用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法技术

本发明专利技术涉及一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，包括以下步骤：步骤1：获得燃料电池电化学阻抗频谱数据；步骤2：在频谱数据中找到五个特征点；步骤3：将第一特征点的值用于等效电路的单独电阻的初始值；步骤4：将第二特征点和第三特征点的值用于等效电路中并联结电阻的初值值选定；步骤5：将第四特征点和第五特征点的值用于等效电路中并联结固定相位器件的时间常数或电容的初值值选定；步骤6：利用初始值，开始拟合迭代，直到拟合结果误差小于允许的阈值。本发明专利技术能较好的根据燃料电池电化学阻抗频谱曲线的特性，给出接近最优值的初始值，从而使得拟合的结果接近全局最优。近全局最优。近全局最优。

【技术实现步骤摘要】
用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法


[0001]本专利技术属于燃料电池、电化学阻抗频谱处理领域，涉及一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，尤其涉及一种利用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定等效电路拟合初始值的方法。

技术介绍

[0002]电化学阻抗检测是燃料电池的一种重要的检测方式，可用于线下或者实时在线检测，其检测结果是燃料电池运行在当前直流输出工作点的非线性电化学阻抗频谱，而该检测到的阻抗频谱则包含了当前燃料电池的状态信息，可以用于燃料电池故障诊断或寿命预测等。
[0003]将电化学阻抗频谱应用到燃料电池中的一个关键步骤是从获得的电化学阻抗频谱中获取燃料电池的状态信息。目前，这一步骤的主要方法是利用神经网络或模糊控制等的数据驱动的方法和拟合等效电路的方式。利用数据驱动的方式对燃料电池内部特性知识的要求较少，但是需要大量的数据并且无法提供较好的对燃料电池状态机理的认知。而等效电路的方法，通过选择合理的等效电路模型，并且将等效电路中的原件参数与燃料电池的状态相对应，从而在应用时可以从当前拟合的等效电路的原件参数变化中，判断燃料电池的状态变化。获得等效电路参数的关键，就是将获得的燃料电池电化学阻抗频谱与选择的等效电路模型进行拟合。
[0004]在现有的技术中，将燃料电池电化学阻抗频谱拟合等效电路的方法中，需要拟合一个非线性的等效电路，而拟合的过程是个非线性的优化过程，即使得最后获得的等效电路参数与阻抗频谱数据优化到误差最小，这个过程的准确性取决于初始值的选择。由于燃料电池阻抗频谱的特性，选取的等效电路模型也会包含特殊的非线性器件，因此在拟合的时候，优化过程是一个对非凸函数的优化，需要得到数据与等效电路器件参数误差最小的情况。在优化问题中可知，非凸函数的优化会有多个局部最小值，而参数初始值的选定决定了优化迭代的初始位置。目前，针对燃料电池阻抗频谱拟合等效电路模型，并没有提出对初始值选定的方案，因此，随意的选定等效电路器件参数初始值可能导致优化掉入局部最小值，使得获得的数据没有参考性和对比性。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：获得燃料电池电化学阻抗频谱数据；
[0009]步骤2：在频谱数据中找到五个特征点；
[0010]步骤3：将第一特征点的值用于等效电路的单独电阻的初始值；
[0011]步骤4：将第二特征点和第三特征点的值用于等效电路中并联结电阻的初值选定；
[0012]步骤5：将第四特征点和第五特征点的值用于等效电路中并联结固定相位器件的时间常数或电容的初值选定；
[0013]步骤6：利用初始值，开始拟合迭代。
[0014]优选地，所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，所述步骤1中的燃料电池电化学阻抗频谱数据为燃料电池电化学阻抗频谱曲线。
[0015]优选地，所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，所述步骤3中的单独电阻R
m
通过阻抗频谱曲线左侧的过零点确定其初值。
[0016]优选地，所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，所述步骤4中的并联结电阻的初值选定通过半椭圆或半圆形状的宽度分别确定。
[0017]优选地，所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，所述半椭圆或半圆形状通过由一个电阻和一个固定相位器件或一个电阻和一个电容并联组成的一个并联结构进行拟合，
[0018]其中，固定相位器件Z
CPE
的公式如下
[0019][0020]其中，Z
CPE
是固定相位器件，T
CPE
为其时间常数，j为单位复数，ω为角频率，α为相位角度指数；
[0021]而当α选取为1时，Z
CPE
为一个电容的阻抗。
[0022]优选地，所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，其特征在于：所述固定相位的时间常数或电容值的初始值可以通过两个半椭圆或半圆的高度选定；
[0023]固定相位器的时间常数或电容值的公式如下：
[0024][0025]其中，C或T
CPE
是一个并联结构中的容值或固定相位器件时间常数，ω
m
为椭圆或半圆的最高点的角频率，im为半椭圆或半圆的高度。
[0026]优选地，所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，在等效电路中，增加Warburg器件到并联结构，其中，Warburg器件的表达式为：
[0027][0028]其中，Z
W
为Warburg器件，R为Warburg电阻，T
W
为时间常数，β为相位常数。
[0029]借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：
[0030]本专利技术能较好的根据燃料电池电化学阻抗频谱曲线的特性，给出接近最优值的初始值，从而使得拟合的结果接近全局最优。而且，拟合不同阻抗频谱时，使用本专利技术提出的方案，也能确保结果有可比性。同时可以加快之后的迭代拟合流程。
[0031]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，
并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0033]图1是本专利技术的燃料电池电化学阻抗频谱曲线图；
[0034]图2是本专利技术的燃料电池电化学阻抗频谱等效电路图；
[0035]图3是图2的转换后的等效电路图；
[0036]图4是本专利技术的用于判定拟合初始值的阻抗频谱特征点的曲线图；
[0037]图5是本专利技术的拟合等效电路的流程图；
[0038]图6是本专利技术的增加另一器件后的等效电路图。
具体实施方式
[0039]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0040]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获得燃料电池电化学阻抗频谱数据；步骤2：在频谱数据中找到五个特征点；步骤3：将第一特征点的值用于等效电路的单独电阻的初始值；步骤4：将第二特征点和第三特征点的值用于等效电路中并联结电阻的初值选定；步骤5：将第四特征点和第五特征点的值用于等效电路中并联结固定相位器件的时间常数或电容的初值选定；步骤6：利用初始值，开始拟合迭代。2.根据权利要求1所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，其特征在于：所述步骤1中的燃料电池电化学阻抗频谱数据为燃料电池电化学阻抗频谱曲线。3.根据权利要求1所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，其特征在于：所述步骤3中的单独电阻R
m
通过阻抗频谱曲线左侧的过零点确定其初值。4.根据权利要求1所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，其特征在于：所述步骤4中的并联结电阻的初值选定通过半椭圆或半圆形状的宽度分别确定。5.根据权利要求4所述的一种用燃料电池电化学阻抗频谱曲线特征点选定初始值的方法，其特征在于：所述半椭圆或半圆形状通过由一个电阻和一个固定相位器...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈佳斌，董震，周洪雷，董清华，
申请(专利权)人：苏州溯驭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：