CN118223074B - 一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置，通过采用前馈与反馈相结合的调节方式，根据温度与热量变化关系分别计算出空气侧和水侧电加热器功率前馈值，结合PID反馈控制对电解槽阴阳极入口温度调节，同时利用安全温度阈值对电解槽阴阳极出口温度进行调节，解决了现有技术无法精准快速的对制氢系统中电解槽的进出口温度进行控制的技术问题，实现了快速准确的对电解槽阴阳极的进出口温度进行调节的技术效果。

Description

一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置。

背景技术

为了保证电解槽运行性能和寿命，电解槽空气和燃气进出口均由温度上下限要求，若温度过高，引起电解槽里的催化剂失活，造成电解槽衰减，若温度过低，电解槽达不到最佳运行状态。

发明内容

本发明实施例提供一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置，解决了现有技术无法精准快速的对制氢系统中电解槽的进出口温度进行控制的技术问题。

本发明实施例提供了一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，所述方法包括：

获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数，其中，所述加热温度参数包括所述电加热器入口处的第一实际温度值以及所述电加热器入口处的气体流量值，所述电解槽温度参数包括所述电解槽入口处的第一目标温度值、所述电解槽入口处的第二实际温度值、所述电解槽出口处的第三实际温度值以及安全温度阈值；

利用所述第一实际温度值、所述气体流量值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率前馈值；

利用所述第二实际温度值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率反馈值；

基于所述功率前馈值以及所述功率反馈值对所述电加热器的功率进行调节，直至所述电解槽入口处的第二实际温度值与所述第一目标温度值一致；

基于所述第三实际温度值以及所述安全温度阈值对所述电解槽出口处的温度进行调节，直至所述第三实际温度值符合所述安全温度阈值。

进一步地，所述电加热器包括水侧电加热器以及空气侧电加热器；

获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数包括：

获取所述水侧电加热器入口处的第一实际温度值、所述水侧电加热器入口处的气体流量值；

获取所述空气侧电加热器入口处的第一实际温度值、所述空气侧电加热器入口处的气体流量值；

获取所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值、所述电解槽阴极入口处的第二实际温度值；

获取所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值、所述电解槽阳极入口处的第二实际温度值；

获取所述电解槽阴极出口处的第三实际温度值、所述电解槽阴极出口处的安全温度阈值；

获取所述电解槽阳极出口处的第三实际温度值、所述电解槽阳极出口处的安全温度阈值。

进一步地，利用所述第一实际温度值、所述气体流量值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率前馈值包括：

利用所述水侧电加热器的第一实际温度值、所述水侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定所述水侧电加热器的功率前馈值，其中，所述水侧电加热器的气体流量值包括循环泵回流的第一氢气流量、氢气MFC控制的第二氢气流量、进入所述水侧电加热器的水蒸气流量；

利用所述空气侧电加热器的第一实际温度值、所述空气侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定所述空气侧电加热器的功率前馈值。

进一步地，利用所述第二实际温度值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率反馈值包括：

利用所述电解槽阴极入口处的第二实际温度值以及所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定所述水侧电加热器的功率反馈值；

利用所述电解槽阳极入口处的第二实际温度值以及所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定所述空气侧电加热器的功率反馈值。

进一步地，基于所述第三实际温度值以及所述安全温度阈值对所述电解槽出口处的温度进行调节，直至所述第三实际温度值符合所述安全温度阈值包括：

基于所述电解槽阴极出口处的第三实际温度值以及所述电解槽阴极出口处的安全温度阈值确定第一温度差值；

基于所述电解槽阳极出口处的第三实际温度值以及所述电解槽阳极出口处的安全温度阈值确定第二温度差值；

判断所述第一温度差值、所述第二温度差值是否大于0；

若所述第一温度差值大于0，则基于所述第一温度差值对进入所述水侧电加热器的水流量或所述水侧电加热器的功率进行调节；

若所述第二温度差值大于0，则基于所述第二温度差值对进入所述空气侧电加热器的空气流量或所述空气侧电加热器的功率进行调节。

进一步地，在调节进入所述水侧电加热器的水流量或所述水侧电加热器的功率时，若所述电解槽阴极入口处的所述第二实际温度值低于所述电解槽阴极入口处的温度下限值，则提高所述电解槽的电解功率；

在调节进入所述空气侧电加热器的空气流量或所述空气侧电加热器的功率时，若所述电解槽阳极入口处的所述第二实际温度值低于所述电解槽阳极入口处的温度下限值，则提高所述电解槽的电解功率。

进一步地，利用所述水侧电加热器的第一实际温度值、所述水侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定所述水侧电加热器的功率前馈值包括：

基于Q₁=（cp₁×（dm₁+dm₂）+cp₂×dm₃）×（T₂-T₁）确定所述水侧电加热器的功率前馈值，其中，Q₁为所述水侧电加热器的功率前馈值，cp₁为氢气比热容，cp₂为水蒸气比热容，dm₁为循环泵回流的第一氢气流量，dm₂为氢气MFC控制的第二氢气流量、dm₃为进入所述水侧电加热器的水蒸气流量，T₁为所述水侧电加热器的第一实际温度值，T₂为所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值。

进一步地，利用所述空气侧电加热器的第一实际温度值、所述空气侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定所述空气侧电加热器的功率前馈值包括：

基于Q₂=cp₃×dm₄×（T₄-T₃）确定所述空气侧电加热器的功率前馈值，其中，Q₂为所述空气侧电加热器的功率前馈值，cp₃为空气比热容，dm₄为进入所述空气侧电加热器的空气流量，T₃为所述空气侧电加热器的第一实际温度值，T₄为所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值。

本发明实施例还提供了一种电解水制氢系统的电解槽温度控制装置，所述装置包括：

参数获取单元，用于获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数，其中，所述加热温度参数包括所述电加热器入口处的第一实际温度值以及所述电加热器入口处的气体流量值，所述电解槽温度参数包括所述电解槽入口处的第一目标温度值、所述电解槽入口处的第二实际温度值、所述电解槽出口处的第三实际温度值以及安全温度阈值；

前馈控制确定单元，用于利用所述第一实际温度值、所述气体流量值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率前馈值；

反馈控制确定单元，用于利用所述第二实际温度值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率反馈值；

入口温度调节单元，用于基于所述功率前馈值以及所述功率反馈值对所述电加热器的功率进行调节，直至所述电解槽入口处的第二实际温度值与所述第一目标温度值一致；

出口温度调节单元，用于基于所述第三实际温度值以及所述安全温度阈值对所述电解槽出口处的温度进行调节，直至所述第三实际温度值符合所述安全温度阈值。

本发明实施例还提供了一种电解水制氢系统，所述电解水制氢系统包括上述任意实施例所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制装置，还包括空气预热器、空气侧电加热器、水预热器、混合器、水侧电加热器以及电解槽；

所述空气预热器、所述空气侧电加热器、所述电解槽的阳极顺次连接并形成回路；所述水预热器、所述混合器、所述水侧电加热器以及所述电解槽的阴极顺次连接并形成回路。

本发明实施例公开了一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置，方法包括获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数；利用第一实际温度值、气体流量值以及第一目标温度值确定电加热器的功率前馈值；利用第二实际温度值以及第一目标温度值确定电加热器的功率反馈值；基于功率前馈值以及功率反馈值对电加热器的功率进行调节，直至电解槽入口处的第二实际温度值与第一目标温度值一致；基于第三实际温度值以及安全温度阈值对电解槽出口处的温度进行调节，直至第三实际温度值符合安全温度阈值。本申请通过采用前馈与反馈相结合的调节方式，根据温度与热量变化关系分别计算出空气侧和水侧电加热器功率前馈值，结合PID（Proportional- Integral- Derivative，比例-积分-微分）反馈控制对电解槽阴阳极入口温度调节，同时利用安全温度阈值对电解槽阴阳极出口温度进行调节，解决了现有技术无法精准快速的对制氢系统中电解槽的进出口温度进行控制的技术问题，实现了快速准确的对电解槽阴阳极的进出口温度进行调节的技术效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种燃料电池电解水制氢系统的结构图；

图3是本发明实施例提供的电解槽入口温度控制系统框图；

图4是本发明实施例提供的一种电解水制氢系统的电解槽温度控制装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。

图1是本发明实施例提供的一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法的流程图。如图1所示，该电解水制氢系统的电解槽温度控制方法包括：

S101，获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数，其中，加热温度参数包括电加热器入口处的第一实际温度值以及电加热器入口处的气体流量值，电解槽温度参数包括电解槽入口处的第一目标温度值、电解槽入口处的第二实际温度值、电解槽出口处的第三实际温度值以及安全温度阈值。

具体地，电加热器设置在电解槽的入口处，用于对进入电解槽的空气或水进行加热，以使带有温度的空气或水进入电解槽，提升电解槽的运行温度。为了对电解槽的温度进行控制，需要获取电加热器以及电解槽处的实际温度值以及目标温度值，以基于两者之间的差值对电解槽的温度进行调控。

S102，利用第一实际温度值、气体流量值以及第一目标温度值确定电加热器的功率前馈值。

具体地，利用电加热器入口处的第一实际温度值以及电解槽入口处的第一目标温度值作差，得到两者之间的温度差值；将气体流量值和相应的气体比热容相乘，得到的乘积再与上述温度差值相乘，最终得到的热量即为功率前馈值。

S103，利用第二实际温度值以及第一目标温度值确定电加热器的功率反馈值。

具体地，为了温度控制的更加精准、快速，除了前馈控制，还设置有反馈控制，利用电解槽入口处的第二实际温度值以及电解槽入口处的第一目标温度值作差，将得到的差值转换为热量，即为功率反馈值。

S104，基于功率前馈值以及功率反馈值对电加热器的功率进行调节，直至电解槽入口处的第二实际温度值与第一目标温度值一致。

具体地，将得到的功率前馈值与功率反馈值共同对电加热器的功率进行调节，进而实现对电解槽入口出的第二实际温度值进行调节，直至其达到第一目标温度值。

S105，基于第三实际温度值以及安全温度阈值对电解槽出口处的温度进行调节，直至第三实际温度值符合安全温度阈值。

具体地，对于电解槽出口处的温度调节来说，由于电解槽出口处的温度具有安全限值，因此需要将电解槽出口处的温度控制在安全限值范围内，所以需要将电解槽出口处的第三实际温度值与安全温度阈值进行对比，利用两者之间的差值来对电加热器进行调节，以使电解槽入口处的温度得到调节，最终影响电解槽出口处的温度，实现对电解槽出口处的温度的间接调控。

本申请通过采用前馈与反馈相结合的调节方式，根据温度与热量变化关系分别计算出空气侧和水侧电加热器功率前馈值，结合PID反馈控制对电解槽阴阳极入口温度调节，同时利用安全温度阈值对电解槽阴阳极出口温度进行调节，解决了现有技术无法精准快速的对制氢系统中电解槽的进出口温度进行控制的技术问题，实现了快速准确的对电解槽阴阳极的进出口温度进行调节的技术效果。

图2是本发明实施例提供的一种燃料电池电解水制氢系统的结构图。

在上述各技术方案的基础上，如图2所示，电加热器包括水侧电加热器10以及空气侧电加热器20；则S101具体包括：

获取水侧电加热器10入口处的第一实际温度值T₁、水侧电加热器10入口处的气体流量值；获取空气侧电加热器20入口处的第一实际温度值T₃、空气侧电加热器20入口处的气体流量值；获取电解槽阴极入口处的第一目标温度值T₂、电解槽阴极入口处的第二实际温度值；获取电解槽阳极入口处的第一目标温度值T₄、电解槽阳极入口处的第二实际温度值；获取电解槽阴极出口处的第三实际温度值T₅、电解槽阴极出口处的安全温度阈值T_max；获取电解槽阳极出口处的第三实际温度值T₆、电解槽阳极出口处的安全温度阈值T_max。

具体地，水侧电加热器和空气侧电加热器处均设置有热电偶、流量传感器（或流量计），则第一实际温度值可以通过相应的热电偶测量得到，气体流量值可以通过相应的流量传感器（或流量计）测量得到，而各目标温度值以及安全温度阈值为基于电解槽所在燃料电池的性质以及材料确定处的参量。

在上述各技术方案的基础上，S102具体包括：

S1021，利用水侧电加热器的第一实际温度值、水侧电加热器的气体流量值以及电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定水侧电加热器的功率前馈值，其中，水侧电加热器的气体流量值包括循环泵回流的第一氢气流量、氢气MFC控制的第二氢气流量、进入水侧电加热器的水蒸气流量。

可选地，S1021具体包括：

基于Q₁=（cp₁×（dm₁+dm₂）+cp₂×dm₃）×（T₂-T₁）确定水侧电加热器的功率前馈值，其中，Q₁为水侧电加热器的功率前馈值，cp₁为氢气比热容，cp₂为水蒸气比热容，dm₁为循环泵回流的第一氢气流量，dm₂为氢气MFC控制的第二氢气流量、dm₃为进入水侧电加热器的水蒸气流量，T₁为水侧电加热器的第一实际温度值，T₂为电解槽阴极入口处的第一目标温度值。

其中，Q₁为水侧电加热器的功率前馈值，亦即水侧电加热器的功率需求。具体地，首先通过热电偶得到水侧电加热器入口的第一实际温度值T₁，根据电解槽水侧需求温度（即上述阴极入口处的第一目标温度）T₂得到电加热器加热温差（T₂-T₁）；进入水侧电加热器的流量由三部分组成，参见图2，分别为由循环泵回流的第一氢气流量dm₁，氢气MFC（MassFlow Controller，质量流量控制）控制的第二氢气流量dm₂，进入水侧电加热器的水蒸气流量dm₃，三部分流量值均由流量计或流量传感器读取，进入混合器中混合，最终进入水侧电加热器，因此进入水侧电加热器总流量为（dm₁+dm₂+dm₃）；最终根据温度与热量变化关系计算出水侧电加热器功率前馈值Q₁。

需要说明的是，在制氢系统刚启动时，首先需要检测水泵处的水流量是否大于0且持续第一预设时长，以保证水侧电加热器里有介质流动，使能水侧电加热器正常工作，在检测无误之后，在继续执行S101获取电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数的动作。

S1022，利用空气侧电加热器的第一实际温度值、空气侧电加热器的气体流量值以及电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定空气侧电加热器的功率前馈值。

可选地，S1022具体包括：

基于Q₂=cp₃×dm₄×（T₄-T₃）确定空气侧电加热器的功率前馈值，其中，Q₂为空气侧电加热器的功率前馈值，cp₃为空气比热容，dm₄为进入空气侧电加热器的空气流量，T₃为空气侧电加热器的第一实际温度值，T₄为电解槽阳极入口处的第一目标温度值。

其中，Q₂为空气侧电加热器的功率前馈值，亦即空气侧电加热器的功率需求。具体地，首先通过热电偶得到空气侧电加热器入口处的第一实际温度值T₃，根据电解槽空气侧需求温度（即上述阳极入口处的第一目标温度值）T₄得到电加热器加热温差（T₄-T₃）；进入空气侧电加热器的流量为制氢系统进口处的空气流量dm₄，其流量值由空气流量计读取；最终根据温度与热量变化关系计算出空气侧电加热器功率前馈值。

在上述各技术方案的基础上，S103具体包括：

S1031，利用电解槽阴极入口处的第二实际温度值以及电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定水侧电加热器的功率反馈值。

S1032，利用电解槽阳极入口处的第二实际温度值以及电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定空气侧电加热器的功率反馈值。

具体地，电解槽的空气侧和水侧入口温度分别由两侧的电加热器功率控制，采用前馈加反馈控制，具体的调控方法如图3所示，图3是本发明实施例提供的电解槽入口温度控制系统框图。参加图3，其控制的给定值为电解槽入口温度需求值，包括水侧和空气侧的温度需求值（即上述电解槽阴极入口处的第一目标温度值T₂以及阳极入口处的第一目标温度值T₄），反馈值为电解槽入口实际温度，包括水侧和空气侧的实际温度值（即上述电解槽阴极入口处的第二实际温度值以及阳极入口处的第二实际温度值），将反馈值与需求值的偏差作为功率反馈值通过PID控制对被控对象进行调节，被控对象为电加热器功率需求值，利用器对电加热器（即图3中所示的执行机构）进行控制，使得电解槽入口处的温度被调节，直至调控到电解槽入口实际温度与需求值一致。

在上述各技术方案的基础上，S105具体包括：

S1051，基于电解槽阴极出口处的第三实际温度值以及电解槽阴极出口处的安全温度阈值确定第一温度差值。

S1052，基于电解槽阳极出口处的第三实际温度值以及电解槽阳极出口处的安全温度阈值确定第二温度差值。

S1053，判断第一温度差值、第二温度差值是否大于0。

S1054，若第一温度差值大于0，则基于第一温度差值对进入水侧电加热器的水流量或水侧电加热器的功率进行调节。

S1055，若第二温度差值大于0，则基于第二温度差值对进入空气侧电加热器的空气流量或空气侧电加热器的功率进行调节。

具体地，基于电解槽阴极出口处的第三实际温度值T₅与安全温度阈值T_max确定第一温度差值△T₁=T₅-T_max，基于电解槽阳极出口处的第三实际温度值T₆与安全温度阈值T_max确定第二温度差值△T₂=T₆-T_max；若△T₁≤0且△T₂≤0，则电解槽阴极和阳极出口处的温度均在安全范围内，无需进行调控；若△T₁＞0或△T₂＞0，则电解槽阴极或阳极出口处的温度超出安全阈值，需要进行调控，其调控方法如下：

当电解槽阴极出口处温度超温时，即△T₁＞0时，首先调节电解槽阴极入口处的温度，可以通过降低电解槽入口处的温度使电解槽出口处的温度降低到安全温度阈值T_max以下，主要通过以下两种方式降低电解槽入口处的温度，一是通过水泵进入的水量不变，降低水侧电加热器的功率，其功率降低值由温度差值△T₁决定；二是水侧电加热器功率不变，提高制氢系统水侧进口处的水量。

同理，当电解槽阳极出口处温度超温时，即△T₂＞0时，首先调节电解槽阳极入口处的温度，可以通过降低电解槽入口处的温度使电解槽出口处的温度降低到安全温度阈值T_max以下，主要通过以下两种方式降低电解槽入口处的温度，一是空气的进气风量不变，降低空气侧电加热器的功率，其功率降低值由温度差值△T₂决定；二是空气侧电加热器功率不变，提高制氢系统空气进口处的风量。

可选地，在调节进入水侧电加热器的水流量或水侧电加热器的功率时，若电解槽阴极入口处的第二实际温度值低于电解槽阴极入口处的温度下限值，则提高电解槽的电解功率。

在调节进入空气侧电加热器的空气流量或空气侧电加热器的功率时，若电解槽阳极入口处的第二实际温度值低于电解槽阳极入口处的温度下限值，则提高电解槽的电解功率。

具体地，由于电解槽入口温度也有上下限要求，因此在通过降低电解槽入口处温度来使得电解槽出口处的温度降低到安全温度阈值T_max以下时，若电解槽入口处的温度降低到下限值，电解槽出口处的温度仍超温，此时需要通过提高制氢系统的电解功率，通过电解吸收更多热量来实现快速降低电解槽出口处的温度，使电解槽出口处的温度低于安全温度阈值T_max。

图4是本发明实施例提供的一种电解水制氢系统的电解槽温度控制装置的结构图，如图4所示，该电解水制氢系统的电解槽温度控制装置包括：

参数获取单元41，用于获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数，其中，加热温度参数包括电加热器入口处的第一实际温度值以及电加热器入口处的气体流量值，电解槽温度参数包括电解槽入口处的第一目标温度值、电解槽入口处的第二实际温度值、电解槽出口处的第三实际温度值以及安全温度阈值；

前馈控制确定单元42，用于利用第一实际温度值、气体流量值以及第一目标温度值确定电加热器的功率前馈值；

反馈控制确定单元43，用于利用第二实际温度值以及第一目标温度值确定电加热器的功率反馈值；

入口温度调节单元44，用于基于功率前馈值以及功率反馈值对电加热器的功率进行调节，直至电解槽入口处的第二实际温度值与第一目标温度值一致；

出口温度调节单元45，用于基于第三实际温度值以及安全温度阈值对电解槽出口处的温度进行调节，直至第三实际温度值符合安全温度阈值。

可选地，电加热器包括水侧电加热器以及空气侧电加热器；参数获取单元41具体用于：

获取水侧电加热器入口处的第一实际温度值、水侧电加热器入口处的气体流量值；获取空气侧电加热器入口处的第一实际温度值、空气侧电加热器入口处的气体流量值；获取电解槽阴极入口处的第一目标温度值、电解槽阴极入口处的第二实际温度值；获取电解槽阳极入口处的第一目标温度值、电解槽阳极入口处的第二实际温度值；获取电解槽阴极出口处的第三实际温度值、电解槽阴极出口处的安全温度阈值；获取电解槽阳极出口处的第三实际温度值、电解槽阳极出口处的安全温度阈值。

可选地，前馈控制确定单元42具体用于：

利用水侧电加热器的第一实际温度值、水侧电加热器的气体流量值以及电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定水侧电加热器的功率前馈值，其中，水侧电加热器的气体流量值包括循环泵回流的第一氢气流量、氢气MFC控制的第二氢气流量、进入水侧电加热器的水蒸气流量；

利用空气侧电加热器的第一实际温度值、空气侧电加热器的气体流量值以及电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定空气侧电加热器的功率前馈值。

可选地，反馈控制确定单元43具体用于：

利用电解槽阴极入口处的第二实际温度值以及电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定水侧电加热器的功率反馈值；

利用电解槽阳极入口处的第二实际温度值以及电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定空气侧电加热器的功率反馈值。

可选地，出口温度调节单元45具体用于：

基于电解槽阴极出口处的第三实际温度值以及电解槽阴极出口处的安全温度阈值确定第一温度差值；

基于电解槽阳极出口处的第三实际温度值以及电解槽阳极出口处的安全温度阈值确定第二温度差值；

判断第一温度差值、第二温度差值是否大于0；

若第一温度差值大于0，则基于第一温度差值对进入水侧电加热器的水流量或水侧电加热器的功率进行调节；

若第二温度差值大于0，则基于第二温度差值对进入空气侧电加热器的空气流量或空气侧电加热器的功率进行调节。

可选地，出口温度调节单元45还用于：

在调节进入水侧电加热器的水流量或水侧电加热器的功率时，若电解槽阴极入口处的第二实际温度值低于电解槽阴极入口处的温度下限值，则提高电解槽的电解功率；

在调节进入空气侧电加热器的空气流量或空气侧电加热器的功率时，若电解槽阳极入口处的第二实际温度值低于电解槽阳极入口处的温度下限值，则提高电解槽的电解功率。

可选地，前馈控制确定单元42具体用于：

基于Q₁=（cp₁×（dm₁+dm₂）+cp₂×dm₃）×（T₂-T₁）确定水侧电加热器的功率前馈值，其中，Q₁为水侧电加热器的功率前馈值，cp₁为氢气比热容，cp₂为水蒸气比热容，dm₁为循环泵回流的第一氢气流量，dm₂为氢气MFC控制的第二氢气流量、dm₃为进入水侧电加热器的水蒸气流量，T₁为水侧电加热器的第一实际温度值，T₂为电解槽阴极入口处的第一目标温度。

可选地，前馈控制确定单元42具体用于：

基于Q₂=cp₃×dm₄×（T₄-T₃）确定空气侧电加热器的功率前馈值，其中，Q₂为空气侧电加热器的功率前馈值，cp₃为空气比热容，dm₄为进入空气侧电加热器的空气流量，T₃为空气侧电加热器的第一实际温度值，T₄为电解槽阳极入口处的第一目标温度值。

本发明实施例提供的电解水制氢系统的电解槽温度控制装置，与上述实施例提供的电解水制氢系统的电解槽温度控制方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例还提供了一种电解水制氢系统，该电解水制氢系统包括上述任意实施例中的电解水制氢系统的电解槽温度控制装置，如图2所示，还包括空气预热器、空气侧电加热器、水预热器、混合器、水侧电加热器以及电解槽；空气预热器、空气侧电加热器、电解槽的阳极顺次连接并形成回路；水预热器、混合器、水侧电加热器以及电解槽的阴极顺次连接并形成回路。

具体地，在电解水制氢系统中，空气侧采用一级预热，空气首先进入空气预热器中进行预热，空气预热器利用电解槽阳极出口排出的热空气对进入空气预热器中的空气进行预热，然后进入空气侧电加热器进行加热，再通过调节空气侧电加热器的功率调节到所需求的电解槽阳极入口处的温度后进电解槽阳极；水侧同样采用一级预热，水通过水泵泵入，利用电解槽阴极出口燃料余热通过水预热器给水加热，加热后的水蒸汽与部分氢气进入混合器混合（其中，氢气来源于两部分一部分为氢气MFC提供，另一部分为冷凝回流的氢气，具体氢气来源于系统运行状态有关），之后通过水侧电加热器加热，通过调节水侧电加热器功率到所需求的电解槽阴极入口处的温度后进电解槽阴极。

此外，制氢系统还设置有冷凝器、分流器以及循环泵。水预热器的部分水通过冷凝器排出，部分水通过分流器进入循环泵，然后再次进入混合器中被再次利用。其中，从分流器中会有部分氢气被排除，空气预热器也会有部分废气排出，在此不再赘述。

本发明实施例提供的电解水制氢系统包括上述实施例中的电解水制氢系统的电解槽温度控制装置，因此本发明实施例提供的电解水制氢系统也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数，其中，所述加热温度参数包括所述电加热器入口处的第一实际温度值以及所述电加热器入口处的气体流量值，所述电解槽温度参数包括所述电解槽入口处的第一目标温度值、所述电解槽入口处的第二实际温度值、所述电解槽出口处的第三实际温度值以及安全温度阈值；

利用所述第一实际温度值、所述气体流量值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率前馈值；

利用所述第二实际温度值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率反馈值；

基于所述功率前馈值以及所述功率反馈值对所述电加热器的功率进行调节，直至所述电解槽入口处的第二实际温度值与所述第一目标温度值一致；

基于所述第三实际温度值以及所述安全温度阈值对所述电解槽出口处的温度进行调节，直至所述第三实际温度值符合所述安全温度阈值。

2.根据权利要求1所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，其特征在于，所述电加热器包括水侧电加热器以及空气侧电加热器；

获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数包括：

获取所述水侧电加热器入口处的第一实际温度值、所述水侧电加热器入口处的气体流量值；

获取所述空气侧电加热器入口处的第一实际温度值、所述空气侧电加热器入口处的气体流量值；

获取所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值、所述电解槽阴极入口处的第二实际温度值；

获取所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值、所述电解槽阳极入口处的第二实际温度值；

获取所述电解槽阴极出口处的第三实际温度值、所述电解槽阴极出口处的安全温度阈值；

获取所述电解槽阳极出口处的第三实际温度值、所述电解槽阳极出口处的安全温度阈值。

3.根据权利要求2所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，其特征在于，利用所述第一实际温度值、所述气体流量值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率前馈值包括：

利用所述水侧电加热器的第一实际温度值、所述水侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定所述水侧电加热器的功率前馈值，其中，所述水侧电加热器的气体流量值包括循环泵回流的第一氢气流量、氢气MFC控制的第二氢气流量、进入所述水侧电加热器的水蒸气流量；

利用所述空气侧电加热器的第一实际温度值、所述空气侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定所述空气侧电加热器的功率前馈值。

4.根据权利要求2所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，其特征在于，利用所述第二实际温度值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率反馈值包括：

利用所述电解槽阴极入口处的第二实际温度值以及所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定所述水侧电加热器的功率反馈值；

利用所述电解槽阳极入口处的第二实际温度值以及所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定所述空气侧电加热器的功率反馈值。

5.根据权利要求2所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，其特征在于，基于所述第三实际温度值以及所述安全温度阈值对所述电解槽出口处的温度进行调节，直至所述第三实际温度值符合所述安全温度阈值包括：

基于所述电解槽阴极出口处的第三实际温度值以及所述电解槽阴极出口处的安全温度阈值确定第一温度差值；

基于所述电解槽阳极出口处的第三实际温度值以及所述电解槽阳极出口处的安全温度阈值确定第二温度差值；

判断所述第一温度差值、所述第二温度差值是否大于0；

若所述第一温度差值大于0，则基于所述第一温度差值对进入所述水侧电加热器的水流量或所述水侧电加热器的功率进行调节；

若所述第二温度差值大于0，则基于所述第二温度差值对进入所述空气侧电加热器的空气流量或所述空气侧电加热器的功率进行调节。

6.根据权利要求5所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，其特征在于，

在调节进入所述水侧电加热器的水流量或所述水侧电加热器的功率时，若所述电解槽阴极入口处的所述第二实际温度值低于所述电解槽阴极入口处的温度下限值，则提高所述电解槽的电解功率；

在调节进入所述空气侧电加热器的空气流量或所述空气侧电加热器的功率时，若所述电解槽阳极入口处的所述第二实际温度值低于所述电解槽阳极入口处的温度下限值，则提高所述电解槽的电解功率。

7.根据权利要求3所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，其特征在于，利用所述水侧电加热器的第一实际温度值、所述水侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定所述水侧电加热器的功率前馈值包括：

基于Q₁=（cp₁×（dm₁+dm₂）+cp₂×dm₃）×（T₂-T₁）确定所述水侧电加热器的功率前馈值，其中，Q₁为所述水侧电加热器的功率前馈值，cp₁为氢气比热容，cp₂为水蒸气比热容，dm₁为循环泵回流的第一氢气流量，dm₂为氢气MFC控制的第二氢气流量、dm₃为进入所述水侧电加热器的水蒸气流量，T₁为所述水侧电加热器的第一实际温度值，T₂为所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值。

8.根据权利要求3所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，其特征在于，利用所述空气侧电加热器的第一实际温度值、所述空气侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定所述空气侧电加热器的功率前馈值包括：

基于Q₂=cp₃×dm₄×（T₄-T₃）确定所述空气侧电加热器的功率前馈值，其中，Q₂为所述空气侧电加热器的功率前馈值，cp₃为空气比热容，dm₄为进入所述空气侧电加热器的空气流量，T₃为所述空气侧电加热器的第一实际温度值，T₄为所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值。

9.一种电解水制氢系统的电解槽温度控制装置，其特征在于，所述装置包括：

参数获取单元，用于获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数，其中，所述加热温度参数包括所述电加热器入口处的第一实际温度值以及所述电加热器入口处的气体流量值，所述电解槽温度参数包括所述电解槽入口处的第一目标温度值、所述电解槽入口处的第二实际温度值、所述电解槽出口处的第三实际温度值以及安全温度阈值；

前馈控制确定单元，用于利用所述第一实际温度值、所述气体流量值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率前馈值；

反馈控制确定单元，用于利用所述第二实际温度值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率反馈值；

入口温度调节单元，用于基于所述功率前馈值以及所述功率反馈值对所述电加热器的功率进行调节，直至所述电解槽入口处的第二实际温度值与所述第一目标温度值一致；

出口温度调节单元，用于基于所述第三实际温度值以及所述安全温度阈值对所述电解槽出口处的温度进行调节，直至所述第三实际温度值符合所述安全温度阈值。

10.一种电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢系统包括上述权利要求9所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制装置，还包括空气预热器、空气侧电加热器、水预热器、混合器、水侧电加热器以及电解槽；

所述空气预热器、所述空气侧电加热器、所述电解槽的阳极顺次连接并形成回路；所述水预热器、所述混合器、所述水侧电加热器以及所述电解槽的阴极顺次连接并形成回路。