燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质技术

本发明专利技术提供了一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。燃料电池水含量的控制方法包括：实时获取燃料电池的水含量；判断燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当燃料电池的水含量不处于正常水含量范围时，调整用吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据调整后的尾排阀控制信号的占空比、阳极循环泵的转速以及阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据喷射控制信号的喷射占空比控制喷射电磁阀的开启时间，为燃料电池的反应电堆提供氢气。本发明专利技术中，通过对尾排阀、阳极循环泵和喷射电磁阀的协同控制，维持良好的增湿状态，同时避免质子交换膜两侧的压差波动。

Control Method, Computer Equipment and Storage Medium of Water Content in Fuel Cells

The invention provides a control method for water content of fuel cell, computer equipment and storage medium. The control methods of fuel cell water content include: obtaining the fuel cell water content in real time; judging whether the fuel cell water content is in the normal water content range; adjusting the frequency and duty ratio of the purge control signal and the speed of the anode circulating pump when the fuel cell water content is not in the normal water content range; according to the duty ratio of the tail valve control signal after adjustment; The rotational speed of the anode circulating pump and the target pressure on the anode side are calculated to control the injection duty ratio of the injection control signal of the injection solenoid valve in the hydrogen system, and the opening time of the injection solenoid valve is controlled according to the injection duty ratio of the injection control signal to provide hydrogen for the fuel cell reactor. In the invention, through the cooperative control of the tail exhaust valve, the anode circulating pump and the jet solenoid valve, a good humidification state is maintained, and the pressure difference fluctuation on both sides of the proton exchange membrane is avoided.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质
本专利技术涉及燃料电池
，特别是涉及一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。
技术介绍
质子交换膜氢燃料电池是一种清洁、高效的能源转化装置，其特点使其逐渐应用于交通运输领域。对于质子交换膜燃料电池来说，只有在膜充分润湿的状态下才能实现质子的有效传导，当膜处在缺水的状态时，质子交换膜的电导率将出现显著下降，因此质子交换膜燃料电池的阳极需要增湿。同时，燃料电池内部水含量过高，可能导致液态水在内部积累，产生水淹现象。因此湿度控制对于燃料电池系统的效率和性能来说至关重要。增湿方法分为外部增湿和自增湿两种。对于外部增湿，常用的增湿器有鼓泡式、喷射式、膜式、热焓轮、喷雾式等。而利用阳极再循环可实现燃料电池堆的自增湿，取消阳极的外部增湿器。但目前成熟的燃料电池系统在运行过程中，需要间歇性开启阳极侧氢气尾排阀，以改善阳极侧排水，提高系统性能以及耐久性。在稳定工况下，阴极侧空气压力维持不变，阳极侧氢气尾排阀动作将会造成质子交换膜两侧压差波动，可能对其造成机械损伤。当阳极湿度发生变化时，需要控制阳极侧尾排阀的开启时间来调节水含量，从而造成质子交换膜两侧压差频繁波动，因此在湿度控制的过程中需要解决上述质子交换膜两侧压差波动的问题。
技术实现思路
针对需要在调节燃料电池水含量的过程中同时实现质子交换膜两侧压差波动最小的问题，本专利技术提供了一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。本专利技术实施例提供了一种燃料电池水含量的控制方法，包括：实时获取所述燃料电池的水含量；判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据所述调整后的尾排阀控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据所述喷射控制信号的喷射占空比控制所述喷射电磁阀的开启时间，为所述燃料电池的反应电堆提供氢气。在其中一个实施例中，当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的所述吹扫控制信号的频率和占空比以及所述阳极循环泵的转速，包括：当所述燃料电池的水含量低于所述正常水含量范围时，减小所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及确定所述阳极循环泵的最佳转速，并将所述阳极循环泵的转速调整至最佳转速；当所述燃料电池的水含量高于所述正常水含量范围时，增大所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及增大所述阳极循环泵的转速。在其中一个实施例中，所述确定所述阳极循环泵的最佳转速，包括：以预设的幅度增大所述阳极循环泵的转速；获取增大转速后所述燃料电池的水含量，并判断增大转速后所述燃料电池的水含量是否小于或等于增大转速前获取的所述燃料电池的水含量；若是，则将增大前所述阳极循环泵的转速作为所述阳极循环泵的最佳转速；否则，则返回至所述以预设的幅度逐步增大所述阳极循环泵的转速的步骤。在其中一个实施例中，所述根据所述调整后的尾排阀控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比，包括：确定所述燃料电池的阳极侧目标压力；根据所述阳极侧目标压力以及所述阳极循环泵的转速，计算得到补偿通过所述阳极循环泵的氢气流量所对应的第一前馈占空比；基于所述燃料电池的阳极侧出口压力和所述阳极侧目标压力，确定用于修正所述第一前馈占空比、补偿通过所述尾排阀排出的氢气流量对应的第二前馈占空比以及补充所述反应电堆消耗的氢气流量对应的第三前馈占空比偏差影响的反馈占空比；对所述第一前馈占空比、所述第二前馈占空比、所述第三前馈占空比以及所述反馈占空比求和，得到所述喷射控制信号的喷射占空比。在其中一个实施例中，所述根据所述阳极侧目标压力以及所述阳极循环泵的转速，计算补偿通过所述阳极循环泵的氢气流量所对应的第一前馈占空比，包括：测量所述燃料电池的阳极侧入口压力；根据所述阳极侧入口压力、所述阳极侧目标压力以及所述调整后的阳极循环泵的转速计算所述阳极循环泵的氢气流量；根据所述阳极循环泵的氢气流量和所述氢气系统提供的氢气流量，计算所述第一前馈占空比。在其中一个实施例中，所述根据所述阳极侧入口压力、所述阳极侧目标压力以及所述调整后的阳极循环泵的转速计算所述阳极循环泵的氢气流量，包括：根据所述阳极侧入口压力和所述阳极侧目标压力计算所述阳极循环泵的压缩比；根据所述阳极循环泵的压缩比以及所述调整后的阳极循环泵的转速，查表获取所述阳极循环泵的氢气流量。在其中一个实施例中，在所述得到所述喷射控制信号的喷射占空比之前，所述控制方法还包括：检测环境压力以及所述反应电堆的阳极侧出口温度；根据所述阳极侧目标压力、所述环境压力以及所述反应电堆的阳极侧出口温度，按照预设公式计算单个尾排阀的流量；根据所述单个尾排阀的流量、吹扫控制信号的占空比以及所述氢气系统提供的氢气流量，计算所述第二前馈占空比。在其中一个实施例中，在所述得到所述喷射控制信号的喷射占空比之前，所述控制方法还包括：检测所述反应电堆的输出电流；根据所述输出电流以及所述反应电堆包含的单片数计算所述反应电堆消耗的氢气流量；根据所述反应电堆消耗的氢气流量以及所述氢气系统的氢气流量，计算所述第三前馈占空比。基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述控制方法的步骤。基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述控制方法的步骤。综上，本专利技术提供了一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。所述燃料电池水含量的控制方法包括：实时获取所述燃料电池的水含量；判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据所述调整后的尾排阀控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据所述喷射控制信号的喷射占空比控制所述喷射电磁阀的开启时间，为所述燃料电池的反应电堆提供氢气。本专利技术中，通过对所述尾排阀、所述阳极循环泵和所述喷射电磁阀的协同控制，保证燃料电池的水含量处在正常范围，维持良好的增湿状态。同时通过控制氢气系统的喷射电磁阀的开启时间和频率，消除尾排阀开启时，燃料电池质子交换膜两侧的压差波动，保证膜处在正常的受力状态。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种的燃料电池水含量的控制方法；图2为一示例性燃料电池氢气供给系统结构示意图；图3为一示例性的燃料电池氢气供给控制系统结构示意图；图4为质子交换膜高频交流阻抗值与水含量的关系示意图；图5为阳极水含量与阳极循环泵的转速的关系示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种阳极循环泵的转速与流量的关系示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池水含量的控制方法，其特征在于，包括：实时获取所述燃料电池的水含量；判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据所述调整后的尾排阀控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据所述喷射控制信号的喷射占空比控制所述喷射电磁阀的开启时间，为所述燃料电池的反应电堆提供氢气。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池水含量的控制方法，其特征在于，包括：实时获取所述燃料电池的水含量；判断所述燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据所述调整后的尾排阀控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据所述喷射控制信号的喷射占空比控制所述喷射电磁阀的开启时间，为所述燃料电池的反应电堆提供氢气。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述当所述燃料电池的水含量不处于所述正常水含量范围时，调整用于控制尾排阀的所述吹扫控制信号的频率和占空比以及所述阳极循环泵的转速，包括：当所述燃料电池的水含量低于所述正常水含量范围时，减小所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及确定所述阳极循环泵的最佳转速，并将所述阳极循环泵的转速调整至最佳转速；当所述燃料电池的水含量高于所述正常水含量范围时，增大所述吹扫控制信号的频率和占空比，以及增大所述阳极循环泵的转速。3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述确定所述阳极循环泵的最佳转速，包括：以预设的幅度增大所述阳极循环泵的转速；获取增大转速后所述燃料电池的水含量，并判断增大转速后所述燃料电池的水含量是否小于或等于增大转速前获取的所述燃料电池的水含量；若是，则将增大前所述阳极循环泵的转速作为所述阳极循环泵的最佳转速；否则，则返回至所述以预设的幅度逐步增大所述阳极循环泵的转速的步骤。4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述调整后的尾排阀控制信号的占空比、所述调整后的阳极循环泵的转速以及所述燃料电池的阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比，包括：确定所述燃料电池的阳极侧目标压力；根据所述阳极侧目标压力以及所述阳极循环泵的转速，计算得到补偿通过所述阳极循环泵的氢气流量所对应的第一前馈占空比；基于所述燃料电池的阳极侧出口压力和所述阳极侧目标压力，确定用于修正所述第一前馈占空比、补偿通过所述尾排阀排出的氢气流量对应的第二前馈占空比以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建秋，刘慧泽，徐梁飞，欧阳明高，方川，郭迪，胡尊严，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11