二氢气温度、气液温度以及氢气泵的转速值所决定的，动力泵的转速值确定后即可利用第一三通阀的第一开度值对通气管中的氢气温度进行控制。
通过上述实施例中提到的用于燃料电池系统的氢气温控方法可知，该方法在供氢通路与燃料电池之间增加了换热器，通过换热器可利用燃料电池的阴极出口处的高温水气对供氢通路中的氢气进行加热，减少氢气的温差；该换热器结构简单，成本低廉，并充分利用的燃料电池的废热资源，实现了能量的回收利用，解决了现有技术中存在的成本较高、能量利用率低的问题。
对于前述实施例提供的一种用于燃料电池系统的氢气温控方法，本发明实施例提供了一种用于燃料电池系统的氢气温控设备，如图18所示，该系统包括：
第一数据获取单元1810，用于利用第一温度传感器实时获取通气管的进气口处的第一氢气温度；
第二数据获取单元1820，用于实时获取燃料电池中阳极通路的氢气入口处的第二氢气温度以及阴极通路的阴极出口处的气液温度；
温度控制单元1830，用于利用第一氢气温度、第二氢气温度以及气液温度确定第一三通阀的第一开度值，并利用第一开度值控制通气管中的氢气温度。
本发明实施例提供的用于燃料电池系统的氢气温控设备，所涉及的燃料电池系统中在供氢通路与燃料电池之间增加了换热器，通过换热器可利用燃料电池的阴极出口处的高温水气对供氢通路中的氢气进行加热，减少氢气的温差；该换热器结构简单，成本低廉，并充分利用的燃料电池的废热资源，实现了能量的回收利用，解决了现有技术中存在的成本较高、能量利用率低的问题。
本发明实施例所提供的用于燃料电池系统的氢气温控设备，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
本发明实施例提供了一种燃料电池汽车，如图19所示，该燃料电池汽车包括：燃料电池系统1910和控制单元1920；其中，控制单元1920在燃料电池系统1910进行氢气温控的过程中执行上述实施例中提到的用于燃料电池系统的氢气温控方法。
本实施例还提供一种电子设备，该电子设备的结构示意图如图20所示，该设备包括处理器101和存储器102；其中，存储器102用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述用于燃料电池系统的氢气温控方法。
图20所示的电子设备还包括总线103和通信接口104，处理器101、通信接口104和存储器102通过总线103连接。
其中，存储器102可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。总线103可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图20中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的IPv4报文或IPv4报文通过网络接口发送至用户终端。
处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本公开实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器102，处理器101读取存储器102中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前述实施例的方法的步骤。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池系统的氢气温控方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括燃料电池和换热器；其中，所述换热器中设置有通气管以及换热区；所述通气管的进气口与所述燃料电池系统的供氢通路相连接；所述通气管的出气口与所述燃料电池的阳极通路的氢气入口相连接；所述换热区的入口与所述燃料电池的阴极通路的气液出口相连接；所述换热区的出口与所述燃料电池的第一尾排出口相连接；所述燃料电池的阴极通路中排出的水气通过所述换热区对所述换热器中所述通气管中的氢气进行加热；
所述燃料电池的阴极通路中包括第一三通阀，所述第一三通阀的入口与所述燃料电池的阴极出口的气液出口相连接；所述第一三通阀的第一出口与所述燃料电池的第二尾排出口相连接；所述第一三通阀的第二出口与所述换热器中的所述换热区的入口相连接；
所述燃料电池系统的供氢通路中包括氢气瓶以及第一温度传感器；所述氢气瓶通过供气管路与所述换热器中的所述通气管的进气口相连接；所述第一温度传感器设置在所述通气管的进气口处；
所述方法包括：
利用所述第一温度传感器实时获取所述通气管的进气口处的第一氢气温度；
实时获取所述燃料电池中所述阳极通路的氢气入口处的第二氢气温度以及所述阴极通路的所述阴极出口处的气液温度；
利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度以及所述气液温度确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度；
所述燃料电池系统的供氢通路还包括：第一单向阀、第二温度传感器、第一压力传感器；其中，所述第一单向阀设置在所述氢气瓶的出口处；所述第二温度传感器设置在所述通气管的进气口与所述第一单向阀之间；所述第一压力传感器设置在所述第二温度传感器与所述通气管的进气口之间；
所述利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度以及所述气液温度确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用所述第二温度传感器实时获取所述氢气瓶的出口处的第三氢气温度；
利用所述第一压力传感器实时获取所述供气管路中的第一压力值；
利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度、所述气液温度、所述第三氢气温度、所述第一压力值确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的氢气温控方法，其特征在于，所述燃料电池系统的供氢通路还包括：过流阀、第一减压阀以及第二压力传感器；其中，所述第二压力传感器设置在所述第一温度传感器与所述第一减压阀之间；所述第一减压阀设置在所述过流阀与所述第二压力传感器之间；所述过流阀设置在所述第一压力传感器与所述第一减压阀之间；
所述利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度以及所述气液温度确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用所述第二压力传感器实时获取所述供气管路中的第二压力值；
利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度、所述气液温度、所述第三氢气温度、所述第一压力值以及所述第二压力值，确定所述第一三通阀的第一开度值以及所述第一减压阀的第二开度值；
利用所述第一开度值以及所述第二开度值控制所述通气管中的氢气温度。
3.根据权利要求2所述的用于燃料电池系统的氢气温控方法，其特征在于，所述燃料电池系统的供氢通路还包括：瓶口阀、瓶尾阀以及截止阀；其中，所述瓶口阀设置在所述第二温度传感器与所述第一压力传感器之间；所述瓶尾阀的进气口与所述氢气瓶的废气排出口相连接；所述瓶尾阀的出气与所述燃料电池的第三尾排出口相连接；所述截止阀设置在所述通气管的进气口与所述第二压力传感器之间；
所述利用所述第一开度值以及所述第二开度值控制所述通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度、所述气液温度、所述第三氢气温度、所述第一压力值以及所述第二压力值，确定所述第一三通阀的第一开度值、所述第一减压阀的第二开度值、所述瓶口阀的第四开度值、所述瓶尾阀的第五开度值以及所述截止阀的第六开度值；
利用所述第一开度值、所述第二开度值、所述第四开度值、所述第五开度值以及所述第六开度值控制所述通气管中的氢气温度。
4.根据权利要求3所述的用于燃料电池系统的氢气温控方法，其特征在于，所述燃料电池系统的供氢通路还包括：安全阀、放空阀以及第二减压阀；其中，所述安全阀和所述放空阀的进气口均设置在所述第二压力传感器以及所述第二减压阀之间；所述安全阀和所述放空阀的出气口均与所述燃料电池的第四尾排出口相连接；所述第二压力传感器设置在所述第一减压阀与所述第二减压阀之间；所述第二减压阀设置在所述第二压力传感器与所述截止阀之间；
所述利用所述第一开度值以及所述第二开度值控制所述通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度、所述气液温度、所述第三氢气温度、所述第一压力值以及所述第二压力值，确定所述第一三通阀的第一开度值、所述第一减压阀的第二开度值、所述第二减压阀的第三开度值、所述安全阀的第七开度值以及所述放空阀的第八开度值；
利用所述第一开度值、所述第二开度值、所述第三开度值、所述第七开度值以及所述第八开度值控制所述通气管中的氢气温度。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的氢气温控方法，其特征在于，所述燃料电池系统的供氢通路还包括：第三压力传感器以及第二单向阀；其中，所述第三压力传感器位于所述供氢通路的氢气注入口处；所述第二单向阀位于所述氢气瓶的出口与所述第三压力传感器之间；
所述利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度以及所述气液温度确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用所述第三压力传感器实时获取所述供氢通路的氢气注入口处的第三压力值；
利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度、所述气液温度以及所述第三压力值确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度。
6.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的氢气温控方法，其特征在于，所述燃料电池的阳极通路中包括：氢气泵；其中，所述氢气泵的进气口与所述燃料电池的阳极出口相连接；所述氢气泵的出气口与所述燃料电池的阳极通路的氢气入口相连接；
所述利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度以及所述气液温度确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度的步骤，包括：
实时获取所述氢气泵的转速值；
利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度、所述气液温度以及所述氢气泵的转速值确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度。
7.根据权利要求6所述的用于燃料电池系统的氢气温控方法，其特征在于，所述换热器中还设置有动力泵；所述动力泵用于对所述换热区中的水气循环提供动力；
所述利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度以及所述气液温度确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度的步骤，包括：
利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度、所述气液温度以及所述氢气泵的转速值确定所述第一三通阀的第一开度值以及所述动力泵的转速值；
利用所述第一开度值以及所述动力泵的转速值控制所述通气管中的氢气温度。
8.一种用于燃料电池系统的氢气温控设备，其特征在于，所述燃料电池系统包括燃料电池和换热器；其中，所述换热器中设置有通气管以及换热区；所述通气管的进气口与所述燃料电池系统的供氢通路相连接；所述通气管的出气口与所述燃料电池的阳极通路的氢气入口相连接；所述换热区的入口与所述燃料电池的阴极通路的气液出口相连接；所述换热区的出口与所述燃料电池的第一尾排出口相连接；所述燃料电池的阴极通路中排出的水气通过所述换热区对所述换热器中所述通气管中的氢气进行加热；
所述燃料电池的阴极通路中包括第一三通阀，所述第一三通阀的入口与所述燃料电池的阴极出口的气液出口相连接；所述第一三通阀的第一出口与所述燃料电池的第二尾排出口相连接；所述第一三通阀的第二出口与所述换热器中的所述换热区的入口相连接；
所述燃料电池系统的供氢通路中包括氢气瓶以及第一温度传感器；所述氢气瓶通过供气管路与所述换热器中的所述通气管的进气口相连接；所述第一温度传感器设置在所述通气管的进气口处；
所述设备包括：
第一数据获取单元，用于利用所述第一温度传感器实时获取所述通气管的进气口处的第一氢气温度；
第二数据获取单元，用于实时获取所述燃料电池中所述阳极通路的氢气入口处的第二氢气温度以及所述阴极通路的所述阴极出口处的气液温度；
温度控制单元，用于利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度以及所述气液温度确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度；
所述燃料电池系统的供氢通路还包括：第一单向阀、第二温度传感器、第一压力传感器；其中，所述第一单向阀设置在所述氢气瓶的出口处；所述第二温度传感器设置在所述通气管的进气口与所述第一单向阀之间；所述第一压力传感器设置在所述第二温度传感器与所述通气管的进气口之间；所述温度控制单元，还用于：利用所述第二温度传感器实时获取所述氢气瓶的出口处的第三氢气温度；利用所述第一压力传感器实时获取所述供气管路中的第一压力值；利用所述第一氢气温度、所述第二氢气温度、所述气液温度、所述第三氢气温度、所述第一压力值确定所述第一三通阀的第一开度值，并利用所述第一开度值控制所述通气管中的氢气温度。
9.一种燃料电池汽车，其特征在于，所述燃料电池汽车包括：燃料电池系统和控制单元；其中，所述控制单元在所述燃料电池系统进行氢气温控的过程中执行上述权利要求1至7任一项所述的用于燃料电池系统的氢气温控方法。
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