氢气排放量获取方法、装置、计算机设备、介质和产品

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种氢气排放量获取方法、装置、计算机设备、介质和产品。

背景技术

在燃料电池运行过程中，阴极侧产生的水和氮气会渗透到阳极，会导致阳极侧氢气的浓度不断降低，影响燃料电池系统的效率和性能。因此，燃料电池系统中往往设置了排氮阀和排水阀，定时排掉阳极侧的氮气和水。但是，由于不能精确的知道阳极侧氮气的浓度，所以也无法精确的控制氧气排出量。

传统方法中，是通过在燃料电池排气管内加装高精度的氢浓度传感器和流量计，来计算排掉的氢气的量。

然而，这种方法只能在实验室台架上运行，成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够简洁高效的计算氢气排放量的氢气排放量获取方法、装置、计算机设备、介质和产品。

第一方面，本申请提供了一种氢气排放量获取方法，该方法包括：

获取电堆的电流数据以及阀门数据；

基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量；

根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量。

在其中一个实施例中，上述基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，包括：

根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量；

根据氢气摩尔流量计算电堆的氢气质量流量；

基于电堆的氢气质量流量计算得到第一氢气量。

在其中一个实施例中，上述根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量，包括：

根据电流数据计算电堆中单电池的氢气摩尔流量；

基于单电池反应的氢气量得到电堆的氢气摩尔流量。

在其中一个实施例中，上述根据阀门数据计算第二氢气量，包括：

从阀门数据中获取气压差以及阀门开度；

根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量。

在其中一个实施例中，上述根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量，包括：

对气压差以及阀门开度分别进行线性插值处理，得到质量流量计算系数；

根据质量流量计算系数得到第二氢气量。

在其中一个实施例中，上述根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量，包括：

将第二氢气量减去第一氢气量，得到氢气排放量。

第二方面，本申请还提供了一种氢气排放量获取装置，该装置包括：

数据获取模块，用于获取电堆的电流数据以及阀门数据；

氢气量获取模块，用于基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量；

排放量获取模块，用于根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量。

第三方面，本申请还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面任一项中的方法步骤。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项中的方法步骤。

第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项中的方法步骤。

上述氢气排放量获取方法、装置、计算机设备、介质和产品，通过获取电堆的电流数据以及阀门数据，基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量，并根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量，能够准确计算喷入电堆的氢气量和实际参与反应用于发电的空气量，进而能够准确得到氢气的排放量。

附图说明

图1为一个实施例中氢气排放量获取方法的应用环境图；

图2为一个实施例中氢气排放量获取方法的流程示意图；

图3为图2所示实施例中燃料电池供氢系统的结构示意图；

图4为图2所示实施例中S202步骤的流程示意图；

图5为图2所示实施例中喷氢阀质量流量特性的示意图；

图6为另一个实施例中氢气排放量获取方法的流程示意图；

图7为一个实施例中氢气排放量获取装置的结构框图；

图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例提供的氢气排放量获取方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，控制模块102通过网络与测量模块104进行通信。其中，测量模块104包括电流测量单元块106和气体流量测量单元108，其中，电流测量单元106用于测量电堆的电流数据，气体流量测量单元108用于测量电堆内反应的氢气流量以及喷氢阀喷入电堆的氢气流量。控制模块102通过网络获取测量模块104中的电堆的电流数据以及阀门数据，然后基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量，从而根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量。其中，控制模块102可以是燃料电池控制单元(FCCU)，测量模块104可以是燃料电池供氢系统中的测量模块。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种氢气排放量获取方法，以该方法应用于图1中的控制模块102为例进行说明，包括以下步骤：

S201：获取电堆的电流数据以及阀门数据。

其中，电流数据指的是电堆的实时电流，用于计算实时反应氢气的消耗量，阀门数据指的是喷氢阀的流量数据，用于计算通过喷氢阀喷入电堆的氢气量，燃料电池供氢系统的结构如图3所示，包括高压氢气罐1、减压阀2、喷氢阀3、引射器4、循环泵分水器8、分水器9、排氮阀10以及排水阀11等，其中，电堆包括阳极5、膜电极6以及阴极7。

其中，在燃料电池工作过程中，阳极侧的电化学方程式为：2H

其中，喷氢阀一般有两种形式：比例阀和喷射器。其中，比例阀在电堆运行中一直开启，只是开度不同，氢气喷射器是开关阀控制，通过高频的开关来控制入堆氢气的压力。

S202：基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量。

其中，基于电堆输出的电流数据可以获得电堆氢气的摩尔流量，进而计算得到电堆的质量流量，基于质量流量得到参与反应的氢气的消耗量，即第一氢气量。其中，摩尔流量指的是单位时间内流过某截面的物质的摩尔数，质量流量是指单位时间里流体通过封闭管道或敞开槽有效截面的流体质量。基于阀门数据以及喷氢阀的喷氢特性可以获得实际喷入电堆的氢气量，即第二氢气量。

S203：根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量。

其中，实际喷入电堆的氢气量与实时反应氢气的消耗量间的差值即为氢气的实时排放量，进而基于排放量计算氢气的实际利用率。

上述氢气排放量获取方法中，通过获取电堆的电流数据以及阀门数据，基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量，并根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量，能够准确计算喷入电堆的氢气量和实际参与反应用于发电的空气量，进而能够准确得到氢气的排放量。

在一个实施例中，如图4所示，上述基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，包括：

S401：根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量。

其中，电堆输出的电流计算公式为：

其中，Q表示电堆中单体电池电量；t表示时间。

由上述燃料电池阳极侧以及阴极侧的电化学方程式可知，所有反应的氢气分子都会释放两个电子从外电路由阳极流向阴极，因此，每1摩尔(mol)的氢气输出2mol的电子，用于生成水，则电流的计算公式可以表示为：

其中，e为一个电子的电量：1.60*10-19库(C)；m为1mol的数量：6.02×1023个；Q

因此：

I＝2×e×m×Q

其中，Q

则有：

电堆氢气的摩尔流量可以表示为：

其中，n为电堆的单电池数量。

S402：根据氢气摩尔流量计算电堆的氢气质量流量。

其中，因为：

其中，Q

可以得到：

因此，电堆的氢气质量流量为：

S403：基于电堆的氢气质量流量计算得到第一氢气量。

其中，将M

本实施例中，根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量，并根据氢气摩尔流量计算电堆的氢气质量流量，从而基于电堆的氢气质量流量计算得到第一氢气量，能够利用燃料电池电化学基本原理准确计算实际参与反应的氢气的质量流量。

在一个实施例中，上述根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量，包括：根据电流数据计算电堆中单电池的氢气摩尔流量；基于单电池反应的氢气量得到电堆的氢气摩尔流量。

其中，单电池的氢气摩尔流量由单电池的电流计算得到，电堆的氢气摩尔流量为电堆中n个单电池的氢气摩尔流量的和。

本实施例中，根据电流数据计算电堆中单电池的氢气摩尔流量，并基于单电池反应的氢气量得到电堆的氢气摩尔流量，能够准确计算电堆的氢气摩尔流量，进而保证氢气的质量流量的准确性。

在一个实施例中，上述根据阀门数据计算第二氢气量，包括：从阀门数据中获取气压差以及阀门开度；根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量。

其中，根据喷氢阀的物理特性，喷入电堆的氢气质量流量可以通过喷氢阀入口与出口的气压差以及喷氢阀的阀门开度计算得到，具体地，计算公式为：

Q

其中，Q

本实施例中，通过从阀门数据中获取气压差以及阀门开度，并根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量，能够准确计算实际喷入电堆的氢气量。

在一个实施例中，上述根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量，包括：对气压差以及阀门开度分别进行线性插值处理，得到质量流量计算系数；根据质量流量计算系数得到第二氢气量。

其中，由于质量流量计算系数k并不是一个常数，因此无法直接根据计算公式计算第二氢气量。在实际应用中，可以采用线性差值查表的方法计算第二氢气量，线性差值法指的是使用连接两个已知量的直线来确定在这两个已知量之间的一个未知量的值，因此，基于喷射器的喷氢特性，对气压差以及阀门开度分别进行线性插值处理，得到质量流量计算系数。如图5所示，基于试验经验数据，标定得到喷射器的喷氢特性图表，在计算质量流量计算系数时，可以根据喷氢特性图表直接查表得到。

本实施例中，通过对气压差以及阀门开度分别进行线性插值处理，得到质量流量计算系数，并根据质量流量计算系数得到第二氢气量，能够准确计算第二氢气量。

在一个实施例中，上述根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量，包括：将第二氢气量减去第一氢气量，得到氢气排放量。

其中，燃料电池氢气实时排放量的计算公式为：

Q

其中，Q

本实施例中，将第二氢气量减去第一氢气量，得到氢气排放量，能够准确计算喷入电堆的氢气量和实际参与反应用于发电的空气量，进而能够准确得到氢气的排放量。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种氢气排放量获取方法，该方法包括以下步骤：

S1：获取电堆的电流数据以及阀门数据。

S2：根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量。

S3：根据电流数据计算电堆中单电池的氢气摩尔流量。

S4：基于单电池反应的氢气量得到电堆的氢气摩尔流量。

S5：基于电堆的氢气质量流量计算得到第一氢气量。

S6：从阀门数据中获取气压差以及阀门开度。

S7：对气压差以及阀门开度分别进行线性插值处理，得到质量流量计算系数。

S8：根据质量流量计算系数得到第二氢气量。

S9：将第二氢气量减去第一氢气量，得到氢气排放量。

本实施例中，通过料电池电化学基本原理和喷氢阀特性，实时计算燃料电池氢气排放量，提高燃料电池安全性。

应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的氢气排放量获取方法的氢气排放量获取装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个氢气排放量获取装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于氢气排放量获取方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，如图7所示，提供了一种氢气排放量获取装置，包括：数据获取模块10、氢气量获取模块20和排放量获取模块30，其中：

数据获取模块10，用于获取电堆的电流数据以及阀门数据；

氢气量获取模块20，用于基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量；

排放量获取模块30，用于根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量。

在一个实施例中，上述氢气量获取模块包括：摩尔流量获取单元、质量流量获取单元和氢气量获取单元，其中：

摩尔流量获取单元，用于根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量；

质量流量获取单元，用于根据氢气摩尔流量计算电堆的氢气质量流量；

氢气量获取单元，用于基于电堆的氢气质量流量计算得到第一氢气量。

在一个实施例中，上述摩尔流量获取单元包括：单体流量获取子单元和电堆流量获取子单元，其中：

单体流量获取子单元，用于根据电流数据计算电堆中单电池的氢气摩尔流量；

电堆流量获取子单元，用于基于单电池反应的氢气量得到电堆的氢气摩尔流量。

在一个实施例中，上述氢气量获取模块还包括：气压获取单元和氢气量计算单元，其中：

气压获取单元，用于从阀门数据中获取气压差以及阀门开度；

氢气量计算单元，用于根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量。

在一个实施例中，上述氢气量计算单元包括：系数计算子单元和氢气量获取子单元，其中：

系数计算子单元，用于对气压差以及阀门开度分别进行线性插值处理，得到质量流量计算系数；

氢气量获取子单元，用于根据质量流量计算系数得到第二氢气量。

在一个实施例中，上述排放量获取模块还用于将第二氢气量减去第一氢气量，得到氢气排放量。

上述氢气排放量获取装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种氢气排放量获取方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取电堆的电流数据以及阀门数据；基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量；根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时涉及的基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，包括：根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量；根据氢气摩尔流量计算电堆的氢气质量流量；基于电堆的氢气质量流量计算得到第一氢气量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时涉及的根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量，包括：根据电流数据计算电堆中单电池的氢气摩尔流量；基于单电池反应的氢气量得到电堆的氢气摩尔流量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时涉及的根据阀门数据计算第二氢气量，包括：从阀门数据中获取气压差以及阀门开度；根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时涉及的根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量，包括：对气压差以及阀门开度分别进行线性插值处理，得到质量流量计算系数；根据质量流量计算系数得到第二氢气量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时涉及的根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量，包括：将第二氢气量减去第一氢气量，得到氢气排放量。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取电堆的电流数据以及阀门数据；基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量；根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，包括：根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量；根据氢气摩尔流量计算电堆的氢气质量流量；基于电堆的氢气质量流量计算得到第一氢气量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量，包括：根据电流数据计算电堆中单电池的氢气摩尔流量；基于单电池反应的氢气量得到电堆的氢气摩尔流量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的根据阀门数据计算第二氢气量，包括：从阀门数据中获取气压差以及阀门开度；根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量，包括：对气压差以及阀门开度分别进行线性插值处理，得到质量流量计算系数；根据质量流量计算系数得到第二氢气量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量，包括：将第二氢气量减去第一氢气量，得到氢气排放量。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取电堆的电流数据以及阀门数据；基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，并基于阀门数据计算得到喷入电堆的第二氢气量；根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的基于电流数据计算得到实际参与反应的第一氢气量，包括：根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量；根据氢气摩尔流量计算电堆的氢气质量流量；基于电堆的氢气质量流量计算得到第一氢气量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的根据电流数据计算电堆的氢气摩尔流量，包括：根据电流数据计算电堆中单电池的氢气摩尔流量；基于单电池反应的氢气量得到电堆的氢气摩尔流量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的根据阀门数据计算第二氢气量，包括：从阀门数据中获取气压差以及阀门开度；根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的根据气压差以及阀门开度计算第二氢气量，包括：对气压差以及阀门开度分别进行线性插值处理，得到质量流量计算系数；根据质量流量计算系数得到第二氢气量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时涉及的根据第一氢气量以及第二氢气量获取氢气排放量，包括：将第二氢气量减去第一氢气量，得到氢气排放量。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。