CN108832159B - 一种燃料电池控制***及控制方法 - Google Patents

一种燃料电池控制***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供的一种燃料电池的控制***及控制方法。本发明能够采集燃料电池电堆各个监测点的运行状态，包括直接采集状态指标以及基于监测值间接推算指标，进而根据运行状态指标与预设的偏差，利用模糊控制方式求解控制量，可以实现对燃料电池电输出性能、质子交换膜湿度以及电堆温度的综合控制，适应燃料电池多种输入参量、不确定的非线性时变的特点，具有控制因素全面、偏差响应迅速的优点。

Description

一种燃料电池控制***及控制方法
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池控制***及控制方法。
背景技术
水氢发电机是一种新兴的电能生成设备，其结构如图1所示，包括动氢模块以及燃料电池。水氢发电机以甲醇水为燃料，通过动氢模块的气化***、重整室、纯化膜，依次进行气化、催化重整、分离提纯等工序，生成高纯度氢气，并且将高纯度氢气输入至燃料电池。燃料电池是将燃料和氧化剂中的化学能量持续、直接转化为电能的发电装置，也是水氢发电机的关键部分，具有结构简单、能量转化效率高、无污染、无噪音的优势。目前广泛采用的燃料电池采用质子交换膜燃料电池，该电池的每个电池单体包括两块双极板、两个气体扩散层、两个催化剂层以及质子交换膜层。其中，氢气和氧气(空气)通过双极板的导气通道分别到达电池的阳极和阴极，通过气体扩散层到达质子交换膜两侧，在阳极一侧，氢气在阳极催化剂的催化下生成氢离子和电子；其中氢离子穿透质子交换膜；而电子积累造成阳极呈负电荷；阴极的氧分子在阴极催化剂的作用下变成氧离子，使阴极呈正电荷，从而在阳极和阴极之间产生电压，通过外部电路连接阳极和阴极，则电子从阳极流向阴极，从而产生电流；同时，氢离子与氧离子反应生成水。
水氢发电机要实现正常工作，仅仅具有燃料电池是不够的，还必须依靠气体供给***、排热***、排水***、电池状态指标监控***的协同，实现对燃料电池电堆的供气流量管理、热管理、水管理以及对电池温度、压力等安全指标的监测。可见，燃料电池还需要一套综合性、智能化的控制***，实现燃料电池整个工作状态的监测与调控，这是维持燃料电池安全、高效率运转的保障。
不过，燃料电池的性能受到电池温度、质子交换膜湿度、反应气体气压等多种因素的影响，是一个具有多种输入参量的不确定的非线性时变***，由于受多参数的影响导致其电能的输出特性很难控制，因此，如何设计实现一套良好的燃料电池控制***，也是现有技术中一个亟待解决的重要难点。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种燃料电池控制***及控制方法，适应燃料电池多种输入参量、不确定的非线性时变的特点，来解决对燃料电池电输出性能、质子交换膜湿度以及电堆温度的综合控制的问题。
本申请实施例提供了一种燃料电池控制***，所述燃料电池包括质子交换膜燃料电池电堆，氢气供气部分、增湿器部分、空气供气部分、排热部分、电能输出部分，其特征在于，还包括电堆状态监测部分以及控制***，所述电堆状态监测部分用于对电堆的电能输出参量以及标志着电堆自身工作情况的电堆状态参量进行监测；所述控制***从电堆状态监测部分获取所述电能输出参量以及电堆状态参量，并根据以上参量对氢气供气部分、增湿器部分、空气供气部分、排热部分的工作状态进行控制。
优选的是，所述电堆状态监测部分包括：电能输出监测模块，用于监测燃料电池的电能输出，获取电能输出功率以及输出电压、输出电流；电堆状态参量监测模块，包括设置在燃料电池电堆各个监测点的温度传感器、湿度传感器以及流量传感器，用于监测氢气输入流量、空气输入流量、氢气输入压力、空气输入压力、氢气输入湿度、空气输入湿度、空气输出湿度、电堆温度。
优选的是，所述控制***基于电堆状态监测部分获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度；根据电堆内部质子交换膜的湿度状态对动氢模块氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量；控制***还对空气供气部分向电堆供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆内部携带水分的程度；以及控制增湿器部分的启动/关闭以及启动状态下的增湿程度；所述控制***控制氢气供气部分、空气供气部分，根据电能输出的目标等因素，控制供给氢气、空气的流量和压力；所述控制***还根据电堆的温度控制排热部分。
优选的是，所述控制***包括供气控制模块、湿度控制模块、温度控制模块；
其中，所述供气控制模块从电堆状态监测部分获取所述电能输出参量，并且根据电能输出参量与电能输出目标，确定向电堆供给氧气、氢气的流量与压力参数，并根据供给氧气、氢气流量与压力参数生成对应的供气控制指令，分别提供给氢气供气部分以及空气供气部分，由氢气供气部分以及空气供气部分按照供气控制指令设定的流量与压力进行氢气、氧气的供气；
所述湿度控制模块基于电堆状态监测部分获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度，并根据质子交换膜的湿度与适宜湿度，测算对质子交换膜实现补水和排水的需要，生成氢气供给切换控制指令、空气流量控制指令以及增湿器控制指令；其中，氢气供气部分根据氢气供给切换控制指令，对动氢模块氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量；空气供气部分根据空气流量控制指令，对向电堆供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆内部携带水分的程度；增湿器部分根据所述增湿器控制指令而执行启动/关闭，并且在启动状态下调节自身的增湿程度；
温度控制模块根据电堆温度，控制排热部分的风冷输出功率。
优选的是，所述供气控制模块具体包括：电输出性能误差计算单元、模糊化处理单元、参数自适应调节单元、供气控制量求解单元；其中，电输出性能误差计算单元利用电能输出监测模块测得的电堆实时的输出功率、输出电压、输出电流中的任意一项，并且与预设的电能输出目标进行比较运算，取得二者之间的差值，作为电输出性能误差；模糊化处理单元根据输入的电输出性能误差以及误差变化率，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd；参数自适应调节单元根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，供气控制量求解单元接收电输出性能误差以及接收参数自适应调节单元修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解供气控制量，该供气控制量包括氢气供气部分以及空气供气部分进行氢气与氧气供气的流量与压力参数，并且根据求解的供给氧气、氢气流量与压力参数生成对应的供气控制指令。
优选的是，所述湿度控制模块具体包括：质子交换膜相对湿度推算模块、湿度误差计算单元、多元模糊化处理单元、参数自适应调节单元、湿度控制量求解单元；质子交换膜相对湿度推算模块根据所获取的空气输出湿度，推算电堆内部质子交换膜的相对湿度；湿度误差计算单元将推算的质子交换膜相对湿度与根据电输出参数定义的适宜湿度进行比较运算，取得二者之间的差值，作为相对湿度误差；多元模糊化处理单元根据相对湿度误差及误差变化率，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd；参数自适应调节单元根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，湿度控制量求解单元接收湿度误差，以及接收参数自适应调节单元修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解以下控制量：对动氢模块氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比、空气供气部分的空气供给流量、增湿器部分的增湿程度参量，并根据以上参量生成对应的氢气供给切换控制指令、空气流量控制指令以及增湿器控制指令。
一种燃料电池控制方法，所述燃料电池包括质子交换膜燃料电池电堆，氢气供气部分、增湿器部分、空气供气部分、排热部分、电能输出部分，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：对电堆的电能输出参量以及标志着电堆自身工作情况的电堆状态参量进行监测；获取所述电能输出参量以及电堆状态参量，并根据以上参量对氢气供气部分、增湿器部分、空气供气部分、排热部分的工作状态进行控制。
优选的是，对氢气供气部分、增湿器部分、空气供气部分、排热部分的工作状态进行控制具体包括以下方面：基于获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度；根据电堆内部质子交换膜的湿度状态对动氢模块氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量；对空气供气部分向电堆供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆内部携带水分的程度；以及控制增湿器部分的启动/关闭以及启动状态下的增湿程度；控制氢气供气部分、空气供气部分，根据电能输出的目标等因素，控制供给氢气、空气的流量和压力；根据电堆温度控制排热部分。
优选的是，所述控制氢气供气部分、空气供气部分，根据电能输出的目标等因素，控制供给氢气、空气的流量和压力具体包括：利用测得的电堆实时的输出功率、输出电压、输出电流中的任意一项，并且与预设的电能输出目标进行比较运算，取得二者之间的差值，作为电输出性能误差；根据输入的电输出性能误差以及误差变化率，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd；根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正；接收电输出性能误差以及接收参数自适应调节单元修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解供气控制量，该供气控制量包括氢气供气部分以及空气供气部分进行氢气与氧气供气的流量与压力参数，并且根据求解的供给氧气、氢气流量与压力参数生成对应的供气控制指令。
优选的是，所述基于获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度；根据电堆内部质子交换膜的湿度状态对动氢模块氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量；对空气供气部分向电堆供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆内部携带水分的程度；以及控制增湿器部分的启动/关闭以及启动状态下的增湿程度具体包括：根据所获取的空气输出湿度，推算电堆内部质子交换膜的相对湿度；将推算的质子交换膜相对湿度与根据电输出参数定义的适宜湿度进行比较运算，取得二者之间的差值，作为相对湿度误差；根据相对湿度误差及误差变化率，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd；根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正；接收湿度误差以及接收参数自适应调节单元修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解以下控制量：对动氢模块氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比、空气供气部分的空气供给流量、增湿器部分的增湿程度参量，并根据以上参量生成对应的氢气供给切换控制指令、空气流量控制指令以及增湿器控制指令。
可见，本发明提供了一种燃料电池的控制***及控制方法，本发明能够采集燃料电池电堆各个监测点的运行状态，包括直接采集状态指标以及基于监测值间接推算指标，进而根据运行状态指标与预设的偏差，利用模糊控制方式求解控制量，可以实现对燃料电池电输出性能、质子交换膜湿度以及电堆温度的综合控制，适应燃料电池多种输入参量、不确定的非线性时变的特点，具有控制因素全面、偏差响应迅速的优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是现有技术中水氢发电机总体结构的示意图；
图2是本申请实施例的燃料电池***整体结构示意图；
图3是本申请实施例的燃料电池控制***结构示意图；
图4是本申请实施例的供气控制模块结构示意图；
图5是本申请实施例的湿度控制模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图2是本申请实施例的燃料电池***整体结构。以质子交换膜燃料电池电堆1为核心，包括氢气供气部分2、增湿器部分3、空气供气部分4、排热部分5、电能输出部分6、电堆状态监测部分7以及控制***8。其中，质子交换膜燃料电池电堆1由预定数量的燃料电池单体组成，每个燃料电池单体采用质子交换膜型燃料电池结构。质子交换膜是燃料电池隔离电子以及传递正电荷氢离子的关键部位，而质子交换膜必须具有适当的湿润度才能够正常工作；在缺水的情况下质子交换膜的电导率下降，会降低燃料电池的工作性能直至造成其无法正常实现氢离子的传递，而膜水分含量过高则会淹没电解质以及造成供气通道积水。氢气供气部分2通过以甲醇水为燃料的水氢发电机的动氢模块获取高纯度氢气，并在供气压力和流量受到定量化控制的情况下将氢气循环供给给所述电堆1；氢气供给部分2具体包括氢气循环泵201、分流阀202以及氢气输入阀203、压力调节阀204；其中，氢气循环泵201将从电堆1阳极排出的湿度较高的氢气循环输送回电堆1的阳极入口，以实现氢气的供给并增加阳极入口处的湿度，并且调节循环氢气的供气压力；氢气输入阀203放开后，来自动氢模块的高纯度且相对比较干燥的氢气经压力调节阀204调节至适当的压力后，用于供给电堆1；分流阀202用于对动氢模块的氢气以及循环氢气执行切换，控制两路氢气供给各自的供气间隙占比，从而调节质子交换膜处的湿度。在空气供气部分4通过调节空气供给的流量来控制质子交换膜的湿度，当空气流量大时有利于从电堆1中携带出更多的水分，造成质子交换膜的湿润程度下降；而空气流量小时反应产生的水更多地保留在电堆内部，使质子交换膜的湿度保持较高数值；空气供给部分4具体包括空气压缩机401，通过该空气压缩机401控制向电堆1供给空气的压力和流量。而增湿器部分3串接在空气供给部分4与电堆1之间，用于在质子交换膜湿度不足时为其进行单独的加湿补水。为了实现稳定高效的电能输出能力，电堆1需要保持在合适的温度范围，其中通过控制反应气体的流量可以带走一部分反应产生的热量，而当电堆1的输出功率较大因此生成热量较多的情况下，则要通过排热部分5实现水冷散热。电能输出部分6包括DC/DC变换器601、蓄电池602以及负载电路603，由电堆1输出的电能经过DC/DC变换器601进行电压变换后，在蓄电池602进行能量存储或者为负载电路603供电。电堆状态监测部分7用于对电堆1的电能输出参量以及标志着电堆自身工作情况的电堆状态参量进行监测；具体来说，电堆状态监测部分7提供电能输出监测模块701，用于监测燃料电池的电能输出，获取电能输出功率以及输出电压、输出电流；电堆状态监测部分7还包括电堆状态参量监测模块702，该模块包括设置在燃料电池电堆1各个监测点的温度传感器、湿度传感器以及流量传感器，用于监测氢气输入流量、空气输入流量、氢气输入压力、空气输入压力、氢气输入湿度、空气输入湿度、空气输出湿度、电堆温度。
控制***8从电堆状态监测部分7获取所述电能输出参量以及电堆状态参量，并根据以上参量对氢气供气部分2、增湿器部分3、空气供气部分4、排热部分5的工作状态进行控制。具体来说，控制***8基于电堆状态监测部分7获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度；根据电堆1内部质子交换膜的湿度状态对动氢模块氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量；控制***8还对空气供气部分4向电堆1供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆1内部携带水分的程度；以及控制增湿器部分3的启动/关闭以及启动状态下的增湿程度。控制***8控制氢气供气部分2、空气供气部分4，根据电能输出的目标等因素，控制供给氢气、空气的流量和压力。控制***8还根据电堆的温度控制排热部分5的风冷输出功率。
图3是燃料电池所述的控制***8的结构示意图。可见，为了实现上述控制功能，所述控制***8包括供气控制模块801、湿度控制模块802、温度控制模块803。
其中，所述供气控制模块801从电堆状态监测部分7获取所述电能输出参量，并且根据电能输出参量与电能输出目标，确定向电堆1供给氧气、氢气的流量与压力参数，并根据供给氧气、氢气流量与压力参数生成对应的供气控制指令，分别提供给氢气供气部分2以及空气供气部分4，由氢气供气部分2以及空气供气部分4按照供气控制指令设定的流量与压力进行氢气、氧气的供气。如图4所示，所述供气控制模块801更具体地包括：电输出性能误差计算单元801A、模糊化处理单元801B、参数自适应调节单元801C、供气控制量求解单元801D。其中，电输出性能误差计算单元801A利用电能输出监测模块701测得的电堆1实时的输出功率、输出电压、输出电流中的任意一项，并且与预设的电能输出目标(即预设输出功率、输出电压或者输出电流)进行比较运算，取得二者之间的差值，作为电输出性能误差；电输出性能误差计算单元801A对电输出性能误差的计算可以表示为：
E(k)＝V(k)-V′(k)
Ec(k)＝(V(k)-V′(k))/Ts
其中，V′(k)为预设的电能输出目标值，V(k)为实时测得的电能输出参量，E(k)为电输出性能误差，而Ec(k)表示误差变化率，Ts表示单位采样时间。模糊化处理单元801B根据输入的电输出性能误差E(k)以及误差变化率Ec(k)，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd。PID控制器是自动控制领域一种基础性的控制方式，其包括比例环节、积分环节、微分环节三个部分的控制，比例环节用于减小稳态下的偏差，积分环节用于消除静态偏差，微分环节用于加入早期校正以便加快调节速度，PID控制器的控制可以表示为
其中u(t)为PID控制器的输出，e(t)为偏差。模糊化处理单元802B对于输入的电输出性能误差E(k)以及误差变化率Ec(k)，执行模糊化处理，根据E(k)以及Ec(k)确定其所从属的模糊控制子集，通过查询模糊控制子集与修正参量对应的映射表，获得对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正的修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd。参数自适应调节单元801C根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，供气控制量求解单元801D即为PID控制器，其接收电输出性能误差E(k)，以及接收参数自适应调节单元801C修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解供气控制量，该供气控制量包括氢气供气部分2以及空气供气部分4进行氢气与氧气供气的流量与压力参数，并且根据求解的供给氧气、氢气流量与压力参数生成对应的供气控制指令。
湿度控制模块802基于电堆状态监测部分7获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度，并根据质子交换膜的湿度与适宜湿度，测算对质子交换膜实现补水和排水的需要，生成氢气供给切换控制指令、空气流量控制指令以及增湿器控制指令。其中，氢气供气部分2根据氢气供给切换控制指令，对动氢模块氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量。空气供气部分4根据空气流量控制指令，对向电堆1供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆1内部携带水分的程度，当质子交换膜的湿度高于适宜湿度时通过加大空气流量以增强排水，反之，当质子交换膜的湿度低于适宜湿度时则通过降低空气流量来减小排水。增湿器部分3根据所述增湿器控制指令而执行启动/关闭，并且在启动状态下调节自身的增湿程度。如图5所示，所述湿度控制模块802更具体地包括：质子交换膜相对湿度推算模块802A、湿度误差计算单元802B、多元模糊化处理单元802C、参数自适应调节单元802D、湿度控制量求解单元802E。质子交换膜相对湿度推算模块802A根据所获取的空气输出湿度，推算电堆内部质子交换膜的相对湿度，可以基于输出电流测算化学反应的生成水量，进而根据所述空气输出湿度以及生成水量，推算质子交换膜的相对湿度。湿度误差计算单元802B将推算的质子交换膜相对湿度与根据电输出参数定义的适宜湿度进行比较运算，取得二者之间的差值，作为相对湿度误差；多元模糊化处理单元802C根据相对湿度误差及误差变化率，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd。参数自适应调节单元802D根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，湿度控制量求解单元802E即为PID控制器，其接收湿度误差，以及接收参数自适应调节单元802D修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解以下控制量：对动氢模块氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比、空气供气部分的空气供给流量、增湿器部分的增湿程度参量，并根据以上参量生成对应的氢气供给切换控制指令、空气流量控制指令以及增湿器控制指令。
温度控制模块803根据从电堆状态监测部分7获取的电堆温度，控制排热部分5的风冷输出功率；当电堆温度高于预期温度则加大风冷输出；反之，当电堆温度低于预期温度则减小风冷输出。
可见，本发明提供了一种燃料电池的控制***及控制方法，本发明能够采集燃料电池电堆各个监测点的运行状态，包括直接采集状态指标以及基于监测值间接推算指标，进而根据运行状态指标与预设的偏差，利用模糊控制方式求解控制量，可以实现对燃料电池电输出性能、质子交换膜湿度以及电堆温度的综合控制，适应燃料电池多种输入参量、不确定的非线性时变的特点，具有控制因素全面、偏差响应迅速的优点。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (2)

1.一种燃料电池，所述燃料电池包括质子交换膜燃料电池电堆、氢气供气部分、增湿器部分、空气供气部分、排热部分、电能输出部分，其特征在于，所述燃料电池还包括电堆状态监测部分以及控制***，所述电堆状态监测部分用于对电堆的电能输出参量以及标志着电堆自身工作情况的电堆状态参量进行监测；所述控制***从电堆状态监测部分获取所述电能输出参量以及电堆状态参量，并根据以上参量对氢气供气部分、增湿器部分、空气供气部分、排热部分的工作状态进行控制；
所述电堆状态监测部分包括：电能输出监测模块，用于监测燃料电池的电能输出，获取电能输出功率以及输出电压、输出电流；电堆状态参量监测模块，包括设置在燃料电池电堆各个监测点的温度传感器、湿度传感器以及流量传感器，用于监测氢气输入流量、空气输入流量、氢气输入压力、空气输入压力、氢气输入湿度、空气输入湿度、空气输出湿度、电堆温度；
所述控制***基于电堆状态监测部分获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度；根据电堆内部质子交换膜的湿度状态对高纯度干燥氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量；控制***还对空气供气部分向电堆供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆内部携带水分的程度；以及控制增湿器部分的启动/关闭以及启动状态下的增湿程度；所述控制***控制氢气供气部分、空气供气部分，根据电能输出的目标，控制供给氢气、空气的流量和压力；所述控制***还根据电堆的温度控制排热部分；
其中，所述控制***包括供气控制模块、湿度控制模块、温度控制模块；
其中，所述供气控制模块从电堆状态监测部分获取所述电能输出参量，并且根据电能输出参量与电能输出目标，确定向电堆供给氧气、氢气的流量与压力参数，并根据供给氧气、氢气流量与压力参数生成对应的供气控制指令，分别提供给氢气供气部分以及空气供气部分，由氢气供气部分以及空气供气部分按照供气控制指令设定的流量与压力进行氢气、氧气的供气；所述供气控制模块具体包括：电输出性能误差计算单元、模糊化处理单元、参数自适应调节单元、供气控制量求解单元；其中，电输出性能误差计算单元利用电能输出监测模块测得的电堆实时的输出功率、输出电压、输出电流中的任意一项，并且与预设的电能输出目标进行比较运算，取得二者之间的差值，作为电输出性能误差，对电输出性能误差的计算表示为：
E(k)＝V(k)-V′(k)
Ec(k)＝(V(k)-V′(k))/Ts
其中，V′(k)为预设的电能输出目标值，V(k)为实时测得的电能输出参量，E(k)为电输出性能误差，而Ec(k)表示误差变化率，Ts表示单位采样时间；模糊化处理单元根据输入的电输出性能误差E(k)以及误差变化率Ec(k)，执行模糊化处理，根据E(k)以及Ec(k)确定其所从属的模糊控制子集，通过查询模糊控制子集与修正参量对应的映射表，获得对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正的修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd；参数自适应调节单元根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，供气控制量求解单元接收电输出性能误差以及接收参数自适应调节单元修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解供气控制量，该供气控制量包括氢气供气部分以及空气供气部分进行氢气与氧气供气的流量与压力参数，并且根据求解的供给氧气、氢气流量与压力参数生成对应的供气控制指令；
所述湿度控制模块基于电堆状态监测部分获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度，并根据质子交换膜的湿度与适宜湿度，测算对质子交换膜实现补水和排水的需要，生成氢气供给切换控制指令、空气流量控制指令以及增湿器控制指令；其中，氢气供气部分根据氢气供给切换控制指令，对高纯度干燥氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量；空气供气部分根据空气流量控制指令，对向电堆供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆内部携带水分的程度；增湿器部分根据所述增湿器控制指令而执行启动/关闭，并且在启动状态下调节自身的增湿程度；所述湿度控制模块具体包括：质子交换膜相对湿度推算模块、湿度误差计算单元、多元模糊化处理单元、参数自适应调节单元、湿度控制量求解单元；质子交换膜相对湿度推算模块根据所获取的空气输出湿度，推算电堆内部质子交换膜的相对湿度；湿度误差计算单元将推算的质子交换膜相对湿度与根据电输出参数定义的适宜湿度进行比较运算，取得二者之间的差值，作为相对湿度误差；多元模糊化处理单元根据相对湿度误差及误差变化率，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd；参数自适应调节单元根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，湿度控制量求解单元接收湿度误差，以及接收参数自适应调节单元修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解以下控制量：对高纯度干燥氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比、空气供气部分的空气供给流量、增湿器部分的增湿程度参量，并根据以上参量生成对应的氢气供给切换控制指令、空气流量控制指令以及增湿器控制指令；
温度控制模块根据从电堆状态监测部分获取电堆温度，并且根据电堆温度控制排热部分的风冷输出功率。
2.一种燃料电池控制方法，所述燃料电池包括质子交换膜燃料电池电堆、氢气供气部分、增湿器部分、空气供气部分、排热部分、电能输出部分，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：对电堆的电能输出参量以及标志着电堆自身工作情况的电堆状态参量进行监测；获取所述电能输出参量以及电堆状态参量；其中获得的电能输出参量包括：电能输出功率以及输出电压、输出电流；获得的电堆状态参量包括：氢气输入流量、空气输入流量、氢气输入压力、空气输入压力、氢气输入湿度、空气输入湿度、空气输出湿度、电堆温度；
基于获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度；根据电堆内部质子交换膜的湿度状态对高纯度干燥氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量；对空气供气部分向电堆供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆内部携带水分的程度；以及控制增湿器部分的启动/关闭以及启动状态下的增湿程度；控制氢气供气部分、空气供气部分，根据电能输出的目标，控制供给氢气、空气的流量和压力；根据电堆的温度控制排热部分；并根据以上参量对氢气供气部分、增湿器部分、空气供气部分、排热部分的工作状态进行控制；
其中，所述控制氢气供气部分、空气供气部分，根据电能输出的目标，控制供给氢气、空气的流量和压力具体包括：利用测得的电堆实时的输出功率、输出电压、输出电流中的任意一项，并且与预设的电能输出目标进行比较运算，取得二者之间的差值，作为电输出性能误差；对电输出性能误差的计算表示为：
E(k)＝V(k)-V′(k)
Ec(k)＝(V(k)-V′(k))/Ts
其中，V′(k)为预设的电能输出目标值，V(k)为实时测得的电能输出参量，E(k)为电输出性能误差，而Ec(k)表示误差变化率，Ts表示单位采样时间；根据输入的电输出性能误差E(k)以及误差变化率Ec(k)，执行模糊化处理，根据E(k)以及Ec(k)确定其所从属的模糊控制子集，通过查询模糊控制子集与修正参量对应的映射表，获得对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正的修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd；根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正；接收电输出性能误差以及接收参数自适应调节单元修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解供气控制量，该供气控制量包括氢气供气部分以及空气供气部分进行氢气与氧气供气的流量与压力参数，并且根据求解的供给氧气、氢气流量与压力参数生成对应的供气控制指令；
所述基于获取的空气输出湿度，判断电堆内部质子交换膜的湿度；根据电堆内部质子交换膜的湿度状态对高纯度干燥氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比进行控制，从而调节氢气向质子交换膜的补水量；对空气供气部分向电堆供给空气的流量进行调节控制，从而改变空气从电堆内部携带水分的程度；以及控制增湿器部分的启动/关闭以及启动状态下的增湿程度具体包括：根据所获取的空气输出湿度，推算电堆内部质子交换膜的相对湿度；将推算的质子交换膜相对湿度与根据电输出参数定义的适宜湿度进行比较运算，取得二者之间的差值，作为相对湿度误差；根据相对湿度误差及误差变化率，对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正，输出比例系数的修正参量ΔKp、积分系数的修正参量ΔKi以及微分系数的修正参量ΔKd；根据修正参量ΔKp、ΔKi以及ΔKd对PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd进行修正；接收湿度误差以及接收参数自适应调节单元修正的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，从而基于PID控制函数求解以下控制量：高纯度干燥氢气以及循环氢气这两路氢气供给各自的供气间隙占比、空气供气部分的空气供给流量、增湿器部分的增湿程度参量，并根据以上参量生成对应的氢气供给切换控制指令、空气流量控制指令以及增湿器控制指令。
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