一种阴极湿度控制方法、装置、电子设备及介质

技术领域

本发明涉及控制领域，特别涉及一种阴极湿度控制方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

近年来,氢能和燃料电池受到越来越多的重视。质子交换膜燃料电池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)因其清洁、高效、可再生等优点被认为是极具前景的新能源之一,并在发电、汽车等领域逐渐得到应用，并具备一定的产业化前景，然而，PEMFC有限的性能和寿命严重制约了其应用和发展。PEMFC实际运行中的湿度是影响电堆性能和寿命的关键变量。PEMFC运行过程中的负载波动会导致阴极湿度的波动，阴极湿度过高和过低均会给其湿度控制带来难度。同时，因为PEMFC在不同运行阶段，湿度变化具有非线性、干扰和耦合性强等的特点，所以现有技术中没有一种方法可以保证在满足PEMFC输出性能的基础上，将PEMFC湿度控制在合适范围，即难以避免出现“水淹”、“膜干”的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种阴极湿度控制方法、装置、电子设备及介质，基于当前阴极湿度及当前干扰量对用于向质子交换膜提供水蒸气的加湿器的当前功率进行调整，以使当前阴极湿度满足预设湿度条件，准确的完成对燃料电池的质子交换膜的阴极湿度的控制，使其满足预设湿度条件。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种阴极湿度控制方法，包括：

确定燃料电池的质子交换膜的当前阴极湿度信息；

根据所述当前阴极湿度信息确定所述质子交换膜的当前阴极湿度以及针对所述质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量；

基于所述当前阴极湿度及所述当前干扰量对用于向所述质子交换膜提供水蒸气的加湿器的当前功率进行调整，以使所述当前阴极湿度满足预设湿度条件。

可选的，根据所述当前阴极湿度信息确定针对所述质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量，包括：

根据燃料电池阴极湿度模型确定干扰量计算公式；

基于所述干扰量计算公式及所述当前阴极湿度信息确定针对所述质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量。

可选的，所述基于所述干扰量计算公式及所述当前阴极湿度信息确定针对所述质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量，包括：

从所述当前阴极湿度信息中提取所述质子交换膜的当前电化学反应的生产水的质量流量、所述质子交换膜的当前阴极出口的液态水的质量流量、当前通过所述质子交换膜的水蒸气的质量流量、所述质子交换膜的当前阴极出口的水蒸气的质量流量、所述质子交换膜的当前阴极水蒸气分压、所述燃料电池的当前温度、所述质子交换膜的当前阴极体积及所述质子交换膜的当前饱和蒸汽压；

根据所述干扰量计算公式、所述当前电化学反应的生产水的质量流量、所述当前阴极出口的液态水的质量流量、所述当前通过所述质子交换膜的水蒸气的质量流量、所述当前阴极出口的水蒸气的质量流量、所述当前阴极水蒸气分压、所述燃料电池的当前温度、所述当前阴极体积及所述当前饱和蒸汽压确定针对所述质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量。

可选的，所述基于所述当前阴极湿度及所述当前干扰量对用于向所述质子交换膜提供水蒸气的加湿器的当前功率进行调整，以使所述当前阴极湿度满足预设湿度条件，包括：

确定所述当前阴极湿度与预设湿度的差值；

基于所述差值与所述当前干扰量进行线性二次型调整；

将线性二次型调整的结果传给所述加湿器的功率控制器，以便所述功率控制器基于所述线性二次型调整的结果调整所述加湿器的当前功率；

判断所述质子交换膜在所述加湿器的当前功率下的阴极湿度是否满足所述预设湿度条件；

若满足所述预设湿度条件，则判定所述质子交换膜的阴极湿度调整成功；

若不满足所述预设湿度条件，则返回所述基于所述差值与所述当前干扰量进行线性二次型调整的步骤。

可选的，所述基于所述差值与所述当前干扰量进行线性二次型调整，包括：

确定线性二次型调节器的调制参数；

将所述差值及所述当前干扰量输入进所述线性二次型调节器中，以使所述线性二次型调节器基于所述调制参数、所述差值及所述当前干扰量进行所述线性二次型调整。

可选的，所述确定线性二次型调节器的调制参数，包括：

通过matlab中的线性二次型控制函数确定所述线性二次型调节器的参数矩阵；

将所述参数矩阵作为所述线性二次型调节器的调制参数。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种阴极湿度控制装置，包括：

第一确定模块，用于确定燃料电池的质子交换膜的当前阴极湿度信息；

第二确定模块，用于根据所述当前阴极湿度信息确定所述质子交换膜的当前干扰量及当前阴极湿度；

调整模块，用于基于所述当前阴极湿度及所述当前干扰量对所述质子交换膜的加湿器的当前功率进行调整，以使所述当前阴极湿度满足预设湿度条件。

可选的，所述调整模块，包括：

差值确定单元，用于确定所述当前阴极湿度与预设湿度的差值；

线性二次型调整单元，用于基于所述差值与所述当前干扰量进行线性二次型调整；

调整结果传输单元，用于将线性二次型调整的结果传给所述加湿器的功率控制器，以便所述功率控制器基于所述线性二次型调整的结果调整所述加湿器的当前功率；

判断单元，用于判断所述质子交换膜在所述加湿器的当前功率下的阴极湿度是否满足所述预设湿度条件；

判定单元，用于当满足所述预设湿度条件时，则判定所述质子交换膜的阴极湿度调整成功；

返回单元，用于当不满足所述预设湿度条件时，则返回所述基于所述差值与所述当前干扰量进行线性二次型调整的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述的阴极湿度控制方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的阴极湿度控制方法。

本发明的目的是提供一种阴极湿度控制方法、装置、电子设备及介质，先确定燃料电池的质子交换膜的当前阴极湿度信息，再根据当前阴极湿度信息确定质子交换膜的当前阴极湿度以及针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量，最后基于当前阴极湿度及当前干扰量对用于向质子交换膜提供水蒸气的加湿器的当前功率进行调整，以使当前阴极湿度满足预设湿度条件，准确的完成对燃料电池的质子交换膜的阴极湿度的控制，使其满足预设湿度条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种阴极湿度控制方法的过程流程图；

图2为本发明提供的另一种阴极湿度控制方法的过程流程图；

图3为本发明提供的一种线性二次型调整的示意图；

图4为本发明提供的一种阴极湿度控制装置的结构示意图；

图5为本发明提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种阴极湿度控制方法、装置、电子设备及介质，基于当前阴极湿度及当前干扰量对用于向质子交换膜提供水蒸气的加湿器的当前功率进行调整，以使当前阴极湿度满足预设湿度条件，准确的完成对燃料电池的质子交换膜的阴极湿度的控制，使其满足预设湿度条件。

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做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。

请参照图1，图1为本发明提供的一种阴极湿度控制方法的过程流程图。该方法，包括：

S11:确定燃料电池的质子交换膜的当前阴极湿度信息；

S12:根据当前阴极湿度信息确定质子交换膜的当前阴极湿度以及针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量；

S13:基于当前阴极湿度及当前干扰量对用于向质子交换膜提供水蒸气的加湿器的当前功率进行调整，以使当前阴极湿度满足预设湿度条件。

本发明中，想要对燃料电池的质子交换膜的阴极湿度进行控制，首先需要确定质子交换膜的当前阴极湿度信息，进而根据确定的当前阴极湿度信息确定质子交换膜的当前阴极湿度以及针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量，最终才可以基于当前阴极湿度和当前干扰量对加湿器的当前功率进行调整，使得燃料电池的质子交换膜的当前阴极湿度满足预设湿度条件，准确的完成对燃料电池的质子交换膜的阴极湿度的控制。

本实施例提供了一种阴极湿度控制方法，先确定燃料电池的质子交换膜的当前阴极湿度信息，再根据当前阴极湿度信息确定质子交换膜的当前阴极湿度以及针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量，最后基于当前阴极湿度及当前干扰量对用于向质子交换膜提供水蒸气的加湿器的当前功率进行调整，以使当前阴极湿度满足预设湿度条件，准确的完成对燃料电池的质子交换膜的阴极湿度的控制，使其满足预设湿度条件。

在上述实施例的基础上：

作为一种可选的实施例，根据当前阴极湿度信息确定针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量，包括：

根据燃料电池阴极湿度模型确定干扰量计算公式；

基于干扰量计算公式及当前阴极湿度信息确定针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量。

本发明中，确定针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量的方法具体为先根据燃料电池阴极湿度模型确定出干扰量计算公式，再将当前阴极湿度信息中的数据代入进确定出的干扰量计算公式中，即可准确的确定出针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量。

需要说明的是燃料电池阴极湿度模型需要先根据数学机理建立模型，在此基础上对阴极湿度控制进行描述。阴极相对湿度

其中，W

还需要说明的是，为了解决针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量，本申请还设计了观测器，补偿系统未知扰动，下面进行描述。令干扰量

还需要说明的是，本发明提出的阴极湿度控制方法，也可以简单概述为三个步骤，即S1、首先建立质子交换膜燃料电池阴极湿度模型。S2、设计观测器，补偿系统未知扰动。S3、在负载变化的条件下，通过传感器传递的阴极湿度信息与参考设定值比较作差，并将观测器观测到的误差一并输入控制器中，具体过程如图2所示。

作为一种可选的实施例，基于干扰量计算公式及当前阴极湿度信息确定针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量，包括：

从当前阴极湿度信息中提取质子交换膜的当前电化学反应的生产水的质量流量、质子交换膜的当前阴极出口的液态水的质量流量、当前通过质子交换膜的水蒸气的质量流量、质子交换膜的当前阴极出口的水蒸气的质量流量、质子交换膜的当前阴极水蒸气分压、燃料电池的当前温度、质子交换膜的当前阴极体积及质子交换膜的当前饱和蒸汽压；

根据干扰量计算公式、当前电化学反应的生产水的质量流量、当前阴极出口的液态水的质量流量、当前通过质子交换膜的水蒸气的质量流量、当前阴极出口的水蒸气的质量流量、当前阴极水蒸气分压、燃料电池的当前温度、当前阴极体积及当前饱和蒸汽压确定针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量。

本发明中，基于干扰量计算公式及当前阴极湿度信息确定针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量的具体方法为从当前阴极湿度信息中提取质子交换膜的当前电化学反应的生产水的质量流量、质子交换膜的当前阴极出口的液态水的质量流量、当前通过质子交换膜的水蒸气的质量流量、质子交换膜的当前阴极出口的水蒸气的质量流量、质子交换膜的当前阴极水蒸气分压、燃料电池的当前温度、质子交换膜的当前阴极体积及质子交换膜的当前饱和蒸汽压这几部分数据，再将这部分数据代入干扰量计算公式，即可准确的计算出针对质子交换膜的阴极湿度的当前干扰量。

作为一种可选的实施例，基于当前阴极湿度及当前干扰量对用于向质子交换膜提供水蒸气的加湿器的当前功率进行调整，以使当前阴极湿度满足预设湿度条件，包括：

确定当前阴极湿度与预设湿度的差值；

基于差值与当前干扰量进行线性二次型调整；

将线性二次型调整的结果传给加湿器的功率控制器，以便功率控制器基于线性二次型调整的结果调整加湿器的当前功率；

判断质子交换膜在加湿器的当前功率下的阴极湿度是否满足预设湿度条件；

若满足预设湿度条件，则判定质子交换膜的阴极湿度调整成功；

若不满足预设湿度条件，则返回基于差值与当前干扰量进行线性二次型调整的步骤。

本发明中，基于当前阴极湿度及当前干扰量对用于向质子交换膜提供水蒸气的加湿器的当前功率进行调整是通过确定当前阴极湿度与预设湿度的差值，并对差值与当前干扰量进行线性二次型调整，进而通过线性二次型调整的结果使加湿器的功率控制器对加湿器的当前功率进行调整，其次为了使当前阴极湿度满足预设湿度条件，还需要判断质子交换膜在加湿器的当前功率下的阴极湿度是否满足预设湿度条件，只有当判断质子交换膜在加湿器的当前功率下的阴极湿度满足预设湿度条件，才判定质子交换膜的阴极湿度调整成功，即此次阴极湿度控制完成，如果不满足预设湿度条件，则需要返回基于差值与当前干扰量进行线性二次型调整的步骤，重新进行线性二次型调整，本方案通过线性二次型调整对质子交换膜的阴极湿度进行了准确的控制。

需要说明的是，在负载变化的条件下，通过传感器传递的阴极湿度信息与参考设定值比较作差，并将观测器观测到的误差一并输入控制器，下面进行描述。LQR(LinaerQuadratic Regulator)，即线性二次型调节器，是一种现代控制理论中设计状态反馈控制器(State Variable Feedback，SVFB)的方法。代价函数可以写为

作为一种可选的实施例，基于差值与当前干扰量进行线性二次型调整，包括：

确定线性二次型调节器的调制参数；

将差值及当前干扰量输入进线性二次型调节器中，以使线性二次型调节器基于调制参数、差值及当前干扰量进行线性二次型调整。

本发明中，线性二次型调整的具体过程为先确定线性二次型调节器的调制参数，再将差值及当前干扰量输入进线性二次型调节器中，进而通过线性二次型调节器准确的进行线性二次型调整过程。

作为一种可选的实施例，确定线性二次型调节器的调制参数，包括：

通过matlab中的线性二次型控制函数确定线性二次型调节器的参数矩阵；

将参数矩阵作为线性二次型调节器的调制参数。

本发明，通过matlab中的线性二次型控制函数确定线性二次型调节器的参数矩阵，而线性二次型调节器的参数矩阵就是线性二次型调节器的调制参数，所以根据matlab准确的确定出线性二次型调节器的调制参数。

请参照图4，图4为本发明提供的一种阴极湿度控制装置的结构示意图。该装置，包括：

第一确定模块11，用于确定燃料电池的质子交换膜的当前阴极湿度信息；

第二确定模块12，用于根据当前阴极湿度信息确定质子交换膜的当前干扰量及当前阴极湿度；

调整模块13，用于基于当前阴极湿度及当前干扰量对质子交换膜的加湿器的当前功率进行调整，以使当前阴极湿度满足预设湿度条件。

本实施例提供的阴极湿度控制装置，与上述方法对应，故具有与上述方法相同的有益效果，因此阴极湿度控制装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

作为一种可选的实施例，调整模块，包括：

差值确定单元，用于确定当前阴极湿度与预设湿度的差值；

线性二次型调整单元，用于基于差值与当前干扰量进行线性二次型调整；

调整结果传输单元，用于将线性二次型调整的结果传给加湿器的功率控制器，以便功率控制器基于线性二次型调整的结果调整加湿器的当前功率；

判断单元，用于判断质子交换膜在加湿器的当前功率下的阴极湿度是否满足预设湿度条件；

判定单元，用于当满足预设湿度条件时，则判定质子交换膜的阴极湿度调整成功；

返回单元，用于当不满足预设湿度条件时，则返回基于差值与当前干扰量进行线性二次型调整的步骤。

请参照图5，图5为本发明提供的一种电子设备的结构示意图。该电子设备，包括：

存储器20，用于存储计算机程序；

处理器21，用于执行计算机程序时实现如上述的阴极湿度控制方法的步骤。

本实施例提供的电子设备可以包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑等。

其中，处理器21可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器21可以采用数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器21也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器21可以集成有图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器21还可以包括人工智能(Artificial Intelligence，AI)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器20可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器20还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器20至少用于存储以下计算机程序201，其中，该计算机程序被处理器21加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的阴极湿度控制方法的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作系统202和数据203等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统202可以包括Windows、Unix、Linux等。数据203可以包括但不限于阴极湿度控制方法等。

在一些实施例中，电子设备还可包括有显示屏22、输入输出接口23、通信接口24、电源25以及通信总线26。

本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。

本实施例目的在于提供一种电子设备，将其中的存储器20用于存储计算机程序，将其中的处理器21用于执行计算机程序时实现如上述阴极湿度控制方法的步骤，使控制的过程更加高效准确。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质对应的实施例，用于保存计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的阴极湿度控制方法。

可以理解的是，如果上述实施例中的方法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取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例提供的计算机可读存储介质，与上述方法对应，故具有与上述方法相同的有益效果，因此计算机可读存储介质部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。