用于控制燃料电池系统的排水的方法和设备与流程 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及一种用于控制燃料电池系统的排水的方法，本发明还涉及一种用于控制燃料电池系统的排水的设备、一种燃料电池系统和一种机器可读的存储介质。背景技术：2.燃料电池作为能够减少温室气体排放的清洁能源被广泛用于电动车辆领域。然而，在实际使用过程中，电堆内部的电化学反应会产生水，部分产生的水会从阴极渗透至阳极并在排出后通过循环再次进入电堆阳极，造成“水淹”现象(即积聚的液态水会阻碍阳极氢气供应到膜电极)，电堆性能上表现为电压反极(负电压)，反极时发生的碳腐蚀会带来催化剂脱落甚至膜穿孔的物理失效。3.为了避免上述情况，目前通常在电堆阳极出口端设置气液分离器和排水阀，通过依据系统工作功率或输出电流周期性打开排水阀，可以将积水定期排出。但是，现有解决方案仅考虑到功率或电流因素，而在实际应用中，车载运行工况多变，水蒸汽在阳极回路中的冷凝和积聚情况在不同工况下存在较大差异，如果仅根据上述系统工作参数来控制排水阀的开启时机，可能会导致液态水排放不及时或过于频繁地排放，从而造成燃料电池稳定性受损或氢气浪费。4.在这种背景下，期待提供一种改进的燃料电池排水控制方案，以使燃料电池排水阀的工作状态能够动态适应于不断波动的操作条件，在任何工况下都能迅速调整至最合适的状态，提高燃料电池系统的运行稳定性。技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种用于控制燃料电池系统的排水的方法、一种用于控制燃料电池系统的排水的设备、一种燃料电池系统和一种机器可读的存储介质，以至少解决现有技术中的部分问题。6.根据本发明的第一方面，提供一种用于控制燃料电池系统的排水的方法，所述燃料电池系统包括：燃料电池电堆；阳极回路，其用于从燃料电池电堆的阳极出口接收阳极排气并将经处理的阳极排气和来自氢气源的阳极供气共同提供至燃料电池电堆的阳极入口；气液分离器，其用于对燃料电池电堆的阳极排气进行气液分离并收集分离出的水；排水阀，其用于在开启状态下将收集在气液分离器中的水排出；7.其中，所述方法包括以下步骤：8.获取与在燃料电池系统的阳极回路中产生液态水的环境条件相关的第一参数，和/或，获取与在燃料电池系统的阳极回路中去除液态水的效果相关的第二参数；以及9.基于所述第一参数和/或第二参数控制排水阀的工作状态。10.本发明尤其包括以下技术构思：一方面，本发明考虑到对阳极回路中的液态水产生有重要影响的环境因素，另一方面，本发明还考虑到反映当前排水控制策略是否匹配于液态水实际状况的评价指标，实现了排水阀控制的智能化和稳健性。通过对排水阀工作状态的更精准控制，避免液态水排放不及时经循环回路进入阳极入口带来的水淹问题，而且也防止氢气过多地随分离出的液态水逸出，从而造成氢气浪费和燃料电池利用率下降。11.可选地，所述第一参数包括：燃料电池电堆的阳极出口与阳极入口之间的温度差、燃料电池系统的阳极回路中的温度梯度和/或燃料电池电堆的环境温度。12.目前认识到，在燃料电池系统的工作功率一定的情况下，当阳极回路上游和下游存在较大温差时，包含水蒸汽的阳极排气与温度较低的阳极供气混合后，水蒸汽会凝结产生大量液态水。此外，通过了解沿着某一方向的温度梯度和燃料电池外部环境温度，则可以更精准地估算液态水的产生量。通过考虑这些温度特性参数，可以依据燃料电池的实际运行工况，自主调节排水控制，提高排水精准度。13.可选地，燃料电池系统还包括设置于阳极回路中的氢循环泵，所述氢循环泵用于将经气液分离的阳极排气泵送至与阳极供气混合，所述第二参数包括：燃料电池系统的位于排水阀下游的管路中的氢气浓度和/或所述氢循环泵的驱动参数。14.通过了解尾排氢气浓度和氢循环泵的负荷，可以更可靠地判定目前应用的排水方案能否充分满足实际排水需求。15.可选地，在与排水阀的开启动作相关联的时间段内测量氢气浓度，和/或，仅将在与排水阀的开启动作相关联的时间段内测量到的氢气浓度确定作为第二参数。16.通过限定第二参数的获取时间区间，可以通过分析第二参数更直观地看出排水阀的工作状态是否处于合适范围，并进行适应性调节，使排水阀的工作状态能够随着实时变动的环境条件动态变化。17.可选地，基于第一参数和/或第二参数控制排水阀的工作状态包括：18.基于第一参数和/或第二参数求取气液分离器中的积水量，当所述积水量大于预设的水量阈值时控制排水阀开启。19.由此，通过对积水量实时监控，可以更灵活地控制排水阀的开启时机，使排水阀的开启频率随着工作环境变化而动态变化。20.可选地，基于第一参数和/或第二参数求取排水阀的控制策略，按照所求取的控制策略控制排水阀的工作状态，其中，不同控制策略至少在排水阀的开启频率、开启持续时间和/或阀门开度方面不同。21.由此，可以将实时的系统工况与排水阀的控制策略对应起来，在实现智能排水的基础上降低了操控难度。22.可选地，基于第一参数对排水阀的工作状态执行前馈控制，其中：23.借助预标定过程建立并存储第一参数的不同取值与气液分离器中的积水量和/或排水阀的控制策略之间的映射关系；以及24.由预标定的映射关系求取与第一参数的实测值对应的气液分离器中的积水量和/或排水阀的控制策略，基于所求取的积水量和/或控制策略控制排水阀的工作状态。25.由此，可基于开环模型在较早时机触发合理的排水操作，以避免排水不及时造成水淹。26.可选地，基于第二参数对排水阀的工作状态执行反馈控制，其中：27.获取气液分离器中当前的积水量和/或排水阀当前采用的控制策略；28.求取第二参数的实测值与第二参数的预设值之间的偏差；以及29.由所述偏差计算修正因子，借助所述修正因子修正气液分离器中当前的积水量和/或排水阀当前采用的控制策略。30.由此，能够从液态水去除效果出发，反向探究当前的排水策略是否适用，对于不可测的其他环境扰动和前馈环节未精确控制的偏差，也可借助闭环控制快速得以修正，实现了智能化的动态调节。31.可选地，预先设定所述偏差的阈值范围，在第二参数涉及燃料电池系统的位于排水阀下游的管路中的氢气浓度的情况下：32.响应于所述第二参数的实测值大于预设值并且所述偏差超出所述阈值范围，将气液分离器中当前的积水量减少预定修正量，和/或，将当前采用的控制策略中设定的排水阀的开启频率、开启持续时间和/或阀门开度减少预定修正量；33.响应于所述第二参数的实测值小于预设值并且所述偏差超出所述阈值范围，将气液分离器中当前的积水量增加预定修正量，和/或，将当前采用的控制策略中设定的排水阀的开启频率、开启持续时间和/或阀门开度增加预定修正量；34.其中，所述预定修正量的大小由第二参数偏离预设值的程度决定。35.由此，在系统排水方案偏离实际积水情况时，可以通过合理的修正方向和修正程度迅速将排水阀工作状态适配于波动的工作环境，始终确保了排水阀的工作状态处于最佳状态，有效避免液态水含量过高或排水过于频繁对电堆性能造成影响。36.可选地，所述方法还包括以下步骤：37.获取与在燃料电池系统的阳极回路中产生液态水的电化学反应条件相关的基础参数；以及38.基于所述基础参数确定气液分离器中的基础积水量和/或排水阀的工作状态的基础控制策略，借助所述第一参数和/或第二参数对所述基础积水量和/或基础控制策略进行调整。39.由于电化学反应对液态水的产出量起着决定性作用，因此为了更快速地建立开环控制框架，可以以电化学反应的排水调控作为基础，然后利用第一参数和/或第二参数反映的实时工况对该基础框架进行微调，从而不仅使排水阀的工作状态更快速地趋近期望状态，也简化了排水控制难度。40.根据本发明的第二方面，提供一种用于控制燃料电池系统的排水的设备，所述设备用于执行根据本发明的第一方面所述的方法，所述设备包括：41.获取模块，其被配置为能够获取与在燃料电池系统的阳极回路中产生液态水的环境条件相关的第一参数，和/或，获取与在燃料电池系统的阳极回路中去除液态水的效果相关的第二参数；以及42.控制模块，其被配置为能够基于所述第一参数和/或第二参数控制排水阀的工作状态。43.根据本发明的第三方面，提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：44.燃料电池电堆；45.阳极回路，其用于从燃料电池电堆的阳极出口接收阳极排气并将经处理的阳极排气和来自氢气源的阳极供气共同提供至燃料电池电堆的阳极入口；46.气液分离器，其用于对燃料电池电堆的阳极排气进行气液分离并收集分离出的水；47.排水阀，其用于在开启状态下将收集在气液分离器中的水排出；以及48.根据本发明的第二方面所述的设备。49.可选地，所述燃料电池系统还包括：50.第一温度传感器，其布置在阳极回路中并用于检测燃料电池电堆的阳极入口处的第一温度；51.第二温度传感器，其布置在阳极回路中并用于检测燃料电池电堆的阳极出口处的第二温度；52.其中，所述设备的获取模块被配置基于第二温度与第一温度之间的差获取第一参数。53.可选地，所述燃料电池系统还包括：54.废气管路，其经由排水阀与气液分离器连接并用于将收集在气液分离器中的水引导至外部环境；55.氢气浓度传感器，其用于检测废气管路的位于排水阀下游的区段中的氢气浓度；56.其中，所述设备的获取模块被配置基于废气管路的位于排水阀下游的区段中的氢气浓度获取第二参数。57.根据本发明的第四方面，提供一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序用于当在计算机上运行时执行根据本发明的第一方面所述的方法。附图说明58.下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：59.图1示出了根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的示意图；60.图2示出了图1所示的燃料电池系统的排水控制过程的控制框图；61.图3示出了根据本发明的示例性实施例的用于控制燃料电池系统的排水的方法的流程图；62.图4示出了根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的工作功率、燃料电池电堆的阳极出口与阳极入口之间的温度差以及排水阀工作状态随时间变化的曲线图；以及63.图5示出了根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的氢循环泵的驱动电流、尾排氢气浓度以及排水阀工作状态随时间变化的曲线图。具体实施方式64.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。65.图1示出了根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统1的示意图。66.燃料电池系统1包括燃料电池电堆20，在图1中示意性示出在燃料电池电堆20内部延伸的阳极气体管路21和阴极气体管路22。阳极气体管路21在燃料电池电堆20内从阳极入口23延伸至阳极出口24。阳极出口24经由阳极排出管路62与气液分离器45连接。气液分离器45的上部出口经由循环管路63与阳极供给管路61连接，阳极供给管路61连接至燃料电池电堆20的阳极入口23。气液分离器45的下部出口经由排水管路64与阴极排出管路52连接。另外，在循环管路63内设置用于使经处理的阳极排气返回至阳极供给管路61的氢循环泵44。在排水管路64中设有电磁式的排水阀46。在该实施例中，也将阳极供给管路61、阳极排出管路62和循环管路63共同称为阳极回路，在总体上，阳极回路用于从燃料电池电堆20的阳极出口24接收阳极排气并将经处理的阳极排气和来自氢气源41的阳极供气共同提供至燃料电池电堆20的阳极入口23。另外，还将排水管路64和阴极排出管路52共同称为废气管路，在总体上，废气管路用于将收集在气液分离器45中的水引导至外部环境。67.阳极供给管路61与氢气源41连接。另外，在阳极供给管路61内，从上游至下游依次设置喷氢阀42和引射泵43，喷氢阀42用于向引射泵43供给氢气。由此，引射泵43将循环管路63馈送的经处理的阳极排气与来自氢气源41的阳极供气混合形成混合气体，并且将该混合气体向阳极供给管路61的下游侧(即，向燃料电池电堆20的阳极入口23)引导。68.在阳极排出管路62中，包含未被阳极消耗的氢气、水蒸汽和液态水等的阳极排气经由阳极排出管路62流入到气液分离器45中，气液分离器45对阳极排气进行气液分离。于是，被分离出的液态水收集在气液分离器45中，并在排水阀46开启期间经由排水管路64向阴极排出管路52排出，然后被释放至外部环境。另外，通过气液分离器45还从阳极排气中分离出气体成分，该气体成分通过氢循环泵44经由循环管路64返回至阳极供给管路61。69.在燃料电池电堆20的阴极侧，空气管路22在燃料电池电堆20内部从阴极入口25延伸至阴极出口26。阴极入口25连接阴极供给管路51，阴极出口26连接阴极排出管路52，阴极供给管路51通过旁通管路53与阴极排出管路52连接。在阴极供给管路51中，从上游至下游依次设置气泵31、增湿器32和截止阀33。在阴极排出管路52内设置截止阀35。另外，在旁通管路53内设置旁通阀34。当截止阀33、35开启时，通过驱动气泵31，从大气向阴极供给管路61泵送空气，泵送的空气被提供至增湿器32。增湿器32用于在向燃料电池电堆20的阴极提供空气之前对阴极供给管路51中的空气进行增湿。另一方面，经燃料电池电堆20的阴极出口26排出的阴极废气从阴极排出管路52向大气释放。70.在燃料电池系统1的实际使用过程中发现，通过电化学反应产生的水在燃料电池电堆20内部产生，并且以水蒸汽和液态水形式随未消耗的阳极气体排出至燃料电池电堆20外部，然后进入阳极回路。当阳极回路中由水蒸汽冷凝而成的液态水未适当地借助排水阀46排出时，会引起燃料电池电堆20的水淹现象或造成氢气浪费。这不仅会使燃料电池电堆20的发电性能恶化，也可能造成安全隐患。71.为此，图1所示的燃料电池系统1还包括用于控制燃料电池系统1的排水的设备10，设备10包括获取模块11和控制模块12。获取模块11用于获取与在燃料电池系统1的阳极回路中产生液态水的环境条件相关的第一参数和/或与在燃料电池系统1的阳极回路中去除液态水的效果相关的第二参数。为了获得第一参数和/或第二参数，获取模块11例如可通信地连接到燃料电池系统1的多个传感器，以从这些传感器接收检测信号。在该实施例中，燃料电池系统1例如还包括第一温度传感器91、第二温度传感器92和氢气浓度传感器93。第一温度传感器91布置在阳极供给回路61中，并用于检测燃料电池电堆20的阳极入口23处的第一温度。第二温度传感器92布置在阳极排出管路62中，并用于检测燃料电池电堆20的阳极出口24处的第二温度。氢气浓度传感器93布置在阴极排出管路52中，然而也可以布置在位于排水阀46下游的排水管路64中，并用于检测排水阀46下游的废气管路区段中的氢气浓度，这也称为尾排氢气浓度。通过收集第一温度传感器91和第二温度传感器92的检测信号，获取模块11可以计算出燃料电池电堆20的阳极出口24与阳极入口23之间的温度差并基于此确定第一参数。另外，获取模块11还可以基于氢气浓度传感器93的检测信号确定第二参数。附加地或替代地，获取模块11例如还可通信地连接到燃料电池系统1的氢循环泵44，以便从那里接收氢循环泵44的驱动参数(例如驱动电流、驱动功率、能耗等)，从而结合氢循环泵44的驱动参数确定第二参数。72.控制模块12用于基于所述第一参数和/或第二参数控制排水阀的工作状态。例如，控制模块12不仅能够基于所获取的第一参数和/或第二参数向排水阀46输出开阀指示、闭阀指示等控制信号，而且还能够调节排水阀46的开启持续时间、开启频率和/或阀门开度，由此控制液态水排出的时机、流量或流速。73.应注意的是，虽然在图1中仅示出了针对阳极入口23和阳极出口24分别配备一个温度传感器的情况，但同样可预期的是，在阳极回路的其他区段中布置多个温度传感器。由此，例如还可以检测阳极回路中的温度梯度变化并基于此得出第一参数的相关信息。另外，虽然在图1中仅示出了一个氢气浓度传感器93布置在排水管路64与阴极排出管路52交汇之后的废气管路区段中，但是同样可能的是，设置其他数量的氢气浓度传感器或者直接将氢气浓度传感器93布置在排水管路64中。74.图2示出了图1所示的燃料电池系统的排水控制过程的控制框图。75.参考图2，借助前馈控制环节201和反馈控制环节202来实现燃料电池系统的排水阀工作状态的控制。76.在该实施例中，前馈控制环节201以燃料电池系统的输出电流i和燃料电池电堆的阳极出口与阳极入口之间的温度差δt作为输入。这里，将输出电流i视为基础参数，该基础参数与在阳极回路中产生液态水的电化学反应条件相关，附加地或替代地，也可将燃料电池系统的工作功率选取作为基础参数。将温度差δt视为第一参数，该第一参数与在阳极回路中产生液态水的环境条件相关。77.在前馈控制环节201中，通过大量先验数据、既定规律或机器学习模型而建立并存储数学模型或标定数据库。该数学模型描述输出电流i及温度差δt的不同取值与气液分离器中的积水量和/或排水阀的控制策略之间的映射关系。在标定数据库中，针对输出电流i及温度差δt的不同水平绑定地存储有气液分离器中的积水量和/或排水阀的控制策略。每种排水控制策略例如对应于排水阀工作状态的一种参数配置，不同排水控制策略至少在排水阀的开启频率、开启持续时间和/或阀门开度方面不同。在实际应用中，前馈控制环节201接收燃料电池系统的输出电流i以及阳极侧温度差δt的实测值，然后基于预建立的数学模型计算出或者通过查找表的方式从标定数据库中选取与实测值相匹配的积水量或排水阀控制策略m1。78.对于不可测的扰动以及前馈控制环节201未精确控制的偏差，可以利用反馈控制环节202以消除该偏差为目标进行反馈控制。具体地，将排水阀下游废气管路区段中的氢气浓度和/或将氢循环泵的驱动参数选取作为第二参数，该第二参数与在阳极回路中去除液态水的效果相关。首先，预先为这些第二参数设定预设值cset、arb_iset，该预设值例如可以反映当排水阀的工作状态符合液态水实际产生情况时对应的氢气浓度和氢循环泵工作状态，这可以借助实验或预标定过程所确定。在该实施例中，已经借助前馈控制环节201计算出气液分离器中的当前积水量和/或排水阀当前采用的控制策略m1，并基于此对排水阀进行控制。于是，在与排水阀的开启动作相关联的时间段内，测量排水阀下游废气管路区段中的氢气浓度的实测值cact，或者持续地测量氢循环泵的驱动参数的实测值arb_iact。然后，实时地计算这些参数的实测值与预设值之间的偏差δc、δarb_i，并将该偏差作为输入提供至反馈控制环节202。在反馈控制环节202中，借助适当的反馈控制器由所述偏差计算出用于对当前积水量或排水阀当前采用的控制策略执行修正的修正因子m2。常用的反馈控制器包括比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器和比例积分微分控制器等，根据燃料电池系统的实际使用工况及对排水阀控制的精度要求，可以选用遵循不同作用规律的控制器。79.在融合环节203处，将来自前馈控制环节201和反馈控制环节202的输出信号m1、m2按照一定规律融合，由此得到经修正的积水量和/或经修正的控制策略m3并将其施加到燃料电池系统的排水阀46上。例如，可以优先按照前馈控制环节201的输出结果m1确定排水阀46的工作参数的基本框架，然后再根据反馈控制环节202的输出结果m2对其进行微调，关于修正过程的具体细节将在下文中结合图3进一步阐述。在借助经修正的积水量或经修正的控制策略m3控制排水阀46的同时，监测与排水阀的开启动作相关联的时间段内的下游废气管路区段中的氢气浓度的实测值cact和/或，连续地监测氢循环泵的驱动参数的实测值arb_iact，并将它们馈送回到反馈控制环节202处。80.借助前馈与反馈的联合控制，不仅充分利用了前馈控制的及时性优点，而且发挥了反馈控制可靠消除偏差的优势，取得了良好的控制效果。81.图3示出了根据本发明的示例性实施例的用于控制燃料电池系统的排水的方法的流程图。该方法示例性地包括步骤301-308，并且例如可以在使用图1所示的设备10的情况下实施。82.在步骤301中，获取燃料电池系统的输出电流或工作功率，并将其视为与在燃料电池系统的阳极回路中产生液态水的电化学反应条件相关的基础参数。83.在步骤302中，获取燃料电池电堆的阳极出口与阳极入口之间的温度差，并将其视为与在燃料电池系统的阳极回路中产生液态水的环境条件相关的第一参数。在另一实施例中，还可借助布置于燃料电池电堆外部的温度传感器检测燃料电池电堆的外部空气温度，然后结合外部空气温度的探测结果对所求取的阳极出口与入口之间的温度差执行可信度检验。例如，在外部空气温度低于预定阈值且燃料电池长时间停机之后启动的情况下，如果仅求取到阳极出口与入口之间的较小温度差则是不符合逻辑的，在这种情况下可以请求对所述温度差重新进行检测或者推断出相关温度传感器存在故障。在另一实施例中，还可借助多个温度传感器检测燃料电池系统的阳极回路中不同点位处的温度值，并由此求取出阳极回路中沿确定方向的温度梯度。通过了解该温度梯度信息，可以更准确地估算在阳极回路中可能产生的液态水量。84.在步骤303中，借助前馈控制环节计算出气液分离器中的积水量和/或排水阀的控制策略，并利用计算出的积水量和/或控制策略控制排水阀的工作状态。85.在一个具体示例中，首先可以基于步骤301中获取的燃料电池系统的输出电流形式的基础参数通过以下公式计算出燃料电池电堆中的水生成率：86.n＝i/2fꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(1)87.其中，n为水的生成率，i为电流密度，f为法拉第常数。目前已知的是，电化学反应生成的水会有一定比例从阴极渗透至阳极，并从阳极出口以液态水和气态水蒸汽形式排出至阳极回路中，由此，通过在一定时间上进行积分，可以由水的总生成率n推导出气液分离器中的积水量的基础模型f(i)。在该基础模型f(i)中，仅考虑系统完全暖机后或环境温度较高的情况，此时阳极出口与阳极入口无明显温度差，从阳极出口排出的液态水直接累积在气液分离器中。88.在引入反映环境条件的第一参数的情况下，还额外考虑到在实际暖机过程中，阳极供给管路的热容和向环境散热等因素会影响从阳极出口排出的水蒸汽在阳极回路中的冷凝，因此可能出现如下情况：预热工况下，冷却液被加热以使燃料电池电堆达到工作温度，阳极出口随冷却液升温，阳极入口升温缓慢，这导致在阳极回路的不同区段存在较大温度差。于是，包含大量水蒸汽的阳极排气在阳极回路中与来自氢气源的温度较低的阳极供气混合后，水蒸汽在阳极回路中会有一定程度的冷凝，这使得气液分离器中的液态水量增加。可以理解的是，燃料电池系统的输出电流一定的情况下，阳极出口与入口之间的温度差可以直接反映水蒸汽冷凝而成的液态水的量，温度差越大，则表示在阳极回路中产生的液态水越多，因此需要更频繁或更长时间地开启排水阀。89.因此有意义的是，借助在步骤302中获取的第一参数对积水量的基础模型f(i)进行调整，以得到经调整的基础模型f(i,δt)。然后，利用经调整的基础模型f(i,δt)来计算气液分离器中当前的积水量。在计算出当前的积水量的情况下，可以实时地比较当前积水量与预设的水量阈值，并在当前积水量大于预设的水量阈值时控制排水阀开启。在每次排水阀开启之后，可以将所述模型f(i,δt)中用于对水生成率进行积分的累积时间清零，并以时间为零为起点重新开始计算积水量。90.在每次排水阀开启之后，可以假设每次开阀期间的水量和流速都是一定的，排水阀开启期间需将收集在气液分离器中的全部水量排出。因此，为简单起见，可以规定排水阀每次的开启持续时间为一个固定值，并在该开启持续时间截止后自动关闭排水阀。另外，也可以实时地监测或估算流体流经排水阀的流速，并由该流速计算出每次控制排水阀开启的持续时间。91.在另一具体示例中，也可以先根据输出电流或工作功率形式的基础参数求取排水阀的基础控制策略，在该基础控制策略中，每一个档位的工作功率对应于排水阀的一种参数配置。例如，在燃料电池的第一工作功率p1下，以由第一开启频率f1、第一开启持续时间t1和第一阀门开度q1组合而成的第一控制策略控制排水阀的工作状态。在燃料电池的第二工作功率p2下，以由第二开启频率f2、第二开启持续时间t2和第二阀门开度q2组合而成的第二控制策略控制排水阀的工作状态。在引入第一参数的情况下，可以对该基础控制策略进行调整。例如，在第一工作功率p1下，针对阳极出口与入口之间温度差的不同水平，可以对第一控制策略中的一种或几种参数配置进行调整。示例性地，在实施第一控制策略期间，随着温度差增大，将排水阀的第一开启频率f1或第一开启持续时间t1适当增大。92.在步骤304中，在采用目前计算出的积水量或控制策略控制排水阀的情况下，获取燃料电池系统的位于排水阀下游的废气管路区段中的氢气浓度和/或氢循环泵的驱动参数，并将其视为与在燃料电池系统的阳极回路中去除液态水的效果相关的第二参数。在收集氢气浓度方面，可以连续地借助相关传感器检测并记录氢气浓度，然后仅选取与排水阀的开启动作相关联的时间段内的氢气浓度作为第二参数。这里，在不考虑从排水阀至氢气浓度传感器之间的管路长度及流体速度造成的时间延迟的情况下，“与排水阀的开启动作相关联的时间段”可以直接指代排水阀的开启持续时间。在考虑排水阀的开启动作与氢浓度传感器探测到浓度值有一定延迟的情况下，“与排水阀的开启动作相关联的时间段”可以指代排水阀的开启持续时间加上预定的延迟时间(约0.5秒-1秒)。此外，也可以仅在与排水阀开启动作相关联的时间段内控制相关传感器执行针对氢气浓度信号的采集。对于氢循环泵而言，则可以连续地(即，既在阀的关闭期间，也在阀的开启期间)记录氢循环泵的驱动参数。93.接下来，结合步骤305-308介绍如何基于第二参数对排水阀的工作状态进行反馈控制。94.具体地，在步骤305中将所获取的排水阀下游的废气管路区段中的氢气浓度的实测值与氢气浓度的预设值进行比较，并检查实测值与预设值之间的偏差是否超出阈值范围。95.这里，“预设值”不一定是一个数值，而是还可能是一个数值范围。例如，燃料电池系统的尾排氢气浓度的合理范围为1～3％，低于1％表示未排净液态水，高于3％表示排水阀开启过于频繁或开启持续时间过长。在后者情况下，除了经气液分离出的液体之外还有部分未消耗的氢气随排水管路逸出至外部环境，这不仅造成了氢气浪费，也可能在排放到大气中时产生安全隐患。96.如果在步骤305中确定所测得的尾排氢气浓度等于预设值或者如果二者之间的偏差未超出阈值范围，则表示目前采用的排水控制策略满足排水要求，或者说气液分离器中当前的积水量被较为精确地估算出，在这种情况下可以继续保持在步骤305中执行这种偏差方面的检查，并继续采用排水阀当前的控制策略或者沿用当前的数学模型来计算积水量。97.如果在步骤305中发现所求取的偏差超出阈值范围，则在步骤306中进一步检查第二参数的实测值与预设值之间的大小关系，例如，可以在该步骤中判断氢气浓度的实测值是否大于预设值。98.针对氢气浓度的实测值大于和小于预设值的情况，分别在步骤307和308中计算修正因子，并借助修正因子修正气液分离器中当前的积水量和/或排水阀当前采用的控制策略。99.具体地，响应于氢气浓度的实测值大于预设值并且所述偏差超出所述阈值范围，在步骤307中将气液分离器中当前的积水量减少预定修正量，和/或，将当前采用的控制策略中设定的排水阀的开启频率、开启持续时间和/或阀门开度减少预定修正量。响应于所述氢气浓度的实测值小于预设值并且所述偏差超出所述阈值范围，则在步骤308中将气液分离器中当前的积水量增加预定修正量，和/或，将当前采用的控制策略中设定的排水阀的开启频率、开启持续时间和/或阀门开度增加预定修正量。100.在一个具体示例中，可以基于以下表格所示的修正关系来计算修正因子并确定对应的修正程度。101.表1[0102][0103]如表1所示，修正因子的大小(即，预定修正量的大小)由氢气浓度峰值偏离预设值的程度决定。在氢气浓度峰值小于1％的情况下，修正因子越大，表示借助前馈控制环节算出的积水量偏小越严重，因此应将计算出的当前积水量相应增大，增大的幅度例如与修正因子的数值大小呈一定比例关系。同理，在氢气浓度大于3％的情况下，修正因子越小，表示目前计算出的积水量偏大越严重，因此应将其相应减小，减小的幅度同样可以由修正因子的大小反映。[0104]在一个未示出的实施例中，还可以在步骤305中将氢循环泵的驱动电流与预设值进行比较。如果经气液分离出的气体成分中含有大量水则会使泵的负荷增加，因此氢循环泵的功率消耗和驱动电流更大。当氢循环泵的驱动参数偏离预设值时判定为目前采用的排水控制策略不能充分满足排水需求。例如，当氢循环泵的驱动电流大于预设值且偏差超出阈值范围时，表示气液分离器中的水没有排净，此时需要将所计算出的气液分离器中当前的积水量增加预定修正量，和/或，将当前采用的控制策略中设定的排水阀的开启频率、开启持续时间和/或阀门开度增加预定修正量。相反，当氢循环泵的驱动电流小于预设值且偏差超出阈值范围时，表示排水过于频繁，因此需要将气液分离器中当前的积水量减少预定修正量，和/或，将当前采用的控制策略中设定的排水阀的开启频率、开启持续时间和/或阀门开度减少预定修正量。[0105]图4示出了根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的工作功率、燃料电池电堆阳极出口与阳极入口之间的温度差以及排水阀工作状态随时间变化的曲线图。[0106]参考图4，在最上层中示出燃料电池系统的工作功率410随时间的变化过程，在中间层中示出燃料电池电堆的阳极出口温度420和阳极入口温度421随时间的变化过程，在最下层中对照地示出燃料电池系统的排水阀的工作状态430随时间的变化过程。示例性地，排水阀被控制成在开启状态“on”与关闭状态“off”之间切换地运行。[0107]在该实施例中，分别在三个时间区间401、402、403中示出在借助本发明的方法执行排水控制情况下的排水阀工作状态430。可以看出，在时间区间401和403中，燃料电池系统的工作功率保持在30kw的水平，在时间区间402中，燃料电池系统的工作功率明显低于30kw。值得注意的是，虽然时间区间401和403中对应的功率水平相同，但燃料电池系统的排水阀在这两个时间区间中的开启频率却不同。相比于时间区间403，在时间区间401中控制排水阀以更高频率开启。这是因为，在时间区间401中可以观察到燃料电池电堆的阳极出口温度420与阳极出口温度421之间的明显更大的温度差δt，这在燃料电池系统的阳极回路中会导致更多的冷凝水产生。因此，为了使排水控制策略适应于这种环境因素影响，在时间区间401中以更高的开启频率控制排水阀开启，从而使得所产生的大量液态水能够及时排出。随着时间推移，燃料电池系统渐被充分加热，在时间区间402中，阳极出口温度420与阳极入口温度421之间的温度差逐渐减小，同时，此时功率水平处于较低水平，因此控制排水阀以较低开启频率工作。[0108]图5示出了根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的氢循环泵的驱动电流、尾排氢气浓度以及排水阀工作状态随时间变化的曲线图。[0109]参考图5，在最上层中示出燃料电池系统的氢循环泵的驱动电流510随时间的变化过程，在中间层中示出废气管路的位于排水阀下游的区段中的氢气浓度520随时间的变化过程，在最下层中示出排水阀的工作状态530随时间的变化过程。[0110]在图5所示实施例中，假设燃料电池系统的工作功率以及阳极出口与入口之间的温度差处于大致稳定水平，因此基于此求取出用于排水阀的控制策略，在该控制策略下，例如以某一确定开启频率控制排水阀的运行。[0111]在时刻t0之前，排水阀下游管路中的氢气浓度处于预设范围(1～3％)内，而且氢循环泵的驱动电流低于预设值arb_i1。于是可以推断出：在这段时间内，排水阀的控制策略基本满足阳极回路中的液态水产生状态。[0112]在时刻t0之后，观察到排水阀下游的氢气浓度峰值下降为低于1％，氢循环泵的驱动电流超过了预设值arb_i1并且随时间进一步上升。这意味着，从时刻t0起，目前采用的排水阀控制策略已经不能满足即时的排水需求。可能的是，过量的液态水在阳极回路中产生但未被及时排出，从而导致氢循环泵的能耗增大，同时由于气液分离器中的水没有被排净，所以随液态水排出的氢气浓度非常低。在这种情况下，例如可以适当增大排水阀的开启频率，以使得排水速度加快，从而使积攒在气液分离器中的液态水能够被及时排出。[0113]可以理解，本公开的各个实施例的方法能够由计算机程序/软件实现。这些软件能够被载入到处理器的工作存储器中，当运行时用于执行根据本公开的各实施例的方法。[0114]根据本公开另外的实施例，提供一种机器可读的存储介质，如cd-rom，其中包括计算机程序，该计算机程序当被执行时令计算机或处理器执行根据本公开的各实施例的方法。该机器可读的存储介质例如是与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质。[0115]尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。









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