氢空压力控制方法、燃料电池、存储介质及设备与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种氢空压力控制方法、燃料电池、存储介质及设备。


背景技术：

2.燃料电池系统中，电堆是用于发电的核心零部件，反应过程中氢离子从阳极运动到阴极反应进行放电。若阴极压力高于阳极压力会造成反应在氢气侧进行，造成电堆的损坏，因此一般要求阳极压力高于阴极，有利于提高电堆的寿命，但压差过高同样会对质子交换膜进行损害，所以适当的提高阳极压力有利于保护电堆。
3.现有技术采用事先预设氢气压力与空气压力的差值，然后在电堆空气入口与氢气入口各加装一个压力传感器，通过这两个压力传感器对两个入口分别采集到的空压与氢压，并计算二者的差值，使该差值大小与预设差值大小等同即可。但该解决方式不能准确反映氢空压差的实际关系，精度较差，可能会在电堆的局部出现氢气路压力小于空气压力或氢空压差过大的情况，造成电堆损坏。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在无法准确反映氢空压差关系而造成氢空压差过大以致损害电堆的问题，本发明提供了一种氢空压力控制方法、燃料电池、存储介质及设备。
5.本发明的技术内容如下：
6.作为本发明实施例的一方面，本发明提供了一种氢空压力控制方法，包括以下步骤：
7.运行燃料电池系统，并监测电堆氢气路入口和空气路出口之间的压差；
8.判断所述氢气路入口和空气路出口之间的压差与第一预设目标值的大小；
9.根据判断结果控制燃料电池系统。
10.进一步地，所述电堆氢气路入口和空气路出口之间的压差通过监测氢气路出口压力与空气路入口压力及计算二者之间的差值获得。
11.进一步地，控制所述燃料电池系统通过以下判断：
12.若压差大于第一预设目标值，即控制燃料电池系统降低氢气路入口压力；
13.若压差小于第一预设目标值，即控制燃料电池系统增大氢气路入口压力；
14.若压差等于第一预设目标值，即控制燃料电池系统继续运行。
15.进一步地，将判断所述氢气路入口和空气路出口之间的压差与第一预设目标值的大小替换为通过判断电堆内部氢气侧与空气侧之间的压差与第二预设目标值的大小。
16.进一步地，控制所述燃料电池系统通过以下判断：
17.若压差大于第二预设目标值，即控制燃料电池系统降低氢气路入口压力；
18.若压差小于第二预设目标值，即控制燃料电池系统增大氢气路入口压力；
19.若压差等于第二预设目标值，即控制燃料电池系统继续运行。
20.进一步地，所述氢气侧压力的计算通过：
21.p
01
＝p1'-λ1[f1(f1)+f2(p1')]；
[0022]
其中，p1'氢气路入口压力，λ1反映氢气路的流道流通特性的修正，f1、f2代表函数关系。
[0023]
进一步地，所述空气侧压力的计算通过：
[0024]
p
02
＝p2'-λ2[f3(f2)+f4(p2')]；
[0025]
其中，p2'为空气路入口压力，λ2反映空气路的流道流通特性的修正，f3、f4代表函数关系。
[0026]
作为本发明实施例的再一方面，本发明提供了一种燃料电池，包括电堆，所述电堆根据上述任意一项所述的氢空压力控制方法运行，所述电堆连接氢气路入口、氢气路出口、空气路入口及空气路出口的管路上各设置有一压力传感器，所述氢气路出口通过管路连接空气路入口，所述氢气路出口与空气路入口之间的连接管路上设置有压差传感器。
[0027]
作为本发明实施例的又再一方面，本发明提供了一种存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项所述的氢空压力控制方法。
[0028]
作为本发明实施例的又一方面，本发明提供了一种电子设备，包括处理器及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器在执行所述存储器上的计算机程序时实现上述任意一项所述的氢空压力控制方法。
[0029]
本发明的有益效果至少包括以下部分效果：
[0030]
(1)采用控制电堆氢气路出口和空气路入口压差的方式实现电堆氢空压差的控制，避免出现局部空气压力低于氢气压力或氢空压差过大的情况；
[0031]
(2)通过监测电堆内部氢空两侧的压力，利用函数关系计算得到电堆中间位置氢空两侧的压差，准确地反映电堆内部膜之间的氢空压差，提高参数的控制精度，更合理地控制氢空压差。
附图说明
[0032]
图1为本发明的氢空压力控制方法的一个实施例的流程图示意图。
[0033]
图2为本发明的氢空压力控制方法的另一个实施例的流程图示意图。
[0034]
图3为本发明的燃料电池的氢空压力结构示意图。
具体实施方式
[0035]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
实施例一
[0037]
结合图1-3所示，本发明提供了一种氢空压力控制方法，包括以下步骤：
[0038]
运行燃料电池系统，并监测电堆氢气路入口和空气路出口之间的压差；
[0039]
判断所述氢气路入口和空气路出口之间的压差与第一预设目标值的大小；
[0040]
根据判断结果控制燃料电池系统。
[0041]
进一步地，所述电堆氢气路入口和空气路出口之间的压差通过监测氢气路出口压力与空气路入口压力及计算二者之间的差值获得。
[0042]
进一步地，控制所述燃料电池系统通过以下判断：
[0043]
若压差大于第一预设目标值，即控制燃料电池系统降低氢气路入口压力；
[0044]
若压差小于第一预设目标值，即控制燃料电池系统增大氢气路入口压力；
[0045]
若压差等于第一预设目标值，即控制燃料电池系统继续运行。
[0046]
实施例二
[0047]
一种氢空压力控制方法，包括以下步骤：
[0048]
运行燃料电池系统，并监测电堆氢气路入口和空气路出口之间的压差；
[0049]
判断所述氢气路入口和空气路出口之间的压差与第一预设目标值的大小；
[0050]
根据判断结果控制燃料电池系统。
[0051]
进一步地，将判断所述氢气路入口和空气路出口之间的压差与第一预设目标值的大小替换为通过判断电堆内部氢气侧与空气侧之间的压差与第二预设目标值的大小。
[0052]
进一步地，控制所述燃料电池系统通过以下判断：
[0053]
若压差大于第二预设目标值，即控制燃料电池系统降低氢气路入口压力；
[0054]
若压差小于第二预设目标值，即控制燃料电池系统增大氢气路入口压力；
[0055]
若压差等于第二预设目标值，即控制燃料电池系统继续运行。
[0056]
进一步地，所述氢气侧压力的计算通过：
[0057]
p
01
＝p1'-λ1[f1(f1)+f2(p1')]；
[0058]
其中，p1'氢气路入口压力，λ1反映氢气路的流道流通特性的修正，f1、f2代表函数关系。
[0059]
进一步地，所述空气侧压力的计算通过：
[0060]
p
02
＝p2'-λ2[f3(f2)+f4(p2')]；
[0061]
其中，p2'为空气路入口压力，λ2反映空气路的流道流通特性的修正，f3、f4代表函数关系。
[0062]
实施例三
[0063]
本发明提供了一种燃料电池，包括电堆，所述电堆根据上述任意一项所述的氢空压力控制方法运行，所述电堆连接氢气路入口、氢气路出口、空气路入口及空气路出口的管路上各设置有一压力传感器，所述氢气路出口通过管路连接空气路入口，所述氢气路出口与空气路入口之间的连接管路上设置有压差传感器。
[0064]
实施例四
[0065]
本发明提供了一种存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项所述的氢空压力控制方法。
[0066]
实施例五
[0067]
本发明提供了一种电子设备，包括处理器及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器在执行所述存储器上的计算机程序时实现上述任意一项所述的氢空压力控制方法。
[0068]
本发明通过：(1)如图1所示，采用控制电堆氢气路出口和空气路入口压差的方式实现电堆氢空压差的控制，避免出现局部空气压力低于氢气压力或氢空压差过大的情况；
[0069]
在电堆的氢气路出入口及空气路出入口上各设置一个压力传感器，用于监测电堆氢气路入口和空气路出口的压差，令压差为δp0，设电堆的氢气路入口压力为p1，氢气路出口压力为p2，空气路入口压力为p3，空气路出口压力为p4，即δp0＝p
2-p3，在燃料电池系统运行过程中监测空气入堆压力p3、氢气路入堆压力p1及预设的δp0，来实现电堆氢气路和空气路的压力控制。因空气路压力响应较慢，所以采用氢气路对空气路进行响应的控制逻辑，预设δp0＝a(a＞0)为第一预设目标值，当实际压差大于第一预设目标值a时，控制燃料电池系统降低氢气入口压力p1；当实际压差小于第一预设目标值a时，控制燃料电池系统增大氢气入口压力p1；当实际压差等于第一预设目标值a时，控制燃料电池系统继续运行。
[0070]
(2)如图2所示，通过监测电堆内部氢空两侧的压力，利用函数关系计算得到电堆中间位置氢空两侧的压差，进一步准确地反映电堆内部膜之间的氢空压差，提高参数的控制精度，更合理地控制氢空压差。
[0071]
监测电堆内部处于中间位置膜电极的氢气侧和空气侧的压差，获得的压差值即可以更准确地反映氢空压差，考虑到电堆内部无法安装压力传感器，因此通过以下方式测量到该位置的压差，以实现电堆内部氢空压差更准确地控制。
[0072]
设电堆内部中间位置膜电极的氢气侧的压力为p
01
，空气侧的压力为p
02
，则氢空压差δp＝p
01-p
02
；
[0073]
获取电堆氢气侧和空气侧的流阻分别为r1、r2；
[0074]
流量分别为f1、f2；
[0075]
氢气路和空气路的入口压力分别为p1'、p2'；
[0076]
流阻为操作流量和氢空路入口压力的函数，可表达为：
[0077]
r1＝f1(f1)+f2(p1')，r2＝f3(f2)+f4(p2')；
[0078]
则p
01
＝p1'-λ1r1，p
02
＝p2'-λ2r2；
[0079]
式中f1、f2、f3、f4代表一种函数关系，λ1、λ2反映了氢气路和空气路的流道流通特性的修正，可通过仿真计算得到；
[0080]
即：p
01
＝p1'-λ1[f1(f1)+f2(p1')]；p
02
＝p2'-λ2[f3(f2)+f4(p2')]；
[0081]
因此p
01
、p
02
的值与流道的流通特性r1、r2、入口压力p1'、p2'及操作流量f1、f2有关，当流道设计定型后，根据操作流量和气路入口的压力值便可计算得到电堆中间位置膜电极的氢气侧与空气侧的压力值，设置氢空压差δp＝p
01-p
02
＝b(b＞0)为第二预设目标值，当实际压差大于第二预设目标值时，则控制燃料电池系统降低氢气路入口压力p1'；当实际压差小于第二预设目标值时，则控制燃料电池系统增大氢气路入口压力p1'；当实际压差等于第二预设目标值时，则控制燃料电池系统继续运行。
[0082]
通过本发明的氢空压力控制方法，即能够避免电堆局部的氢气路压力小于空气路压力或氢空压差过大；还能够进一步地的优化实施方案，更加精确的反映氢空压差的关系，实现更精准的情况压差的控制。
[0083]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种氢空压力控制方法，其特征在于：包括以下步骤：运行燃料电池系统，并监测电堆氢气路入口和空气路出口之间的压差；判断所述氢气路入口和空气路出口之间的压差与第一预设目标值的大小；根据判断结果控制燃料电池系统。2.根据权利要求1所述的氢空压力控制方法，其特征在于：所述电堆氢气路入口和空气路出口之间的压差通过监测氢气路出口压力与空气路入口压力及计算二者之间的差值获得。3.根据权利要求2所述的氢空压力控制方法，其特征在于：控制所述燃料电池系统通过以下判断：若压差大于第一预设目标值，即控制燃料电池系统降低氢气路入口压力；若压差小于第一预设目标值，即控制燃料电池系统增大氢气路入口压力；若压差等于第一预设目标值，即控制燃料电池系统继续运行。4.根据权利要求1所述的氢空压力控制方法，其特征在于：将判断所述氢气路入口和空气路出口之间的压差与第一预设目标值的大小替换为通过判断电堆内部氢气侧与空气侧之间的压差与第二预设目标值的大小。5.根据权利要求4所述的氢空压力控制方法，其特征在于：控制所述燃料电池系统通过以下判断：若压差大于第二预设目标值，即控制燃料电池系统降低氢气路入口压力；若压差小于第二预设目标值，即控制燃料电池系统增大氢气路入口压力；若压差等于第二预设目标值，即控制燃料电池系统继续运行。6.根据权利要求5所述的氢空压力控制方法，其特征在于：所述氢气侧压力的计算通过：p
01
＝p1'-λ1[f1(f1)+f2(p1')]；其中，p1'氢气路入口压力，λ1反映氢气路的流道流通特性的修正，f1、f2代表函数关系。7.根据权利要求5所述的氢空压力控制方法，其特征在于：所述空气侧压力的计算通过：p
02
＝p2'-λ2[f3(f2)+f4(p2')]；其中，p2'为空气路入口压力，λ2反映空气路的流道流通特性的修正，f3、f4代表函数关系。8.一种燃料电池，包括电堆，所述电堆根据权利要求1-7任意一项所述的氢空压力控制方法运行，其特征在于：所述电堆连接氢气路入口、氢气路出口、空气路入口及空气路出口的管路上各设置有一压力传感器，所述氢气路出口通过管路连接空气路入口，所述氢气路出口与空气路入口之间的连接管路上设置有压差传感器。9.一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任意一项所述的氢空压力控制方法。10.一种电子设备，包括处理器及存储器，其特征在于：所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器在执行所述存储器上的计算机程序时实现权利要求1-7任意一项所述的氢空压力控制方法。

技术总结
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种氢空压力控制方法、燃料电池、存储介质及设备，运行燃料电池系统，并监测电堆氢气路入口和空气路出口之间的压差；判断所述氢气路入口和空气路出口之间的压差与第一预设目标值的大小；根据判断结果控制燃料电池系统。本发明采用控制电堆氢气路出口和空气路入口压差的方式实现电堆氢空压差的控制，避免出现局部空气压力低于氢气压力或氢空压差过大的情况；通过监测电堆内部氢空两侧的压力，利用函数关系计算得到电堆中间位置氢空两侧的压差，准确地反映电堆内部膜之间的氢空压差，提高参数的控制精度，更合理地控制氢空压差。更合理地控制氢空压差。更合理地控制氢空压差。


技术研发人员：秦仲阳 丁铁新 李飞强 方川
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/23