CN117096388A - 燃料电池含水量管理控制方法、用电设备和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供燃料电池含水量管理控制方法、用电设备和电子设备。该方法包括：确定燃料电池中含水量的最佳含水量变化率；利用所述最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线；根据所述修正后的特性曲线，调整所述燃料电池所输出的工作参数，从而能够实现对燃料电池所输出的工作参数的控制。由于该方法利用最佳含水量变化率对特性曲线进行了修正，然后根据修正后的特性曲线来调整燃料电池所输出的工作参数，因此相对于目前的特性曲线控制策略，通过主动控制更容易使膜电极处于最佳含水量的状态，进而能够提高燃料电池的使用寿命和输出性能。
Description
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及燃料电池含水量管理控制方法、用电设备和电子设备。
背景技术
质子交换膜燃料电池（后续简称为燃料电池）是一种将燃料所具有的化学能转换成电能的装置，该燃料电池在运行过程中，能够向诸如车辆等用电设备输送电能，以满足用电设备的用电需求。然而，为了使用电设备能够平稳地运行，该燃料电池在运行过程中所输出的工作参数通常需要控制在合理范围内，因此对该燃料电池所输出工作参数进行控制至关重要。
在实际应用中，通常采用特性曲线控制策略对燃料电池所输出工作参数进行控制，目前的特性曲线控制策略中，需要先设定一条特性曲线，然后将燃料电池所输出工作参数控制至趋近于该特性曲线。然而，对于燃料电池而言，其含水量对燃料电池中膜电极使用寿命以及燃料电池自身的输出性能影响较大，并且燃料电池中膜电极使用寿命也会直接影响燃料电池的使用寿命，而目前的这种特性曲线控制策略容易导致膜电极未工作在最佳含水量的状态，因此目前的这种特性曲线控制策略，往往会影响燃料电池的使用寿命和输出性能。
比如，当根据目前的特性曲线控制策略，需要控制燃料电池输出某个电流密度和电压时，而燃料电池的含水量可能并非该电流密度和电压下，膜电极所工作的最佳含水量，因此目前的这种特性曲线控制策略容易导致膜电极未工作在最佳含水量的状态，进而影响燃料电池的使用寿命和输出性能。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供燃料电池含水量管理控制方法、用电设备和电子设备，用于解决现有技术中燃料电池中膜电极未工作在最佳含水量状态，从而影响燃料电池的使用寿命和输出性能的问题。
本申请实施例第一方面提供了一种燃料电池含水量管理控制方法，包括：
确定燃料电池的最佳含水量变化率；
利用所述最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线；
根据所述修正后的特性曲线，调整所述燃料电池所输出的工作参数；
其中，利用所述最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线，具体包括：
根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值；
利用所述特性曲线修正值对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线。
其中，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，具体包括：将所述最佳含水量变化率代入至如下所示的修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值；
J=n×tanh(p×dW/dt)+m×tanh(q×dW/dt)×I；
其中：J为所计算出的所述特性曲线修正值，所述特性曲线修正值具体为：燃料电池单体的实际电压修正值；n和m均为修正系数，n的绝对值小于或等于0.5V，m的绝对值大于或等于0.001V/(A/cm²)；dW/dt为最佳含水量变化率；tanh为双曲正切函数的函数符号；p和q均为大于0秒，并且小于100秒的预设常数；I为燃料电池所输出的实际电流密度。
于一实施例中，确定燃料电池的最佳含水量变化率，具体包括：
获取所述燃料电池的目标电流密度；
根据电流密度与最佳含水量的映射关系以及所述目标电流密度，确定所述燃料电池的目标最佳含水量；
根据所述目标最佳含水量、所述燃料电池的实际含水量，以及控制系统所设定的调控周期，计算所述最佳含水量变化率。
于一实施例中，所述方法还包括：
预先测定所述燃料电池多个不同电流密度，分别对应的最佳含水量；
利用所述的多个不同电流密度以及分别所对应的最佳含水量，生成所述电流密度与最佳含水量的映射关系。
于一实施例中，预先测定所述燃料电池多个不同电流密度，分别对应的最佳含水量，具体包括：
针对多个不同电流密度中的每个电流密度，通过二维高度图确定所述电流密度下，不同含水量的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分，并将所述输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分进行加权求和，以得到所述电流密度在不同含水量下的综合评分；其中，在所述二维高度图中，输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分均为含水量和电流密度的函数；
针对多个不同电流密度中的每个电流密度，从所述电流密度在不同含水量下的综合评分中选取出综合评分最高的含水量，作为所述电流密度的最佳含水量。
于一实施例中，所述方法还包括：
测定膜电极的当前含水量；
通过压力测试得到所述当前含水量下，燃料电池以多个不同电流密度输出电能时的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分；
通过控制进气湿度、电堆水生成量和排气含水量来调整膜电极的当前含水量，并通过多次循环测试，得到多个当前含水量下，燃料电池以多个不同电流密度输出电能时的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分；
以燃料电池以多个不同电流密度输出电能时的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分，绘制出所述的二维高度图。
于一实施例中，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，具体包括：
判断所述最佳含水量变化率是否大于预设阈值；
在所述最佳含水量变化率大于预设阈值的情况下，将所述最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值；或，
在所述最佳含水量变化率小于或等于所述预设阈值的情况下，将所述特性曲线修正值确定为0。
于一实施例中，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，具体包括：
判断所述最佳含水量变化率是否大于最佳含水量变化率上限值；
在所述最佳含水量变化率小于或等于所述最佳含水量变化率上限值的情况下，将所述最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值；或，
在所述最佳含水量变化率大于所述最佳含水量变化率上限值的情况下，将所述最佳含水量变化率上限值代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值。
于一实施例中，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，具体包括：
确定与前一次对特性曲线进行修正的时间间隔；
判断所述时间间隔是否小于预设时长；
在所述时间间隔小于预设时长的情况下，将所述特性曲线修正值确定为0；或，
在所述时间间隔大于或等于所述预设时长的情况下，将所述最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值。
本申请实施例第二方面提供了一种用电设备，该用电设备中设置有燃料电池；以及，通过本申请实施例所提供的控制方法，对该燃料电池所输出工作参数进行控制。
本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括：
存储器，用以存储计算机程序；
处理器，用以执行本申请方法实施例中任一项所述的方法。
采用本申请实施例所提供的控制方法，包括先确定燃料电池中含水量的最佳含水量变化率，然后利用该最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线，然后根据修正后的特性曲线，调整燃料电池所输出的工作参数，从而能够实现对燃料电池所输出的工作参数的控制。由于该方法利用最佳含水量变化率对特性曲线进行了修正，然后根据修正后的特性曲线来调整燃料电池所输出的工作参数，因此相对于目前的特性曲线控制策略，通过主动控制更容易使膜电极处于最佳含水量的状态，进而能够提高燃料电池的使用寿命和输出性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请一实施例提供的，电子设备的具体结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的，燃料电池含水量管理控制方法的具体流程示意图；
图3为本申请一实施例提供的，燃料电池含水量管理控制方法的场景示意图；
图4为本申请一实施例提供的，燃料电池水管理工作参数控制装置的具体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。在本申请的描述中，诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或先后顺序。
本申请实施例提供了燃料电池含水量管理控制方法、控制装置、用电设备和电子设备，能够用于对燃料电池所输出工作参数进行控制。
如图1所示，本实施例提供了一种电子设备1，该电子设备1包括：至少一个处理器11和存储器12，图1中以一个处理器为例。处理器11和存储器12可以通过总线10连接，存储器12存储有可被处理器11执行的指令，指令被处理器11执行，以使电子设备1可执行下述的实施例中方法的全部或部分流程。
于一实施例中，该电子设备1可以为远端服务器，比如，远端服务器可以获取燃料电池运行过程中所输出的工作参数实际值，并通过执行本申请实施例所提供的控制方法，对设置于用电设备上的燃料电池所输出的工作参数进行控制。该实施例中，比如远端服务器可以对接多个用电设备，从而分别对这些用电设备上的燃料电池所输出的工作参数进行控制，从而能够利用远端服务器优良的运算性能，实现快速控制。
于一实施例中，该电子设备1还可以是设置于用电设备上的控制器，比如，该用电设备可以是车辆，此时该电子设备1可以是设置于车辆上的控制器，通过该控制器能够对车辆上的燃料电池，所输出的工作参数进行控制。
如图2所示为本申请实施例所提供的，燃料电池含水量管理控制方法的具体流程示意图，该方法包括：
步骤S21：确定燃料电池的最佳含水量变化率。
为了使燃料电池能够稳定地以某个电流密度输出电能，通常需要使燃料电池的电堆有一定的含水量，此时该燃料电池的膜电极在该含水量下工作，因此该含水量过高或过低均可能影响燃料电池的稳定运行。其中，该含水量反映了燃料电池中水份的质量占比。
在实际应用中，综合考虑燃料电池的输出性能、输出稳定性和电堆运行寿命等多方面的因素，比如通常需要使得输出性能、输出稳定性和电堆运行寿命综合最佳，此时燃料电池所需要的含水量，通常与燃料电池所输出的电流密度的大小相关，比如，当燃料电池输出相对较大的电流密度时，此时其所需要的含水量也相对较高（当然过高的含水量可能造成燃料电池内部的水淹，进而导致内部短路，影响燃料电池的稳定运行），反之，当燃料电池输出相对较小的电流密度时，此时其所需要的含水量也相对较低（当然，过低的含水量也会影响燃料电池的稳定运行），因此燃料电池所需要的含水量通常与燃料电池所输出的电流密度具有相关性，即两者之间存在一定的映射关系。因此，在综合考虑燃料电池的输出性能、输出稳定性和电堆运行寿命等多方面的因素的情况下，对于燃料电池所输出的某个电流密度而言，可以将燃料电池输出性能、输出稳定性和电堆运行寿命综合最佳情况下，所需要的含水量作为最佳含水量，此时若燃料电池的含水量高于或低于该最佳含水量，均可能会影响燃料电池的综合性能。
因此，对于该步骤S21的具体实现方式，比如可以先获取该燃料电池的目标电流密度，然后根据电流密度与最佳含水量的映射关系以及该目标电流密度，确定出燃料电池的目标最佳含水量，然后进一步根据该目标最佳含水量以及该燃料电池的实际含水量，计算出该最佳含水量变化率，后续可以以dW/dt来表示该最佳含水量变化率。
这里可以以车辆为例进行进一步的说明，其中，该车辆中设置有燃料电池作为供电设备。在车辆启动过程中，车辆的负载会增加，此时燃料电池控制系统可以通过车辆的控制系统（比如可以是车辆上的中控系统），获取燃料电池的目标电流密度X1，然后根据电流密度与最佳含水量的映射关系以及该目标电流密度X1，计算出燃料电池的目标最佳含水量，然后根据该目标最佳含水量以及该燃料电池的实际含水量，计算出该燃料电池中含水量的最佳含水量变化率dW/dt。其中，车辆的控制系统能够根据车辆的负载，计算出支撑该负载所需要的电流密度，作为燃料电池的目标电流密度。
需要说明的是，在用电设备上，燃料电池所输出的电流密度是周期性地进行调控的。比如，每秒可以对燃料电池所输出的电流密度进行1000次的调控，因此调控周期可以为0.001秒，也就是每0.001秒，对该燃料电池所输出的电流密度进行一次调控；当然，该调控周期还可以为0.0008秒、0.0015秒、0.002秒等，从而周期性地对燃料电池所输出的电流密度进行调控。具体来说，在用电设备上，用电设备上的控制系统通常可以预先设定该调控周期，比如将该调控周期设定为0.001秒，从而每0.001秒，对该燃料电池所输出的电流密度进行一次调控。
此时，在该步骤S21中，确定燃料电池的电流密度的最佳含水量变化率，可以是针对每个调控周期，先通过上述方式计算出燃料电池的目标最佳含水量，然后进一步计算出该目标最佳含水量与该燃料电池的实际含水量之差，然后将该差值除以调控周期（即0.001秒、0.0008秒等），从而计算出本调控周期中，燃料电池中含水量的最佳含水量变化率。
需要进一步说明的是，对于燃料电池的电流密度与最佳含水量两者之间的映射关系，通常可以预先生成，因此该方法还可以包括预先生成该映射关系，具体来说，可以先预先测定该燃料电池多个不同电流密度分别所对应的最佳含水量，然后利用该多个不同电流密度以及分别对应的最佳含水量，生成该燃料电池的电流密度与最佳含水量的映射关系。
比如，对于如何得到该最佳含水量，通常可以先通过诸如称重法、电化学阻抗法、建模分析法、同步辐射原位测量法等，来测定燃料电池的当前含水量（第一自变量X），然后通过压力测试得到该当前含水量下，燃料电池以多个不同电流密度（第二自变量Y）输出电能时的输出性能评分（因变量A）、输出稳定性评分（因变量B）和电堆运行寿命评分（因变量C）；然后通过控制进气湿度、电堆水生成量和排气含水量，来调整该当前含水量，得到新的当前含水量，然后再通过压力测试得到该新的当前含水量下，燃料电池以多个不同电流密度输出电能时的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分；这样，通过多次循环测试，从而得到多个当前含水量下，燃料电池以多个不同电流密度输出电能时的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分，然后以此绘制出一系列的二维高度图。在该二维高度图中，因变量为输出性能评分A，输出稳定性评分B和电堆运行寿命评分C，自变量为含水量X和电流密度Y，因此，该输出性能评分A，输出稳定性评分B和电堆运行寿命评分C均为含水量X和电流密度Y的函数。
之后可以针对多个电流密度中的每个具体的电流密度，通过上述所得到的一系列的二维高度图，确定该电流密度下，不同含水量的输出性能评分A，输出稳定性评分B和电堆运行寿命评分C，这样分别针对不同含水量，将该含水量下的输出性能评分A，输出稳定性评分B和电堆运行寿命评分C进行加权求和（各自的权重可以根据实际需要来设定），得到该含水量的综合评分，进而选取出综合评分最高的含水量作为该电流密度的最佳含水量。因此，通过该方法，能够得到多个不同电流密度分别所对应到最佳含水量。
在得到多个不同电流密度分别对应的最佳含水量之后，可以利用该多个不同电流密度以及分别所对应的最佳含水量，生成该燃料电池的电流密度与最佳含水量的映射关系，比如通过最小二乘法、函数仿真模拟等方式，来生成该映射关系。
对于上述如何得到输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分，在实际应用中，可以设定相应的评分规则。比如，针对电堆运行寿命评分所设定的评分规则可以为，若测得的使用寿命大于或等于30000小时，则电堆运行寿命评分为3分，若使用寿命大于或等于20000小时，并且小于30000小时，则电堆运行寿命评分为2分，若使用寿命大于或等于10000小时，并且小于20000小时，则电堆运行寿命评分为1分，若使用寿命小于10000小时，则电堆运行寿命评分为0分，因此在该当前含水量下，以某个电流密度输出电能时，可以先测定得到电堆的使用寿命，然后根据该使用寿命所属的区间，来得到相应的电堆运行寿命评分。
同理，针对输出性能评分，所设定的评分规则可以为，若能够输出的最大输出功率大于或等于52kW，则输出性能评分为3分，若能够输出的最大输出功率大于或等于50kW，并且小于52kW，则输出性能评分为2分，若能够输出的最大输出功率大于或等于48kW，并且小于50kW，则输出性能评分为1分，若能够输出的最大输出功率小于48kW，则输出性能评分为0分；因此，可以测量得到燃料电池所能够输出的最大输出功率，然后确定该最大输出功率所属的区间，进而得到相应的输出性能评分。
针对输出稳定性评分，所设定的评分规则可以为，若燃料电池的性能波动小于或等于2%，则输出稳定性评分为3分，若燃料电池的性能波动小于或等于5%，并且大于2%，则输出稳定性评分为2分，若燃料电池的性能波动小于或等于8%，并且大于5%，则输出稳定性评分为1分，若燃料电池的性能波动大于8%，则输出稳定性评分为0分。因此，可以先测量燃料电池的性能波动，然后根据该性能波动所属的区间来得到对应的输出稳定性评分。
步骤S22：利用该最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线。
在通过上述的步骤S21，确定出燃料电池中含水量的最佳含水量变化率之后，在该步骤S22中，可以利用该最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，从而生成修正后的特性曲线。对于具体的修正方式，比如可以先根据该最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，然后利用该特性曲线修正值对特性曲线进行修正，从而生成修正后的特性曲线。其中，该特性曲线修正值的大小通常与最佳含水量变化率正相关，比如该含水量的最佳含水量变化率越大的情况下，此时需要相对较大的特性曲线修正值，来增大对特性曲线的修正幅度；反之，含水量的最佳含水量变化率越小的情况下，只需要相对较小的特性曲线修正值来对特性曲线进行修正。
其中，对于根据该最佳含水量变化率确定特性曲线修正值的方式，可以有多种，比如在第一种方式中，可以直接将该最佳含水量变化率代入至修正值计算公式中，从而计算出该特性曲线修正值；其中，该修正值计算公式可以表示为J= F(dW/dt)，在该修正值计算公式J= F(dW/dt)中，J为所计算出的特性曲线修正值；dW/dt为含水量的最佳含水量变化率；F为映射关系。
在实际应用中，该修正值计算公式J= F(dW/dt)可以有多种，比如，如公式一所示可以为其中的一种修正值计算公式，此时可以将该最佳含水量变化率代入至公式一所示的修正值计算公式，从而计算出特性曲线修正值。
J=n×tanh(p×dW/dt)+m×tanh(q×dW/dt)×I公式一
在该公式一中：J为所计算出的特性曲线修正值，该特性曲线修正值具体可以为燃料电池单体的实际电压修正值（单位为V）；n和m均为修正系数，其中，n的绝对值小于或等于0.5（单位为V），m的绝对值大于或等于0.001（单位为V/(A/cm²)）；dW/dt为该最佳含水量变化率；tanh为双曲正切函数的符号；p和q均为大于0秒，并且小于100秒的预设常数；I为燃料电池所输出的实际电流密度。
因此，在通过上述的步骤S21确定出燃料电池的电流密度的最佳含水量变化率之后，可以将该最佳含水量变化率代入至该公式一，从而计算出特性曲线修正值，然后利用该特性曲线修正值对特性曲线进行修正，从而生成修正后的特性曲线。
虽然这里以修正值计算公式J= F(dW/dt)具体为J=n×tanh(p×dW/dt)+m×tanh(q×dW/dt)×I为例进行的说明，但在实际应用中，对于修正值计算公式J= F(dW/dt)具体函数形式，还可以为其他的形式，比如，该J= F(dW/dt)还可以为J=a×（dW/dt）2，也可以为J=b×F(dW/dt)，也可以为J=F(c×dW/dt)，也可以为J=F(dW/dt)2+ d，也可以为其他的函数形式。
在通过上述方式得到特性曲线修正值之后，可以进一步将该特性曲线修正值代入至公式二，从而计算出修正后的特性曲线。
U=U0+ J公式二
在该公式二中，J为特性曲线修正值，该J可以通过上述的公式一来计算得到；U0为被修正的特性曲线；U为修正后的特性曲线。
在实际应用中，根据特性曲线控制策略，可以先设定一条特性曲线，该特性曲线的横坐标为燃料电池所输出的电流密度，纵坐标为燃料电池所输出的电压，在根据特性曲线的控制过程中，控制燃料电池所输出的电压随所电流密度进行变化，并且两者均需符合该特性曲线，比如两者均趋近于该特性曲线。
因此，该U0通常可以为U0=Emod+kI，其中，k为斜率；I为燃料电池所输出的实际电流密度；Emod为特性曲线的截距，该截距通常为预设的值。
因此，可以结合上述的公式一、公式二以及公式U0=Emod+kI，从而得到修正后的特性曲线的计算公式，即该公式三，此时在该步骤S22中，可以将最佳含水量变化率代入该公式三，从而生成修正后的特性曲线。
U= Emod+ kI + n×tanh(p×dW/dt)+m×tanh(q×dW/dt)×I公式三
需要进一步说明的是，为了降低电流密度的微小扰动对燃料电池的影响，提高燃料电池运行的稳定性，这里还可以提供第二种根据最佳含水量变化率确定特性曲线修正值的方式，在该第二种方式中，可以先判断该最佳含水量变化率是否大于预设阈值，此时在该最佳含水量变化率大于预设阈值的情况下，说明该最佳含水量变化率并不属于为小扰动，可以将该最佳含水量变化率代入至修正值计算公式（比如上述的公式一），从而计算出特性曲线修正值；或，在该最佳含水量变化率小于或等于预设阈值的情况下，说明该最佳含水量变化率属于微小扰动，可以将该特性曲线修正值确定为0。
当然，在通过该第二种方式确定出特性曲线修正值之后，也可以利用该特性曲线修正值对特性曲线进行修正，从而生成修正后的特性曲线，比如将该特性曲线修正值代入上述的公式二，从而计算出修正后的特性曲线。
需要说明的是，上述的第二种方式中，通过设置预设阈值来过滤掉最佳含水量变化率的微小扰动，此时在最佳含水量变化率小于或等于预设阈值的情况下，将特性曲线修正值确定为0，而只有在最佳含水量变化率大于预设阈值的情况下，才将该最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，从而计算出特性曲线修正值。另一方面，当对燃料电池电流密度的调整幅度过大时，容易导致燃料电池工作状态的大幅变化，进而也可能会影响燃料电池运行的稳定性，因此还可以设置最佳含水量变化率上限值，此时还可以提供第三种根据最佳含水量变化率确定特性曲线修正值的方式，在该第三种方式中，可以先判断该最佳含水量变化率是否大于最佳含水量变化率上限值，此时在该最佳含水量变化率小于或等于该最佳含水量变化率上限值的情况下，可以将该最佳含水量变化率代入至修正值计算公式（比如上述的公式一），从而计算出特性曲线修正值；或，在该最佳含水量变化率大该最佳含水量变化率上限值的情况下，将该最佳含水量变化率上限值代入至修正值计算公式，从而计算出该特性曲线修正值。
当然，还可以将该方式二和方式三进行结合，此时可以先判断该最佳含水量变化率是否大于预设阈值，并且小于或等于最佳含水量变化率上限值，此时，若该最佳含水量变化率小于或等于预设阈值，说明该最佳含水量变化率属于微小扰动，则可以将该特性曲线修正值确定为0；若该最佳含水量变化率是否大于预设阈值，并且小于或等于最佳含水量变化率上限值，则可以将该最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，从而计算出特性曲线修正值；若该最佳含水量变化率大于最佳含水量变化率上限值，则可以将该最佳含水量变化率上限值代入至修正值计算公式，从而计算出该特性曲线修正值。
需要进一步说明的是，由于特性曲线控制策略是控制燃料电池所输出的电压和电流密度均需符合该特性曲线，频繁地对特性曲线进行修正，可能会导致电流密度和电压的频繁变化，进而也可能会影响燃料电池运行的稳定性。因此还可以提供第四种根据最佳含水量变化率确定特性曲线修正值的方式，在该第四种方式中，可以先确定与前一次对特性曲线进行修正的时间间隔，比如确定出当前时刻与前一次对特性曲线进行修正的时间间隔，然后判断该时间间隔是否小于预设时长，此时在该时间间隔小于预设时长的情况下，说明对特性曲线的修正过于频繁，可以将该特性曲线修正值确定为0，此时将该0代入上述的公式二中，实质上并没有对特性曲线进行修正；或，在所述时间间隔大于或等于该预设时长的情况下，说明对特性曲线的修正并没有过于频繁，则可以将该最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出特性曲线修正值。
在实际应用中，比如还可以将该方式二和方式四进行结合，从而根据最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，比如可以先执行方式二，判断最佳含水量变化率是否大于预设阈值，在该最佳含水量变化率小于或等于预设阈值的情况下，将该特性曲线修正值确定为0，此时并不需要执行方式四；反之，在该最佳含水量变化率大于预设阈值的情况下，可以进一步执行方式四，从而最终得到特性曲线修正值。
在方式二和方式四进行结合时，也可以先根据方式四，先确定与前一次对特性曲线进行修正的时间间隔，然后判断该时间间隔是否小于预设时长，此时在该时间间隔小于预设时长的情况下，可以直接将该特性曲线修正值确定为0，此时并不需要执行方式二；反之，在该时间间隔大于或等于预设时长的情况下，可以进一步执行方式二，从而最终得到特性曲线修正值。
当然，还可以将上述的方式二、方式三和方式四进行结合，从而得到特性曲线修正值。并且对于三种方式的先后执行顺序，可以根据实际需要进行，这里对此并不限定。
步骤S23：根据修正后的特性曲线，调整燃料电池所输出的工作参数。
在通过上述的步骤S22，得到修正后的特性曲线之后，在该步骤S23中，可以进一步根据该修正后的特性曲线，来调整燃料电池所输出的工作参数，该工作参数可以包括电流密度、电压、功率等，比如，可以将该燃料电池所输出的工作参数，调整至符合（比如趋近于）该修正后的特性曲线上电流密度和电压的对应关系。
比如在实际应用中，可以设置两个子程序，分别为特性曲线修正子程序和工作参数控制子程序，通过该特性曲线控制子程序来执行上述的步骤S21和步骤S22，从而生成修正后的特性曲线；并且通过工作参数控制子程序来执行上述的步骤S23，从而将燃料电池所输出的工作参数，调整至趋近于修正后的特性曲线上的电流密度和电压；这样，能够通过这两个子程序的串联运行、并联运行等，来实现对燃料电池所输出的工作参数的控制。
采用本申请实施例所提供的控制方法，包括先确定燃料电池中含水量的最佳含水量变化率，然后利用该最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线，然后根据修正后的特性曲线，调整燃料电池所输出的工作参数，从而能够实现对燃料电池所输出的工作参数的控制。
需要说明的是，在目前的特性曲线控制策略中，通常只是将燃料电池所输出的电流密度和电压，控制至趋近于特性曲线，该控制方式直接应用在燃料电池时，由于燃料电池相对于其他类型的燃料电池而言，该燃料电池的含水量对燃料电池的使用寿命和输出性能影响较大。另外，在燃料电池中，对电流密度、电压和功率等工作参数的控制较为灵敏，而对燃料电池的含水量的控制会相对滞后（比如需要增大会减小进水阀门的开度，水需要流入燃料电池的电堆，该过程显然需要一定的时间，从而导致对含水量的控制滞后于对工作参数的控制），正是由于该原因，使得目前的特性曲线控制策略容易导致膜电极未工作在最佳含水量的状态，比如当根据目前的特性曲线控制策略，需要控制燃料电池输出某个电流密度和电压时，而燃料电池的含水量可能并非该电流密度和电压的最佳含水量（比如，不能快速响应并调整至该电流密度和电压的最佳含水量，而是相对滞后地进行调整），因此目前的这种特性曲线控制策略容易导致膜电极未工作在最佳含水量的状态，进而影响燃料电池的使用寿命和输出性能。
而本申请所提供的控制方法中，该方法的改进思路并非是如何提高膜电极含水量控制时的灵敏度，而是从另一个方向进行改进，即根据最佳含水量变化率来修正特性曲线，进而反过来调整燃料电池所输出的工作参数，通过该方式来使燃料电池所输出的工作参数，适配或部分适配膜电极的含水量，从而通过主动控制更容易使膜电极工作在最佳含水量的状态，进而能够提高燃料电池的使用寿命和输出性能。
上述是对本申请实施例所提供的，燃料电池含水量管理控制方法的具体说明，为了便于理解，这里可以结合具体的示例，对该方法进行进一步的说明。可以结合图3所示的场景示意图，在实际应用中，用电设备有动态加载过程（指负载升高）和动态减载过程（指负载降低），在动态加载过程中，最佳含水量增大，此时最佳含水量变化率的取值为正数；在动态减载过程中，最佳含水量降低，最佳含水量变化率的取值为负数。
这里可以先以动态加载过程为例，此时先通过上述的步骤S21确定出燃料电池的最佳含水量变化率，然后可以根据最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，比如可以将该最佳含水量变化率代入至上述的公式一来计算出特性曲线修正值，然后将该特性曲线修正值代入至上述的公式二，从而计算得到修正后的特性曲线。比如，结合图3所示，将特性曲线修正值加上图3所示的特性曲线，从而得到图3所示的，最佳含水量增大情况下的修正后的特性曲线；然后，根据修正后的特性曲线，调整燃料电池所输出的工作参数，比如该工作参数可以为电流密度和电压，此时由于修正后的特性曲线，在被修正的特性曲线的下方区间，因此该加载过程中，电流密度与反应生成水量会大于直接沿着未修正的特性曲线进行调整的情况下电流密度与反应生成水量，因此更适配膜电极的含水量（因为该含水量的调整速度较慢），从而使膜电极的含水量处于最佳含水量状态的可能性增大，进而能够提高燃料电池的使用寿命和输出性能。
需要进一步说明的是，考虑到燃料电池所输出的电流的调控周期通常为0.001秒，也就是每0.001秒对所输出的电流进行一次调控，这样每一次对电流的调控均由于修正后的特性曲线在被修正的特性曲线的下方区间，使得电流的变化速度会小于直接沿着被修正的特性曲线进行调整的情况下电流的变化速度，从而持续地进行周期性的调控。
同理，在动态减载过程中，此时先通过上述的步骤S21确定出燃料电池的最佳含水量变化率，然后可以根据最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，比如可以将该最佳含水量变化率代入至上述的公式一来计算出特性曲线修正值，然后将该特性曲线修正值代入至上述的公式二，从而计算得到修正后的特性曲线。结合图3所示，将特性曲线修正值加上图3所示的特性曲线，从而得到图3所示的，最佳含水量减小情况下的修正后的特性曲线；然后，根据修正后的特性曲线，调整燃料电池所输出的工作参数，比如该工作参数可以为电流密度和电压，此时由于修正后的特性曲线，在被修正的特性曲线的上方区间，因此该动态减载过程中，电流密度与反应生成水量也会小于直接沿着未修正的特性曲线进行调整的情况下电流密度与反应生成水量，因此更适配膜电极的含水量，从而使膜电极工作在最佳含水量状态的可能性增大，进而能够提高燃料电池的使用寿命和输出性能。
考虑到燃料电池所输出的电流的调控周期通常为0.001秒，这样每一次对电流的调控均由于修正后的特性曲线在被修正的特性曲线的上方区间，使得电流的变化速度也小于直接沿着被修正的特性曲线进行调整的情况下电流的变化速度，从而持续地进行周期性的调控。
基于与本申请实施例所提供的，燃料电池含水量管理控制方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种燃料电池含水量管理控制装置，对于该控制装置实施例，如有不清楚之处，可以参考方法实施例的相应内容。其中，该控制装置用于对燃料电池所输出工作参数进行持续调控，所述持续调控的过程中包括多个调控周期，分别将各个调控周期作为本调控周期。如图4所示为该控制装置30的具体结构示意图，该控制装置30包括：最佳含水量变化率确定单元301、修正单元302和调整单元303，其中：
最佳含水量变化率确定单元301，用于确定燃料电池的最佳含水量变化率；
修正单元302，用于利用所述最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线；
调整单元303，用于根据所述修正后的特性曲线，调整所述燃料电池所输出的工作参数。
采用本申请实施例所提供的控制装置30，由于该控制装置30采用与本申请实施例所提供的控制方法相同的发明构思，在该控制方法能够解决技术问题的前提下，该控制装置30也能够解决技术问题，这里对此不再赘述。
另外，在实际应用中，通过将该控制装置30具体硬件设备、云技术等相结合所取得的技术效果，也在本申请的保护范围之内。
在实际应用中，修正单元302可以具体包括最佳含水量变化率确定子单元，用于获取所述燃料电池的目标电流密度；根据电流密度与最佳含水量的映射关系以及所述目标电流密度，确定所述燃料电池的目标最佳含水量；根据所述目标最佳含水量以及所述燃料电池的实际含水量，计算所述最佳含水量变化率。
该控制装置30还可以包括映射关系生成单元，用于预先测定所述燃料电池多个不同电流密度，分别对应的最佳含水量；利用所述的多个不同电流密度以及分别所对应的最佳含水量，生成所述电流密度与最佳含水量的映射关系。
修正单元302可以具体包括修正子单元，用于根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值；利用所述特性曲线修正值对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线。
其中，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，具体包括：将所述最佳含水量变化率代入至如下的修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值：J=n×tanh(p×dW/dt)+m×tanh(q×dW/dt)×I；其中：在该公式一中：J为所计算出的特性曲线修正值，该特性曲线修正值具体可以为燃料电池单体的实际电压修正值（单位为V）；n和m均为修正系数，其中，n的绝对值小于或等于0.5（单位为V），m的绝对值大于或等于0.001（单位为V/(A/cm²)）；dW/dt为该最佳含水量变化率；tanh为双曲正切函数的符号；p和q均为大于0秒，并且小于100秒的预设常数；I为燃料电池所输出的实际电流密度。
其中，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值可以具体包括：
判断所述最佳含水量变化率是否大于预设阈值；
在所述最佳含水量变化率大于预设阈值的情况下，将所述最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值；或，在所述最佳含水量变化率小于或等于所述预设阈值的情况下，将所述特性曲线修正值确定为0。
其中，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值可以具体包括：
判断所述最佳含水量变化率是否大于最佳含水量变化率上限值；
在所述最佳含水量变化率小于或等于所述最佳含水量变化率上限值的情况下，将所述最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值；或，在所述最佳含水量变化率大于所述最佳含水量变化率上限值的情况下，将所述最佳含水量变化率上限值代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值。
其中，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值可以具体包括：
确定与前一次对特性曲线进行修正的时间间隔；
判断所述时间间隔是否小于预设时长；
在所述时间间隔小于预设时长的情况下，将所述特性曲线修正值确定为0；或，在所述时间间隔大于或等于所述预设时长的情况下，将所述最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值。
本发明实施例还提供了一种存储介质，包括：程序，当其在车辆上的电子设备上运行时，使得电子设备可执行上述实施例中方法的全部或部分流程。其中，存储介质可为磁盘、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（Hard DWsk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等。存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本申请实施例还提供一种用电设备，该用电设备中设置有燃料电池；以及，通过本申请实施例所提供的控制方法，对该燃料电池所输出工作参数进行控制。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池含水量管理控制方法，其特征在于，包括：
确定燃料电池的最佳含水量变化率；
利用所述最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线；
根据所述修正后的特性曲线，调整所述燃料电池所输出的工作参数；
其中，利用所述最佳含水量变化率对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线，具体包括：
根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值；
利用所述特性曲线修正值对特性曲线进行修正，以生成修正后的特性曲线；
其中，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，具体包括：将所述最佳含水量变化率代入至如下所示的修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值；
J=n×tanh(p×dW/dt)+m×tanh(q×dW/dt)×I；
其中：J为所计算出的所述特性曲线修正值，所述特性曲线修正值具体为：燃料电池单体的实际电压修正值；n和m均为修正系数，n的绝对值小于或等于0.5V，m的绝对值大于或等于0.001V/(A/cm²)；dW/dt为最佳含水量变化率；tanh为双曲正切函数的函数符号；p和q均为大于0秒，并且小于100秒的预设常数；I为燃料电池所输出的实际电流密度。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，确定燃料电池的最佳含水量变化率，具体包括：
获取所述燃料电池的目标电流密度；
根据电流密度与最佳含水量的映射关系以及所述目标电流密度，确定所述燃料电池的目标最佳含水量；
根据所述目标最佳含水量、所述燃料电池的实际含水量，以及控制系统所设定的调控周期，计算所述最佳含水量变化率。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
预先测定所述燃料电池多个不同电流密度，分别对应的最佳含水量；
利用所述的多个不同电流密度以及分别所对应的最佳含水量，生成所述电流密度与最佳含水量的映射关系。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，预先测定所述燃料电池多个不同电流密度，分别对应的最佳含水量，具体包括：
针对多个不同电流密度中的每个电流密度，通过二维高度图确定所述电流密度下，不同含水量的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分，并将所述输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分进行加权求和，以得到所述电流密度在不同含水量下的综合评分；其中，在所述二维高度图中，输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分均为含水量和电流密度的函数；
针对多个不同电流密度中的每个电流密度，从所述电流密度在不同含水量下的综合评分中选取出综合评分最高的含水量，作为所述电流密度的最佳含水量。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
测定膜电极的当前含水量；
通过压力测试得到所述当前含水量下，燃料电池以多个不同电流密度输出电能时的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分；
通过控制进气湿度、电堆水生成量和排气含水量来调整膜电极的当前含水量，并通过多次循环测试，得到多个当前含水量下，燃料电池以多个不同电流密度输出电能时的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分；
以燃料电池以多个不同电流密度输出电能时的输出性能评分、输出稳定性评分和电堆运行寿命评分，绘制出所述的二维高度图。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，具体包括：
判断所述最佳含水量变化率是否大于预设阈值；
在所述最佳含水量变化率大于预设阈值的情况下，将所述最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值；或，
在所述最佳含水量变化率小于或等于所述预设阈值的情况下，将所述特性曲线修正值确定为0。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，具体包括：
判断所述最佳含水量变化率是否大于最佳含水量变化率上限值；
在所述最佳含水量变化率小于或等于所述最佳含水量变化率上限值的情况下，将所述最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值；或，
在所述最佳含水量变化率大于所述最佳含水量变化率上限值的情况下，将所述最佳含水量变化率上限值代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述最佳含水量变化率确定特性曲线修正值，具体包括：
确定与前一次对特性曲线进行修正的时间间隔；
判断所述时间间隔是否小于预设时长；
在所述时间间隔小于预设时长的情况下，将所述特性曲线修正值确定为0；或，
在所述时间间隔大于或等于所述预设时长的情况下，将所述最佳含水量变化率代入至修正值计算公式，计算出所述特性曲线修正值。
9.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备中设置有燃料电池；以及，通过如权利要求1至8任意一项权利要求所述的控制方法，对所述燃料电池所输出工作参数进行控制。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用以存储计算机程序；
处理器，用以执行如权利要求1至8中任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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