一种氢燃料电池系统排水阀的控制方法及装置与流程

1.本发明涉及氢燃料电池技术领域，特别是涉及一种氢燃料电池系统排水阀的控制方法及装置。


背景技术：

2.目前氢燃料电池系统的排水阀开启时间都是只考虑系统工作功率或电流因素。而在实际状态下，氢燃料电池液态水积聚情况在不同条件下有较大差异，例如不同的环境温度和电堆性能衰减程度，假如仅通过系统工作功率或电流来确定排水阀开启时间，可能会导致排水阀开启时间过短或过长，从而引起水淹故障，以及氢气工作压力不稳定、排放浓度超标、利用率下降等不良后果。
3.现有的解决方法中，或是采用检测氢气的压力降，来评估燃料电池水状态，或是估算燃料的化学反应量，基于估算的化学反应量打开排水阀，并在排水阀打开的状态下，通过燃料供应管线向燃料电池堆供应燃料的状态，控制排水阀等方法。
4.但是，以上方法都存在一定的问题：比如未通过阳极压力变化对排水阀控制进行实时调节；即使通过阳极压力的变化率决定排水阀关闭时刻，在排水阀打开过程中，阳极压力变化率有可能出现多个拐点，影响排水阀关闭时刻。
5.具体地，例如在燃料电池系统输出功率动态变化的过程中打开排水阀，或在带有排氢阀的燃料电池系统中，同时打开排氢阀和排水阀。在这些工况中由于阳极压力变化率出现波动，会导致不合适的排水阀关闭时刻。一般排水阀结构方式为电磁阀，如采用在当前排水阀开启期间采集阳极压力变化率并用于计算当前开启周期的关闭时刻，在计算并输出排水阀关闭命令后，排水阀仍需要一定的响应时间才能关闭，导致排水阀实际关闭时刻与期望关闭时刻不一致，进而导致排水不足或排出过多氢气。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提出一种氢燃料电池系统排水阀的控制方法及装置，解决氢燃料电池系统排水阀开启时间过短或过长，从而引起水淹故障，氢气利用率下降的技术问题。
7.一方面，提供一种氢燃料电池系统排水阀的控制方法，包括以下步骤：
8.步骤s1，响应于氢燃料电池系统的启动指令，检测实时的系统工况及实时的排水阀工作状态并根据实时的系统工况获取预存的排水阀开启时间初始调节量；
9.步骤s2，根据实时的系统工况确定排水阀基础开启时间，将排水阀基础开启时间和排水阀开启时间初始量求和，获得实时的系统工况下的排水阀开启时间；
10.步骤s3，根据实时的排水阀工作状态监测阳极的压力数据，当实时的排水阀工作状态为开启时，按照预设的测量周期连续测量并记录阳极压力数据；当实时的排水阀工作状态从开启变为关闭时，根据记录的最低阳极压力数据确定阳极压力绝对值变化量，判断阳极压力绝对值变化量是否处于预设的变化范围阈值内，并根据判断结果获取对应的排水
阀开启时间调节量；
11.步骤s4，将实时的系统工况下的排水阀开启时间和排水阀开启时间调节量求和，获得实时的系统工况下修正的排水阀开启时间，并根据所述修正的排水阀开启时间调节实时的系统工况下最终的排水阀开启时间。
12.优选地，还包括以下步骤：步骤s5，当检测到实时的系统工况对应的排水阀开启时间调节量不为零时，则将实时的系统工况及对应的排水阀开启时间调节量按照预设格式存储为排水阀开启时间初始量。
13.优选地，在步骤s1中，所述根据实时的系统工况获取预存的排水阀开启时间初始量，具体包括：
14.获取预存的多个系统工况、与系统工况对应的排水阀开启时间初始量信息；匹配预存的系统工况与实时的系统工况是否相同；
15.若匹配成功，则读取与实时的系统工况对应的排水阀开启时间初始量；
16.若匹配不成功，则将实时的系统工况对应的排水阀开启时间初始量设置为零。
17.优选地，在步骤s2中，所述计算实时的系统工况下的排水阀开启时间，具体包括：
18.调取实时的系统工况下燃料电池系统的当前输出电流和当前输出功率，将当前输出电流和当前输出功率作为输入量输入预设的基础开启时间计算模型，获取输出的实时的系统工况下的排水阀开启时间。
19.优选地，在步骤s3中，所述判断阳极压力绝对值变化量是否处于预设的变化范围阈值内，具体包括：
20.监测阳极的压力数据时，实时测量阳极的压力的绝对值变化量，并确定阳极压力的最大值和最小值；
21.将所述阳极压力的最大值与预设的阳极压力预期范围上限比较，将所述阳极压力的最小值与阳极压力预期范围下限比较；若所述阳极压力的最大值小于预设的阳极压力预期范围上限且所述阳极压力的最小值大于阳极压力预期范围下限，则判定阳极压力变化量处于预设的变化范围阈值内；若所述阳极压力的最大值大于预设的阳极压力预期范围上限，或者所述阳极压力的最小值小于阳极压力预期范围下限，则判定阳极压力变化量不处于预设的变化范围阈值内。
22.优选地，在步骤s3中，所述根据判断结果获取对应的排水阀开启时间调节量，具体包括：
23.若阳极压力绝对值变化量处于预设的变化范围阈值内，则设置排水阀开启时间调节量为零；若阳极压力绝对值变化量不处于预设的变化范围阈值内，则获取与阳极压力绝对值变化量对应的预定步长，作为排水阀开启时间调节量。
24.另一方面，还提供一种氢燃料电池系统排水阀的控制装置，用以实现所述氢燃料电池系统排水阀的控制方法，包括：相互连接的检测模块、排水阀开启时间计算模块、排水阀开启时间调节量计算模块；
25.所述检测模块，用以响应于氢燃料电池系统的启动指令，检测实时的系统工况及实时的排水阀工作状态；根据实时的系统工况获取预存的排水阀开启时间初始量；
26.所述排水阀开启时间计算模块，用以根据实时的系统工况确定排水阀基础开启时间，将排水阀基础开启时间和排水阀开启时间初始量之和作为实时的系统工况下的排水阀
开启时间；
27.所述排水阀开启时间调节量计算模块，用以根据实时的排水阀工作状态监测阳极的压力数据，当实时的排水阀工作状态为开启时，按照预设的测量周期连续测量并记录阳极压力数据；当实时的排水阀工作状态从开启变为关闭时，根据记录的最低阳极压力数据确定阳极压力绝对值变化量，判断阳极压力绝对值变化量是否处于预设的变化范围阈值内，并根据判断结果获取对应的排水阀开启时间调节量；
28.所述排水阀开启时间计算模块还用于将实时的系统工况下的排水阀开启时间和排水阀开启时间调节量求和，获得实时的系统工况下修正的排水阀开启时间，并根据所述修正的排水阀开启时间调节实时的系统工况下的排水阀开启时间。
29.优选地，所述检测模块还用于获取预存的多个系统工况、与系统工况对应的排水阀开启时间初始量信息；匹配预存的系统工况与实时的系统工况是否相同；
30.若匹配成功，则读取与实时的系统工况对应的排水阀开启时间初始量；
31.若匹配不成功，则将实时的系统工况对应的排水阀开启时间初始量设置为零。
32.优选地，所述排水阀开启时间调节量计算模块还用于调取实时的系统工况下燃料电池系统的当前输出电流和当前输出功率，将当前输出电流和当前输出功率作为输入量输入预设的基础开启时间计算模型，获取输出的实时的系统工况下的排水阀开启时间。
33.优选地，所述排水阀开启时间计算模块还用于监测排水阀阳极的压力数据时，实时测量排水阀阳极的压力的绝对值变化量，并确定阳极压力的最大值和最小值；
34.将所述阳极压力的最大值与预设的阳极压力预期范围上限比较，将所述阳极压力的最小值与阳极压力预期范围下限比较；若所述阳极压力的最大值小于预设的阳极压力预期范围上限且所述阳极压力的最小值大于阳极压力预期范围下限，则判定阳极压力变化量处于预设的变化范围阈值内；若所述阳极压力的最大值大于预设的阳极压力预期范围上限，或者所述阳极压力的最小值小于阳极压力预期范围下限，则判定阳极压力变化量不处于预设的变化范围阈值内；
35.若阳极压力绝对值变化量处于预设的变化范围阈值内，则设置排水阀开启时间调节量为零；若阳极压力绝对值变化量不处于预设的变化范围阈值内，则获取与阳极压力绝对值变化量对应的预定步长，作为排水阀开启时间调节量。
36.优选地，所述排水阀开启时间调节量计算模块还用于检测到实时的系统工况对应的排水阀开启时间调节量不为零时，则将实时的系统工况及对应的排水阀开启时间调节量按照预设格式存储为排水阀开启时间初始量。
37.综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
38.本发明提供的氢燃料电池系统排水阀的控制方法及装置，燃料电池系统运行过程中，能够实时根据阳极压力绝对值变化判断排水阀开启时间是否处于合适范围，并进行调节，使系统的排水阀开启时间能够随着燃料电池性能衰减或系统工作环境变化而变化；通过采用阳极压力绝对值的变化量作为排水阀开启时间修正的计算参数，即使阳极压力在排水阀开启期间反复波动也能正确计算排水阀最佳开启时间；将不同工况下的排水阀开启时间修正数据存储于控制器内部非易失性存储区域，系统上电后进行读取并应用，可快速将排水阀开启时间调整至最佳状态；系统氢气工作压力保持稳定，避免出现燃料电池系统水淹或过干故障，提高系统工作稳定性及提高寿命，提高氢气利用率，提高系统经济性。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
40.图1为本发明实施例中一种氢燃料电池系统排水阀的控制方法的主流程示意图。
41.图2为本发明实施例中一种氢燃料电池系统排水阀的控制方法的逻辑示意图。
42.图3为本发明实施例中一种氢燃料电池系统排水阀的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
44.如图1和图2所示，为本发明提供的一种氢燃料电池系统排水阀的控制方法的一个实施例的示意图。在该实施例中，所述方法包括以下步骤：
45.步骤s1，响应于氢燃料电池系统的启动指令，检测实时的系统工况及实时的排水阀工作状态(包括打开或关闭)，并根据实时的系统工况获取预存的排水阀开启时间初始量。可以理解的是，燃料电池系统进入工作状态，检查燃料电池系统控制器内部非易失性存储区域是否已有预存的排水阀开启时间初始量，若有预存的排水阀开启时间初始量，则直接读取并应用(从控制器存储区读取各工况下排水阀开启时间调节量作为初始调节量)，可快速将排水阀开启时间调整至最佳状态；如不存在有效数据，则默认各工况下调节步长为零。
46.具体实施例中，获取预存的多个系统工况、与系统工况对应的排水阀开启时间初始量；匹配预存的系统工况与实时的系统工况是否相同；若匹配成功，则读取与实时的系统工况对应的排水阀开启时间初始量；若匹配不成功，则将实时的系统工况对应的排水阀开启时间初始量设置为零。可以理解的是，从控制器存储区读取各工况下排水阀开启时间初始调节量；如不存在有效数据，则默认各工况下调节步长为零。
47.步骤s2，根据实时的系统工况确定排水阀基础开启时间，将排水阀基础开启时间和排水阀开启时间初始量求和，获得实时的系统工况下的排水阀开启时间；
48.具体实施例中，燃料电池系统进入工作状态，根据实时监测系统工况确定燃料电池当前输出电流和燃料电池输出功率，将当前输出电流和当前输出功率作为输入量输入预设的基础开启时间计算模型，获取输出的实时的系统工况下的排水阀开启时间，也就是排水阀基础开启时间，用于后续根据开启时间调节量进行修正。
49.步骤s3，根据实时的排水阀工作状态监测排水阀阳极的压力数据，当实时的排水阀工作状态为开启时，按照预设的测量周期连续测量并记录阳极压力数据；当实时的排水阀工作状态从开启变为关闭时，根据记录的最低阳极压力数据确定阳极压力绝对值变化量，判断阳极压力绝对值变化量是否处于预设的变化范围阈值内，并根据判断结果获取对应的排水阀开启时间调节量。可以理解，仅在排水阀处于工作状态时监测阳极压力变化数据，即可判断排水阀开启时间是否处于合适区间，仅采集排水阀开启时刻数据可节省数据处理及运算时间；当阳极压力变化范围超出设定范围时，按照预定步长调节排水阀开启时
间，保证排水阀开启时刻的稳定性。
50.具体实施例中，监测阳极的压力数据时，实时测量阳极的压力的绝对值变化量，并确定阳极压力的最大值和最小值；
51.将所述阳极压力的最大值与预设的阳极压力预期范围上限比较，将所述阳极压力的最小值与阳极压力预期范围下限比较；若所述阳极压力的最大值小于预设的阳极压力预期范围上限且所述阳极压力的最小值大于阳极压力预期范围下限，则判定阳极压力变化量处于预设的变化范围阈值内；若所述阳极压力的最大值大于预设的阳极压力预期范围上限，或者所述阳极压力的最小值小于阳极压力预期范围下限，则判定阳极压力变化量不处于预设的变化范围阈值内。若阳极压力变化量处于预设的变化范围阈值内，则设置排水阀开启时间调节量为零；若阳极压力变化量不处于预设的变化范围阈值内，则获取与阳极压力绝对值变化量对应的预定步长，作为排水阀开启时间调节量。可以理解，当检测到排水阀处于开启状态时，连续测量并记录阳极压力；检测排水阀处于关闭状态后，根据记录的最低阳极压力判断阳极压力变化状况是否在预期范围。仅需要在排水阀处于工作状态时监测阳极压力变化数据，即可判断排水阀开启时间是否处于合适区间，仅采集排水阀开启时刻数据可节省数据处理及运算时间。
52.步骤s4，将实时的系统工况下的排水阀开启时间和排水阀开启时间调节量求和，获得实时的系统工况下修正的排水阀开启时间，并根据所述修正的排水阀开启时间调节实时的系统工况下的排水阀开启时间。可以理解，当阳极压力绝对值变化范围超出设定范围时，就需要调节排水阀开启时间，对错误的开启时间进行修正，具体地修正方法就是对排水阀基础开启时间根据排水阀开启时间调节量进行调整。由上述过程可知，阳极压力变化范围未超出设定范围时，排水阀开启时间调节量为零，也就是保持排水阀基础开启时间不变；阳极压力变化范围超出设定范围时，会获取一个不为零的排水阀开启时间调节量，也就是在保持排水阀基础开启时间的基础上增加或减少时间，得到修正的排水阀开启时间，替换原有开启时间作为实时系统工况下的排水阀开启时间。
53.具体实施例中，将排水阀开启时间调节量与排水阀基础开启时间求和，作为新的排水阀开启时间。
54.步骤s5，当检测到实时的系统工况对应的排水阀开启时间调节量不为零时，将实时的系统工况及对应的排水阀开启时间调节量按照预设格式存储为排水阀开启时间初始量；可以理解的是，记录从氢燃料电池系统的启动后的实时系统工况、对应的排水阀开启时间，按照预设格式存储为排水阀开启时间初始调节量。可以理解，存储排水阀调节数据操作(主要包括系统工况信息、与系统工况对应的排水阀开启时间信息)，可快速将排水阀开启时间调整至最佳状态，加快调节速度，使排水阀开启时间更快达到最佳状态。
55.如图3所示，为本发明提供的一种氢燃料电池系统排水阀的控制装置的一个实施例的示意图。在该实施例中，控制装置用以实现所述氢燃料电池系统排水阀的控制方法，包括：
56.相互连接的检测模块、排水阀开启时间计算模块、排水阀开启时间调节量计算模块；
57.所述检测模块，用以响应于氢燃料电池系统的启动指令，检测实时的系统工况及实时的排水阀工作状态，并根据实时的系统工况获取预存的排水阀开启时间初始量；
58.具体实施例中，所述检测模块获取预存的多个系统工况、与系统工况对应的排水阀开启时间初始量信息；匹配预存的系统工况与实时的系统工况是否存在相同；
59.若匹配成功，则读取与实时的系统工况对应的排水阀开启时间初始量；
60.若匹配不成功，则将实时的系统工况对应的排水阀开启时间初始量设置为零。
61.所述排水阀开启时间计算模块，用以根据实时的系统工况确定排水阀基础开启时间，将排水阀基础开启时间和排水阀开启时间初始量之和作为实时的系统工况下的排水阀开启时间；还用于将实时的系统工况下的排水阀开启时间和排水阀开启时间调节量求和，获得实时系统工况下修正的排水阀开启时间，并根据所述修正的排水阀开启时间作为实时系统工况下的排水阀开启时间。
62.具体实施例中，所述排水阀开启时间调节量计算模块调取实时的系统工况下燃料电池系统的当前输出电流和当前输出功率，将当前输出电流和当前输出功率作为输入量输入预设的基础开启时间计算模型，获取实时的系统工况下的排水阀开启时间。
63.所述排水阀开启时间调节量计算模块，用以根据实时的排水阀工作状态监测阳极的压力数据，当实时的排水阀工作状态为开启时，按照预设的测量周期连续测量并记录阳极压力数据；当实时的排水阀工作状态从开启变为关闭时，根据记录的最低阳极压力数据确定阳极压力绝对值变化量，判断阳极压力绝对值变化量是否处于预设的变化范围阈值内，并根据判断结果获取对应的排水阀开启时间调节量；还用于检测到实时的系统工况对应的排水阀开启时间调节量不为零时，将实时的系统工况及对应的排水阀开启时间调节量按照预设格式存储为排水阀开启时间初始量。
64.具体实施例中，所述排水阀开启时间计算模块监测排水阀阳极的压力数据时，实时测量排水阀阳极的压力的绝对值变化量，并确定阳极压力的最大值和最小值；
65.将所述阳极压力的最大值与预设的阳极压力预期范围上限比较，将所述阳极压力的最小值与阳极压力预期范围下限比较；若所述阳极压力的最大值小于预设的阳极压力预期范围上限且所述阳极压力的最小值大于阳极压力预期范围下限，则判定阳极压力变化量处于预设的变化范围阈值内；若所述阳极压力的最大值大于预设的阳极压力预期范围上限，或者所述阳极压力的最小值小于阳极压力预期范围下限，则判定阳极压力变化量不处于预设的变化范围阈值内；
66.若阳极压力绝对值变化量处于预设的变化范围阈值内，则设置排水阀开启时间调节量为零；若阳极压力绝对值变化量不处于预设的变化范围阈值内，则获取与阳极压力绝对值变化量对应的预定步长，作为排水阀开启时间调节量。
67.该实施例中，所述装置还包括数据存储模块，用以按照预设格式存储排水阀开启时间初始量。可以理解的是，存储排水阀调节数据(主要包括系统工况、与系统工况对应的排水阀开启时间调节量信息，还包括燃料电池当前输出电流和燃料电池输出功率)，可快速计算排水阀基础开启时间，加快调节速度，使排水阀开启时间更快达到最佳状态。
68.综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
69.1、燃料电池系统运行过程中，能够实时根据阳极压力变化判断排水阀开启时间是否处于合适范围，并进行调节，使系统的排水阀开启时间能够随着燃料电池性能衰减或系统工作环境变化而变化；
70.2、采用阳极压力绝对值的变化量作为排水阀开启时间修正的计算参数，即使阳极
压力在排水阀开启期间反复波动也能正确计算排水阀最佳开启时间；
71.3、将不同工况下的排水阀开启时间修正数据存储于控制器内部非易失性存储区域，系统上电后读取并应用，可快速将排水阀开启时间调整至最佳状态；
72.4、系统氢气工作压力保持稳定，避免出现燃料电池系统水淹或过干故障，提高系统工作稳定性及提高寿命，提高氢气利用率，提高系统经济性。
73.以上所揭露的仅为本发明较佳实施例，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。