一种电解水制氢系统的状态估算方法及装置与流程

本技术涉及氢能领域，具体而言，涉及一种电解水制氢系统的状态估算方法及装置。

背景技术：

1、pem制氢和燃料电池发电是氢能领域的重要发展方向，并且由于且互为逆反应，存在着较多的相补之处。电解水制氢系统的电解槽的传质模型可以描述气体或液体在不同相态之间的转移和扩散现象，因此帮助用户了解气体和液体之间的物质传递过程，以及pem膜对氢气和氧气的传导性能等等。通过传质模型，用户可以更好地了解电解槽的性能，从而优化其设计和操作。

2、但是，电解槽在反应时不断生成氢气和氧气，以气泡的形式在冷却液中生成、脱离并扩散，其气泡的状态对于传质模型的参数有较大影响，导致传质模型的参数无法准确描述电解槽的性能和状态，影响电解水制氢系统的设计、控制和诊断的精确度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种电解水制氢系统的状态估算方法及装置，能够精确辨识电解水制氢系统的电解槽中气泡的状态，从而更加精确的确定电解槽的状态，提高电解水制氢系统的设计、控制和诊断时精确度。

2、本技术实施例提供的一种电解水制氢系统的状态估算方法，包括：

3、获取电解水制氢系统的电解槽的符合预设状态稳定条件的运行状态数据；所述运行状态数据包括电解水制氢系统的电解槽的电解电流数据、交流阻抗谱数据；其中，所述交流阻抗谱数据是通过给电解槽的电解电压施加交流正弦波动得到的；

4、基于所述电解电流数据，确定电解槽中不同气泡成核驱动脱离方式对应的权重；所述权重表征不同气泡成核驱动脱离方式在电解槽中的主导程度；

5、基于每种气泡成核驱动脱离方式的权重以及预先配置的该种气泡成核驱动脱离方式对应的传质损失分量参数，确定电解槽损失中的传质损失；其中，不同气泡成核驱动脱离方式对应的电解槽损失的传质损失分量参数不同；

6、基于电解槽的交流阻抗谱数据、电解槽损失中的传质损失，确定所述电解槽损失中的活化损失、质子和电子传递阻抗、低频阻抗；

7、基于所述电解槽损失中的传质损失、活化损失、质子和电子传递阻抗、低频阻抗，确定电解水制氢系统的状态。

8、在一些实施例中，所述的电解水制氢系统的状态估算方法中，确定电解水制氢系统的状态之后，所述状态估算方法还包括：

9、基于所述电解槽损失中的传质损失、活化损失、质子和电子传递阻抗、低频阻抗，调整电解水制氢系统的运行参数，以控制电解水制氢系统的电解槽的运行状态，和/或诊断解水制氢系统的电解槽的运行状态。

10、在一些实施例中，所述的电解水制氢系统的状态估算方法中，获取电解水制氢系统的电解槽的符合预设状态稳定条件的运行状态数据，包括：

11、固定电解水制氢系统的电解电压之后，获取电解槽的状态参数；所述状态参数包括气体压力、温度；

12、判断所述状态参数是否在预设时间段内维持不变；

13、若是，则获取电解水制氢系统的行状态数据。

14、在一些实施例中，所述的电解水制氢系统的状态估算方法中，基于所述电解电流数据，确定电解槽中不同气泡成核驱动脱离方式对应的权重，包括：

15、对所述电解电流数据进行频谱分析，获得不同频率下的电解电流幅值；

16、基于电解水制氢系统的运行参数中的频率数据，确定电解电流数据的截止频率；

17、基于所述截止频率、不同气泡成核驱动脱离方式对应的频率，确定频率分区；不同频率分区对应不同气泡成核驱动脱离方式；

18、基于和频率分区匹配的分区频率数据，确定电解槽中不同气泡成核驱动脱离方式对应的权重。

19、在一些实施例中，所述的电解水制氢系统的状态估算方法中，基于和频率分区匹配的分区频率数据，确定电解槽中不同气泡成核驱动脱离方式对应的权重，包括：

20、对所述频率分区中的频率数据中进行积分运算，确定所述频率分区的幅值；

21、计算所述频率分区的幅值总和；

22、确定所述频率分区的幅值和所述幅值总和的比值为该频率分区对应的气泡成核驱动脱离方式的权重。

23、在一些实施例中，所述的电解水制氢系统的状态估算方法中，基于每种气泡成核驱动脱离方式的权重以及预先配置的该种气泡成核驱动脱离方式对应的传质损失分量参数，确定电解槽损失中的传质损失，包括：

24、根据气泡成核驱动脱离方式的权重、该种气泡成核驱动脱离方式对应的传质损失分量参数，确定该种气泡成核驱动脱离方式对应的传质损失分量；

25、计算不同传质损失分量的和值作为电解槽损失中的传质损失。

26、在一些实施例中，所述的电解水制氢系统的状态估算方法中，基于电解槽的交流阻抗谱数据、电解槽损失中的传质损失，确定所述电解槽损失中的质子和电子传递阻抗、低频阻抗，包括：

27、基于电解槽的交流阻抗谱数据，确定大于预设高频阈值的第一频率对应的交流阻抗高频测量结果，以及低于预设低频阈值的第二频率对应的交流阻抗低频测量结果；

28、将所述交流阻抗高频测量结果作为电解槽损失中的质子和电子传递阻抗；

29、将所述交流阻抗低频测量结果作为电解槽损失中的低频阻抗。

30、在一些实施例中，所述的电解水制氢系统的状态估算方法中，确定所述电解槽损失中的活化损失，包括：

31、基于所述电解槽损失中的传质损失、质子和电子传递阻抗、低频阻抗，确定所述电解槽损失中的活化损失。

32、在一些实施例中，所述的电解水制氢系统的状态估算方法中，所述电解电流数据的采集频率大于或等于预设频率阈值；

33、所述交流正弦波动的幅值是基于电解槽的电解电压确定的，与所述电解电压正相关。

34、在一些实施例中，还提供一种电解水制氢系统的状态估算装置，包括：

35、获取模块，用于获取电解水制氢系统的电解槽的符合预设状态稳定条件的运行状态数据；所述运行状态数据包括电解水制氢系统的电解槽的电解电流数据、交流阻抗谱数据；其中，所述交流阻抗谱数据是通过给电解槽的电解电压施加交流正弦波动得到的；

36、第一确定模块，用于基于所述电解电流数据，确定电解槽中不同气泡成核驱动脱离方式对应的权重；所述权重表征不同气泡成核驱动脱离方式在电解槽中的主导程度；

37、第二确定模块，用于基于每种气泡成核驱动脱离方式的权重以及预先配置的该种气泡成核驱动脱离方式对应的传质损失分量参数，确定电解槽损失中的传质损失；其中，不同气泡成核驱动脱离方式对应的电解槽损失的传质损失分量参数不同；

38、第三确定模块，基于电解槽的交流阻抗谱数据、电解槽损失中的传质损失，确定所述电解槽损失中的活化损失、质子和电子传递阻抗、低频阻抗；

39、第四确定模块，基于所述电解槽损失中的传质损失、活化损失、质子和电子传递阻抗、低频阻抗，确定电解水制氢系统的状态。

40、本技术实施例中提供一种电解水制氢系统的状态估算方法及装置，所述状态估算方法包括：获取电解水制氢系统的电解槽的符合预设状态稳定条件的运行状态数据；所述运行状态数据包括电解水制氢系统的电解槽的电解电流数据、交流阻抗谱数据；其中，所述交流阻抗谱数据是通过给电解槽的电解电压施加交流正弦波动得到的；基于所述电解电流数据，确定电解槽中不同气泡成核驱动脱离方式对应的权重；所述权重表征不同气泡成核驱动脱离方式在电解槽中的主导程度；基于每种气泡成核驱动脱离方式的权重以及预先配置的该种气泡成核驱动脱离方式对应的传质损失分量参数，确定电解槽损失中的传质损失；其中，不同气泡成核驱动脱离方式对应的电解槽损失的传质损失分量参数不同；基于电解槽的交流阻抗谱数据、电解槽损失中的传质损失，确定所述电解槽损失中的活化损失、质子和电子传递阻抗、低频阻抗；基于所述电解槽损失中的传质损失、活化损失、质子和电子传递阻抗、低频阻抗，确定电解水制氢系统的状态；这样，实现对电解槽电压损失的定量拆分，且拆分过程中考虑了不同气泡成核驱动脱离方式对电解槽电压损失的影响，从而更加精确的得到电解槽损失的每种损失，传质模型的参数可以更加准确描述电解槽的性能和状态，有利于提高电解水制氢系统的设计、控制和诊断等方面的精确度。