CN115911456A - 燃料电池热电联供***的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池热电联供***的控制方法。本申请旨在解决现有氧化剂供给***送气压力和送气流量范围小的问题。为此目的，本申请的***设置有压力流量调节部，其包括开关阀组、第一增压装置和第二增压装置，通过调节开关阀组的开闭能够实现不同的连通状态，控制方法包括：获取当前时刻的气体压力需求值和气体流量需求值；获取压力流量调节部的进口前的第一实际气体压力值；比较第一实际气体压力值与气体压力需求值的大小；比较气体流量需求值与预设流量阈值的大小；基于比较结果，控制压力流量调节部的连通状态。本申请能够达到较大范围的压力、流量调配的效果。

Description

燃料电池热电联供***的控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池热电联供***的控制方法。

背景技术

燃料电池热电联供***通常由燃料电池堆、燃料供给子***、氧化剂供给子***、水热子***、控制子***等组成。目前常用的燃料为氢气，氧化剂选用空气，燃料电池热电联供***的运行原理为：向燃料电池堆的阳极和阴极分别供应氢气和空气，氢气在阳极上分解出氢离子和电子，氢离子通过阴阳极之间的电解质(如质子交换膜)到达阴极，电子经外电路传导到阴极，空气中的氧气在阴极与氢离子和电子结合生成水。电子在经外电路传导过程中产生电流，同时，由于本身的电化学反应以及电池的内阻，燃料电池堆还会产生一定的热量，产生的电流可以用于外部供电，产生的热量则用于外部供热。

目前在氧化剂供给子***中，主要通过风机/空压机来控制空气的供给量，保证空气的流量和压力满足燃料电池堆的用气需求。但由于氧化剂供给子***具有高精密度、高范围的要求，因此目前的控制方案还存在送气压力、流量范围小的缺陷，无法较好地匹配燃料电池堆的进气需求。

相应地，本领域需要一种新的燃料电池热电联供***的控制方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述至少一个问题，即为了解决现有氧化剂供给***送气压力和送气流量范围小的问题，本申请提供了一种燃料电池热电联供***的控制方法，该所述燃料电池热电联供***包括燃料电池堆、氧化剂供给子***，所述氧化剂供给子***包括压力流量调节部，所述压力流量调节部的进口允许氧化剂流入，所述压力流量调节部的出口与所述燃料电池堆的氧化剂入口连通，

所述压力流量调节部包括使用管路连接的开关阀组、第一增压装置和第二增压装置，所述压力流量调节部设置成能够通过控制所述开关阀组的开闭实现第一连通状态、第二连通状态或第三连通状态，其中

在所述第一连通状态下，所述第一增压装置或所述第二增压装置连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间；

在所述第二连通状态下，所述第一增压装置与所述第二增压装置串联连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间；

在所述第三连通状态下，所述第一增压装置与所述第二增压装置并联连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间；

所述控制方法包括：

获取当前时刻的气体压力需求值和气体流量需求值；

获取所述压力流量调节部的进口前的第一实际气体压力值；

比较所述第一实际气体压力值与所述气体压力需求值的大小；

比较所述气体流量需求值与预设流量阈值的大小；

基于比较结果，控制所述压力流量调节部的连通状态。

在上述燃料电池热电联供***的控制方法的优选技术方案中，所述氧化剂供给子***还包括流量调节阀，所述压力流量调节部的出口与所述流量调节阀的进口连通，所述流量调节阀的出口与所述燃料电池堆的氧化剂入口连通，

所述压力流量调节部还包括旁通管路，所述旁通管路的两端分别与所述压力流量调节部的进口和出口连通，所述压力流量调节部进一步设置成还能够通过控制所述开关阀组的开闭实现第四连通状态，在所述第四连通状态下，所述压力流量调节部的进口与出口之间通过所述旁通管路直接连通；

“基于比较结果，控制所述压力流量调节部的连通状态”的步骤进一步包括：

如果所述第一实际气体压力值大于所述气体压力需求值，则控制所述开关阀组调整至所述第四连通状态。

在上述燃料电池热电联供***的控制方法的优选技术方案中，在“控制所述开关阀组调整至所述第四连通状态”的步骤之后，所述控制方法还包括：

基于所述气体流量需求值，控制所述流量调节阀的开度。

在上述燃料电池热电联供***的控制方法的优选技术方案中，所述氧化剂供给子***还包括冷凝器和回流三通阀，所述冷凝器的进口与所述燃料电池堆的氧化剂出口连通，所述冷凝器的出口与所述回流三通阀的第一端口连通，所述回流三通阀的第二端口与所述压力流量调节部的进口连通，所述回流三通阀的第三端口与环境连通；

在“控制所述流量调节阀的开度”的步骤之后，所述控制方法还包括：

获取所述冷凝器的出口后的实际气体流量值；

判断所述实际气体流量值与安全流量阈值的大小；

如果所述实际气体流量值小于等于所述安全流量阈值，则控制所述回流三通阀的第一端口与所述回流三通阀的第二端口连通；

如果所述实际气体流量值大于所述安全流量阈值，则控制所述回流三通阀的第一端口与所述回流三通阀的第三端口连通。

在上述燃料电池热电联供***的控制方法的优选技术方案中，“基于比较结果，控制所述压力流量调节部的连通状态”的步骤进一步包括：

如果所述第一实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值且所述气体流量需求值小于等于预设流量阈值，则控制所述开关阀组调整至所述第一连通状态。

在上述燃料电池热电联供***的控制方法的优选技术方案中，所述第一增压装置与所述第二增压装置的性能曲线不同，且所述第一增压装置的最大风压小于等于所述第二增压装置的最大风压，“如果第一实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值且所述气体流量需求值小于等于预设流量阈值，则控制所述开关阀组调整至所述第一连通状态”的步骤进一步包括：

如果所述第一实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值且所述气体流量需求值小于等于预设流量阈值，则进一步判断所述气体压力需求值与所述第一增压装置的最大风压的大小；

如果所述气体压力需求值小于等于所述第一增压装置的最大风压，则控制所述开关阀组调整至所述第一增压装置连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间的第一连通状态；

如果所述气体压力需求值大于所述第一增压装置的最大风压，则控制所述开关阀组调整至所述第二增压装置连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间的第一连通状态。

在上述燃料电池热电联供***的控制方法的优选技术方案中，在“控制所述开关阀组调整至所述第一连通状态”的步骤之后，所述控制方法还包括：

获取所述第一连通状态的累计运行时间；

判断所述累计运行时间与预设时间阈值的大小；

当所述累计运行时间大于所述预设时间阈值时，控制所述开关阀组调整至所述第二连通状态。

在上述燃料电池热电联供***的控制方法的优选技术方案中，“基于比较结果，控制所述压力流量调节部的连通状态”的步骤进一步包括：

如果所述第一实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值且所述气体流量需求值大于所述预设流量阈值，则控制所述开关阀组调整至所述第三连通状态。

在上述燃料电池热电联供***的控制方法的优选技术方案中，“控制所述压力流量调节部调整至所述第二连通状态或第三连通状态”的步骤之后，所述控制方法还包括：

获取所述压力流量调节部的出口后的第二实际气体压力值；

比较所述第二实际气体压力值与所述气体压力需求值的大小；

如果所述第二实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值，则调节所述流量调节阀的开度以使得调节后的气体的压力和流量与所述气体压力需求值和所述气体流量需求值匹配。

在上述燃料电池热电联供***的控制方法的优选技术方案中，所述的当前时刻的气体压力需求值基于如下方式确定：

获取设定时间段的能量使用数据；

基于所述能量使用数据，计算所述燃料电池堆的功率输出曲线；

基于所述功率输出曲线，确定所述氧化剂的气体用量输出曲线；

基于所述气体用量输出曲线，确定所述当前时刻的气体压力需求值；并且/或者

所述当前时刻的气体流量需求值基于如下公式确定：

Vm＝Qw/(Cγ△t)

其中，所述Vm为所述气体流量需求值；所述Qw为所述燃料电池的散热量；所述△t为所述燃料电池堆的氧化剂入口与氧化剂出口的气体温差；所述γ为氧化剂的密度；所述C为氧化剂的比热容。

通过上述控制方式，本申请可以提高氧化剂供给子***的送气压力范围和送气流量范围，降低压损，匹配燃料电池堆的用气需求，使得燃料电池热电联供***具有高效、节能的特点。

通过设置流量调节阀和旁通管路，使得在氧化剂需求较低时，可以通过旁通管路和流量调节阀对氧化剂的压力和流量进行调节，降低***能耗。同时，流量调节阀的设置还能够在压力流量调节部对氧化剂进行调节后，进一步对氧化剂进行调整，从而起到验证性保护的作用，避免混合气体的压力和流量与燃料电池堆所需不符而导致***故障。

附图说明

下面参照附图来描述本申请的燃料电池热电联供***的控制方法。

附图中：

图1为本申请的燃料电池热电联供***的部分***图，其主要示出了氧化剂供给子***的循环回路；

图2为本申请的燃料电池热电联供***的控制方法的流程图；

图3为一种可能的实施方式中夏季居民日用电负荷分布图；

图4为一种可能的实施方式中冬季居民日用电负荷分布图；

图5为本申请的燃料电池热电联供***的控制方法的一种可能的实施方式的逻辑图。

附图标记列表

1、过滤器；2、压力流量调节部；21、第一开关阀；22、第二开关阀；23、第一风机；24、第二风机；25、旁通管路；3、流量调节阀；4、加湿器；5、燃料电池堆；6、冷凝器；7、回流三通阀。

具体实施方式

下面参照附图来描述本申请的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本申请的技术原理，并非旨在限制本申请的保护范围。例如，尽管下文详细描述了本申请方法的详细步骤，但是，在不偏离本申请的基本原理的前提下，本领域技术人员可以对下述步骤进行组合、拆分及调换顺序，如此修改后的技术方案并没有改变本申请的基本构思，因此也落入本申请的保护范围之内。

首先参照图1，对本申请的燃料电池热电联供***进行简要描述。其中，图1为本申请的燃料电池热电联供***的部分***图，其主要示出了氧化剂供给子***的循环回路。

如图1所示，在一种可能的实施方式中，燃料电池热电联供***主要包括燃料电池堆5，燃料供给子***、氧化剂供给子***、水热子***、控制子***。其中，如图1所示，氧化剂供给子***包括过滤器1、压力流量调节部2、流量调节阀3、加湿器4、冷凝器6和回流三通阀7。过滤器1的进口与环境连通，过滤器1的出口通过管路与压力流量调节部2的进口连通，压力流量调节部2的出口通过管路与流量调节阀3的进口连通，流量调节阀3的出口通过管路与加湿器4的进口连通，加湿器4的出口通过管路与燃料电池堆5的氧化剂入口连通，燃料电池堆5的氧化剂出口通过管路与冷凝器6的进口连通，冷凝器6的出口通过管路与回流三通阀7的第一端口连通，回流三通阀7的第二端口通过管路连通至过滤器1与压力流量调节部2之间，回流三通阀7的第三端口与环境连通。本申请中，氧化剂选用空气。

继续参照图1，一种可能的实施方式中，压力流量调节部2包括开关阀组、第一增压装置和第二增压装置。第一增压装置和第二增压装置在本申请中均选用风机，即第一风机23和第二风机24，第一风机23和第二风机24优选采用不同型号的产品，即二者的性能曲线不同，如第一风机23的最大风压小于第二风机24的最大风压。本领域技术人员知晓，风机的性能曲线是用来表示风机的主要性能参数，如风量、风压、功率及效率之间关系的曲线，该曲线为本领域公知常识，此处不再赘述。

开关阀组包括第一开关阀21和第二开关阀22，第一开关阀21选用四通电控阀、第二开关阀22选用三通电控阀，四通电控阀具有一个进口和三个出口，四通电控阀的进口与过滤器1的出口连通，四通电控阀的第一出口通过管路与第一风机23的进口连通，四通电控阀的第二出口通过管路与第二风机24的进口连通，四通电控阀的第三出口通过旁通管路25直接与流量调节阀3的进口连通，如此，可控制进口与任意一个或几个出口之间连通。三通电控阀包括一个进口和两个出口，三通电控阀的进口管路连通与第一风机23的出口通过，三通电控阀的第一出口通过管路与第二风机24的进口连通，三通电控阀的第二出口通过管路与流量调节阀3的进口连通。此外，第二风机24的出口通过管路与流量调节阀3的进口连通。

在上述设置方式的前提下，本申请能够通过控制开关阀组的开闭实现压力流量调节部2的进口与出口之间的第一连通状态、第二连通状态、第三连通状态和第四连通状态。具体地，

在第一连通状态下，第一增压装置或第二增压装置连接于压力流量调节部2的进口与出口之间。具体地，可以控制第一开关阀21的进口与第一出口连通，控制第二开关阀22的进口与第二出口连通，实现空气依次流经第一开关阀21、第一风机23、第二开关阀22后到达流量调节阀3的进口。再如，还可以控制第一开关阀21的进口与第二出口连通，控制第二开关阀22的进口与第二出口连通(避免两开关阀之间连通)，实现空气依次流经第一开关阀21、第二风机24后到达流量调节阀3的进口。

在第二连通状态下，第一增压装置与第二增压装置串联连接于压力流量调节部2的进口与出口之间；具体地，可以控制第一开关阀21的进口与第一出口连通，控制第二开关阀22的进口与第一出口连通，实现空气依次流经第一开关阀21、第一风机23、第二开关阀22、第二风机24后到达流量调节阀3的进口。

在第三连通状态下，第一增压装置与第二增压装置并联连接于压力流量调节部2的进口与出口之间；具体地，可以控制第一开关阀21的进口同时与第一出口和第二出口连通，控制第二开关阀22的进口与第二出口连通，实现空气流经第一开关阀21后，一路通过第一风机23、第二开关阀22后到达流量调节阀3的进口，另一路通过第二风机24后到达流量调节阀3的进口。

在第四连通状态下，压力流量调节部2的进口与出口之间通过旁通管路25直接连通；具体地，可以控制第一开关阀21的进口与第三出口连通，实现空气流经第一开关阀21后，通过旁通管路25直接到达流量调节阀3的进口。

在氧化剂供给子***运行时，空气通过过滤器1过滤后、依次经过压力流量调节部2、流量调节阀3、加湿器4，对空气的流量、压力和湿度进行调节，然后从燃料电池堆5的氧化剂入口进入燃料电池堆5内参与反应，然后反应产物(水)和剩余气体一起经燃料电池堆5的氧化剂出口排出，并经过冷凝器6的冷凝后，由回流三通阀7将剩余气体排出至环境中，或者将剩余气体引流至过滤器1后的管路中，与过滤器1后的空气混合继续参与循环。

当然，上述氧化剂供给***的具体组成方式仅仅用于阐述本申请的原理，而非旨在于限制本申请的保护范围，在不偏离本申请原理的前提下，本领域技术人员可以对上述氧化剂供给子***进行调整，以便调整后的子***适用于更加具体的应用场景。举例而言，可以在上述***中增加电加热器来调节进入燃料电池堆5前的空气的温度，也可以省略流量调节阀3、回流三通阀7的设置等。再如，上述第一增压装置和第二增压装置除采用风机外，还可以将其中一个或全部采用空压机进行替换。

此外，压力流量调节部2的具体设置方式并非一成不变，在满足上述“通过开关阀组的开闭实现压力流量调节部2的进口与出口之间的第一连通状态、第二连通状态、第三连通状态和第四连通状态”的条件下，本领域技术人员可以对其具体组成和连接方式进行任何形式的调整，这种调整并未偏离本申请的原理。例如，开关阀组的组成方式还可以采用二通阀、三通阀等阀门的自由组合；再如，可以将上述三通电控阀替换为随意两个端口之间可以连通的三通阀，如此可以省略旁通管路25的设置，而通过第一开关阀21与第二开关阀22的控制(如第一电控阀的进口与第二出口连通、第二电控阀的第一出口与第二出口连通)实现压力流量调节部2的进口与出口之间的直接连通。

接下来参照图2，对本申请的燃料电池热电联供***的控制方法进行描述。其中，图2为本申请的燃料电池热电联供***的控制方法的流程图。

如图2所示，本申请的燃料电池热电联供***的控制方法包括：

S101、获取当前时刻的气体压力需求值和气体流量需求值；例如，通过用户的需求电量/热量计算出当前时刻需要向燃料电池热电联供***提供的空气用量，也即气体压力需求值和气体流量需求值。或者通过统计出的用户在一段时间的用电/用热习惯曲线或习惯表来确定当前时刻需要向燃料电池热电联供***提供的空气用量，下文将对此详细介绍。

S103、获取压力流量调节部的进口前的第一实际气体压力值；例如，通过在压力流量调节部的进口前设置压力传感器，来获取经过过滤器的空气与回流三通阀返回的空气混合后的空气的压力值，即第一实际气体压力值。

S105、比较第一实际气体压力值与气体压力需求值的大小；例如，在获取到气体压力需求值和第一实际气体压力值后，比较二者大小，可以通过计算二者差值或比值等方式比较。

S107、比较气体流量需求值与预设流量阈值的大小；例如，预设流量阈值为燃料电池热电联供***在出厂前预设的，在获取到气体流量需求值后，将气体流量需求值与预设流量阈值进行比较，同样可以通过计算二者差值或比值等方式比较。

S109、基于比较结果，控制压力流量调节部的连通状态；例如，根据比较结果，可以选择性地调整开关阀组的开闭状态，从而将压力流量调节部调整至上述第一连通状态至第四连通状态中的一种，实现对混合后的空气进行压力和流量的大范围调节。举例而言，在用户需求电量/热量不大时，气体压力需求值和气体流量需求值较小，压力流量调节部之前的混合空气在无需增压的情况下可以满足该压力和流量需求，此时可以通过控制压力流量调节部调整至第四连通状态，使得混合空气通过旁通管路直接流动至流量调节阀，进而为燃料电池堆提供氧化剂。再如，在用户需求电量/热量较大时，气体压力需求值和气体流量需求值均较大，此时压力流量调节部之前的混合空气在不进行增压的情况下不能满足该压力和流量需求，此时可以通过控制压力流量调节部调整至第三连通状态，使得混合空气分别通过第一风机和第二风机的增压后流动至流量调节阀，进而为燃料电池堆提供充足的氧化剂。

通过上述描述可以看出，通过设置压力流量调节部对其进出口之间的连接状态进行调整，本申请可以提高氧化剂供给子***的送气压力范围和送气流量范围，降低压损，匹配燃料电池堆的用气需求，使得燃料电池热电联供***具有高效、节能的特点。

下面对本申请的燃料电池热电联供***的控制方法的较为优选的实施方式进行描述。

在一种较为优选的实施方式中，当前时刻的气体压力需求值基于如下方式确定：

获取设定时间段的能量使用数据；基于能量使用数据，计算燃料电池堆的功率输出曲线；基于功率输出曲线，确定氧化剂的气体用量输出曲线；基于气体用量输出曲线，确定当前时刻的气体压力需求值。

如图3和图4所示，图3为一种可能的实施方式中夏季居民日用电负荷分布图，图4为一种可能的实施方式中冬季居民日用电负荷分布图。本申请中，可以获取某一地区的居民在一个季度内使用燃料电池热电联供***的用电数据，然后基于该用电数据绘制出如图3和图4所示的用电负荷分布图，也即燃料电池堆的功率输出曲线图。在得到改功率输出曲线图后，可以基于该功率输出曲线图计算每个时刻的空气用量，并相应地绘制出空气的气体用量输出曲线，然后基于该气体用量输出曲线，确定出曲线上每一时刻的气体压力需求值。其中，基于功率计算气体用量，以及基于气体用量计算气体压力需求值的计算方法为本领域的常规技术手段，在此不再赘述。

通过基于居民用电习惯最终确定每个时刻的气体压力需求值，本申请的控制方法能够合理预判居民的用电需求，从而基于用电需求控制空气的供给量，实现高精度的空气供给控制。

当然，上述实施例仅为一种较为优选的实施方式，在其他实施方式中，本领域技术人员可以对上述实施方式进行调整，只要调整后的技术方案能够获得当前时刻的气体压力需求值即可。例如，除采用居民用电数据外，还可以采用居民的用热数据作为确定气体压力需求值的计算基础，除了按季采集数据外，还可以按照年、月、日等采集单位对用电/用热数据进行采集计算，以便计算出的数据更加符合细化的应用场景。

在一种较为优选的实施方式中，当前时刻的气体流量需求值基于如下公式确定：

Vm＝Qw/(Cγ△t)                                       (1)

公式(1)中，Vm为气体流量需求值；Qw为燃料电池的散热量；△t为燃料电池堆的氧化剂入口与氧化剂出口的气体温差；γ为氧化剂的密度；C为氧化剂的比热容。其中，燃料电池堆的氧化剂入口与氧化剂出口的气体温度可以通过设置温度传感器获取。燃料电池的散热量Qw的计算方式有多种，本领域技术人员熟知改计算方式，因此不再赘述。

在一种较为优选的实施方式中，步骤S109进一步包括：如果第一实际气体压力值大于气体压力需求值，则控制开关阀组调整至第四连通状态。

具体地，当第一实际气体压力值大于气体压力需求值时，证明用户的用电需求小，此时燃料电池热电联供***通常处于低功率运行，需要的空气量也较少。此种情况下，压力流量调节部之前的混合空气在无需增压的情况下可以满足该氧化剂的压力和流量需求，因此控制压力流量调节部调整至第四连通状态，使得混合空气通过旁通管路直接流动至流量调节阀，进而为燃料电池堆提供氧化剂。

进一步地，在控制开关阀组调整至第四连通状态后，控制方法还包括：基于气体流量需求值，控制流量调节阀的开度。

具体地，在控制混合空气通过旁通管路直接流动至流量调节阀后，通过流量调节阀对该空气进行精细调节，以使得调节后的空气流的压力和流量分别与气体压力需求值和气体流量需求值相匹配。其中，通过流量调节阀调节气体风压和流量的具体调节方法为本领域公知常识，在此不再赘述。

更进一步地，在一种较为优选的实施方式中，在控制混合空气通过旁通管路直接流动至流量调节阀并调节流量调节阀的开度的步骤之后，控制方法还包括：获取冷凝器的出口后的实际气体流量值；判断实际气体流量值与安全流量阈值的大小；如果实际气体流量值小于等于安全流量阈值，则控制回流三通阀的第一端口与回流三通阀的第二端口连通；如果实际气体流量值大于安全流量阈值，则控制回流三通阀的第一端口与回流三通阀的第三端口连通。

举例而言，在控制流量调节阀将混合气体的流量和压力调节好后，气体被送入燃料电池堆中参与反应，反应生成物和剩余气体由燃料电池堆的氧化剂出口排出。为提高气体利用率，可以将剩余气体通过回力三通阀引流至过滤器后与过滤器排出的空气进行混合。但是，当回流阀引流的气体流量过高时，容易导致***内出现气体堆积的情况，进而引发***故障。此时，通过在冷凝器出口处设置流量传感器，获取冷凝器排出的实际气体流量值，来判断是否将剩余气体引流至过滤器出口处。具体地，可以提前设置安全流量阈值，将实际气体流量值与安全流量阈值进行比较，当实际气体流量之大于安全流量阈值时，容易导致气体堆积，此时将剩余气体通过回流三通阀排出至环境中；反之，当实际气体流量之小于等于安全流量阈值时，不容易导致气体堆积，此时将剩余气体通过回流三通阀引流至过滤器的出口处。

在一种较为优选的实施方式中，步骤S109进一步包括：如果第一实际气体压力值小于等于气体压力需求值且气体流量需求值小于等于预设流量阈值，则控制开关阀组调整至第一连通状态。

举例而言，当第一实际气体压力值小于等于气体压力需求值且气体流量需求值小于等于预设流量阈值时，证明用户的用电需求增加，此时气体压力需求值和气体流量需求值都有所增加，但压力需求仍处于其中一个风机的输出风压范围内，流量需求值仍小于预设流量阈值，此时燃料电池热电联供***通常处于额定功率运行。此种情况下，压力流量调节部之前的混合空气在无需增压的情况下不能满足该氧化剂的压力和流量需求，因此控制压力流量调节部调整至第一连通状态，使得混合空气通过第一风机或第二风机增压后流动至流量调节阀，进而为燃料电池堆提供氧化剂。

进一步地，在一种较为优选的实施方式中，第一风机和第二风机的确定方式如下：首先判断气体压力需求值与第一风机的最大风压的大小；如果气体压力需求值小于等于第一风机的最大风压，则控制开关阀组调整至第一风机连接于压力流量调节部的进口与出口之间的第一连通状态；如果气体压力需求值大于第一风机的最大风压，则控制开关阀组调整至第二风机连接于压力流量调节部的进口与出口之间的第一连通状态。

举例而言，由上述可知，第一风机和第二风机的性能曲线不同，并且第一风机的最大风压小于第二风机的最大风压。因此在风机选型时，可以按照气体压力需求值的范围来对第一风机和第二风机进行选型。如选取最大风压大于气体压力需求值的最大值的风机作为本申请的第二风机，在此基础上选择最大风压大致为第二风机的最大风压的一半的风机作为本申请的第一风机。当然，上述选取方式仅仅为举例说明，本领域技术人员可以对具体的选取方式进行调整，这种调整并未偏离本申请的原理。

由此，在确定控制压力流量调节部调整至第一连通状态后，进一步获取气体压力需求值的大小，并将其与第一风机的最大风压进行比较，当气体压力需求值小于等于第一风机的最大风压时，则采用第一风机对混合气体进行增压；反之，如果气体压力需求值大于第一风机的最大风压时，则采用第二风机对混合气体进行增压。当采用任一风机进行增压时，通过调整该风机的风压和流量，来使得调节后的空气流的压力和流量分别与气体压力需求值和气体流量需求值相匹配。其中，风机的风压和流量的具体调节方法为本领域公知常识，在此不再赘述。

进一步地，在一种较为优选的实施方式中，在“控制开关阀组调整至第一连通状态”的步骤之后，控制方法还包括：获取第一连通状态的累计运行时间；判断累计运行时间与预设时间阈值的大小；当累计运行时间大于预设时间阈值时，控制开关阀组调整至第二连通状态。

举例而言，预设时间阈值可以在出厂前进行设定，如30min或1小时等。由于第一连通状态为燃料电池热电联供***最常用的状态，因此，需要长时间开启第一风机或第二风机，如果风机长时间运行，会严重影响其使用寿命，因此，在累计运行时间大于预设时间阈值时，控制开关阀组调整至第二连通状态，即控制第一风机和第二风机串联，此时可以降低每个风机的负载，保证***稳定运行的前提下，提高风机的使用寿命。

当采用第一风机与第二风机串联进行增压时，需要对两个风机的风压和流量进行调整，来使得调节后的空气流的压力和流量分别与气体压力需求值和气体流量需求值相匹配。本领域技术人员知晓，在两个风机串联运行时，其串联后各自的风压和流量可以基于串联风机的合成特性曲线进行选取，该合成特性曲线和选取方式为本领域的常规技术手段，再此不在赘述。当然，本领域技术人员可以理解，在没有合成特性曲线的情况下，也可以基于经验公式或理论计算对两个风机进行调节。

在一种较为优选的实施方式中，步骤S109进一步包括：如果第一实际气体压力值小于等于气体压力需求值且气体流量需求值大于预设流量阈值，则控制开关阀组调整至第三连通状态。

举例而言，当第一实际气体压力值小于等于气体压力需求值且气体流量需求值大于预设流量阈值时，证明用户的用电需求较大，此时气体压力需求值和气体流量需求值均较大，但压力需求仍处于其中一个风机的输出风压范围内，流量需求值则大于预设流量阈值，此时燃料电池热电联供***通常处于高功率运行。此种情况下，压力流量调节部之前的混合空气在无需增压的情况下不能满足该氧化剂的压力和流量需求，因此控制压力流量调节部调整至第三连通状态，使得混合空气通过第一风机与第二风机的并联增压后流动至流量调节阀，进而为燃料电池堆提供氧化剂。

当采用第一风机与第二风机并联进行增压时，需要对两个风机的风压和流量进行调整，来使得调节后的空气流的压力和流量分别与气体压力需求值和气体流量需求值相匹配。本领域技术人员知晓，在两个风机并联运行时，其并联后各自的风压和流量可以基于并联风机的合成特性曲线进行选取，该合成特性曲线和选取方式为本领域的常规技术手段，再此不在赘述。当然，本领域技术人员可以理解，在没有合成特性曲线的情况下，也可以基于经验公式或理论计算对两个风机进行调节。

在一种较为优选的实施方式中，当控制压力流量调节部调整至第一连通状态、第二连通状态或第三连通状态之后，控制方法还包括：获取压力流量调节部的出口后的第二实际气体压力值；比较第二实际气体压力值与气体压力需求值的大小；如果第二实际气体压力值小于等于气体压力需求值，则调节流量调节阀的开度以使得调节后的气体的压力和流量与气体压力需求值和气体流量需求值匹配。

举例而言，***无论处于第一、第二、第三哪种连通模式，都需要对风机进行调节，而调节后的混合气体的压力和流量难免会有误差。而本申请中通过设置流量调节阀，可以对该误差进行消除，从而起到验证性保护的作用，避免混合气体的压力和流量与燃料电池堆所需不符而导致***故障。因此，在控制压力流量调节部调节至第一连接状态、第二连接状态或第三连接状态后，通过检测压力流量调节部的出口处的混合气体的压力值，来判断是否使用流量调节阀进行调节。应用过程中，可以在压力流量调节部的出口处设置压力传感器来检测混合气体的压力，并将该压力与气体压力需求值进行比较，如果该混合气体的压力值小于等于气体压力需求值，则调节流量调节阀的开度以使得调节后的气体的压力和流量与气体压力需求值和气体流量需求值匹配。其中，通过流量调节阀调节气体风压和流量的具体调节方法为本领域公知常识，在此不再赘述。

下面结合图5，对本申请的燃料电池热电联供***的一种可能的氧化剂供给过程作简要说明。其中，图5为本申请的燃料电池热电联供***的控制方法的一种可能的实施方式的逻辑图。

如图5所示，在一种可能的实施方式中：

首先执行步骤S201，获取当前时刻的气体压力需求值P_ref和气体流量需求值V_ref。

S202，获取过滤器后的混合气体的实际压力P₁。

S203，判断P₁＞P_ref是否成立，如果成立，则执行步骤S204；否则如果不成立，则执行步骤S207。

S204，控制压力流量调节部调整至第四连通状态，并根据气体流量需求值V_ref调节流量调节阀的开度。

S205，判断V_out＞V_max是否成立，如果成立，则执行步骤S206；否则如果不成立，则返回继续执行步骤S204；其中，V_out为冷凝器出口后的气体流量值，V_max为安全流量阈值。

S206，控制回流三通阀将剩余空气排出至环境。

S207，判断V_ref＞V₁是否成立，如果成立，则执行步骤S208；否则如果不成立，则执行步骤S210；其中，V₁为预设流量阈值。

S208，控制压力流量调节部调整至第三连通状态，并根据并联风机的合成特性曲线调节两个风机的风压和风速。

S209，判断P_out＞P_ref是否成立，如果成立，则返回继续执行步骤S208；否则如果不成立，则执行步骤S215；其中，P_out为压力流量调节部出口后的压力值。

S210，控制压力流量调节部调整至第一连通状态，并根据气体压力需求值的大小确定采用第一风机或第二风机进行增压，然后基于气体压力需求值和气体流量需求值调节该风机的风压和风速。

S211，判断T＞T_max是否成立，如果成立，则执行步骤S212；否则如果不成立，则执行步骤S214；其中，T为累计运行时间，T_max为预设时间阈值。

S212，控制压力流量调节部调整至第二连通状态，并根据串联风机的合成特性曲线调节两个风机的风压和风速。

S213，判断P_out＞P_ref是否成立，如果成立，则返回继续执行步骤S212；否则如果不成立，则执行步骤S215。

S214，判断P_out＞P_ref是否成立，如果成立，则返回继续执行步骤S210；否则如果不成立，则执行步骤S215。

S215，调节流量调节阀的开度，以使得调节后的气体的压力和流量与气体压力需求值和气体流量需求值匹配。

本领域技术人员可以理解，上述燃料电池热电联供***还包括一些其他公知子***，如燃料供应子***、水热子***、控制子***等，为了不必要地模糊本公开的实施例，这些公知的结构未在附图中示出。

上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本申请的保护范围之内。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本申请的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。举例而言，在不设置流量调节阀时，与流量调节阀相关的控制逻辑可以省略；再如，获取气体压力需求值和气体流量需求值的步骤可以同时执行，也可以先后执行；再如，上述步骤S105和步骤S107可以颠倒次序执行等。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，所述燃料电池热电联供***包括燃料电池堆、氧化剂供给子***，所述氧化剂供给子***包括压力流量调节部，所述压力流量调节部的进口允许氧化剂流入，所述压力流量调节部的出口与所述燃料电池堆的氧化剂入口连通，

所述压力流量调节部包括使用管路连接的开关阀组、第一增压装置和第二增压装置，所述压力流量调节部设置成能够通过控制所述开关阀组的开闭实现第一连通状态、第二连通状态或第三连通状态，其中

在所述第一连通状态下，所述第一增压装置或所述第二增压装置连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间；

在所述第二连通状态下，所述第一增压装置与所述第二增压装置串联连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间；

在所述第三连通状态下，所述第一增压装置与所述第二增压装置并联连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间；

所述控制方法包括：

获取当前时刻的气体压力需求值和气体流量需求值；

获取所述压力流量调节部的进口前的第一实际气体压力值；

比较所述第一实际气体压力值与所述气体压力需求值的大小；

比较所述气体流量需求值与预设流量阈值的大小；

基于比较结果，控制所述压力流量调节部的连通状态。

2.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，所述氧化剂供给子***还包括流量调节阀，所述压力流量调节部的出口与所述流量调节阀的进口连通，所述流量调节阀的出口与所述燃料电池堆的氧化剂入口连通，

所述压力流量调节部还包括旁通管路，所述旁通管路的两端分别与所述压力流量调节部的进口和出口连通，所述压力流量调节部进一步设置成还能够通过控制所述开关阀组的开闭实现第四连通状态，在所述第四连通状态下，所述压力流量调节部的进口与出口之间通过所述旁通管路直接连通；

“基于比较结果，控制所述压力流量调节部的连通状态”的步骤进一步包括：

如果所述第一实际气体压力值大于所述气体压力需求值，则控制所述开关阀组调整至所述第四连通状态。

3.根据权利要求2所述的燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，在“控制所述开关阀组调整至所述第四连通状态”的步骤之后，所述控制方法还包括：

基于所述气体流量需求值，控制所述流量调节阀的开度。

4.根据权利要求3所述的燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，所述氧化剂供给子***还包括冷凝器和回流三通阀，所述冷凝器的进口与所述燃料电池堆的氧化剂出口连通，所述冷凝器的出口与所述回流三通阀的第一端口连通，所述回流三通阀的第二端口与所述压力流量调节部的进口连通，所述回流三通阀的第三端口与环境连通；

在“控制所述流量调节阀的开度”的步骤之后，所述控制方法还包括：

获取所述冷凝器的出口后的实际气体流量值；

判断所述实际气体流量值与安全流量阈值的大小；

如果所述实际气体流量值小于等于所述安全流量阈值，则控制所述回流三通阀的第一端口与所述回流三通阀的第二端口连通；

如果所述实际气体流量值大于所述安全流量阈值，则控制所述回流三通阀的第一端口与所述回流三通阀的第三端口连通。

5.根据权利要求2所述的燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，“基于比较结果，控制所述压力流量调节部的连通状态”的步骤进一步包括：

如果所述第一实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值且所述气体流量需求值小于等于预设流量阈值，则控制所述开关阀组调整至所述第一连通状态。

6.根据权利要求5所述的燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，所述第一增压装置与所述第二增压装置的性能曲线不同，且所述第一增压装置的最大风压小于所述第二增压装置的最大风压，“如果第一实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值且所述气体流量需求值小于等于预设流量阈值，则控制所述开关阀组调整至所述第一连通状态”的步骤进一步包括：

如果所述第一实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值且所述气体流量需求值小于等于预设流量阈值，则进一步判断所述气体压力需求值与所述第一增压装置的最大风压的大小；

如果所述气体压力需求值小于等于所述第一增压装置的最大风压，则控制所述开关阀组调整至所述第一增压装置连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间的第一连通状态；

如果所述气体压力需求值大于所述第一增压装置的最大风压，则控制所述开关阀组调整至所述第二增压装置连接于所述压力流量调节部的进口与出口之间的第一连通状态。

7.根据权利要求5所述的燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，在“控制所述开关阀组调整至所述第一连通状态”的步骤之后，所述控制方法还包括：

获取所述第一连通状态的累计运行时间；

判断所述累计运行时间与预设时间阈值的大小；

当所述累计运行时间大于所述预设时间阈值时，控制所述开关阀组调整至所述第二连通状态。

8.根据权利要求2所述的燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，“基于比较结果，控制所述压力流量调节部的连通状态”的步骤进一步包括：

如果所述第一实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值且所述气体流量需求值大于所述预设流量阈值，则控制所述开关阀组调整至所述第三连通状态。

9.根据权利要求5、7或8所述的燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，“控制所述压力流量调节部调整至所述第一连通状态、所述第二连通状态或第三连通状态”的步骤之后，所述控制方法还包括：

获取所述压力流量调节部的出口后的第二实际气体压力值；

比较所述第二实际气体压力值与所述气体压力需求值的大小；

如果所述第二实际气体压力值小于等于所述气体压力需求值，则调节所述流量调节阀的开度以使得调节后的气体的压力和流量与所述气体压力需求值和所述气体流量需求值匹配。

10.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供***的控制方法，其特征在于，所述的当前时刻的气体压力需求值基于如下方式确定：

获取设定时间段的能量使用数据；

基于所述能量使用数据，计算所述燃料电池堆的功率输出曲线；

基于所述功率输出曲线，确定所述氧化剂的气体用量输出曲线；

基于所述气体用量输出曲线，确定所述当前时刻的气体压力需求值；并且/或者

所述当前时刻的气体流量需求值基于如下公式确定：

Vm＝Qw/(Cγ△t)

其中，所述Vm为所述气体流量需求值；所述Qw为所述燃料电池的散热量；所述△t为所述燃料电池堆的氧化剂入口与氧化剂出口的气体温差；所述γ为氧化剂的密度；所述C为氧化剂的比热容。

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