一种燃料电池单节电压低故障的在线判断方法技术

本发明专利技术提供了一种燃料电池单节电压低故障的在线判断方法，包含以下步骤：采集燃料电池系统包含在线阻抗、温度、湿度、压力、流量、工作电流、单节电压信号；将上述信号发送至燃料电池控制器进行单节电压故障原因逻辑判断；所述的逻辑判断包含计算空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、单节电压偏差率；根据空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、在线阻抗、单节电压偏差的数值判断单节电压低故障原因。根据现有燃料电池系统的传感器信号，快速有效判断单节电压低故障的原因。速有效判断单节电压低故障的原因。速有效判断单节电压低故障的原因。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池单节电压低故障的在线判断方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池单节电压低故障的在线判断方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种通过氢气和氧气发生电化学反应而产生电能的能源转换装置，其反应产物只有水，实现真正意义上的无污染、零排放要求。
[0003]为满足实际使用场景的功率需求，燃料电池堆通常会将几十节甚至几百节单体电池进行串联，但受燃料电池堆设计、制造和使用中的多种因素影响，燃料电池堆易出现单节电压低于阈值的故障，导致其输出功率受限，若缺少有效控制甚至会出现反极损坏的问题。
[0004]燃料电池堆实际使用出现单节电压低故障，可能有以下几种原因：(1)气体供应的响应慢，尤其是加载工况，出现气体供应低于消耗，导致内部发生欠气，发生单节电压低故障；(2)水热管理不合理，温湿度调节问题导致增湿不足或水淹，发生单节电压低故障；(3)启停或怠速工况的控制策略不当，发生高电位腐蚀，加速碳的腐蚀，性能出现不可逆衰减。目前缺少有效方法可以实现单节电压低故障原因的在线判断。
[0005]现有燃料电池系统以燃料电池堆为主要部件，系统中的其他部件为燃料电池堆提供所需的操作条件(温度、湿度、压力和流量等)。为保证操作条件符合燃料电池堆的工作需求，燃料电池系统会采用温度、湿度、压力、流量等传感器进行操作条件的监测；同时为实时监测燃料电池堆的工作状态是否正常，利用在线阻抗模块检测燃料电池堆的内阻，利用电池巡检模块检测燃料电池堆中每节电池的电压变化。
[0006]实际运行过程中，当检测到燃料电池堆中的单节电池电压低于设定值，燃料电池系统会报单节电压低故障，但无法判断单节电压低的故障原因，导致燃料电池系统对该故障的控制手段针对性不强，常通过提升氢气/空气过量系数，增加尾排频率，或是直接限功率运行，短期可能会有单体电压提升，这会燃料电池堆内部尤其是质子交换膜的含水量快速波动，加速燃料电池性能衰减。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种燃料电池单节电压低故障的在线判断方法，根据现有燃料电池系统的传感器信号进行逻辑运算，形成以空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、在线阻抗值、单节电压偏差率为核心指标的故障分析体系，可有效判断单节电压低故障的原因，有利于燃料电池系统开展针对性调节控制，提升控制效率，避免控制方法不当或控制周期过长导致性能的加速衰减，保证燃料电池的耐久性。
[0008]本专利技术提供了一种燃料电池单节电压低故障的在线判断方法，包含以下步骤：
[0009]采集燃料电池系统包含在线阻抗、温度、湿度、压力、流量、工作电流、单节电压信号；
[0010]将上述信号发送至燃料电池控制器进行单节电压故障原因逻辑判断；
[0011]所述的逻辑判断包含计算空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、单节电压偏差率；
[0012]根据空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、在线阻抗、单节电压偏差的数值判断单节电压低故障原因。
[0013]进一步地，所述在线阻抗信号由燃料电池系统的在线阻抗模块测得；
[0014]所述温度、湿度、压力、流量信号，由燃料电池系统的相应传感器采集；
[0015]所述工作电流信号，通过电流传感器采集；
[0016]所述单节电压信号，通过燃料电池巡检模块采集。
[0017]进一步地，所述温度包含冷却液进出口温度、空气进口温度、氢气进口温度；
[0018]所述湿度包含燃料电池系统的空气进口湿度、氢气进口湿度；
[0019]所述压力包含燃料电池系统的空气进出口的压力、氢气进出口的压力；
[0020]所述流量包含燃料电池系统的空气流量、氢气流量。
[0021]进一步地，根据冷却液进出口温度、空气进口温度、空气进口湿度，计算空气相对湿度。
[0022]进一步地，，根据冷却液进出口温度、氢气进口温度、氢气进口湿度，计算氢气相对湿度值。
[0023]进一步地，根据空气进出口的压力、空气流量，计算电池堆的空气腔压降偏差率。
[0024]进一步地，根据氢气进出口的压力、氢气流量，计算电池堆的氢气腔压降偏差率。
[0025]进一步地，根据单节电压低故障时的单节电压信号，计算最低单节电压的偏差率。具体地，将上述空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、在线阻抗、单节电压偏差六个指标按照数值大小划分为多个阈值区间，不同阈值区间对应至少一个单节电压低故障原因。
[0026]进一步地，阈值区间可以是第一至第三的三个区间，根据不同区间判断单节电压低故障原因，故障原因至少分为空气腔欠气、空气腔水淹、性能不可逆衰减、氢气腔欠气、氢气腔水淹等五类。
[0027]空气腔压降偏差率处于第一区间判定为空气腔欠气故障，空气腔压降偏差率处于第三区间暂定为空气腔水淹故障；氢气腔压降偏差率处于第一区间判定为氢气腔欠气故障，氢气腔压降偏差率处于第三区间暂定为氢气腔水淹故障；其他情况判定为性能不可逆衰减故障。
[0028]当空气相对湿度、在线阻抗值均处于第一区间，故障原因最后判定为性能不可逆衰减故障，其他情况最后判定为空气腔水淹故障；暂定为氢气腔水淹故障的，当氢气相对湿度、在线阻抗值均处于第一区间，故障原因最后判定为性能不可逆衰减故障，其他情况最后判定为氢气腔水淹故障；
[0029]单节电压偏差率处于第一区间为轻微故障，单节电压偏差率处于第二区间为严重故障，单节电压偏差率处于第三区间为非常严重故障。
[0030]本专利技术具有以下有益效果：
[0031]根据现有燃料电池系统的传感器信号，建立以空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、在线阻抗值、单节电压偏差率为主的单节电压低故障分析体系，可快速有效判断单节电压低故障的原因。
附图说明
[0032]图1为本专利技术燃料电池单节电压低故障排查示意图；
[0033]图2为本专利技术工作电流—空气腔压降标准曲线；
[0034]图3为本专利技术工作电流—氢气腔压降标准曲线；
[0035]图4为本专利技术燃料电池单节电压低典型状态故障原因判断逻辑流程图。
具体实施方式
[0036]以下结合附图和具体实施方式对本专利技术提出的一种燃料电池单节电压低故障的在线判断方法作进一步详细说明。
[0037]本专利技术包含以下步骤：采集燃料电池系统的各类信号，具体包含在线阻抗、温度、湿度、压力、流量、工作电流、单节电压等信号；
[0038]将上述信号发送至燃料电池控制器进行单节电压故障原因逻辑判断；
[0039]所述的逻辑判断包含计算空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、单节电压偏差率；
[0040]根据空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、在线阻抗、单节电压偏差率的数值判断单节电压低故障原因。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池单节电压低故障的在线判断方法，其特征在于，包含以下步骤：采集燃料电池系统包含在线阻抗、温度、湿度、压力、流量、工作电流、单节电压信号；将上述信号发送至燃料电池控制器进行单节电压低故障原因逻辑判断；所述的逻辑判断包含计算空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、单节电压偏差率；根据空气相对湿度、氢气相对湿度、空气腔压降偏差率、氢气腔压降偏差率、在线阻抗、单节电压偏差的数值判断单节电压低故障原因。2.如权利要求1所述的燃料电池单节电压低故障的在线判断方法，其特征在于，所述在线阻抗信号由燃料电池系统的在线阻抗模块测得；所述温度、湿度、压力、流量信号，由燃电池系料统的相应传感器采集；所述工作电流信号，通过电流传感器采集；所述单节电压信号，通过燃料电池巡检模块采集。3.如权利要求1所述的燃料电池单节电压低故障的在线判断方法，其特征在于，所述温度包含燃料电池系统的冷却液进出口温度、空气进口温度、氢气进口温度；所述湿度包含燃料电池系统的空气进口湿度、氢气进口湿度；所述压力包含燃料电池系统的空气进出口的压力、氢气进出口的压力；所述流量包燃料电池系统的含空气流量、氢气流量。4.如权利要求3所述的燃料电池单节电压低故障的在线判断方法，其特征在于，根据冷却液...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋永伟，李伟，祖文强，王燊，姜远坤，
申请(专利权)人：航天氢能上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：