一种车载燃料电池在线诊断方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种车载燃料电池在线诊断方法和系统，诊断方法包括：遍历燃料电池电堆中所有单电池两端的单体直流电压；定位电压最低的单电池进行标记；判断标记单电池的电压值是否低于预设的电压报警值，若是，则判断燃料电池运行异常；向燃料电池叠加高频激励信号和低频激励信号；采集标记单电池在高频激励和低频激励下的电压信号和电流信号；计算高频阻抗模、低频阻抗模和响应电压的总谐波失真；将计算结果输出至神经网络模型中，输出得到车载燃料电池的失效模式。与现有技术相比，本发明专利技术实现了对燃料电池进行单电池级别的测量和巡检，通过多参数采集，配合神经网络模型可以精确获得车载燃料电池的失效模式，具有良好的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种车载燃料电池在线诊断方法和系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池检测领域，尤其是涉及一种车载燃料电池在线诊断方法和系统。

技术介绍

[0002]作为燃料电池汽车的动力源，车用燃料电池系统由于其结构复杂、工作环境恶劣和运行条件经常发生变化等原因在实际应用中难免出现各种故障，一旦故障出现若未能及时检测并采取相应处理措施，轻则导致系统无法正常或高效工作，重则导致电堆发生不可恢复性永久损坏或重大氢、电等安全事故。因此，车载燃料电池在线诊断非常重要。
[0003]现有的车载燃料电池在线检测方式通常是对电池电堆的整体进行高频阻抗测试，但是，这种诊断只能大致地判断电堆是否异常，无法进行精确分析，往往不能反映燃料电池真实的状态。例如，整堆的阻抗正常，但是某节单电池出现失效的情况无法在传统方式中进行检测。同时，现有的方式无法判断电堆到底是哪种失效状态，因此很多时候无法给出合适的控制测量来使电堆恢复健康。例如，燃料电池水淹和膜干都会体现电压的下降，但如果无法区分到底是哪种失效模式，错误地采取应对措施，可能会使得电堆状态继续恶化。

技术实现思路

[0004]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车载燃料电池在线诊断方法和系统。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种车载燃料电池在线诊断方法，包括：
[0007]初始化步骤：
[0008]A1、遍历燃料电池电堆中所有单电池两端的单体直流电压；
[0009]A2、定位电压最低的单电池，标记为CH_Low；
[0010]A3、判断CH_Low所测得的电压值是否低于预设的电压报警值，若是，则判断燃料电池运行异常，执行在线诊断步骤；若否，则重新执行初始化步骤；
[0011]在线诊断步骤：
[0012]B1、向燃料电池叠加一个或多个高频的正弦波的激励信号，以及一个或多个低频的正弦波的激励信号；
[0013]B2、采集CH_Low单电池在高频激励和低频激励下的电压信号和电流信号；
[0014]B3、根据高频激励和低频激励下的电压信号和电流信号分别计算高频阻抗模和低频阻抗模；
[0015]B4、根据高频激励和低频激励下的电压信号计算响应电压的总谐波失真；
[0016]诊断输出步骤：将在线诊断步骤得到的高频阻抗模、低频阻抗模和总谐波失真输出至训练好的神经网络模型中，输出得到车载燃料电池的失效模式。
[0017]在另一优选的实例中，执行在线诊断步骤之前还需要执行稳态判断步骤，包括：计
算当前时刻下CH_Low单电池的电压与当前时刻之前的多个时刻下的平均电压的差值，判断差值是否小于设定的阈值，若是，则执行在线诊断步骤；若否，则重新执行稳态判断步骤。
[0018]在另一优选的实例中，执行诊断输出步骤之前还需要执行结果校验步骤，包括：停止对燃料电池的所有激励，计算当前时刻下CH_Low单电池的电压，与当前时刻之前的多个时刻下的平均电压的差值，判断差值是否小于设定的阈值，若是，则执行诊断输出步骤；若否，则重新执行稳态判断步骤和在线诊断步骤。
[0019]在另一优选的实例中，在线诊断步骤中步骤B3包括：
[0020]B31、将高频激励下的电压和电流在时域内的数据变换为频域内的数据，同时将低频激励下的电压和电流在时域内的数据变换为频域内的数据，从而根据数据转换结果得到高频激励下的信号幅值与相位角，以及低频激励下的信号幅值与相位角；
[0021]B32、根据高频激励下的电压信号与电流信号的幅值之比得到高频阻抗模，并且根据电压信号的相位角与电流信号的相位角之差，得到阻抗的相位角；根据低频激励下的电压信号与电流信号的幅值之比得到低频模阻抗模，并且根据电压信号的相位角与电流信号的相位角之差，得到高频阻抗模的相位角。
[0022]在另一优选的实例中，诊断输出步骤中，车载燃料电池的失效模式包括毒化、水淹、欠气和膜干。
[0023]在另一优选的实例中，在线诊断步骤中，高频的正弦波的激励信号的频率范围为500～2500Hz，低频的正弦波的激励信号的频率范围为0.1～100Hz。
[0024]在另一优选的实例中，在线诊断步骤中，响应电压的总谐波失真使用前n次的谐波进行计算，n的取值范围为2～10。
[0025]一种车载燃料电池在线诊断系统，用于如上任一所述的车载燃料电池在线诊断方法，在线诊断系统包括：
[0026]激励模块，用于对燃料电池叠加激励信号；
[0027]电流传感器，用于采集燃料电池输出干路上的电流值，与燃料电池巡检模块相连接；
[0028]燃料电池巡检模块，用于对燃料电池的电压和电流进行同步采集，并且进行阻抗模和响应电压的总谐波失真值的计算；
[0029]燃料电池系统控制器，用于控制燃料电池的各项运行，内置训练好的神经网络模型，输出车载燃料电池的失效模式。
[0030]在另一优选的实例中，所述燃料电池巡检模块包括依次连接的单体电压滤波器、选通电路、模拟信号处理器、模数转换器和微控制单元，还包括温度测量芯片，以及连接电流传感器的电流测量芯片。
[0031]在另一优选的实例中，所述激励模块为DC/DC电压变换器。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0033]1、本专利技术实现了对燃料电池进行单电池级别的测量和巡检，通过对高频阻抗模、低频阻抗模和总谐波失真的多参数采集，配合神经网络模型可以精确获得车载燃料电池的失效模式，具有良好的应用前景。
[0034]2、本专利技术在执行在线诊断步骤之前设计了稳态判断步骤，确保在诊断过程中，被标记的单电池处于稳态，保证了诊断过程和结果的可靠性和准确性。并且，在执行在线诊断
步骤之后还可以具有结果校验步骤，保障被标记的单电池始终处于稳态，得到可靠的诊断数据。
附图说明
[0035]图1为本专利技术系统的结构示意图。
[0036]图2为本专利技术诊断方法的流程示意图。
[0037]附图标记：1、激励模块，2、电流传感器，3、燃料电池巡检模块，31、单体电压滤波器，32、选通电路，33、模拟信号处理器，34、模数转换器，35、微控制单元，36、电流测量芯片，37、温度测量芯片，4、燃料电池系统控制器，5、燃料电池电堆。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0039]如图1所示，本实施例提供了一种车载燃料电池在线诊断系统，包括激励模块1、电流传感器2、燃料电池巡检模块3和燃料电池系统控制器4。激励模块1用于对燃料电池电堆5叠加激励信号，连接燃料电池系统控制器4。电流传感器2用于采集燃料电池电堆5输出干路上的电流值，连接燃料电池巡检模块3。
[0040]燃料电池巡检模块3包括单体电压滤波器3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载燃料电池在线诊断方法，其特征在于，包括：初始化步骤：A1、遍历燃料电池电堆中所有单电池两端的单体直流电压；A2、定位电压最低的单电池，标记为CH_Low；A3、判断CH_Low所测得的电压值是否低于预设的电压报警值，若是，则判断燃料电池运行异常，执行在线诊断步骤；若否，则重新执行初始化步骤；在线诊断步骤：B1、向燃料电池叠加一个或多个高频的正弦波的激励信号，以及一个或多个低频的正弦波的激励信号；B2、采集CH_Low单电池在高频激励和低频激励下的电压信号和电流信号；B3、根据高频激励和低频激励下的电压信号和电流信号分别计算高频阻抗模和低频阻抗模；B4、根据高频激励和低频激励下的电压信号计算响应电压的总谐波失真；诊断输出步骤：将在线诊断步骤得到的高频阻抗模、低频阻抗模和总谐波失真输出至训练好的神经网络模型中，输出得到车载燃料电池的失效模式。2.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池在线诊断方法，其特征在于，执行在线诊断步骤之前还需要执行稳态判断步骤，包括：计算当前时刻下CH_Low单电池的电压与当前时刻之前的多个时刻下的平均电压的差值，判断差值是否小于设定的阈值，若是，则执行在线诊断步骤；若否，则重新执行稳态判断步骤。3.根据权利要求2所述的一种车载燃料电池在线诊断方法，其特征在于，执行诊断输出步骤之前还需要执行结果校验步骤，包括：停止对燃料电池的所有激励，计算当前时刻下CH_Low单电池的电压，与当前时刻之前的多个时刻下的平均电压的差值，判断差值是否小于设定的阈值，若是，则执行诊断输出步骤；若否，则重新执行稳态判断步骤和在线诊断步骤。4.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池在线诊断方法，其特征在于，在线诊断步骤中步骤B3包括：B31、将高频激励下的电压和电流在时域内的数据变换为频域内的数据，同时将低频激励下的电压和电流在时域内的数据变换为频域内的数据，从而根据数据转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵恒，张宇洲，唐厚闻，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：