一种燃料电池在线阻抗测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种燃料电池在线阻抗测量方法，包括以下步骤：S1：获取燃料电池的阻抗测量频率集；S2：实时采集燃料电池的电压信号u(t)和电流信号i(t)；S3：分别对电压信号u(t)和电流信号i(t)进行小波变换，得到电压小波系数U

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池在线阻抗测量方法及装置
本专利技术涉及燃料电池
，尤其是涉及一种燃料电池在线阻抗测量方法及装置。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有无污染、高效、可再生、高能量密度、低噪声、功率范围宽等优点，被认为是最有前途的动力技术之一，研究燃料电池的电化学阻抗特性对燃料电池的表征和诊断都具有十分重要的指导意义。通过在线快速测量燃料电池阻抗，基于燃料电池阻抗与内部状态参数的耦合关系，可在线估计燃料电池的内部状态，便于控制器及时调整工作状态，有效避免燃料电池膜过干或电极水淹等故障，提高燃料电池的使用寿命。车用燃料电池阻抗测量需在线实现，然而目前燃料电池电化学阻抗的测量装置普遍存在体积大、效率低、成本高等缺点，只能在实验室环境下进行阻抗测量，无法进行在线实时测试。且燃料电池阻抗的测量方法也主要为傅里叶分析，但无论是傅里叶变换还是更进一步的短时傅里叶变换，都很难满足车用燃料电池多频率、非线性的响应信号下在线准确测量电池阻抗的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效、可靠的适用于燃料电池在线阻抗测量方法及装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池在线阻抗测量方法，包括以下步骤：S1：获取燃料电池的阻抗测量频率集；S2：实时采集燃料电池的电压信号u(t)和电流信号i(t)；S3：分别对电压信号u(t)和电流信号i(t)进行小波变换，得到电压小波系数U(a,b)和电流小波系数I(a,b)，并计算得到燃料电池的阻抗；S4：判断是否完成阻抗测量频率集中所有频率的计算，若是，则结束本次测量，否则改变小波函数的参数，并返回执行步骤S3。小波变换可以实现在较高频率有较高的时间分辨率，在较低频率有较高的频率分辨率的效果，弥补了傅里叶变换等传统时频分析方法在非线性信号分析下的缺陷，可以在线快速且准确地完成燃料电池阻抗的测量。优选地，所述的阻抗测量频率集内包括燃料电池目标电化学阻抗对应的频率，通常0.1HZ～1KHZ的频率范围内，可包含燃料电池信号的绝大多数信息。进一步地，所述的步骤S2具体包括：S21：在设定采样频率下采集电压和电流信号，并将采样点按时间顺序排列；S22：判断各采样点中是否出现有效信号变化趋势，若否，则返回执行步骤S21，否则执行步骤S23；S23：获取有效信号变化趋势对应的时刻，在该时刻后取设定采样长度的电压和电流信号，作为测量用的电压信号u(t)和电流信号i(t)。当采样信号出现有效变化趋势，即脉冲激励信号发生跳变时，以该时刻为起始点进行实时采样，提高采样的可靠性和准确性。优选地，所述的小波变换采用小波母函数为复值母波函数的复值Morlet小波函数，采用复值小波可以同时对燃料电池的响应信号进行幅值和相位分析，提高测量精确性。进一步地，所述的电压小波系数U(a，b)的计算式为：所述的电流小波系数I(a,b)的计算式为：其中，a为Morlet小波函数的尺度因子，b为Morlet小波函数的平移因子，fb为Morlet小波函数的频带参数，fc为Morlet小波函数的中心频率，t为信号采集时刻。进一步地，所述的计算得到燃料电池的阻抗的计算式为：其中，Z(a,b)为燃料电池的复数阻抗。电压小波系数U(a,b)和电流小波系数I(a,b)都是复数，而小波函数又是线性的，因此采用两者相比得出阻抗。更进一步地，所述的步骤S4中改变小波函数的参数具体包括：改变Morlet小波函数的尺度因子a，改变小波函数的尺度因子值a可以改变Morlet小波函数的中心频率fc，进而可以测量出不同频率下的燃料电池阻抗。一种用于实现如所述的燃料电池在线阻抗测量方法装置，包括依次连接的数据采集单元、MCU和激励单元，所述的数据采集单元和激励单元分别与负载连接；MCU为燃料电池在线阻抗测量装置的控制单元，包含参数设置模块和测量模块，参数设置模块用于配置激励装置及数据采集装置参数，测量模块用于进行燃料电池阻抗测量。所述的MCU控制激励单元发送脉冲激励信号至负载，使负载产生响应电压和电流，所述的数据采集单元采集负载在各频段的电压信号u(t)和电流信号i(t)，并发送至MCU，所述的MCU根据收到的电压信号u(t)和电流信号i(t)，进行燃料电池阻抗的计算。进一步地，所述的激励单元包括依次连接的数模转换器、运算放大器和功率放大器，所述的数模转换器与MCU连接，用于将MCU发送的数字信号转换为精确的模拟信号，所述的运算放大器用于接收模拟信号，并输出激励电流信号，实现恒流源的功能，所述的功率放大器与负载连接，用于对激励电流信号进行放大并输入负载，保证输出电流满足阻抗的测量要求。进一步优选地，所述的MCU通过CAN总线与数模转换器连接，所述的数据采集单元通过SPI接口与MCU完成数据传输。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术采用小波变换对电压信号和电流信号进行分析，可以实现在较高频率有较高的时间分辨率，在较低频率有较高的频率分辨率的效果，弥补了傅里叶变换等传统时频分析方法在非线性信号分析下的缺陷，可以在线快速且准确地完成燃料电池阻抗的测量，且保证可靠性；2)本专利技术中小波分析采用小波母函数为复值母波函数的Morlet小波，可以同时对燃料电池的响应信号进行幅值和相位分析，提高信号提取能力；3)本专利技术中通过改变Morlet小波的尺度因子a改变Morlet小波的中心频率，从而测量出不同频率下的燃料电池阻抗，实现完成阻抗测量频率集中所有频率阻抗的计算，简单快捷；4)本专利技术在采样信号出现有效变化趋势，即脉冲激励信号发生跳变时，以该时刻为起始点进行实时采样，提高采样的可靠性和准确性。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图；图2为本专利技术的燃料电池在线阻抗测量装置图；图3为本专利技术的燃料电池在线阻抗测量方法实施流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，本专利技术提供的用于燃料电池在线阻抗测量装置包括MCU、激励单元以及数据采集单元。MCU微控制器内置了激励单元和数据采集单元的参数设置模块，可在允许范围内对激励电流大小、激励时间、采样频率等参数进行配置；同时MCU还包含了燃料电池在线阻抗测量模块，可进行在线阻抗的测量工作。MCU通过CAN总线控制激励单元产生不同频率的脉冲激励信号，即在一定时间间隔内稳定、持续地输出电流信号。激励单元主要包括数模转换器模块、运算放大器模块及功率放大器模块三个部分。激励单元首先通过CAN收发器接收MCU的控制信号，经过数模转换器后将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池在线阻抗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：获取燃料电池的阻抗测量频率集；/nS2：实时采集燃料电池的电压信号u(t)和电流信号i(t)；/nS3：分别对电压信号u(t)和电流信号i(t)进行小波变换，得到电压小波系数U

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池在线阻抗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取燃料电池的阻抗测量频率集；
S2：实时采集燃料电池的电压信号u(t)和电流信号i(t)；
S3：分别对电压信号u(t)和电流信号i(t)进行小波变换，得到电压小波系数U(a，b)和电流小波系数I(a，b)，并计算得到燃料电池的阻抗；
S4：判断是否完成阻抗测量频率集中所有频率的计算，若是，则结束本次测量，否则改变小波函数的参数，并返回执行步骤S3。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池在线阻抗测量方法，其特征在于，所述的阻抗测量频率集内包括燃料电池目标电化学阻抗对应的频率。


3.根据权利要求1所述的一种燃料电池在线阻抗测量方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：
S21：在设定采样频率下采集电压和电流信号，并将采样点按时间顺序排列；
S22：判断各采样点中是否出现有效信号变化趋势，若否，则返回执行步骤S21，否则执行步骤S23；
S23：获取有效信号变化趋势对应的时刻，在该时刻后取设定采样长度的电压和电流信号，作为测量用的电压信号u(t)和电流信号i(t)。


4.根据权利要求1所述的一种燃料电池在线阻抗测量方法，其特征在于，所述的小波变换采用小波母函数为复值母波函数的复值Morlet小波函数。


5.根据权利要求4所述的一种燃料电池在线阻抗测量方法，其特征在于，所述的电压小波系数U(a，b)的计算式为：



所述的电流小波系数I(a，b)的计算式为：



其中，a为Morlet小波函数的尺度因子，b为Morlet小波函数的平移因子，fb为Morlet小波函数的频带参数，fc为Morle...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴海峰，魏学哲，叶宗俊，袁浩，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31