燃料电池及其水管理系统的控制方法、装置和存储介质与流程

本发明属于燃料电池，具体涉及一种燃料电池的水管理系统的控制方法、装置、燃料电池和存储介质，尤其涉及一种基于引射器和阴极尾气循环的燃料电池的水管理系统的控制方法、装置、燃料电池和存储介质。

背景技术：

1、风、光等新能源发电具有不可控的缺点，通过电解水制氢的方式将新能源的电能储存起来是一种非常好的解决办法。因此，各国大力发展氢能应用场景。其中，燃料电池可通过电化学反映将氢气的化学能直接转换为电能，由于不经过燃烧，不受卡诺循环的限制，具有能量转换效率高的显著优点，将广泛运用于各种机械设备。

2、但是，在燃料电池的电解水制氢过程中，会发生燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，不仅影响燃料电池的输出性能，还影响燃料电池的使用寿命。

3、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种燃料电池的水管理系统的控制方法、装置、燃料电池和存储介质，以解决在燃料电池的电解水制氢过程中，会发生燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，不仅影响燃料电池的输出性能，还影响燃料电池的使用寿命的问题，达到通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和阴极水管理子系统，基于阳极水管理子系统中电堆的欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，控制阳极水管理子系统和阴极水管理子系统的运行过程，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，有利于提升燃料电池的输出性能，并延长燃料电池的使用寿命的效果。

2、本发明提供一种燃料电池的水管理系统的控制方法中，所述燃料电池，具有电堆；所述燃料电池的水管理系统，包括：阳极水管理子系统和阴极水管理子系统；其中，所述阳极水管理子系统，包括：减压阀、引射器、汽水分离器、第一水箱、第二水箱和水泵；所述减压阀和所述引射器，依次设置在高压气源与所述电堆之间；所述汽水分离器，设置在所述电堆与大气之间；所述第一水箱，与所述汽水分离器连通；所述第二水箱，与所述引射器与所述电堆之间的管路连通；所述水泵，设置在所述第一水箱与所述第二水箱之间；所述阴极水管理子系统，包括：空压机、中冷器、组合阀、电磁阀和冷却水系统；所述空压机、所述中冷器和所述组合阀，依次设置在空气与所述电堆之间；所述冷却水系统与所述中冷器相连通；所述电磁阀与所述组合阀相连通；所述燃料电池的水管理系统的控制方法，包括：在所述燃料电池的水管理系统进入运行状态之后，获取所述第二水箱中的液位高度；获取所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗；获取所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度；获取所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力；并获取所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力；根据所述第一水箱是否为满水状态，控制所述燃料电池的阳极尾气回收的水的排放方式；并根据所述第二水箱中的液位高度，控制所述引射器的吸引喷射水量；根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。

3、在一些实施方式中，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：确定设定时间内所述燃料电池的欧姆阻抗的变化率，作为所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率；若所述燃料电池的欧姆阻抗大于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率大于预设的标定阻抗随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵开启以使所述第二水箱充水至满水状态，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀开启以使至少部分湿润的反应气体回流至所述组合阀中，调节所述冷却水系统的水泵功率以降低从所述中冷器中流出的反应气体的温度。

4、在一些实施方式中，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；若所述燃料电池的欧姆阻抗小于或等于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差小于或等于预设的标定压差，则确定所述燃料电池处于预设的充分湿润状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差、所述燃料电池的工作电流密度、以及所述第二水箱的液位高度，确定所述引射器的当前吸引喷射水量，并调节所述引射器按所述引射器的当前引射水流量工作；调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度与预设的工作温度相同。

5、在一些实施方式中，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；并确定设定时间内所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差的变化率，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率；若所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差大于预设的标定压差，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率大于预设的标定压差随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的水淹状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵关闭，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀关闭，调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度高于预设的工作温度且不超过预设的最高温度。

6、在一些实施方式中，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：在控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态之后，延时设定时长之后，返回，以重新根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。

7、与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种燃料电池的水管理系统的控制装置中，所述燃料电池，具有电堆；所述燃料电池的水管理系统，包括：阳极水管理子系统和阴极水管理子系统；其中，所述阳极水管理子系统，包括：减压阀、引射器、汽水分离器、第一水箱、第二水箱和水泵；所述减压阀和所述引射器，依次设置在高压气源与所述电堆之间；所述汽水分离器，设置在所述电堆与大气之间；所述第一水箱，与所述汽水分离器连通；所述第二水箱，与所述引射器与所述电堆之间的管路连通；所述水泵，设置在所述第一水箱与所述第二水箱之间；所述阴极水管理子系统，包括：空压机、中冷器、组合阀、电磁阀和冷却水系统；所述空压机、所述中冷器和所述组合阀，依次设置在空气与所述电堆之间；所述冷却水系统与所述中冷器相连通；所述电磁阀与所述组合阀相连通；所述燃料电池的水管理系统的控制装置，包括：获取单元，被配置为在所述燃料电池的水管理系统进入运行状态之后，获取所述第二水箱中的液位高度；获取所述电堆的欧姆阻抗，作为所述燃料电池的欧姆阻抗；获取所述电堆的入口处气体温度，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口温度；获取所述电堆的入口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体入口压力；并获取所述电堆的出口处气体压力，作为所述燃料电池的阴极反应气体出口压力；控制单元，被配置为根据所述第一水箱是否为满水状态，控制所述燃料电池的阳极尾气回收的水的排放方式；并根据所述第二水箱中的液位高度，控制所述引射器的吸引喷射水量；所述控制单元，还被配置为根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。

8、在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，包括：确定设定时间内所述燃料电池的欧姆阻抗的变化率，作为所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率；若所述燃料电池的欧姆阻抗大于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的欧姆阻抗随时间的变化率大于预设的标定阻抗随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的干燥脱水状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，所述控制单元，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第一控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵开启以使所述第二水箱充水至满水状态，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀开启以使至少部分湿润的反应气体回流至所述组合阀中，调节所述冷却水系统的水泵功率以降低从所述中冷器中流出的反应气体的温度。

9、在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；若所述燃料电池的欧姆阻抗小于或等于预设的标定阻抗，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差小于或等于预设的标定压差，则确定所述燃料电池处于预设的充分湿润状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，所述控制单元，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第二控制逻辑，包括：根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差、所述燃料电池的工作电流密度、以及所述第二水箱的液位高度，确定所述引射器的当前吸引喷射水量，并调节所述引射器按所述引射器的当前引射水流量工作；调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度与预设的工作温度相同。

10、在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：确定所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力之间的差值，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差；并确定设定时间内所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差的变化率，作为所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率；若所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差大于预设的标定压差，且所述燃料电池的阴极反应气体出入口压差随时间的变化率大于预设的标定压差随时间的变化率，则确定所述燃料电池处于预设的水淹状态，则控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，以控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，使所述燃料电池的含水量处于预设的水量范围内；其中，所述控制单元，控制所述燃料电池的水管理系统执行预设的第三控制逻辑，包括：控制所述阳极水管理子系统的水泵关闭，控制所述阴极水管理子系统的电磁阀关闭，调节所述冷却水系统的水泵功率以使所述燃料电池的反应气体入口温度高于预设的工作温度且不超过预设的最高温度。

11、在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态，还包括：在控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态之后，延时设定时长之后，返回，以重新根据所述燃料电池的欧姆阻抗、所述燃料电池的阴极反应气体入口温度、所述燃料电池的阴极反应气体入口压力和所述燃料电池的阴极反应气体出口压力中的至少之一，控制所述阳极水管理子系统的运行状态，并控制所述阴极水管理子系统的运行状态。

12、与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种燃料电池，包括：以上所述的燃料电池的水管理系统的控制装置。

13、与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的燃料电池的水管理系统的控制方法。

14、由此，本发明的方案，通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和燃料电池的阴极水管理子系统，构成燃料电池的水管理系统；其中，阳极水管理子系统，包括：设置在高压气源与大气之间的减压阀、引射器、电堆和汽水分离器，设置第一水箱、第二水箱和水泵，水泵设置在第一水箱与第二水箱之间，第一水箱与汽水分离器连通，第二水箱连通至引射器与电堆之间；阴极水管理子系统，包括：设置在空气与电堆之间的空压机、中冷器和组合阀，中冷器与冷却水系统相匹配设置，组合阀与电磁阀相匹配设置；在燃料电池的水管理系统开始工作的情况下，获取燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，根据燃料电池的电堆欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，确定燃料电池当前所处的水量状态，并对阳极水管理子系统和阴极水管理子系统执行对应的控制方式，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的现象，从而，通过设置燃料电池的阳极水管理子系统和阴极水管理子系统，基于阳极水管理子系统中电堆的欧姆阻抗、燃料电池的阴极反应气体入口温度、燃料电池的阴极反应气体入口压力和燃料电池的阴极反应气体出口压力，控制阳极水管理子系统和阴极水管理子系统的运行过程，避免燃料电池发生膜脱水和水淹的不利现象，有利于提升燃料电池的输出性能，并延长燃料电池的使用寿命。

15、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。