【技术实现步骤摘要】
本申请涉及燃料电池，特别涉及一种燃料电池水淹健康状态监控方法、装置及燃料电池系统。
技术介绍
1、随着近年来全球能源危机与环境污染不断加剧，质子交换膜燃料电池(pemfc，proton exchange membrane fuel cell)正在得到越来越多的关注与研究。其中，氢燃料电池电堆的原理如图1所示，研究表明，除了pemfc电堆自身之外，燃料电池温水管理系统的失效是导致电堆故障的主要原因，因此pemfc水热管理子系统的相关研究是燃料系统研究中的重点与难点。
2、相关技术中，通常采用压降法(pd，pressure drop)和电化学阻抗谱(eis，electrochemical impedance spectroscopy)来诊断燃料电池内部水管理故障，其中，压降法采用pemfc电堆气体流道中的压降变化来判断流道内是否存在多余的液态水，而电化学阻抗谱中包含了大量的电堆内部信息，通过定性或定量分析达到故障诊断的目的。
3、然而，基于压降法的故障诊断方法需要同时测得进出口两端气压状态，且气压测量值往往包含较大噪声，进而导致诊断的精确度较低。又由于电化学阻抗谱技术需要消耗大量检测时间，尽管现阶段电化学阻抗谱测试时间已从原先数小时缩短至数十秒，但仍然不适用于燃料电池的实时在线测试与性能监测，亟待改进。
技术实现思路
1、本申请提供一种燃料电池水淹健康状态监控方法、装置及燃料电池系统，以解决基于压降法诊断燃料电池水淹故障精确度较低和基于电化学阻抗谱检测诊断燃料电
2、本申请第一方面实施例提供一种燃料电池水淹健康状态监控方法，包括以下步骤：
3、获取燃料电池的电堆状态参数；
4、根据所述电堆状态参数得到质子交换膜扩散水流量和电堆预估水饱和度，并根据所述质子交换膜扩散水流量和所述电堆预估水饱和度计算当前气体扩散层的水含量，并判断所述当前气体扩散层的水含量是否大于预设阈值；以及
5、若所述当前气体扩散层的水含量大于所述预设阈值，则判定所述燃料电池的电堆处于水淹状态。
6、结合第一方面，在某些可能的实现方式中，所述电堆状态参数包括当前电堆电压、当前电堆电流、当前电堆阳极进出口压差、当前电堆阴极进出口压差、当前电堆阳极进口温度、当前电堆阳极出口温度、当前电堆阴极进口温度和当前电堆阴极出口温度中的至少一个。
7、结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述根据所述电堆状态参数得到质子交换膜扩散水流量和电堆预估水饱和度，包括：
8、将所述当前电堆阴极进口温度和所述当前电堆阴极出口温度输入至预设的燃料电池电堆温度估计模型得到阴极水活度、阳极水活度和水扩散方向因子，并根据所述阴极水活度、所述阳极水活度和所述水扩散方向因子得到浓度扩散水流量；
9、根据所述当前电堆电流得到电扩散水流量，并基于预设的质子交换膜水流量模型，根据所述浓度扩散水流量和所述电扩散水流量得到所述质子交换膜扩散水流量；
10、将所述当前电堆阴极进口温度、所述当前电堆阴极出口温度、所述当前电堆阳极进出口压差、和所述当前电堆阴极进出口压差输入至预先训练的神经网络模型，得到所述电堆预估水饱和度。
11、结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，在获取所述燃料电池的电堆状态参数之后，还包括：
12、判断所述当前电堆阳极进出口压差是否大于第一预设阈值、所述当前电堆阴极进出口压差是否大于第二预设阈值、所述当前电堆电压与上一时刻电堆电压差值是否小于第三预设阈值；
13、若所述当前电堆阳极进出口压差大于所述第一预设阈值、且所述当前电堆阴极进出口压差大于所述第二预设阈值、且所述差值小于所述第三预设阈值，则判定所述燃料电池的电堆处于所述水淹状态。
14、结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，在判定所述燃料电池的电堆处于所述水淹状态之后，还包括：
15、将燃料电池系统中空气压缩设备的转速调节至第一预设转速，并获取所述燃料电池的电堆处于所述水淹状态的持续时长；
16、若所述持续时长大于第一预设时长，且所述持续时长小于或等于第二预设时长，则将所述空气压缩设备的转速调节至所述第二预设转速，且将所述燃料电池系统中冷却风扇转速降低至第三预设转速，且将电子节温器水路循环流量减小至第一预设流量，其中，所述第二预设转速大于所述第一预设转速；以及
17、在所述持续时长大于所述第二预设时长时，将所述空气压缩设备的转速调节至第四预设转速，且将所述燃料电池系统中氢气流量阀的开度降低至第一预设开度，且将排气背压阀开度增大至第二预设开度。
18、结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，在获取所述燃料电池的电堆处于所述水淹状态的持续时长之后，还包括：
19、在所述持续时长小于或等于所述第一预设时长时，若所述电堆不处于所述水淹状态，则重新执行获取燃料电池的电堆状态参数的步骤。
20、结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，在判定所述持续时长大于所述第一预设时长，且所述持续时长小于或等于所述第二预设时长之后，还包括：
21、若所述电堆不处于所述水淹状态，则重新执行获取燃料电池的电堆状态参数的步骤。
22、结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，在判定所述持续时长大于所述第二预设时长之后，还包括：
23、若所述电堆不处于所述水淹状态，则重新执行获取燃料电池的电堆状态参数的步骤，否则，控制所述燃料电池系统停机。
24、根据本申请实施例提供的燃料电池水淹健康状态监控方法，根据电堆状态参数得到质子交换膜扩散水流量和电堆预估水饱和度，并计算当前气体扩散层的水含量，判断若当前气体扩散层的水含量大于预设阈值，则判定燃料电池的电堆处于水淹状态。由此，解决了基于压降法诊断燃料电池水淹故障精确度较低和基于电化学阻抗谱检测诊断燃料电池水淹故障时间长等问题，通过计算燃料电池电堆操作环境下对应的气体扩散层的水含量判断电堆是否处于水淹状态，并根据水淹等级匹配水淹恢复策略对燃料电池系统进行控制，从而避免了燃料电池内部产生水淹故障，提升了系统的可靠性。
25、本申请第二方面实施例提供一种燃料电池水淹健康状态监控装置，包括：
26、获取模块，用于获取燃料电池的电堆状态参数；
27、计算模块，用于根据所述电堆状态参数得到质子交换膜扩散水流量和电堆预估水饱和度，并根据所述质子交换膜扩散水流量和所述电堆预估水饱和度计算当前气体扩散层的水含量，并判断所述当前气体扩散层的水含量是否大于预设阈值；以及
28、监控模块，若所述当前气体扩散层的水含量大于所述预设阈值，则判定所述燃料电池的电堆处于水淹状态。
29、结合第二方面，在某些可能的实现方式中，所述电堆状态参数包括当前电堆电压、当前电堆电流、当前电堆阳极进出口压差、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，所述电堆状态参数包括当前电堆电压、当前电堆电流、当前电堆阳极进出口压差、当前电堆阴极进出口压差、当前电堆阳极进口温度、当前电堆阳极出口温度、当前电堆阴极进口温度和当前电堆阴极出口温度中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，所述根据所述电堆状态参数得到质子交换膜扩散水流量和电堆预估水饱和度，包括：
4.根据权利要求2所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，在获取所述燃料电池的电堆状态参数之后，还包括：
5.根据权利要求1或4所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，在判定所述燃料电池的电堆处于所述水淹状态之后，还包括：
6.根据权利要求5所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，在获取所述燃料电池的电堆处于所述水淹状态的持续时长之后，还包括：
7.根据权利要求5所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，在判定所述持
8.根据权利要求5所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，在判定所述持续时长大于所述第二预设时长之后，还包括：
9.一种燃料电池水淹健康状态监控装置，其特征在于，包括：
10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-8任一项所述的燃料电池水淹健康状态监控方法。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，所述电堆状态参数包括当前电堆电压、当前电堆电流、当前电堆阳极进出口压差、当前电堆阴极进出口压差、当前电堆阳极进口温度、当前电堆阳极出口温度、当前电堆阴极进口温度和当前电堆阴极出口温度中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，所述根据所述电堆状态参数得到质子交换膜扩散水流量和电堆预估水饱和度，包括：
4.根据权利要求2所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，在获取所述燃料电池的电堆状态参数之后，还包括：
5.根据权利要求1或4所述的燃料电池水淹健康状态监控方法，其特征在于，在判定所述燃料电池的电堆处于所述水淹状态之...
【专利技术属性】
技术研发人员：张栓录，刘帅锋，朱天龙，张艳超，
申请(专利权)人：北京卡文新能源汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：
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