權利要求
1.燃料電池氫氣再循環系統，其特征在于，所述燃料電池氫氣再循環系統與燃料電池堆相連接，包括：第一循環通路、第二循環通路以及氫氣再循環通路；
其中，所述第一循環通路中設置有：空壓機、加濕器和背壓閥；所述空壓機的進口用于進氣，所述空壓機的出口通過所述加濕器的進氣通道與所述燃料電池堆的第一進口相連接；所述燃料電池堆的第一出口通過所述加濕器的出氣通道與所述背壓閥的進口相連接，所述背壓閥的出口用于排氣；
所述第二循環通路中設置有排氫閥、氣液分離器和氫循環裝置；所述氣液分離器的第一出口與所述排氫閥的進口相連接，所述排氫閥的出口用于排氣及排水；所述氣液分離器的第二出口與所述氫循環裝置的第一進口相連接，所述氫循環裝置的第一出口與所述燃料電池堆的第二進口相連接；所述燃料電池堆的第二出口與所述氣液分離器的進口相連接；
所述氫氣再循環通路中設置有流量控制閥和所述氫循環裝置；所述流量控制閥的進口與所述加濕器的出氣通道相連接，所述流量控制閥的出口與所述氫循環裝置的第二進口相連接；所述氫循環裝置的第二出口用于排氣。
2.根據權利要求1所述的燃料電池氫氣再循環系統，其特征在于，所述氫循環裝置包括：氫氣腔體和空氣腔體；所述氫氣腔體和所述空氣腔體為柱體結構；所述氫氣腔體內設置有氫氣側葉輪，所述空氣腔體內設置有空氣側葉輪；其中，所述氫氣側葉輪和所述空氣側葉輪同軸連接。
3.根據權利要求2所述的燃料電池氫氣再循環系統，其特征在于，所述氫氣腔體的中心軸位置設置有氫氣入口，所述氫氣入口為所述氫循環裝置的第一進口；
所述氫氣腔體在所述氫氣側葉輪對應的外殼處位置有氫氣出口，所述氫氣出口為所述氫循環裝置的第一出口；
所述空氣腔體的中心軸位置設置有空氣入口，所述空氣入口為所述氫循環裝置的第二進口；
所述空氣腔體在所述空氣側葉輪對應的外殼處設置有空氣出口，所述空氣出口為所述氫循環裝置的第二出口。
4.根據權利要求3所述的燃料電池氫氣再循環系統，其特征在于，所述氫循環裝置還包括：底座；所述底座設置在所述氫氣腔體的一側，且所述底座與所述氫氣出口的出氣方向平行。
5.根據權利要求4所述的燃料電池氫氣再循環系統，其特征在于，所述空氣側葉輪的直徑為100mm；所述空氣入口的直徑為50mm；
所述氫氣側葉輪的直徑為80mm；所述氫氣入口的直徑為19mm；所述氫氣出口的直徑為19mm；
所述氫循環裝置的高度為147mm；所述氫循環裝置的長度為195mm；所述氫循環裝置的底座長度為155mm。
6.根據權利要求1所述的燃料電池氫氣再循環系統，其特征在于，所述第一循環通路中還設置有：第一壓力傳感器和第二壓力傳感器；所述第一壓力傳感器設置在所述燃料電池堆的第一進口；所述第二壓力傳感器設置在所述燃料電池堆的第一出口；
所述第二循環通路中還設置有：第三壓力傳感器和第四壓力傳感器；所述第三壓力傳感器設置在所述燃料電池堆的第二進口；所述第四壓力傳感器設置在所述燃料電池堆的第二出口。
7.根據權利要求1所述的燃料電池氫氣再循環系統，其特征在于，所述第一循環通路中還設置有：空氣流量計；所述空氣流量計設置在所述流量控制閥的進口；
所述氫氣再循環通路中還設置有：氫氣流量計；所述氫氣流量計設置在所述氫循環裝置的第二進口。
8.根據權利要求7所述的燃料電池氫氣再循環系統，其特征在于，所述氫氣再循環通路還包括計算單元；所述計算單元與所述背壓閥相連接；所述計算單元，用于根據所述燃料電池堆的運行參數計算所述流量控制閥的開度值。
9.一種燃料電池氫氣再循環系統的控制方法，其特征在于，所述方法應用于權利要求1至8任一項所述的燃料電池氫氣再循環系統；
所述方法包括：
當所述第一循環通路和所述第二循環通路處于工作狀態時，根據所述燃料電池堆的狀態參數確定所述背壓閥的開度值，并按照所述背壓閥的開度值控制所述背壓閥的開度；
根據已確定的所述背壓閥的開度值確定所述流量控制閥的開度值，并按照已確定的所述流量控制閥的開度值控制所述流量控制閥的開度和所述背壓閥的開度；
獲取所述燃料電池堆的實時狀態參數，并根據所述實時狀態參數實時控制所述背壓閥的開度以及所述流量控制閥的開度。
10.一種燃料電池系統，其特征在于，所述燃料電池系統包括燃料電池堆以及如權利要求1至8任一項所述的燃料電池氫氣再循環系統；其中，所述燃料電池氫氣再循環系統在進行氫氣循環時執行如權利要求9所述的燃料電池氫氣再循環系統的控制方法。
說明書
技術領域
[0001]本發明涉及燃料電池控制領域，尤其是涉及一種燃料電池氫氣再循環系統、控制方法及燃料電池系統。
背景技術
[0002]目前燃料電池氫氣循環系統主要分為單引射器模式、單氫氣循環泵模式、氫氣循環泵與引射器并聯模式共三種模式，但上述三種模式在實際使用過程均存在明顯缺陷。單引射器模式無法覆蓋全功率段，覆蓋范圍在15~100%的工況范圍，且不能實現主動調控氫氣循環回路的壓力和流量；3、單氫氣循環泵模式下會產生額外的寄生功耗，同時該模式下的設備體積大，質量重，噪音大；氫氣循環泵與引射器并聯模式同樣存在功耗大、體積大，質量重，噪音大的問題。而且，氫泵的運轉控制需由氫泵控制器得以實現，增加了系統的電氣復雜度以及控制難度。此外，采用高電壓平臺的氫泵還增加了電磁干擾的風險。
[0003]綜上所述，現有技術中的氫氣循環系統在燃料電池系統中還存在著執行效率低的問題。
發明內容
[0004]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種燃料電池氫氣再循環系統、控制方法及燃料電池系統，該燃料電池氫氣再循環系統能夠通過氫氣再循環通路，將第一循環通路中的空氣廢氣作為第二循環通路的氫循環裝置的循環動力，減少了燃料電池輔助系統的功率需求，提升了系統的整機效率，從而提高了氫氣循環的執行效率。
[0005]第一方面，本發明實施例提供了一種燃料電池氫氣再循環系統，該燃料電池氫氣再循環系統與燃料電池堆相連接，包括：第一循環通路、第二循環通路以及氫氣再循環通路；
其中，第一循環通路中設置有：空壓機、加濕器和背壓閥；空壓機的進口用于進氣，空壓機的出口通過加濕器的進氣通道與燃料電池堆的第一進口相連接；燃料電池堆的第一出口通過加濕器的出氣通道與背壓閥的進口相連接，背壓閥的出口用于排氣；
第二循環通路中設置有排氫閥、氣液分離器和氫循環裝置；氣液分離器的第一出口與排氫閥的進口相連接，排氫閥的出口用于排氣及排水；氣液分離器的第二出口與氫循環裝置的第一進口相連接，氫循環裝置的第一出口與燃料電池堆的第二進口相連接；燃料電池堆的第二出口與氣液分離器的進口相連接；
氫氣再循環通路中設置有流量控制閥和氫循環裝置；流量控制閥的進口與加濕器的出氣通道相連接，流量控制閥的出口與氫循環裝置的第二進口相連接；氫循環裝置的第二出口用于排氣。
[0006]在一些實施方式中，氫循環裝置包括：氫氣腔體和空氣腔體；氫氣腔體和空氣腔體為柱體結構；氫氣腔體內設置有氫氣側葉輪，空氣腔體內設置有空氣側葉輪；其中，氫氣側葉輪和空氣側葉輪同軸連接。
[0007]在一些實施方式中，氫氣腔體的中心軸位置設置有氫氣入口，氫氣入口為氫循環裝置的第一進口；
氫氣腔體在氫氣側葉輪對應的外殼處位置有氫氣出口，氫氣出口為氫循環裝置的第一出口；
空氣腔體的中心軸位置設置有空氣入口，空氣入口為氫循環裝置的第二進口；
空氣腔體在空氣側葉輪對應的外殼處設置有空氣出口，空氣出口為氫循環裝置的第二出口。
[0008]在一些實施方式中，氫循環裝置還包括：底座；底座設置在氫氣腔體的一側，且底座與氫氣出口的出氣方向平行。
[0009]在一些實施方式中，空氣側葉輪的直徑為100mm；空氣入口的直徑為50mm；
氫氣側葉輪的直徑為80mm；氫氣入口的直徑為19mm；氫氣出口的直徑為19mm；
氫循環裝置的高度為147mm；氫循環裝置的長度為195mm；氫循環裝置的底座長度為155mm。
[0010]在一些實施方式中，第一循環通路中還設置有：第一壓力傳感器和第二壓力傳感器；第一壓力傳感器設置在燃料電池堆的第一進口；第二壓力傳感器設置在燃料電池堆的第一出口；
第二循環通路中還設置有：第三壓力傳感器和第四壓力傳感器；第三壓力傳感器設置在燃料電池堆的第二進口；第四壓力傳感器設置在燃料電池堆的第二出口。
[0011]在一些實施方式中，第一循環通路中還設置有：空氣流量計；空氣流量計設置在流量控制閥的進口；
氫氣再循環通路中還設置有：氫氣流量計；氫氣流量計設置在氫循環裝置的第二進口。
[0012]在一些實施方式中，氫氣再循環通路還包括計算單元；計算單元與背壓閥相連接；計算單元，用于根據燃料電池堆的運行參數計算流量控制閥的開度值。
[0013]第二方面，本發明實施例提供了一種燃料電池氫氣再循環系統的控制方法，該方法應用于第一方面提到的燃料電池氫氣再循環系統；
該方法包括：
當第一循環通路和第二循環通路處于工作狀態時，根據燃料電池堆的狀態參數確定背壓閥的開度值，并按照背壓閥的開度值控制背壓閥的開度；
根據已確定的背壓閥的開度值確定流量控制閥的開度值，并按照已確定的流量控制閥的開度值控制流量控制閥的開度和背壓閥的開度；
獲取燃料電池堆的實時狀態參數，并根據實時狀態參數實時控制背壓閥的開度以及流量控制閥的開度。
[0014]第三方面，本發明實施例提供了一種燃料電池系統，該燃料電池系統包括燃料電池堆以及如第一方面提到的燃料電池氫氣再循環系統；其中，燃料電池氫氣再循環系統在進行氫氣循環時執行第二方面提到的燃料電池氫氣再循環系統的控制方法。
[0015]第四方面，本發明實施例提供了一種電子設備，該電子設備包括：處理器和存儲裝置；存儲裝置上存儲有計算機程序，計算機程序在被處理器運行時執行如第二方面提供的燃料電池氫氣再循環系統的控制方法的步驟。
[0016]第五方面，本發明實施例提供了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器運行時實現上述第二方面提供的燃料電池氫氣再循環系統的控制方法的步驟。
[0017]本發明實施例帶來了以下有益效果：
本發明提供了一種燃料電池氫氣再循環系統、控制方法及燃料電池系統，該燃料電池氫氣再循環系統與燃料電池堆相連接，包括：第一循環通路、第二循環通路以及氫氣再循環通路；其中，第一循環通路中設置有：空壓機、加濕器和背壓閥；空壓機的進口用于進氣，空壓機的出口通過加濕器的進氣通道與燃料電池堆的第一進口相連接；燃料電池堆的第一出口加濕器的出氣通道與背壓閥的進口相連接，背壓閥的出口用于排氣；第二循環通路中設置有排氫閥、氣液分離器和氫循環裝置；氣液分離器的第一出口與排氫閥的進口相連接，排氫閥的出口用于排氣及排水；氣液分離器的第二出口與氫循環裝置的第一進口相連接，氫循環裝置的第一出口與燃料電池堆的第二進口相連接；燃料電池堆的第二出口與氣液分離器的進口相連接； 氫氣再循環通路中設置有流量控制閥和氫循環裝置；流量控制閥的進口與加濕器的出氣通道相連接，流量控制閥的出口與氫循環裝置的第二進口相連接；氫循環裝置的第二出口用于排氣。利用該燃料電池氫氣再循環系統進行氫氣循環時，當第一循環通路和第二循環通路處于工作狀態時，根據燃料電池堆的狀態參數確定背壓閥的開度值，并按照背壓閥的開度值控制背壓閥的開度；根據流量控制閥的初始標定值控制流量控制閥的開度；根據氫氣循環流量值和壓升的目標值與系統實際運行過程中的氫氣循環流量值和壓升的實測值，對流量控制閥的開度進行自適應PID控制；獲取燃料電池堆的實時狀態參數，并根據實時狀態參數實時控制背壓閥的開度以及流量控制閥的開度。該燃料電池氫氣再循環系統能夠通過氫氣再循環通路，將第一循環通路中的空氣廢氣作為第二循環通路的氫循環裝置的循環動力，減少了燃料電池輔助系統的功率需求，提升了系統的整機效率，從而提高了氫氣循環的執行效率。
[0018]本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，或者，部分特征和優點可以從說明書推知或毫無疑義地確定，或者通過實施本發明的上述技術即可得知。
[0019]為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
[0020]為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本發明實施例提供的一種燃料電池氫氣再循環系統的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的一種燃料電池氫氣再循環系統中氫循環裝置230的結構示意圖；
圖3為本發明實施例提供的另一種燃料電池氫氣再循環系統的結構示意圖；
圖4為本發明實施例提供的一種燃料電池氫氣再循環系統的控制方法的流程圖；
圖5為本發明實施例提供的一種燃料電池系統的結構示意圖；
圖6為本發明實施例提供的一種電子設備的結構示意圖。
[0022]圖標：
100-第一循環通路；200-第二循環通路；300-氫氣再循環通路；
110-空壓機；120-加濕器；130-背壓閥；140-第一壓力傳感器；150-第二壓力傳感器；160-空氣流量計；
210-排氫閥；220-氣液分離器；230-氫循環裝置；310-流量控制閥；230a-氫氣腔體；231a-氫氣側葉輪；232a-氫氣入口；233a-氫氣出口；230b-空氣腔體；231b-空氣側葉輪；232b-空氣入口；233b-空氣出口；230c-底座；240-第三壓力傳感器；250-第四壓力傳感器；
320-氫氣流量計；330-計算單元；
10-燃料電池堆；50-燃料電池氫氣再循環系統；
601-處理器；602-存儲器；603-總線；604-通信接口。
具體實施方式
[0023]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0024]目前燃料電池氫氣循環系統主要分為單引射器模式、單氫氣循環泵模式、氫氣循環泵與引射器并聯模式共三種模式，但上述三種模式在實際使用過程均存在明顯缺陷。單引射器模式無法覆蓋全功率段，覆蓋范圍在15~100%的工況范圍，且不能實現主動調控氫氣循環回路的壓力和流量；3、單氫氣循環泵模式下會產生額外的寄生功耗，同時該模式下的設備體積大，質量重，噪音大；氫氣循環泵與引射器并聯模式同樣存在功耗大、體積大，質量重，噪音大的問題。而且，氫泵的運轉控制需由氫泵控制器得以實現，增加了系統的電氣復雜度以及控制難度。此外，采用高電壓平臺的氫泵還增加了電磁干擾的風險。
[0025]綜上所述，現有技術中的氫氣循環系統在燃料電池系統中還存在著執行效率低的問題?；诖?，本發明實施例提供了一種燃料電池氫氣再循環系統、控制方法及燃料電池系統，該燃料電池氫氣再循環系統能夠通過氫氣再循環通路，將第一循環通路中的空氣廢氣作為第二循環通路的氫循環裝置的循環動力，減少了燃料電池輔助系統的功率需求，提升了系統的整機效率，從而提高了氫氣循環的執行效率。
[0026]為便于對本實施例進行理解，首先對本發明實施例所公開的一種燃料電池氫氣再循環系統進行詳細介紹。
[0027]參見圖1所示的一種燃料電池氫氣再循環系統，該燃料電池氫氣再循環系統與燃料電池堆10相連接，包括：第一循環通路100、第二循環通路200以及氫氣再循環通路300；
其中，第一循環通路100中設置有：空壓機110、加濕器120和背壓閥130；空壓機110的進口用于進氣，空壓機110的出口通過加濕器120的進氣通道與燃料電池堆10的第一進口相連接；燃料電池堆10的第一出口通過加濕器120的出氣通道與背壓閥130的進口相連接，背壓閥130的出口用于排氣。
[0028]第二循環通路200中設置有排氫閥210、氣液分離器220和氫循環裝置230；氣液分離器220的第一出口與排氫閥210的進口相連接，排氫閥210的出口用于排氣及排水；氣液分離器220的第二出口與氫循環裝置230的第一進口相連接，氫循環裝置230的第一出口與燃料電池堆10的第二進口相連接；燃料電池堆10的第二出口與氣液分離器220的進口相連接；
氫氣再循環通路300中設置有流量控制閥310和氫循環裝置230；流量控制閥310的進口與加濕器120的出氣通道相連接，流量控制閥310的出口與氫循環裝置230的第二進口相連接；氫循環裝置230的第二出口用于排氣。
[0029]具體的說，燃料電池氫氣再循環系統工作時，第一循環通路100中的空氣進入空壓機110中，然后經過加濕器120的進氣通道，加濕器120的進氣通道是干側，含水量較低。然后空氣進入燃料電池堆10中進行發電，燃料電池堆10發電過程中通過其第一出口排出空氣廢氣，空氣廢氣進入加濕器120的出氣通道，加濕器120的出氣通道是濕側，包含了燃料電池發電過程中產生的廢水，空氣廢氣通過背壓閥130后排出至外部環境中。
[0030]第二循環通路200主要是供氫過程，燃料電池堆10的第二進口通過相關供氫閥組提供氫氣，在經過燃料電池堆10的發電過程后通過其第二出口將氫氣廢氣排出，氫氣廢氣傳輸至氣液分離器220的第一出口，經過氣液分離器220的分離后得到的氫氣廢氣經過排氫閥210排出至外部環境中；而經過氣液分離器220的分離后得到的氫氣則重新通過氫循環裝置230輸入至燃料電池堆10的第二進口。
[0031]氫氣再循環通路300中，從加濕器120的出氣通道排出的廢氣經過流量控制閥310后，進入至氫循環裝置230的第二進口，用于對氫循環裝置230的氫氣分離提供循環動力，所產生廢氣通過氫循環裝置230的第二進口排出至外部環境中。
[0032]由此可見，氫循環裝置230中設置有對空氣和氫氣進行處理的兩套區域，具體如圖2所示。在一些實施方式中，氫循環裝置230包括：氫氣腔體230a和空氣腔體230b；氫氣腔體230a和空氣腔體230b為柱體結構；氫氣腔體230a內設置有氫氣側葉輪231a，空氣腔體內設置有空氣側葉輪231b；其中，氫氣側葉輪231a和空氣側葉輪231b同軸連接。氫氣側葉輪231a和空氣側葉輪231b利用同軸連接的結構，能夠在空氣側葉輪231b旋轉的同時帶動氫氣側葉輪231a。
[0033]在一些實施方式中，氫氣腔體230a的中心軸位置設置有氫氣入口232a，氫氣入口232a為氫循環裝置230的第一進口；氫氣腔體230a在氫氣側葉輪231a對應的外殼處位置有氫氣出口233a，氫氣出口233a為氫循環裝置230的第一出口?？諝馇惑w230b的中心軸位置設置有空氣入口232b，空氣入口232b為氫循環裝置230的第二進口；空氣腔體230b在空氣側葉輪231b對應的外殼處設置有空氣出口233b，空氣出口233b為氫循環裝置230的第二出口。
[0034]具體的說，氫氣腔體230a的外殼為圓柱體結構，氫氣腔體230a的外殼內部設置有氫氣側葉輪231a，通過氫氣側葉輪231a的旋轉來對氫氣進行分離。氫氣入口232a在氫氣腔體230a的中心軸位置處，氫氣出口233a在氫氣腔體230a的外殼上，具體位于氫氣腔體230a在氫氣側葉輪231a對應的外殼處位置。氫氣從氫氣入口232a進入氫氣腔體230a中，在氫氣側葉輪231a的帶動下進行氫氣分離，并通過氫氣出口233a排出。
[0035]空氣腔體230b為瓶裝柱體結構，空氣腔體230b直徑較大的一側設置有空氣側葉輪231b，空氣腔體230b直徑較小的一側作為空氣入口232b，而空氣出口233b設置在空氣腔體230b周圍，具體位于空氣腔體230b在空氣側葉輪231b對應的外殼處，空氣出口233b設置有多個，相互平行排列。
[0036]在一些實施方式中，氫循環裝置230還包括：底座230c；底座230c設置在氫氣腔體230a的一側，且底座230c與氫氣出口233a的出氣方向平行。底座230c中設置有固定螺孔，用于對氫循環裝置230進行固定。
[0037]具體的，空氣側葉輪的直徑為100mm；空氣入口的直徑為50mm；氫氣側葉輪的直徑為80mm；氫氣入口的直徑為19mm；氫氣出口的直徑為19mm；氫循環裝置的高度為147mm；氫循環裝置的長度為195mm；氫循環裝置的底座長度為155mm。
[0038]流量控制閥310通過控制自身的開度，實現對第一循環通路100中的空氣尾氣壓力和流量的控制，進而控制空氣尾氣進入氫循環裝置230的空氣入口232b，推動空氣側葉輪231b的變速運轉。由于氫循環裝置230的氫氣側葉輪231a與空氣側葉輪231b同軸，從而在空氣側葉輪231b旋轉的同時會帶動氫氣側葉輪231a也會實現高速旋轉，從而推動氫氣的再循環利用及升壓。氫循環裝置230的空氣側葉輪231b出口的空氣與排氫閥210出口的氫氣混合氣體匯合，對氫氣進行濃度稀釋，一起排放至大氣中。
[0039]可見，上述過程中控制流量控制閥310的開度是核心控制過程，通過控制流量控制閥310的開度以實現自適應氫氣循環再利用的控制過程，氫氣再循環的控制過程利用燃料電池系統控制器FCU檢測燃料電池堆輸出的電流、空壓機轉速、空氣流量計流量等信息后，控制流量控制閥310以及背壓閥130的開度。燃料電池堆輸出的電流、空壓機轉速、空氣流量等參數發生變化時，流量控制閥310也隨之進行自適應調節，實現氫氣循環再利用的自適應控制。
[0040]壓力值的獲取通過預設的壓力傳感器來實現，具體的如圖3所示，在一些實施方式中，第一循環通路100中還設置有：第一壓力傳感器140和第二壓力傳感器150；第一壓力傳感器140設置在燃料電池堆10的第一進口；第二壓力傳感器150設置在燃料電池堆10的第一出口；第二循環通路200中還設置有：第三壓力傳感器240和第四壓力傳感器250；第三壓力傳感器240設置在燃料電池堆10的第二進口；第四壓力傳感器250設置在燃料電池堆10的第二出口。
[0041]空氣流量值的獲取通過預設的空氣流量計來實現，具體的如圖3所示，在一些實施方式中，第一循環通路100中還設置有：空氣流量計160；空氣流量計160設置在流量控制閥310的進口；氫氣再循環通路300中還設置有：氫氣流量計320；氫氣流量計320設置在氫循環裝置230的第二進口。
[0042]上述氫氣再循環的控制過程通過相應的計算單元來實現，在一些實施方式中，氫氣再循環通路300還包括計算單元330；計算單元330與背壓閥130相連接；計算單元330，用于根據燃料電池堆10的運行參數計算流量控制閥的開度值。
[0043]氫氣再循環的具體實現過程中，利用流量控制閥310的目標開度函數來實現自適應調節，其影響因素包含但不限于電堆輸出電流x、空氣流量參數y、電堆入口空氣壓力z等。具體的，流量控制閥的目標開度函數為：
F=a*x3+b*y3+c*z3+d*x2*y+e*x2*z+f*y2*z+g*x*y2+h*x*z2+i*y*z2+j*x*y*z+k*x*y+l*x*z+m*y*z+n*x+o*y+p*z+q；
其中，電堆輸出電流x、空氣流量參數y、電堆入口空氣壓力z；a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p、q均是系數，基于此公式進行標定，進而獲取具體的系數。標定方法為：以實際所需的氫氣流量和所需氫氣壓升為監測點，記錄不同工況下的電堆輸出電流x、空氣流量參數y、電堆入口空氣壓力z以及流量控制閥310開度F。記錄不同運行工況下的海量數據，對目標函數進行擬合，得到不同工況下的目標函數。具體的，流量控制閥的開度調節如下表所示，以某一電堆實際運行工況為例：
其中，流量控制閥310的開度F可通過流量控制閥310的反饋開度獲得；燃料電池堆輸出電流x可通過讀取DCF的輸入電流獲得；空氣流量參數y可通過燃料電池堆10進氣系統的流量計反饋值獲得；燃料電池堆入口空氣壓力z可通過燃料電池堆入口的壓力傳感器獲得；氫氣流量Q可通過設置在氫氣再循環通路300中的氫氣流量計獲得，標定工作完成后可以去掉此流量計；氫氣壓升可通過燃料電池堆10進出口壓力傳感器的示數讀取獲得。
[0044]從能量角度可以看出，燃料電池堆在不同運行工況中，隨著電流的增大，空氣流量基本成線性增大的趨勢。同樣，燃料電池堆出口空氣的流量和壓力也逐漸增大，其攜帶的能量也逐漸增大，且遠大于氫氣循環的需求。因此，從能量角度以及流量角度來看，尾排空氣帶動氫氣循環系統運轉是可行的。
[0045]從壓力角度上看，對于金屬堆而言，100kW的燃料電池系統的電堆出口空氣壓力大約在100kPa左右；對于石墨堆而言，100kW的燃料電池系統的電堆出口空氣壓力大約在80kPa左右；而100kW的燃料電池系統的電堆氫氣路所需要的壓升為20~30kPa左右，遠小于電堆出口的空氣壓力，因此氣體壓力方面是滿足的。
[0046]上述實施方式中提到的燃料電池氫氣再循環系統，通過引入氫循環裝置230進行吹掃的空氣來源是燃料電池堆空氣出口所排出的廢氣，不需要空壓機額外增加一定的功率消耗，提高了整機的能源利用效率。同時，氫循環裝置230出口的空氣與排氫閥210出口進行匯合可稀釋排氫閥210的氫氣濃度，在一定程度上可起到提升系統安全的作用。氫循環裝置230通過內部葉輪的旋轉起到促進氫氣循環氣體流動的作用，為氫氣的循環提供助力，整個氫循環裝置是單一的結構件，使系統的控制更為簡單，電氣及結構方面也更為簡單，增加了系統的安全性，同時也降低了系統成本。因該吹掃氣為燃料電池堆10的空氣出口尾氣，此尾氣中的氧氣含量大大低于燃料電池堆10的前端，使用此低氧氣含量的空氣為燃料電池堆10的出口氫氣進行再循環利用，也保障了燃料電池堆的使用安全。
[0047]此外，為防止冬天氫循環裝置230葉輪結冰，可在空氣尾氣循環吹掃線路中設置空氣干燥器、氣液分離器或采用PTC貼片，使進入氫循環裝置230的空氣側空氣保持一定的干燥性，降低了氫循環裝置230葉輪內部結露的可能，使葉輪內的空氣處于干燥狀態，及阻止發生冬天葉輪結冰卡住的危險狀況。
[0048]從上述實施例中提到的燃料電池氫氣再循環系統可知，該燃料電池氫氣再循環系統能夠通過氫氣再循環通路，將第一循環通路中的空氣廢氣作為第二循環通路的氫循環裝置的循環動力，減少了燃料電池輔助系統的功率需求，提升了系統的整機效率，從而提高了氫氣循環的執行效率。
[0049]本發明實施例提供了一種燃料電池氫氣再循環系統的控制方法，該方法應用于上述實施例提到的燃料電池氫氣再循環系統；如圖4所示，該方法包括以下步驟：
步驟S401，當第一循環通路和第二循環通路處于工作狀態時，根據燃料電池堆的狀態參數確定背壓閥的開度值，并按照背壓閥的開度值控制背壓閥的開度。
[0050]然后根據已確定的背壓閥的開度值確定流量控制閥的開度值，并按照已確定的流量控制閥的開度值控制流量控制閥的開度和背壓閥的開度。這個過程可分為步驟S402和步驟S403兩個步驟。
[0051]步驟S402，根據流量控制閥的初始標定值控制流量控制閥的開度。
[0052]步驟S403，根據氫氣循環流量值和壓升的目標值與系統實際運行過程中的氫氣循環流量值和壓升的實測值，對流量控制閥的開度進行自適應PID控制。
[0053]步驟S404，獲取燃料電池堆的實時狀態參數，并根據實時狀態參數實時控制背壓閥的開度以及流量控制閥的開度。
[0054]具體實施過程中，根據流量控制閥的初始標定值控制流量控制閥的開度；再根據氫氣循環流量值和壓升的目標值與系統實際運行過程中的氫氣循環流量值和壓升的實測值，對流量控制閥的開度進行自適應PID控制。在后續進行實時控制的過程中，通過獲取燃料電池堆的實時狀態參數并根據實時狀態參數實時控制背壓閥的開度以及流量控制閥的開度。
[0055]具體的說，上述過程是一種自適應調節過程，上述過程中控制流量控制閥的開度是核心控制過程，通過控制流量控制閥的開度以實現自適應氫氣循環再利用的控制過程，氫氣再循環的控制過程利用燃料電池系統控制器FCU檢測燃料電池堆輸出的電流、空壓機轉速、空氣流量計流量等信息后，控制流量控制閥以及背壓閥的開度。燃料電池堆輸出的電流、空壓機轉速、空氣流量等參數發生變化時，流量控制閥也隨之進行自適應調節，實現氫氣循環再利用的自適應控制。
[0056]通過上述實施例中提到的燃料電池氫氣再循環系統的控制方法可知，該方法能夠通過氫氣再循環通路，將第一循環通路中的空氣廢氣作為第二循環通路的氫循環裝置的循環動力，減少了燃料電池輔助系統的功率需求，提升了系統的整機效率，從而提高了氫氣循環的執行效率。
[0057]該實施例中的燃料電池氫氣再循環系統，與上述方法實施例中提供的燃料電池氫氣再循環系統具有相同的技術特征，所以也能解決相同的技術問題，達到相同的技術效果。為簡要描述，實施例部分未提及之處，可參考前述實施例中相應內容。
[0058]本實施例還提供一種燃料電池系統，如圖5所示，該燃料電池系統包括燃料電池堆10，以及如上述實施例中提到的燃料電池氫氣再循環系統50；其中，燃料電池氫氣再循環系統50在進行氫氣循環時執行上述實施例中提到的燃料電池氫氣再循環系統的控制方法。
[0059]該燃料電池系統中在進行氫氣循環時執行的燃料電池氫氣再循環系統的控制方法的流程與上述實施例中所描述的具體過程相同，利用空氣路高壓大流量的尾氣作為能量源驅動氫循環裝置的葉輪轉動，實現氫氣的再循環利用，從而滿足氫氣的化學計量比，節省了氫泵以及引射器。其中，氫氣流量再循環供給采用自適應控制，通過電流工況以及空壓機轉速工況自適應控制流量控制閥的開度，實現流量分配。
[0060]本實施例還提供一種電子設備，為該電子設備的結構示意圖如圖6所示，該設備包括處理器601和存儲器602；其中，存儲器602用于存儲一條或多條計算機指令，一條或多條計算機指令被處理器執行，以實現上述基于燃料電池氫氣再循環系統的控制方法。
[0061]圖6所示的服務器還包括總線603和通信接口604，處理器601、通信接口604和存儲器602通過總線603連接。
[0062]其中，存儲器602可能包含高速隨機存取存儲器（RAM，Random Access Memory），也可能還包括非不穩定的存儲器（non-volatile memory），例如至少一個磁盤存儲器?？偩€603可以是ISA總線、PCI總線或EISA總線等?？偩€可以分為地址總線、數據總線、控制總線等。為便于表示，圖6中僅用一個雙向箭頭表示，但并不表示僅有一根總線或一種類型的總線。
[0063]通信接口604用于通過網絡接口與至少一個用戶終端及其它網絡單元連接，將封裝好的IPv4報文或IPv4報文通過網絡接口發送至用戶終端。
[0064]處理器601可能是一種集成電路芯片，具有信號的處理能力。在實現過程中，上述方法的各步驟可以通過處理器601中的硬件的集成邏輯電路或者軟件形式的指令完成。上述的處理器601可以是通用處理器，包括中央處理器(Central Processing Unit，簡稱CPU)、網絡處理器(Network Processor，簡稱NP)等；還可以是數字信號處理器(DigitalSignal Processor，簡稱DSP)、專用集成電路(Application Specific IntegratedCircuit，簡稱ASIC)、現場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，簡稱FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件?？梢詫崿F或者執行本公開實施例中的公開的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器或者該處理器也可以是任何常規的處理器等。結合本公開實施例所公開的方法的步驟可以直接體現為硬件譯碼處理器執行完成，或者用譯碼處理器中的硬件及軟件模塊組合執行完成。軟件模塊可以位于隨機存儲器，閃存、只讀存儲器，可編程只讀存儲器或者電可擦寫可編程存儲器、寄存器等本領域成熟的存儲介質中。該存儲介質位于存儲器602，處理器601讀取存儲器602中的信息，結合其硬件完成前述實施例的方法的步驟。
[0065]本發明實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器運行時執行前述實施例的方法的步驟。
[0066]在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統、設備和方法，可以通過其它的方式實現。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，又例如，多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特征可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些通信接口，設備或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。
[0067]所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上?？梢愿鶕嶋H的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
[0068]另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。
[0069]所述功能如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個處理器可執行的非易失的計算機可讀取存儲介質中?；谶@樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以用軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備（可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等）執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器（ROM，Read-Only Memory）、隨機存取存儲器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0070]最后應說明的是：以上所述實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和范圍，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
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