本发明专利技术涉及燃料电池领域。本发明专利技术涉及一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法，所述方法包括以下步骤：S1：在与燃料电池直接连接的电压转换器上施加扰动电流，使得借助所述扰动电流模拟车载电网中的电负载状态切换；S2：检测燃料电池的输出电压响应；S3：根据燃料电池的输出电压响应的不同区段确定与不同损耗机制相关的信息。本发明专利技术还涉及一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的设备和一种计算机程序产品。本发明专利技术旨在提供一种能够在车辆环境中易于实施、低成本且能够实现不同劣化机制分析的燃料电池健康诊断方案。不同劣化机制分析的燃料电池健康诊断方案。不同劣化机制分析的燃料电池健康诊断方案。
【技术实现步骤摘要】
在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法和设备
[0001]本专利技术涉及一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法、一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的设备和一种计算机程序产品。
技术介绍
[0002]燃料电池作为能够减少温室气体排放的清洁能源被广泛用于电动车辆领域。然而，寿命仍是燃料电池面临的主要瓶颈。开发诊断燃料电池健康状态(SOH)的方案具有重要意义。
[0003]在现有技术中，为了实现燃料电池的健康状态监测，最流行的诊断方法是极化曲线测量法和交流(AC)阻抗谱测量法。但是，这两种解决方案仍存在诸多不足，特别是，极化曲线只能反映燃料电池的整体性能优劣，并不能区分不同类型的损耗。中低频交流阻抗谱测量法虽已在实验室环境中用于燃料电池的劣化测量，但由于测量时间长且工作条件不稳定，因此并不适用于常规车辆应用。高频交流阻抗测量法能够分离欧姆电阻引起的损耗，然而当燃料电池在高负载下运行并且当传质损耗占主导时，这种方法提供的信息仍不够充分。
[0004]在这种背景下，期待提供一种能够在车辆环境中易于实施、低成本且能够实现不同劣化机制分析的燃料电池健康诊断方案。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法、一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的设备和一种计算机程序产品，以至少解决现有技术中的部分问题。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]S1：在与燃料电池直接连接的电压转换器上施加扰动电流，使得借助所述扰动电流模拟车载电网中的电负载状态切换；
[0008]S2：检测燃料电池的输出电压响应；以及
[0009]S3：根据燃料电池的输出电压响应的不同区段确定与不同损耗机制相关的信息。
[0010]本专利技术尤其包括以下技术构思：通过在车载电压转换器上施加特定形式的扰动电流，在车辆环境中为燃料电池模拟出从极化区到传质区的大跨度负载变化，将实验条件下才能实现的特定诊断方法迁移到车辆环境中，因此能够在无须拆卸燃料电池且无须加装复杂设备的情况下解析出关于燃料电池健康状态的更多有效信息。此外，这种健康诊断方法允许将燃料电池的不同损耗类型区分开，这对于探究燃料电池整体性能衰退的原因具有重要意义。
[0011]可选地，与燃料电池直接连接的电压转换器包括DC/DC转换器和DC/AC转换器。
[0012]由此，实现以下技术优点：由此能够使上述健康诊断方法应用于不同类型的车辆
电力拓扑结构，提高了所述方法适用性。
[0013]可选地，模拟车载电网中的电负载状态切换包括：模拟车载电网中的至少部分的、尤其所有的电负载的接入或移除。
[0014]由此，实现以下技术优点：燃料电池的输出电流和输出电压会根据以燃料电池为电源的车载电网中的负载状况而动态变化，在这种波动的电子负载条件下，由电池老化导致的诸多结构劣化可以更明显地通过电压变化趋势反映出来。通过记录这些对于车辆燃料电池模型而言易于测量的物理量，可以更直观地看出燃料电池的衰减信息，因此在整体上以较低成本实现了健康状态分析。
[0015]可选地，施加扰动电流包括：
[0016]将电压转换器上原本施加的恒定电流跳变增大到确定值、尤其在电压转换器上施加阶跃电流；或者，
[0017]将电压转换器上原本施加的恒定电流跳变减小到确定值、尤其中断。
[0018]由此，实现以下技术优点：不同于传统的交流阻抗谱法中在稳态工作点附近叠加小幅交流波纹信号，在本专利技术的方法中引入的扰动电流能够模拟出燃料电池的负载状态切换，这种电流切入或移除能够实现从极化区直至传质区的连续信息反馈，因此为燃料电池的健康诊断提供了更丰富信息。
[0019]可选地，所述方法还包括以下步骤：在施加扰动电流之前，停止燃料电池的阴极反应气体供给。
[0020]由此，实现以下技术优点：随着反应气体消耗，到达反应区的阴极反应物浓差变小，传输速率下降。由此，该阶段的传质损失会更明显。
[0021]可选地，所述步骤S3包括：
[0022]根据输出电压响应的第一时间段内的电压突变过程确定与第一损耗机制相关的信息；以及
[0023]根据输出电压响应的第二时间段内的电压缓慢变化过程确定与第二损耗机制和/或第三损耗机制相关的信息，所述第二时间段处于第一时间段之后。
[0024]由此，实现以下技术优点：燃料电池的实际输出电压可以用热力学预测电压减去各种过电压损耗来表示，这其中包括不同劣化机制导致的损耗。这些劣化机制由于所遵循的电学定律以及起主导作用的等效电路元件不同，因此能够通过燃料电池输出电压变化量的不同阶段表现出来。通过对电压响应的这种分段分析，实现了不同劣化机制的有效区分。
[0025]可选地，第一时间段包括从施加扰动电流开始直至扰动电流达到稳定的时间段，第二时间段包括从扰动电流达到稳定开始直至燃料电池的输出电压达到稳定的时间段。
[0026]由此，实现以下技术优点：由于燃料电池的等效电学模型中始终包含电阻分量和电容分量，因此，除了瞬时电压突变，电流脉冲或中断还会导致电池电压以极化方式提高或降低，这两个阶段的电压变化可以归因于不同电化学过程并因此能够反映不同损耗机制。
[0027]可选地，通过控制所施加的扰动电流的大小和/或通过停止燃料电池的阴极反应气体的供给来从所述电压缓慢变化过程分离出关于第二损耗机制或第三损耗机制的信息。
[0028]由此，实现以下技术优点：在不同电流密度下，占主导的损耗类型不同。此外，阴极断气放电条件可以减缓反应物传输速率，由此更明显地观察气体扩散能力的衰减。
[0029]可选地，第一损耗机制包括欧姆损耗，第二损耗机制包括活化损耗，第三损耗机制
包括传质损耗。
[0030]可选地，所述步骤S3包括：
[0031]将输出电压响应在确定区段中的波形与参考电压波形进行比较；以及
[0032]根据比较的结果确定如下信息：确定区段对应的损耗机制对燃料电池的影响程度。
[0033]由此，实现以下技术优点：基于波形的比较，可以将不同损耗机制对燃料电池的影响可视化，实现了燃料电池健康状态的可靠观测。
[0034]可选地，所述步骤S3包括：
[0035]基于输出电压响应在确定区段中的电压改变量和/或满足的函数关系求取燃料电池的等效电学模型中的确定参数的值；
[0036]将确定参数的值与参考取值范围进行比较；以及
[0037]根据比较的结果确定如下信息：确定区段对应的损耗机制对燃料电池的影响程度。
[0038]由此，实现以下技术优点：基于对电学模型参数的反向推算，能够将损耗机制的影响量化，从而借助数学模型定量描述燃料电池的健康状态。
[0039]可选地，所述方法还包括以下步骤：
[0040]将不同损耗机制对燃料电池的影响程度相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于在车辆环境中对燃料电池(20)进行健康诊断的方法，所述方法包括以下步骤：S1：在与燃料电池(20)直接连接的电压转换器(40)上施加扰动电流，使得借助所述扰动电流模拟车载电网中的电负载状态切换；S2：检测燃料电池(20)的输出电压响应；以及S3：根据燃料电池(20)的输出电压响应的不同区段(401，402)确定与不同损耗机制相关的信息。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电压转换器(40)包括DC/DC转换器和DC/AC转换器。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，模拟车载电网中的电负载状态切换包括：模拟车载电网中的至少部分的、尤其所有的电负载的接入或移除。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，施加扰动电流包括：使电压转换器(40)上原本施加的恒定电流跳变增大到确定值、尤其在电压转换器上施加阶跃电流；或者使电压转换器(40)上原本施加的恒定电流跳变减小到确定值、尤其中断。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：在施加扰动电流之前，停止燃料电池(20)的阴极反应气体供给。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述步骤S3包括：根据输出电压响应的第一时间段内的电压突变过程(401)确定与第一损耗机制相关的信息；以及根据输出电压响应的第二时间段内的电压缓慢变化过程(402)确定与第二损耗机制和/或第三损耗机制相关的信息，所述第二时间段处于第一时间段之后。7.根据权利要求6所述的方法，其中，第一时间段包括从施加扰动电流开始直至扰动电流达到稳定的时间段，第二时间段包括从扰动电流达到稳定开始直至燃料电池(20)的输出电压响应达到稳定的时间段。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，通过控制所施加的扰动电流的大小和/或通过停止燃料电池的阴极反应气体的供给来从所述电压缓慢变化过程(402)分离出关于第二损耗机制或第三损耗机制的信息。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述步骤S3包括：将输出电...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳绪丹，常亚飞，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：
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