本发明专利技术公开了一种基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控方法及装置，其中，方法包括以下步骤：通过DCDC周期性的施加固定高频交流电压激励给燃料电池的电堆，以测量电堆的高频阻抗；判断高频阻抗是否大于膜干阈值；如果大于膜干阈值，则判定燃料电池处于膜干状态，否则，采集燃料电池的反应气体的压力值，并在压力值大于水淹阈值时，判定燃料电池处于水淹状态，以在线监测燃料电池的当前状态。该方法可以实现对膜干和水淹的精确诊断，且可以在线实时应用，简单易实现。简单易实现。简单易实现。
【技术实现步骤摘要】
基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控方法及装置
[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控方法及装置。
技术介绍
[0002]质子交换膜燃料电池以其高能量转换率、无污染、启动速度快、运行温度低等优势，在新能源机车、有轨电车、汽车、便携式电源及分布式发电等领域受到广泛的青睐。然而，目前PEMFC寿命较短、稳定性较差等不足，阻碍了PEMFC大规模的商业推广与应用。尤其是随着PEMFC功率的增大，水淹和膜干故障更容易发生，导致系统的耐久性降低，工作性能受到影响，甚至导致剩余寿命缩短。准确揭示PEMFC水淹和膜干故障产生机理、有效诊断水淹和膜干故障状态以及探寻水淹和膜干故障发生后的解决措施，已逐渐成为研究焦点。
[0003]目前对PEMFC水淹和膜干故障的诊断方法，主要是基于模型、实验和数据驱动这三种诊断方法。基于模型的诊断方法主要是通过数学模型来模拟电池运行状态，因此，故障预测的准确性依赖于所建立模型的精度，高精度的模型往往结构复杂，计算时间较长，同时，燃料电池内部水气热相互耦合，时变性强，对建模提出了很高的要求；基于交流阻抗谱和膜阻抗的实验方法可依据单片电池的阻抗特征进行准确的故障定位，且能描述整个电堆的阻抗特征。
[0004]但是，通过频率扫描测试阻抗谱，多次测量取平均值获取单个频率点的阻抗，这些过程具有耗时长的缺点，阻碍了其在线诊断应用。当扫描单个频率点来表征阻抗时，用于反映水淹和膜干的阻抗指标，其对应频率点的选取较难，尤其是表征水淹故障的低频阻抗点。数据驱动的方法直接利用PEMFC运行时的数据作为训练数据进行测试，通过不同数学算法对数据进行处理来获取水淹、膜干和正常态的特征，再根据特征来判断其余数据下电池的工作状态。基于数据驱动的故障诊断方法可应用于在线诊断、大功率PEMFC电堆及多堆的水淹和膜干故障诊断，针对电堆中故障单片的定位具有较大优势。但算法所需时间、特征分类及故障识别准确率等需进一步改进提升。
技术实现思路
[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控方法，该方法可以实现对膜干和水淹的精确诊断，且可以在线实时应用，简单易实现。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提出一种基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控装置。
[0008]为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控方法，包括以下步骤：通过DCDC周期性的施加固定高频交流电压激励给燃料电池的电堆，以测量所述电堆的高频阻抗；判断所述高频阻抗是否大于膜干阈值；如果大于所述膜干阈值，则判定所述燃料电池处于膜干状态，否则，采集所述燃料电池的反应气体的
压力值，并在所述压力值大于水淹阈值时，判定所述燃料电池处于水淹状态，以在线监测所述燃料电池的当前状态。
[0009]本专利技术实施例的基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控方法，将阻抗作为膜干的指标，利用在线测量欧姆阻抗诊断膜干，并通过测量电堆运行时气体压力降来判断水淹情况，有效解决了定频阻抗检测对膜水淹状态诊断不准的问题，从而可以实现对膜干和水淹的精确诊断，且可以在线实时应用，简单易实现。
[0010]另外，根据本专利技术上述实施例的基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0011]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述燃料电池处于膜干状态时，还包括：确定膜干状态等级，以根据所述膜干状态等级确定膜运行参数调整值，其中，所述运行参数包括电堆工作温度、出口流量、电堆压力、进气湿度和电流密度；根据所述运行参数调整值调控所述参数中的一种或多种，以减缓膜干的程度。
[0012]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，当所述燃料电池处于水淹状态时，还包括：确定水淹状态等级，以根据所述水淹状态等级确定运行参数调整值，其中，所述运行参数包括电堆工作温度、出口流量、电堆压力、进气湿度和电流密度；根据所述运行参数调整值调控所述参数中的一种或多种，以减缓水淹的程度。
[0013]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：根据所述燃料电池处于水淹状态时的压力降变化规律设置所述水淹阈值。
[0014]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述反应气体可以包括氢气和空气。
[0015]为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控装置，包括：测量模块，用于通过DCDC周期性的施加固定高频交流电压激励给燃料电池的电堆，以测量所述电堆的高频阻抗；判断模块，用于判断所述高频阻抗是否大于膜干阈值；调控模块，用于在如果所述高频阻抗大于所述膜干阈值时，判定所述燃料电池处于膜干状态，否则，采集所述燃料电池的反应气体的压力值，并在所述压力值大于水淹阈值时，判定所述燃料电池处于水淹状态，以在线监测所述燃料电池的当前状态。
[0016]本专利技术实施例的基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控装置，将阻抗作为膜干的指标，利用在线测量欧姆阻抗诊断膜干，并通过测量电堆运行时气体压力降来判断水淹情况，有效解决了定频阻抗检测对膜水淹状态诊断不准的问题，从而可以实现对膜干和水淹的精确诊断，且可以在线实时应用，简单易实现。
[0017]另外，根据本专利技术上述实施例的基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控装置还可以具有以下附加的技术特征：
[0018]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，当所述燃料电池处于膜干状态时，所述调控模块进一步用于确定膜干状态等级，以根据所述膜干状态等级确定膜运行参数调整值，其中，所述运行参数包括电堆工作温度、出口流量、电堆压力、进气湿度和电流密度，根据所述膜运行参数调整值调控所述参数中的一种或多种，以减缓膜干的程度。
[0019]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，当所述燃料电池处于水淹状态时，所述调控模块进一步用于确定水淹状态等级，以根据所述水淹状态等级确定运行参数调整值，其中，所述运行参数包括电堆工作温度、出口流量、电堆压力、进气湿度和电流密度，根据所述参数调整值调控所述水淹参数中的一种或多种，以减缓水淹的程度。
[0020]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：设置模块，用于根据所述燃料电池处于水淹状态时的压力降变化规律设置所述水淹阈值。
[0021]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述反应气体可以包括氢气和空气。
[0022]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0023]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0024]图1为根据本专利技术一个实施例的燃料电池系统的结构示意图；
[0025]图2为根据本专利技术一个实施例的基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控方法的流程图；
[0026]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控方法，其特征在于，包括以下步骤：通过DCDC周期性的施加固定高频交流电压激励给燃料电池的电堆，以测量所述电堆的高频阻抗；判断所述高频阻抗是否大于膜干阈值；以及如果大于所述膜干阈值，则判定所述燃料电池处于膜干状态，否则，采集所述燃料电池的反应气体的压力值，并在所述压力值大于水淹阈值时，判定所述燃料电池处于水淹状态，以在线监测所述燃料电池的当前状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述燃料电池处于膜干状态时，还包括：确定膜干状态等级，以根据所述膜干状态等级确定膜运行参数调整值，其中，所述运行参数包括电堆工作温度、出口流量、电堆压力、进气湿度和电流密度；根据所述运行参数调整值调控所述参数中的一种或多种，以减缓膜干的程度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述燃料电池处于水淹状态时，还包括：确定水淹状态等级，以根据所述水淹状态等级确定膜运行参数调整值，其中，所述运行参数包括电堆工作温度、出口流量、电堆压力、进气湿度和电流密度；根据所述水淹参数调整值调控所述参数中的一种或多种，以减缓水淹的程度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据所述燃料电池处于水淹状态时的压力降变化规律设置所述水淹阈值。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的方法，其特征在于，所述反应气体包括氢气和空气。6.一种基于定频阻抗和气体压降的电堆水管理调控...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓明，洪吉超，赤骋，陈东方，胡松，王越，李跃华，李仁政，赵磊，唐伟，孙旭东，仝光耀，袁秋奇，
申请(专利权)人：北京格睿能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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