排水阀控制方法及燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种排水阀控制方法、燃料电池系统、计算机可读存储介质和处理器。

背景技术

现有技术中的燃料电池系统的氢气模块通常由液位传感器、气液分离器、电堆、氢气供给部、排水阀和控制部等零部件组成，气液分离器利用离心分离原理将阳极出口的混合气体进行分离并将离心分离得到的液态水通过排水电磁阀排出。液位传感器用于检测气液分离器的液位，但是液位传感器会出现误判的现象，例如，燃料电池系统应用于车辆中，当车辆行驶在斜坡路段或者颠簸路段等恶劣工况时，液位传感器会误判并导致排水阀非预期的打开或者关闭。

为了避免液位传感器误判这一技术问题，现有技术中的对排水阀采取的控制方法为：当排水阀打开时，通过监测阳极氢气的实时压力变化判断气液分离器中液位状态，并决定是否打开排水阀：当氢气的实时压降大于一定值后，判定排水完全，关闭排水电磁阀；当氢气压力比较稳定，判定排水未完成，继续驱动排水阀保持打开状态。

但燃料电池系统在监测到实时压力下降后会立即通过氢气喷射阀调节压力，具体地，当排水阀打开时，燃料电池系统会迅速增大供氢量防止压力下降(保证阳极的氢气浓度，进而保证燃料电池系统的反应稳定)，导致排水阀打开后的氢气实时压力变化幅度较小，进而导致无法根据实时压力准确判断排水是否完全；而根据不准确的判断控制排水阀的开闭会出现排水阀的开闭和实际排水情况不匹配的情况。因此，现有技术中的排水阀控制方法的准确性和可靠性较差。

发明内容

本发明提供了一种排水阀控制方法、燃料电池系统、计算机可读存储介质和处理器，以解决现有技术中无法准确控制燃料电池系统中的排水阀开闭的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种排水阀控制方法，包括：判断燃料电池系统的液位传感器是否失效；液位传感器未失效的情况下，通过液位传感器反馈控制燃料电池系统的气液分离器的排水阀开闭；液位传感器失效的情况下，打开排水阀，通过氢气供给部供给至阳极的氢气的实时压力、氢气的压力阈值以及氢气的压力限定范围的比较控制排水阀开闭；其中，压力阈值位于压力限定范围内。

进一步地，通过实时压力、压力阈值和压力限定范围的比较控制排水阀开闭包括：实时压力位于压力限定范围内且大于等于压力阈值的情况下，排水阀保持打开；实时压力位于压力限定范围内且小于压力阈值的情况下，排水阀关闭。

进一步地，通过实时压力、压力阈值和压力限定范围的比较控制排水阀开闭还包括：实时压力位于压力限定范围内的情况下，氢气供给部的供氢量保持不变；实时压力小于压力限定范围的情况下，调节氢气供给部的供氢量，以将实时压力调节至压力限定范围内。

进一步地，在判断出液位传感器失效并打开排水阀之前，排水阀控制方法还包括：将排水阀关闭预设时间；其中，预设时间根据燃料电池系统的拉载电流设定。

进一步地，判断液位传感器失效的条件为：液位传感器的实际开启时常大于理论最大开启时长，或液位传感器的实际关闭时常大于理论最大关闭时长；其中，理论最大开启时长和理论最大关闭时长均根据燃料电池系统的拉载电流设定。

根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池系统，燃料电池系统应用上述的排水阀控制方法，燃料电池系统包括：电堆，电堆具有氢气入口和反应出口；氢气供给部，氢气供给部和氢气入口连通，以向电堆供给氢气；排水部，排水部和反应出口连通，排水部具有可开闭的排水阀；液位传感器，液位传感器和排水部连接；监测器，监测器和液位传感器电连接，监测器用于监测液位传感器是否失效；控制部，控制部和监测器、液位传感器、排水部、氢气供给部均电连接，控制部在液位传感器失效的情况下控制排水阀的开闭。

进一步地，控制部包括：调节器，调节器和氢气供给部电连接，调节器用于调节氢气供给部的供氢量；压力传感器，压力传感器和氢气供给部电连接，压力传感器用于检测氢气供给部供给至阳极的氢气的实时压力；控制器，控制器和调节器、压力传感器、监测器、液位传感器、排水部均电连接；在液位传感器未失效的情况下，通过液位传感器反馈，控制器控制燃料电池系统的排水阀开闭；在液位传感器失效的情况下，控制器根据实时压力、压力阈值和压力限定范围的比较情况控制排水阀的开闭。

进一步地，控制部还包括定时器，定时器和控制器电连接。

根据本发明的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，程序执行上述的排水阀控制方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述的排水阀控制方法。

应用本发明的技术方案，提供了一种排水阀控制方法，包括：判断燃料电池系统的液位传感器是否失效；液位传感器未失效的情况下，通过液位传感器反馈控制燃料电池系统的气液分离器的排水阀开闭；液位传感器失效的情况下，打开排水阀，通过氢气供给部供给至阳极的氢气的实时压力、氢气的压力阈值以及氢气的压力限定范围的比较控制排水阀开闭；其中，压力阈值位于压力限定范围内。采用该方案，通过判断液位传感器是否失效，并根据液位传感器的失效情况决定排水阀的控制方式，进而保证排水的完全性，避免了现有技术中液位传感器无法根据实时压力判断排水是否完全而失效的情况，保证排水阀排水的准确性。进一步地，本方案在液位传感器失效的情况下，设置氢气的压力限定范围为实时压力提供了更多的参考条件，避免了现有技术中一检测到氢气的实时压力下降就进行补氢补压，导致无法根据实时压力判断排水是否完全的情况，能够更加精准地根据氢气的实时压力判断排水阀的排水状态，保证对排水阀的开闭控制的准确性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的某些实施例提供的排水阀控制方法的示意图；

图2示出了本发明的某些实施例提供的排水阀控制方法在液位传感器失效的情况下的步骤示意图；

图3示出了本发明的一些实施例提供的燃料电池系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、电堆；20、氢气供给部；21、供氢设备；22、供氢管路；23、氢气喷射阀；30、排水部；31、排水阀；32、气液分离器；33、氢气循环泵；40、液位传感器。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图1所示，本发明的一些实施例提供了一种排水阀控制方法，包括：判断燃料电池系统的液位传感器40是否失效；液位传感器40未失效的情况下，通过液位传感器40反馈控制燃料电池系统的气液分离器32的排水阀31开闭；液位传感器40失效的情况下，打开排水阀31，通过氢气供给部20供给至阳极的氢气的实时压力、氢气的压力阈值以及氢气的压力限定范围的比较控制排水阀31开闭；其中，压力阈值位于压力限定范围内。

在本实施例中，通过判断液位传感器40是否失效，并根据液位传感器40的失效情况决定排水阀31的控制方式，进而保证排水的完全性，避免了现有技术中液位传感器无法根据实时压力判断排水是否完全而失效的情况，保证排水阀31排水的准确性。进一步地，本方案在液位传感器40失效的情况下，设置氢气的压力限定范围为实时压力提供了更多的参考条件，避免了现有技术中一检测到氢气的实时压力下降就进行补氢补压，导致无法根据实时压力判断排水是否完全的情况，能够更加精准地根据氢气的实时压力判断排水阀31的排水状态，保证对排水阀31的开闭控制的准确性。具体地，“氢气供给部20供给至阳极的氢气”中的阳极为燃料电池中电堆的阳极。

如图2所示，本发明的一些实施例提供的排水阀控制方法包括：通过实时压力、压力阈值和压力限定范围的比较控制排水阀31开闭包括：实时压力位于压力限定范围内且大于等于压力阈值的情况下，排水阀31保持打开；实时压力位于压力限定范围内且小于压力阈值的情况下，排水阀31关闭。这样设置，若实时压力在压力阈值以上时，排水阀31排水降低实时压力，直至实时压力下降到压力阈值以下即判断排水完全并关闭排水阀31，避免氢气的浪费，保证排水完全。

具体地，通过实时压力、压力阈值和压力限定范围的比较控制排水阀31开闭还包括：实时压力位于压力限定范围内的情况下，氢气供给部20的供氢量保持不变；实时压力小于压力限定范围的情况下，调节氢气供给部20的供氢量，以将实时压力调节至压力限定范围内。其中，实时压力小于压力限定范围内的情况指实时压力小于压力限定范围的下限值。

在本实施例中，通过对实时压力和压力限定范围的比较决定是否调节氢气供给部20的供氢量，避免了现有技术中一旦检测到氢气的实时压力下降就立刻进行补氢补压导致液位传感器无法根据实时压力判断排水是否完全的情况，通过实时压力和压力限定范围的比较实现了对排水阀排水状态的更精准的判断，保证对排水阀31的开闭控制的准确性。

进一步地，在判断出液位传感器40失效并打开排水阀31之前，排水阀控制方法还包括：将排水阀31关闭预设时间；其中，预设时间根据燃料电池系统的拉载电流设定。这样设置，可以防止判断液位传感器失效后处于打开状态的排水阀关闭后并立刻打开的情况，或，可以防止判断液位传感器失效后排水阀不关闭的情况，保证氢气的实时压力的稳定，进而保证实时压力、压力阈值和压力限定范围判断的可靠性。具体地，预设时间可以通过如定时器这一类的定时设备进行计量控制；在确定液位传感器40失效后，定时设备激活并开始计时，计时达到预设时间后，发送反馈信号控制排水阀31打开。

具体地，判断液位传感器40失效的条件为：液位传感器40的实际开启时常大于理论最大开启时长，或液位传感器40的实际关闭时常大于理论最大关闭时长；其中，理论最大开启时长和理论最大关闭时长均根据燃料电池系统的拉载电流设定。

在本实施例中，在一定的氢气实时压力下燃料电池系统内会产生对应的拉载电流，在该拉载电流下液位传感器40具有理论开启时长和理论关闭时长，若该拉载电流下的液位传感器40的实际开启时长大于理论开启时长，或，液位传感器40的实际关闭时长大于理论关闭时长，则判断液位传感器40失效。其中，液位传感器40的理论开启时长和理论开闭时长可以理解为液位传感器40控制排水阀31的理论开启时长和理论关闭时长，具体地，现有技术中的燃料电池系统在检测的实时压力下降时就立刻进行补氢补压，导致阳极的氢气压力和浓度不能准确体现阳极氢气浓度的压力降，无法准确判断是否排水完全，同时也会造成氢气浪费。本实施例中这样设置，能够较为快速且准确地判断排水阀31的排水状态，保证排水的可靠性和对排水阀31控制的准确性。

如图3所示，本发明的一些实施例提供了一种燃料电池系统，燃料电池系统应用上述的排水阀控制方法，燃料电池系统包括：电堆10，电堆10具有氢气入口和反应出口；氢气供给部20，氢气供给部20和氢气入口连通，以向电堆10供给氢气；排水部30，排水部30和反应出口连通，排水部30具有可开闭的排水阀31；液位传感器40，液位传感器40和排水部30连接；监测器，监测器和液位传感器40电连接，监测器用于监测液位传感器40是否失效；控制部，控制部和监测器、液位传感器40、排水部30、氢气供给部20均电连接，控制部控制排水阀31的开闭。

在本实施例中，氢气供给部20为电堆10提供氢气，氢气进入电堆10内反应产生拉载电流和液态水，液态水通过反应出口排出至排水部30，液位传感器40和排水部30连接并能够实现对排水阀31开闭的间接控制，控制部和排水部30、氢气供给部20电连接并能够实现对排水阀31开闭的直接控制，监测器和液位传感器40、控制部均电连接，通过监测器判断液位传感器40是否失效，根据液位传感器是否失效决定对排水阀的控制方式，保证排水阀排水的准确性和完全性。

具体地，控制部包括：调节器，调节器和氢气供给部20电连接，调节器用于调节氢气供给部20的供氢量；压力传感器，压力传感器和氢气供给部20电连接，压力传感器用于检测氢气供给部20供给至阳极的氢气的实时压力；控制器，控制器和调节器、压力传感器、监测器、液位传感器40、排水部30均电连接；在液位传感器未失效的情况下，通过液位传感器反馈，控制器控制燃料电池系统的排水阀开闭；在液位传感器失效的情况下，控制器根据实时压力、压力阈值和压力限定范围的比较情况控制排水阀31的开闭。

在本实施例中，在监测器判断液位传感器40不失效的情况下，通过液位传感器40向控制器反馈信号并控制排水阀31的开闭，在监测器判断液位传感器40失效的情况下，通过压力传感器、调节器的反馈信号控制排水阀31的开闭。这样设置，通过判断液位传感器40是否失效，并根据液位传感器40的失效情况决定排水阀31的控制方式，进而保证排水完全，避免了现有技术中一旦检测到氢气的实时压力下降即立刻补氢补压导致液位传感器无法根据实时压力判断排水是否完全的情况，保证排水阀排水的准确性和可靠性。进一步地，压力传感器用于获得氢气供给部20供给的实时压力，在监测器判断液位传感器40失效的情况下，先比较氢气供给部20的氢气实时压力和压力限定范围，若实时压力位于压力限定范围外，则控制调节器将氢气供给部20的供氢量调节至压力限定范围内，之后并控制器比较氢气的实时压力和压力阈值，若实时压力小于压力阈值，则代表排水完全，控制排水阀31关闭，若实时压力大于等于压力阈值，则代表排水未完成，排水阀31保持打开状态，直至实时压力小于压力阈值，关闭排水阀31；若实时压力位于压力限定范围内，则控制器直接比较实时压力和压力阈值，并判断排水阀31的开闭。这样设置，便于对排水阀31的控制，保证燃料电池系统排水完全的准确性和可靠性。

可选地，压力阈值和压力限定范围存储在调节器中，在液位传感器40失效的情况下，控制器通过压力传感器获取氢气的实时压力并将实时压力信息输送至调节器，调节器比较氢气的实时压力和压力阈值、压力限定范围，进而实现对调节器的控制。

进一步地，控制部还包括定时器，定时器和控制器电连接。在本实施例中，在监测器判断液位传感器40失效后，启动定时器，同时控制器关闭排水阀或使排水阀31保持关闭状态，定时器在计时到预设时间后将信号反馈给控制器并通过控制器打开排水阀31，这样设置，通过定时器保证排水部30内的实时压力的稳定性，进而保证实时压力和压力阈值、压力限定范围比较判断的可靠性。

具体地，如图3所示，排水部30还包括气液分离器32和氢气循环泵33，气液分离器32具有气液进口、出气口和出液口，反应出口和气液进口连通，氢气循环泵33的两端分别和氢气入口、出气口连通，排水阀31的一端和出液口连通。

在本实施例中，氢气供给部20提供的氢气依次通过反应出口和气液进口进入气液分离器32中并进行气液分离，分离出的水可存储在气液分离器32中并随着排水阀31的打开从气液分离器32中排出，分离出的未反应完全的氢气则会通过氢气循环泵33依次通过出气口、氢气入口进入电堆中并重新反应，这样设置，保证氢气反应的完全性。

进一步地，氢气供给部20包括供氢设备21、供氢管路22和氢气喷射阀23，供氢管路22的两端分别和供氢设备21、氢气入口连通，氢气喷射阀23设置在供氢管路22上，氢气喷射阀23的开度可调。在本实施例中，供氢设备21通过供氢管路22为电堆10提供氢气，其中，通过调节氢气喷射阀23的开度实现对供氢量的调节，保证氢气供给的可调性和可靠性。

本发明的又一实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，程序执行上述的排水阀控制方法。

本发明的又一实施例提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述的排水阀控制方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。