燃料电池系统的方法、燃料电池系统及交通工具与流程

1.本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池系统的方法、燃料电池系统及交通工具。


背景技术：

2.相关技术中，现有的燃料电池阳极氢气压力通常由电磁阀控制，当燃料电池使用过久时，电磁阀会存在老化的现象，电池阀控制燃料电池阳极氢气压力的能力降低，因此存在电磁阀老化无法满足正常压力控制等问题，从而导致燃料电池阳极侧的氢气压力不足的问题，并且严重时会导致燃料电池产生缺氢的问题。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池的控制方法，该控制方法可以避免燃料电池在持续欠氢的条件下工作，提高燃料电池的安全性能，并且保证上层用电对象在工作过程中时燃料电池阳极侧的氢气压力充足。
4.本发明还提出一种应用上述控制方法的燃料电池系统。
5.本发明还提出一种具有上述燃料电池的交通工具。
6.根据本发明的燃料电池的控制方法包括：获取上层用电对象的运行状态并根据所述上层用电对象状态获取氢气需求量；检测所述燃料电池阳极当前的实际氢气供应量；根据所述实际氢气供应量与所述氢气需求量计算所述燃料电池的拉载电流。
7.根据本发明的燃料电池的控制方法，该控制方法先获取氢气需求量和燃料电池阳极当前的实际氢气供应量，再根据实际氢气供应量与氢气需求量计算燃料电池的拉载电流，因此在燃料电池阳极侧的氢气压力不足时，控制燃料电池的拉载电流，避免燃料电池在持续欠氢的条件下工作，提高燃料电池的安全性能。
8.在本发明的一些实施例中，所述获取上层用电对象的运行状态并根据所述上层用电对象状态获取氢气需求量包括：获取上层用电对象的实时功率请求；根据所述实时功率请求计算所述燃料电池的预设拉载电流；根据所述预设拉载电流计算所述燃料电池的氢气需求量。
9.在本发明的一些实施例中，所述检测所述燃料电池阳极当前的实际氢气供应量包括：获取所述燃料电池阳极的当前氢气压力，并根据所述当前氢气压力计算所述氢气供应量。
10.在本发明的一些实施例中，所述根据所述实际氢气供应量与所述氢气需求量计算所述燃料电池的拉载电流包括：比较阳极预设氢气供应量与所述实际氢气供应量的大小并获取比较结果；根据比较结果选择以预设拉载电流进行输出或以燃料电池的最大电流进行输出。
11.在本发明的一些实施例中，若所述实际氢气供应量大于所述氢气需求量则以预设
拉载电流进行输出；若所述实际氢气供应量不大于所述氢气需求量则以所述最大电流进行输出。
12.在本发明的一些实施例中，控制方法还包括：获取上层用电对象的功率请求值，根据功率请求值计算预设拉载电流，根据预设拉载电流确定与预设拉载电流对应的氢气压力设置值；若所述当前氢气压力小于所述氢气压力设置值，则根据当前氢气压力与氢气压力设置值确定所述燃料电池的拉载电流。
13.在本发明的一些实施例中，所述若所述当前氢气压力小于所述氢气压力设置值，则根据当前氢气压力与氢气压力设置值确定所述燃料电池的拉载电流包括：计算当前氢气压力与氢气压力最小设定值的第一差值，计算氢气压力设定值与氢气压力最小设定值的第二差值，根据第一差值与第二差值计算输出电流比，根据输出电流比、所述上层用电对象的功率请求值以及燃料电池最小预设电流得出所述拉载电流。
14.下面简单描述根据本发明的燃料电池系统。
15.根据本发明燃料电池包括燃料电池和控制模块，控制模块控制燃料电池并上述控制方法控制燃料电池输出，由于本发明燃料电池包括燃料电池和控制模块，因此该燃料电池可以避免燃料电池在持续欠氢的条件下工作，提高燃料电池的安全性能。
16.在本发明的一些实施例中，所述控制模块包括：第一模块，所述第一模块获取上层用电对象的运行状态并根据所述上层用电对象状态获取氢气需求量；第二模块，所述第二模块检测所述燃料电池阳极当前的实际氢气供应量；第三模块，所述第三模块根据所述实际氢气供应量与所述氢气需求量计算所述燃料电池的拉载电流。
17.下面简单描述根据本发明的交通工具。
18.根据本发明的交通工具设置有上述实施例的燃料电池系统，由于本发明的交通工具设置有上述实施例的燃料电池系统，因此该交通工具作为燃料电池的上层用电对象时，可以避免燃料电池在持续欠氢的条件下工作，提高燃料电池的安全性能以及交通工具的驾驶安全性，并且保证交通工具在行驶时燃料电池阳极侧的氢气压力充足。
19.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是根据本发明的燃料电池系统的控制方法的流程图；
22.图2是根据本发明的燃料电池系统的氢气压力设定与输出电流设定的曲线图。
具体实施方式
23.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
24.下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的燃料电池系统的控制方法。
25.根据本发明的燃料电池系统的控制方法，如图1所示，控制方法包括以下步骤：
26.s1，获取上层用电对象的运行状态并根据上层用电对象运行状态获取氢气需求量。首先判断上层用电对象，上层用电对象可以是交通工具，如车辆、轮船、飞机等动力设备，更具体地可以是用于车辆的电动机、轮船的电动机、其他动力设备的输出动力的元件，而上层用电对象的运行状态可以处于工作状态和非工作状态。当上层用电对象处于工作状态后，氢气的需求量可以通过判断上层用电对象的使用情况进行计算，如通过判断交通工具的当前速率和当前功率来进一步获取氢气需求量。其中，交通工具的当前速率和当前功率可以通过交通工具的can总线来读取。
27.s2，检测燃料电池阳极当前的实际氢气供应量。燃料电池阳极当前的实际氢气供应量可以通过检测燃料电池阳极当前的实际氢气的参数来计算得出当前氢气的化学计量比，其中，燃料电池阳极当前的实际氢气的参数可以为当前的实际氢气的含量、当前的实际氢气的密度以及当前的实际氢气的压力等参数，在计算出当前氢气的化学计量比后，再通过当前氢气的化学计量比进一步得出实际氢气供应量。
28.s3，根据实际氢气供应量与氢气需求量计算燃料电池的拉载电流。首先，根据实际氢气供应量与氢气需求量的参数比较判断当前燃料电池阳极是否存在缺氢现象，若燃料电池阳极不存在缺氢现象，则继续以预设的拉载电流作为燃料电池的拉载电流；若燃料电池阳极存在缺氢现象，则依据当前燃料电池所能提供的最大电流进行作为燃料电池的拉载电流。
29.相关技术中，现有的燃料电池阳极氢气压力通常由电磁阀控制，当燃料电池使用过久时，电磁阀会存在老化的现象，电池阀控制燃料电池阳极氢气压力的能力降低，因此存在电磁阀老化无法满足正常压力控制等问题，从而导致燃料电池阳极侧的氢气压力不足的问题，并且严重时会导致燃料电池产生缺氢的问题。
30.简言之，根据本发明的燃料电池的控制方法，该控制方法先获取氢气需求量和燃料电池阳极当前的实际氢气供应量，再根据实际氢气供应量与氢气需求量计算燃料电池的拉载电流，因此在燃料电池阳极侧的氢气压力不足时，控制燃料电池的拉载电流，避免燃料电池在持续欠氢的条件下工作，提高燃料电池的安全性能，并且保证交通工具在工作过程中，燃料电池阳极侧的氢气压力充足。
31.在本发明的一些实施例中，通过获取上层用电对象的运行状态并根据上层用电对象运行状态获取氢气需求量包括以下步骤：获取上层用电对象的实时功率请求；根据实时功率请求计算燃料电池的预设拉载电流；根据预设拉载电流计算燃料电池的氢气需求量。这里所说的上层用电对象可以是交通工具等动力设备中的电机以及动力设备中的其他用电器，或电机与其他用电器的总和，在上层用电对象为交通工具时，上层用电对象的实时功率请求可以通过交通工具的can总线来读取，再根据读取的交通工具的实时功率计算得出燃料电池的预设拉载电流，预设拉载电流可以为交通工具当前运行状态下的拉载电流，通过预设拉载电流计算燃料电池的氢气需求量，以得出交通工具在行驶时的燃料电池阳极侧的氢气需求量。
32.在本发明的一些实施例中，获取交通工具的运行状态并根据交通工具运行状态获取氢气需求量包括以下步骤：获取上层用电对象的请求功率；根据请求功率计算燃料电池的预设拉载电流；根据预设拉载电流计算燃料电池的氢气需求量。上层用电对象为交通工具时，上层用电对象的请求功率可以通过交通工具的can总线来读取，再根据读取的交通工
具的请求功率计算得出燃料电池的预设拉载电流，预设拉载电流可以为交通工具当前运行状态下的拉载电流，通过预设拉载电流计算燃料电池的氢气需求量，以得出交通工具在行驶时的燃料电池阳极侧的氢气需求量。
33.在本发明的一些实施例中，检测燃料电池阳极当前的实际氢气供应量包括以下步骤：获取燃料电池阳极的当前氢气压力，并根据当前氢气压力计算氢气供应量。需要解释的是，获取燃料电池阳极的当前氢气压力后，根据当前氢气压力计算得出当前氢气的化学计量比，再通过当前氢气的化学计量比进一步得出实际氢气供应量，从而提高了实际氢气供应量的准确性。
34.在本发明的一些实施例中，根据实际氢气供应量与氢气需求量计算燃料电池的拉载电流包括以下步骤：比较阳极预设氢气供应量与实际氢气供应量的大小并获取比较结果；根据比较结果选择以预设拉载电流进行输出或以燃料电池的最大电流进行输出。根据阳极预设氢气压力与实际氢气压力比较判断当前燃料电池阳极是否存在缺氢现象，若燃料电池阳极不存在缺氢现象，则继续以预设的拉载电流作为燃料电池的拉载电流；若燃料电池阳极存在缺氢现象，则依据当前燃料电池所能提供的最大电流进行作为燃料电池的拉载电流。
35.在本发明的一些实施例中，若实际氢气供应量大于氢气需求量则以预设拉载电流进行输出，可以理解的是，当实际氢气供应量大于氢气需求量时，燃料电池阳极不存在缺氢现象，继续以预设的拉载电流作为燃料电池的拉载电流进行输出；若实际氢气供应量不大于氢气需求量则以最大电流进行输出，可以理解的是，当实际氢气供应量小于或等于氢气需求量时，燃料电池阳极存在缺氢现象，则依据当前燃料电池所能提供的最大电流进行作为燃料电池的拉载电流。
36.在本发明的一些实施例中，控制方法还包括：获取上层用电对象的功率请求值，根据功率请求值计算预设拉载电流，根据预设拉载电流确定与预设拉载电流对应的氢气压力设置值；若所述当前氢气压力小于所述氢气压力设置值，则根据当前氢气压力与氢气压力设置值确定所述燃料电池的拉载电流。
37.在本发明的一些实施例中，氢气压力设置值也可以为氢气压力设置范围，若在当前氢气压力落入氢气压力范围内，或是超出设定的氢气压力范围则根据当前的氢气压力与氢气压力设定范围确定预设拉载电流。
38.如图2所示，图2是根据本发明的燃料电池的氢气压力设定与输出电流设定的曲线图，曲线图可以通过多次实验得出，或者根据某些工况预先设定，控制方法还包括根据上层用电对象功率请求值计算得到上层用电对象预设拉载电流a，上层用电对象可以为交通工具，请求功率可以通过交通工具的can总线来读取。
39.如图2所示，图中曲线为经过试验后得到的燃料电池的预设拉载电流a与氢气压力设置值之间的关系曲线，获取用电对象的功率请求值，通过计算可以得出与功率请求值对应的预设拉载电流a，进一步通过曲线图确定与预设拉载电流a对应的氢气压力设置值b，若当前氢气压力c小于氢气压力设置值b，则根据当前氢气压力c与氢气压力设置值b确定燃料电池的拉载电流i，通过多个变量得出的燃料电池的拉载电流i更精准，提高了燃料电池的拉载电流的准确性。
40.这里需要说明的是，氢气压力最小设定值smin是在燃料电池初始状态下即图2中
曲线的起点，拉载电流i为0时氢气压力的值，可以理解为，燃料电池的氢气压力是在氢气压力最小设定值的基础上开始增加。此外，燃料电池最小预设电流(omin)是在燃料电池初始状态下即图2中曲线的起点，与氢气压力最小设定值smin所对应的电流值，该电流值可以为零或不为零。
41.在本发明的一些实施例中，根据实际氢气压力与氢气压力设置值b确定燃料电池的拉载电流包括获取当前氢气压力c与氢气压力最小设定值smin的第一差值，即第一差值为c-smin，获取氢气压力设定值b与氢气压力最小设定值smin的第二差值，即第二差值为b-smin，再根据第一差值与第二差值计算输出电流比，输出电流比为(c-smin)/(b-min)，根据输出电流比、上层用电对象电流请求值以及燃料电池最小预设电流(omin)，燃料电池的拉载电流i可以通过公式：i＝(c-smin)/(b-smin)*(a-omin)+omin计算得出。可以理解的是，通过上述公式得出的燃料电池的拉载电流更为准确，从而避免燃料电池在持续欠氢的条件下工作。
42.下面简单描述根据本发明的燃料电池系统。
43.根据本发明燃料电池系统包括燃料电池和控制模块，控制模块根据上述方法控制燃料电池输出，避免该燃料电池在持续欠氢的条件下工作，提高燃料电池的安全性能，并且保证交通工具在行驶时燃料电池阳极侧的氢气压力充足。
44.在本发明的一些实施例中，控制模块包括第一模块、第二模块和第三模块。第一模块获取上层用电对象的运行状态并根据所述上层用电对象状态获取氢气需求量，首先判断上层用电对象的运行状态，上层用电对象可以处于停止状态或工作状态。当上层用电对象处于工作状态后，氢气的需求量可以通过获取上层用电对象的当前功率来进一步获取。其中，上层用电对象可以为交通工具，交通工具的当前速率和当前功率可以通过交通工具的can总线来读取。
45.第二模块检测燃料电池阳极当前的实际氢气供应量，燃料电池阳极当前的实际氢气供应量可以通过检测燃料电池阳极当前的实际氢气的参数来计算得出当前氢气的化学计量比，其中，燃料电池阳极当前的实际氢气的参数可以为当前的实际氢气的含量、当前的实际氢气的密度以及当前的实际氢气的压力等参数，在计算出当前氢气的化学计量比后，再通过当前氢气的化学计量比进一步得出实际氢气供应量。
46.第三模块根据第二模块检测的实际氢气供应量与第一模块获取的氢气需求量计算燃料电池的拉载电流。根据实际氢气供应量与氢气需求量的参数比较判断当前燃料电池阳极是否存在缺氢现象，若燃料电池阳极不存在缺氢现象，则继续以预设的拉载电流作为燃料电池的拉载电流；若燃料电池阳极存在缺氢现象，则依据当前燃料电池所能提供的最大电流进行作为燃料电池的拉载电流。
47.下面简单描述根据本发明的交通工具。
48.根据本发明的交通工具设置有上述实施例的燃料电池，由于本发明的交通工具设置有上述实施例的燃料电池，因此该交通工具作为燃料电池的上层用电对象时，可以避免燃料电池在持续欠氢的条件下工作，提高燃料电池的安全性能以及交通工具的驾驶安全性，并且保证交通工具在行驶时燃料电池阳极侧的氢气压力充足。
49.为了实现上述实施例，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述程序被处理器执行的情况下，能够执行一种燃料电池的控制方法方法，所述
方法包括：获取上层用电对象的运行状态并根据上层用电对象运行状态获取氢气需求量；检测燃料电池阳极当前的实际氢气供应量；根据实际氢气供应量与氢气需求量计算燃料电池的拉载电流。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
52.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
53.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
54.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
55.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介
质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
56.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
57.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种用于燃料电池系统的控制方法，其特征在于，包括：获取上层用电对象的运行状态并根据所述上层用电对象运行状态获取氢气需求量；检测所述燃料电池阳极当前的实际氢气供应量；根据所述实际氢气供应量与所述氢气需求量计算所述燃料电池的拉载电流。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，所述获取上层用电对象的运行状态并根据所述上层用电对象状态获取氢气需求量包括：获取上层用电对象的实时功率请求；根据所述实时功率请求计算所述燃料电池的预设拉载电流；根据所述预设拉载电流计算所述燃料电池的氢气需求量。3.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，所述检测所述燃料电池阳极当前的实际氢气供应量包括：获取所述燃料电池阳极的当前氢气压力，并根据所述当前氢气压力计算所述实际氢气供应量。4.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述实际氢气供应量与所述氢气需求量计算所述燃料电池的拉载电流包括：比较阳极预设氢气供应量与所述实际氢气供应量的大小并获取比较结果；根据比较结果选择以预设拉载电流进行输出或以燃料电池的最大电流进行输出。5.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，若所述实际氢气供应量大于所述氢气需求量则以预设拉载电流进行输出；若所述实际氢气供应量不大于所述氢气需求量则以所述最大电流进行输出。6.根据权利要求2所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，还包括：获取上层用电对象的功率请求值，根据功率请求值计算预设拉载电流，根据预设拉载电流确定与预设拉载电流对应的氢气压力设置值；若所述当前氢气压力小于所述氢气压力设置值，则根据当前氢气压力与氢气压力设置值确定所述燃料电池的拉载电流。7.根据权利要求6所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，所述若所述当前氢气压力小于所述氢气压力设置值，则根据当前氢气压力与氢气压力设置值确定所述燃料电池的拉载电流包括：计算所述当前氢气压力与氢气压力最小设定值的第一差值，计算所述氢气压力设定值与所述氢气压力最小设定值的第二差值，根据所述第一差值与所述第二差值计算输出电流比，根据所述输出电流比、所述上层用电对象的功率请求值以及燃料电池最小预设电流得出所述燃料电池的拉载电流。8.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：燃料电池；控制模块，所述控制模块控制所述燃料电池并根据权利要求1-6中任意一项所述的控制方法控制所述燃料电池输出。9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制模块包括：第一模块，所述第一模块获取上层用电对象的运行状态并根据所述上层用电对象状态获取氢气需求量；
第二模块，所述第二模块检测所述燃料电池阳极当前的实际氢气供应量；第三模块，所述第三模块根据所述实际氢气供应量与所述氢气需求量计算所述燃料电池的拉载电流。10.一种交通工具，其特征在于，包括权利要求8-9中任意一项所述的燃料电池系统。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池及其控制方法、交通工具和计算机存储介质，所述燃料电池的控制方法包括：获取上层用电对象的运行状态并根据所述上层用电对象状态获取氢气需求量；检测所述燃料电池阳极当前的实际氢气供应量；根据所述实际氢气供应量与所述氢气需求量计算所述燃料电池的拉载电流。根据本发明的燃料电池的控制方法，该控制方法可以避免燃料电池在持续欠氢的条件下工作，提高燃料电池的安全性能，并且保证上层用电对象在工作时燃料电池阳极侧的氢气压力充足。极侧的氢气压力充足。极侧的氢气压力充足。


技术研发人员：杜文帅 柳宝元 阿尔贝托
受保护的技术使用者：未势能源科技有限公司
技术研发日：2022.02.16
技术公布日：2023/8/28