氢燃料电池智能控制方法、燃料电池、供电系统以及存储介质与流程
1.本发明涉及燃料电池控制的技术领域，具体的，涉及一种氢燃料电池智能控制方法，还涉及应用该氢燃料电池智能控制方法的燃料电池，还涉及应用该燃料电池的供电系统，还涉及应用该氢燃料电池智能控制方法的计算机可读存储介质。
背景技术：
2.质子交换膜燃料电池工作原理是氢气及氧气在催化剂的催化作用下发生氧化还原反应，产生电荷转移，并释放热量。氢气进入燃料电池内部后无法100％全部参与反应，仍有大量氢气未参与反应，为提高氢气利用率一般采用氢气循环使用模式，即未完全参与反应的氢气通过外部管路到达氢气入口处再次进入氢燃料电池内部进行再循环，这样不仅可以提高氢气利用率同时利用氢气循环携带的水对氢气进行加湿。现在氢燃料电池使用的氢气中有少量的杂质气体，在氢气循环过程中，氢气中的杂质因为不能参与反应而在燃料电池系统中逐渐积累，导致氢气浓度降低，而且有些杂质气体对催化剂活性有影响，此外阴极反应生成的水也会渗透入阳极并积累，运行一段时间后多余的水会阻碍氢气与反应介质的接触。为解决此问题，现有技术一般采用在氢气循环回路上设置氢气排放阀，对循环氢气进行间歇性脉冲排，以达到防止出现杂质气体以及多余水积累造成氢燃料电池性能下降问题。
3.但是，燃料电池启动时，电压波动大，易至欠压状态，电压波动与排气阀脉冲有关。若燃料电池一开机就采取定时脉冲排放，易造成燃料电池系统内压力频繁波动，从而对燃料电池内部的质子交换膜进行冲击，降低燃料电池使用寿命。
4.现有的一种方案是通过预先设置电流－压力曲线表，根据实际工况所需的电流值，查询对应氢气压力值，并实时控制氢气排放装置的开启和关闭的方法。该方法也未解决燃料电池启动时，电压波动大，易至欠压状态的问题。
5.因此，需要考虑更加优化的燃料电池氢气控制方法。
技术实现要素：
6.本发明的第一目的是提供一种可改善燃料电池启动时，电压波动大，易致欠压状态的氢燃料电池智能控制方法。
7.本发明的第二目的是提供一种可改善燃料电池启动时，电压波动大，易致欠压状态的燃料电池。
8.本发明的第三目的是提供一种可改善燃料电池启动时，电压波动大，易致欠压状态的供电系统。
9.本发明的第四目的是提供一种可改善燃料电池启动时，电压波动大，易至欠压状态的计算机可读存储介质。
10.为了实现上述第一目的，本发明提供的氢燃料电池智能控制方法包括：当燃料电池开机时，同时开启供氢装置和供氧装置运行第一预设时长；在同时开启所述供氢装置和
所述供氧装置运行所述第一预设时长后，当燃料电池的电源输出端的电压大于第一预设电压值时，燃料电池开启带载状态。
11.由上述方案可见，本发明的氢燃料电池智能控制方法通过在燃料电池开机时，先同时开启供氢装置和供氧装置运行第一预设时长，对电堆内部残留的气体进行吹扫，保证燃料电池充分反应。当燃料电池的电源输出端的电压大于第一预设电压值，才使燃料电池开启带载状态，改善燃料电池带载瞬间的电压下冲导致欠压状态和电压波动。
12.进一步的方案中，在燃料电池开启带载状态的步骤后，还包括：同时开启供氢装置和供氧装置运行达到第二预设时长时，控制氢气排气阀以预设频率进行脉冲式排放。
13.由此可见，燃料电池开启带载状态后，继续开启供氢装置和供氧装置运行达到第二预设时长后才控制氢气排气阀以预设频率进行脉冲式排放，可以明显改善燃料电池带载瞬间的电压下冲和电压波动，保障运行平稳。同时，以预设频率控制氢气排气阀脉冲式排放，合理控制燃料电池系统中氢气的进出，提高燃料电池的效率。
14.进一步的方案中，在燃料电池开机之前，还包括：确认符合燃料电池开机条件时，燃料电池开机。
15.由此可见，在燃料电池开机之前，需确认符合燃料电池开机条件时，燃料电池开机，确保燃料电池工作的安全性。
16.进一步的方案中，确认符合燃料电池开机条件时，燃料电池开机的步骤包括：确认燃料电池所连接的供电系统自检合格，且供电系统的供电电压不满足负载工作电压。
17.由此可见，在燃料电池开机之前，确认燃料电池所连接的供电系统自检合格，则认为燃料电池所连接的供电系统安全，且供电系统的供电电压不满足负载工作电压，则说明需要燃料电池开机供电。
18.进一步的方案中，在燃料电池开启带载状态的步骤后，还包括：确认满足关闭燃料电池的条件时，关闭燃料电池。
19.由此可见，燃料电池开启带载状态后，可监测燃料电池的关闭条件，确认满足关闭燃料电池的条件时，则关闭燃料电池。
20.进一步的方案中，确认满足关闭燃料电池的条件包括：确认燃料电池所连接的供电系统不需要燃料电池供电时，则满足关闭燃料电池的条件。
21.由此可见，通过供电系统的供电确认燃料电池所连接的供电系统不需要燃料电池供电时，则可关闭燃料电池。
22.进一步的方案中，在燃料电池开启带载状态的步骤后，还包括：确认满足需要故障保护的条件时，进入预设故障保护机制。
23.由此可见，为了保障燃料电池的运行安全，需要设定故障保护的条件，确认满足需要故障保护的条件时，则进入预设故障保护机制。
24.进一步的方案中，确认满足需要故障保护的条件包括：当电源输出端的电压下降至第二预设电压且持续第三预设时长时，则确认满足需要故障保护的条件；或者电源输出端的电压低于第三预设电压时，则确认满足需要故障保护的条件；其中，第三预设电压小于第二预设电压。
25.由此可见，电源输出端的电压下降至第二预设电压且持续第三预设时长或者，或者电源输出端的电压低于第三预设电压时，则说明电源输出端的电压过低，可能燃料电池
电堆内部出现了故障，因此需要进行故障保护。
26.进一步的方案中，在电源输出端的电压下降至第二预设电压且持续第三预设时长的步骤前，还包括：当电源输出端的电压下降至第二预设电压时，则控制氢气排气阀常开第四预设时长后，以预设频率进行脉冲式排放。
27.由此可见，由于外阴极反应生成的水会渗透入阳极并积累，运行一段时间后多余的水会阻碍氢气与反应介质的接触导致故障，当电源输出端的电压下降至第二预设电压时，首先，考虑是由于燃料电池水淹导致的电源输出端的电压偏低，则常开排气阀可以缓解水淹提升电堆侧电压，看是否能缓解水淹使电源输出端的电压回升。
28.进一步的方案中，确认满足需要故障保护的条件包括：若检测到燃料电池电堆的温度大于电堆温度保护阈值时，确认满足需要故障保护的条件。
29.由此可见，燃料电池电堆的温度大于电堆温度保护阈值，则说明存在温度过高的风险，需要进入故障保护机制。
30.进一步的方案中，确认满足需要故障保护的条件包括：若检测到电源输出端的电流大于第一预设电流值时，确认满足需要故障保护的条件；或者燃料电池所连接的供电系统的负载电流大于第二预设电流值时，确认满足需要故障保护的条件。
31.由此可见，电源输出端的电流大于第一预设电流值时，则说明电源输出端的输出电流超负荷，需要进入故障保护机制。同时，燃料电池所连接的供电系统的负载电流大于第二预设电流值时，则认为负载异常出现，超负荷运行，因此，需要进入故障保护机制。
32.进一步的方案中，进入预设故障保护机制的步骤包括：关闭燃料电池第五预设时长后，进行燃料电池开机条件的检测。
33.由此可见，进入预设故障保护机制时，关闭燃料电池第五预设时长后，进入燃料电池开机条件的检测，以便燃料电池重启供电。
34.为了实现本发明的第二目的，本发明提供燃料电池包括处理器以及存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的氢燃料电池智能控制方法的步骤。
35.为了实现本发明的第三目的，本发明提供的供电系统包括锂电池供电模块、光伏供电模块、燃料电池和负载供电端，锂电池供电模块、光伏供电模块和燃料电池的电源输出端均与负载供电端电连接，燃料电池应用上述的燃料电池。
36.为了实现本发明的第四目的，本发明提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的氢燃料电池智能控制方法的步骤。
附图说明
37.图1是本发明供电系统实施例的原理框图。
38.图2是应用本发明氢燃料电池智能控制方法实施例的流程图。
39.图3是应用本发明氢燃料电池智能控制方法实施例中进入预设故障保护机制步骤的流程图。
40.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
41.供电系统实施例：
42.参见图1，本实施例中，供电系统包括锂电池供电模块1、光伏供电模块2、燃料电池3和负载供电端4，锂电池供电模块1、光伏供电模块2和燃料电池3的电源输出端均通过母线继电器k2与负载供电端4电连接，燃料电池3还通过燃料电池侧继电器k1接入母线。锂电池供电模块1、光伏供电模块2、燃料电池3均可向负载供电端4进行供电，供电系统可根据通过对锂电池供电模块1、光伏供电模块2、燃料电池3及负载供电端4的电压、电流、电堆温度等参数变化的监测与综合分析，并对应控制锂电池供电模块1、光伏供电模块2、燃料电池3进行供电操作。燃料电池3包括供氢装置和供氧装置，供氢装置向电堆提供氢气，供氢装置是循环供氢的装置，供氧装置向电堆提供氧气。本实施例中，供氢装置包括氢气进气管31、氢气排气管32、氢气进气阀33和氢气排气阀34，氢气进气阀33设置在氢气进气管31上，氢气排气阀34设置在氢气排气管32上，氢气进气管31和氢气排气管32循环连通。供氧装置包括空气进气管35、空气排气管36和风机37，风机37用于向空气进气管35吹入空气的同时，还用于对电堆散热。
43.氢燃料电池智能控制方法实施例：
44.本发明的氢燃料电池智能控制方法是应用在上述供电系统的燃料电池中的应用程序，用于实现对燃料电池的进行控制。
45.如图2所示，本发明的氢燃料电池智能控制方法在进行工作时，首先执行步骤s1，确认符合燃料电池开机条件时，燃料电池开机。在燃料电池开机前，需要确认符合燃料电池开机条件时。本实施例中，确认符合燃料电池开机条件时，燃料电池开机的步骤包括：确认燃料电池所连接的供电系统自检合格，且供电系统的供电电压不满足负载工作电压。为了保障系统的安全，供电系统需要自检合格，才可供电。供电系统开始运行时，首先，闭合母线侧继电器k2，使系统开始带载，然后进行整个系统的自检，检查燃料电池侧、光伏侧、锂电池侧及负载侧的电压、电流、电堆温度等参数是否有异常，传感器通讯是否正常等。若有任意异常，则自检失败，不启动供电，若无任何异常，则自检合格。可进行供电操作。进行供电操作时，锂电池供电模块、光伏供电模块、燃料电池的优先级是光伏供电模块持续在线供电，锂电池供电模块次之，燃料电池最后，即，当前一级供电模块的供电无法满足系统供电需求时才开启下一级供电，可通过电压、电流的检测确认是否启动下一级供电。本实施例中，在自检成功后，持续三秒检测到母线电压小于等于23.5v，则认为锂电池供电模块和光伏供电模块的供电无法满足系统的供电的需求，此时，需要启动燃料电池进行供电。
46.当燃料电池开机时，执行步骤s2，同时开启供氢装置和供氧装置运行第一预设时长。其中，第一预设时长根据实验数据预先设置，优选的，第一预设时长为15秒。燃料电池开机时，为了保证燃料电池充分反应，同时开启供氢装置和供氧装置运行第一预设时长，对电堆内部残留的气体进行吹扫。本实施例中，开启供氢装置和供氧装置运行时，开启氢气进气阀、氢气排气阀和风机进行工作。
47.在同时开启供氢装置和供氧装置运行第一预设时长后，执行步骤s3，判断燃料电池的电源输出端的电压是否大于第一预设电压值。其中，第一预设电压值根据实验数据预先设置，本实施例中，第一预设电压值为21v。为了改善燃料电池带载瞬间的电压下冲导致欠压状态和电压波动，需要燃料电池的电源输出端的电压满足大于第一预设电压值的条
件。
48.若燃料电池的电源输出端的电压不满足大于第一预设电压值，则继续执行步骤s3，进行持续检测。当燃料电池的电源输出端的电压大于第一预设电压值时，执行步骤s4，燃料电池开启带载状态。当燃料电池的电源输出端的电压大于第一预设电压值，才使燃料电池开启带载状态，可保障燃料电池带载瞬间的电压稳定。本实施例中，燃料电池开启带载状态时，通过控制燃料电池侧继电器k1导通燃料电池与负载供电端4的通路。
49.燃料电池开启带载状态后，执行步骤s5，判断同时开启供氢装置和供氧装置运行是否达到第二预设时长。其中，第二预设时长根据实验数据预先设置，本实施例中，第二预设时长为30秒，第二预设时长包括第一预设时长在内。由于同时开启供氢装置和供氧装置运行对电堆内部进行吹扫，可以明显改善燃料电池带载瞬间的电压下冲和电压波动，保障运行平稳，因此，燃料电池开启带载状态后的一段时间内继续保持同时开启供氢装置和供氧装置运行。
50.若同时开启供氢装置和供氧装置运行未达到第二预设时长，则继续执行步骤s5，进行持续的检测。同时开启供氢装置和供氧装置运行达到第二预设时长时，执行步骤s6，控制氢气排气阀以预设频率进行脉冲式排放。其中，预设频率根据实验数据预先设置，本实施例中，预设频率为氢气排气阀循环开启1s后关闭5s的操作。同时开启供氢装置和供氧装置运行达到第二预设时长，为了合理控制燃料电池系统中氢气的进出，提高燃料电池的效率，需要控制氢气排气阀以预设频率进行脉冲式排放。
51.控制氢气排气阀以预设频率进行脉冲式排放后，执行步骤s7，判断是否满足关闭燃料电池的条件。为了避免燃料电池长时间工作，保障燃料电池的使用寿命，需要在满足关闭燃料电池的条件时，对燃料电池进行关闭。本实施例中，确认满足关闭燃料电池的条件包括：确认燃料电池所连接的供电系统不需要燃料电池供电时，则满足关闭燃料电池的条件。当供电系统中，锂电池供电模块和/或光伏供电模块的供电可以满足负载供电需求时，则确认燃料电池所连接的供电系统不需要燃料电池供电，例如，若检测到负载供电端的电流小于2a，即该系统不带重载情况下运行时，检测到光伏供电模块的电流持续30s大于1.5a(说明光照条件良好)，且母线电压大于23.8v(锂电电量较充足)，则确认燃料电池所连接的供电系统不需要燃料电池供电，可关闭燃料电池。
52.当确认不满足关闭燃料电池的条件时，继续执行步骤s6，对氢气的输入进行控制。当确认满足关闭燃料电池的条件时，执行步骤s8，关闭燃料电池。关闭燃料电池时，断开燃料电池侧继电器k1并控制供氢装置和供氧装置停止工作。
53.此外，参见图3，在执行步骤s4，燃料电池开启带载状态后，还执行步骤s21，判断是否满足需要故障保护的条件。为了保障燃料电池的运行安全，需要设定故障保护的条件，需要故障保护的条件可根据实际需要进行设置。
54.本实施例中，确认满足需要故障保护的条件包括：当电源输出端的电压下降至第二预设电压且持续第三预设时长时，则确认满足需要故障保护的条件；或者电源输出端的电压低于第三预设电压时，则确认满足需要故障保护的条件；其中，第三预设电压小于第二预设电压。第二预设电压、第三预设电压和第三预设时长根据实验数据预先设置，本实施例中，第二预设电压为12v，第三预设电压为10v，第三预设时长为10秒。电源输出端的电压下降至第二预设电压且持续第三预设时长，或者电源输出端的电压低于第三预设电压时，则
说明电源输出端的电压过低，可能燃料电池电堆内部出现了故障，因此需要进行故障保护。
55.本实施例中，在电源输出端的电压下降至第二预设电压且持续第三预设时长的步骤前，还包括：当电源输出端的电压下降至第二预设电压时，则控制氢气排气阀常开第四预设时长后，以预设频率进行脉冲式排放。其中，第四预设时长根据实验数据预先设置，本实施例中，第四预设时长为3秒。由于外阴极反应生成的水会渗透入阳极并积累，运行一段时间后多余的水会阻碍氢气与反应介质的接触导致故障，当电源输出端的电压下降至第二预设电压时，首先，考虑是由于燃料电池水淹导致的电源输出端的电压偏低，则常开排气阀可以缓解水淹提升电堆侧电压，看是否能缓解水淹使电源输出端的电压回升，不能回升时，则开启保护措施。
56.本实施例中，确认满足需要故障保护的条件还包括：若检测到燃料电池电堆的温度大于电堆温度保护阈值时，确认满足需要故障保护的条件。其中，电堆温度保护阈值根据实验数据预先设置，本实施例中，电堆温度保护阈值为75℃。燃料电池电堆的温度大于电堆温度保护阈值，则说明存在温度过高的风险，需要进入故障保护机制。
57.本实施例中，确认满足需要故障保护的条件还包括：若检测到电源输出端的电流大于第一预设电流值时，确认满足需要故障保护的条件；或者燃料电池所连接的供电系统的负载电流大于第二预设电流值时，确认满足需要故障保护的条件。其中，第一预设电流值和第二预设电流值根据实验数据预先设置，本实施例中，第一预设电流值为10a，第二预设电流值为20a。电源输出端的电流大于第一预设电流值时，则说明电源输出端的输出电流超负荷，需要进入故障保护机制。同时，燃料电池所连接的供电系统的负载电流大于第二预设电流值时，则认为负载异常出现，超负荷运行，因此，需要进入故障保护机制。
58.在确认满足需要故障保护的条件后，执行步骤s22，进入预设故障保护机制。本实施例中，进入预设故障保护机制的步骤包括：关闭燃料电池第五预设时长后，进行燃料电池开机条件的检测。其中，第五预设时长根据实验数据预先设置，本实施例中，第五预设时长为20秒。进入预设故障保护机制后，为了确认关闭燃料电池后，是否符合燃料电池重启供电，关闭燃料电池第五预设时长后，进入燃料电池开机条件的检测，以便燃料电池重启供电。
59.由上述可知，本发明的氢燃料电池智能控制方法通过在燃料电池开机时，先同时开启供氢装置和供氧装置运行第一预设时长，对电堆内部残留的气体进行吹扫，保证燃料电池充分反应。当燃料电池的电源输出端的电压大于第一预设电压值，才使燃料电池开启带载状态，改善燃料电池带载瞬间的电压下冲导致欠压状态和电压波动。同时，燃料电池开启带载状态后，继续开启供氢装置和供氧装置运行达到第二预设时长后才控制氢气排气阀以预设频率进行脉冲式排放，可以明显改善燃料电池带载瞬间的电压下冲和电压波动，保障运行平稳。同时，以预设频率控制氢气排气阀脉冲式排放，合理控制燃料电池系统中氢气的进出，提高燃料电池的效率。
60.燃料电池实施例：
61.本实施例的燃料电池包括控制器，控制器执行计算机程序时实现上述氢燃料电池智能控制方法实施例中的步骤。
62.例如，计算机程序可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器中，并由控制器执行，以完成本发明。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系
列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在燃料电池中的执行过程。
63.燃料电池可包括，但不仅限于，控制器、存储器。本领域技术人员可以理解，燃料电池可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如燃料电池还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
64.例如，控制器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用控制器、数字信号控制器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用控制器可以是微控制器或者该控制器也可以是任何常规的控制器等。控制器是燃料电池的控制中心，利用各种接口和线路连接整个燃料电池的各个部分。
65.存储器可用于存储计算机程序和/或模块，控制器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现燃料电池的各种功能。例如，存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(例如声音接收功能、声音转换成文字功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、文本数据等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
66.计算机可读存储介质实施例：
67.上述实施例的燃料电池集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，实现上述氢燃料电池智能控制方法实施例中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被控制器执行时，可实现上述氢燃料电池智能控制方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read－only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
68.需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。
