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燃料电池短路的诊断方法、系统、设备及可读存储介质

更新时间:2024-07-01
燃料电池短路的诊断方法、系统、设备及可读存储介质 专利申请类型:发明专利;
地区:广东-广州;
源自:广州高价值专利检索信息库;

专利名称:燃料电池短路的诊断方法、系统、设备及可读存储介质

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202110178845.X

专利申请(专利权)人:广州汽车集团股份有限公司
权利人地址:广东省广州市越秀区东风中路448--458号成悦大厦23楼

专利发明(设计)人:袁述,余俊良,郭温文,周飞鲲,周梦婷,钱秀洋

专利摘要:本发明公开了一种燃料电池短路的诊断方法,包括:连续采集燃料电池的最低单体电压信号;根据最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率;判断单体电压周期内变化速率是否大于预先标定的最低单体电压的最大变化速率,判断为是时,则燃料电池电堆短路,并判断短路类型,判断为否时,则重新根据最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率。本发明还公开了一种燃料电池短路的诊断系统、计算机设备及计算机可读存储介质。采用本发明,能利用燃料电池系统内已有的零部件,实时判断燃料电池是否发生短路。

主权利要求:
1.一种燃料电池短路的诊断方法,其特征在于,包括:
连续采集燃料电池的最低单体电压信号;
根据所述最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率;
判断所述时间周期内单体电压变化速率是否大于预先标定的最低单体电压的最大变化速率,判断为是时,则燃料电池电堆短路,并判断短路类型,判断为否时,则重新根据所述最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率;
其中,所述判断短路类型的步骤包括:
连续采集燃料电池的DC‑DC输入电压信号;根据所述DC‑DC输入电压信号计算电堆平均单体电压信号;
将所述电堆平均单体电压信号与预先标定的最低平均电压进行比对,判断所述电堆平均单体电压信号是否大于最低平均电压,所述电堆平均单体电压信号为所述DC‑DC输入电压信号与所述燃料电池电堆的总电池片数之商,判断为是时,则燃料电池电堆内部短路,判断为否时,则燃料电池电堆外部短路;其中,所述最低单体电压的最大变化速率及最低平均电压的标定步骤包括:对燃料电池系统进行电堆外部短路试验,并根据试验结果计算外部最低单体电压的最大变化速率及外部最低平均电压;
对燃料电池系统进行电堆内部短路试验,并根据试验结果计算内部最低单体电压的最大变化速率及内部最低平均电压;
将所述外部最低单体电压的最大变化速率及内部最低单体电压的最大变化速率中的较大值标定为最低单体电压的最大变化速率;
将所述外部最低平均电压及内部最低平均电压中的较小值标定为最低平均电压。
2.一种燃料电池短路的诊断系统,其特征在于,包括:
单体电压采集模块,用于连续采集燃料电池的最低单体电压信号;
速率计算模块,用于根据所述最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率;
初级判断模块,用于判断所述时间周期内单体电压变化速率是否大于预先标定的最低单体电压的最大变化速率,判断为是时,则表示燃料电池电堆短路并驱动次级判断模块,判断为否时,则重新驱动所述速率计算模块;
所述次级判断模块用于判断短路类型;
升压转换模块,所述升压转换模块用于连续采集燃料电池的DC‑DC输入电压信号;
所述次级判断模块包括第一短路判断模块,所述第一短路判断模块包括:电压计算单元,用于根据所述DC‑DC输入电压信号计算电堆平均单体电压信号;第二判断单元,用于将所述电堆平均单体电压信号与预先标定的最低平均电压进行比对,判断所述电堆平均单体电压信号是否大于最低平均电压,判断为是时,则表示燃料电池电堆内部短路,判断为否时,则表示燃料电池电堆外部短路;
标定模块,所述标定模块包括:外部短路试验单元,用于对燃料电池系统进行电堆外部短路试验,并根据试验结果计算外部最低单体电压的最大变化速率及外部最低平均电压;
内部短路试验单元,用于对燃料电池系统进行电堆内部短路试验,并根据试验结果计算内部最低单体电压的最大变化速率及内部最低平均电压;速率标定单元,用于将所述外部最低单体电压的最大变化速率及内部最低单体电压的最大变化速率中的较大值标定为最低单体电压的最大变化速率;电压标定单元,用于将所述外部最低平均电压及内部最低平均电压中的较小值标定为最低平均电压。
3.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1中所述的方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1中所述的方法的步骤。 说明书 : 燃料电池短路的诊断方法、系统、设备及可读存储介质技术领域[0001] 本发明涉及燃料电池技术领域,尤其涉及一种燃料电池短路的诊断方法、燃料电池短路的诊断系统、计算机设备及计算机可读存储介质。背景技术[0002] 燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。[0003] 在实际工程应用中(如车用燃料电池),燃料电池作为电气高压件,因此在燃料电池运行过程中需要实现对整个电堆实时的准确诊断短路;同时,由于燃料电池电堆是由一系列燃料电池单体串联而成的,不论是燃料电池单电池的短路还是燃料电池整堆的短路,一方面都会对电堆造成不可逆的损坏,另一方面还可能对正在使用燃料电池的操作人员造成伤害。因此,在对燃料电池整堆进行短路监测的同时,还要对每一路单体电池进行短路诊断。[0004] 目前,对燃料电池的短路检测方法为:将两块导电平板分别与直流电源联接,在连接线路上串联一个电阻表。检测时将被检测膜电极夹在两块导电平板之间,向膜电极施加微小恒定电流,记录电阻表上的电阻值随时间的变化;如果电阻值随时间延长不断增大,则此片被测膜电极没有短路;如果电阻值恒定,不随时间变化,则该片被测膜电极存在短路点。[0005] 但是,该方法主要应用对象是燃料电池的核心组件之一质子交换膜,尽管质子交换膜作为燃料电池的重要组件之一,但是燃料电池本身还包括其它的组件,如气体扩散层和双极板等,因此单一的对质子交换膜进行短路诊断,只适用该零部件,而不适用于真正工程应用中的燃料电池单电池及燃料电池电堆。发明内容[0006] 本发明所要解决的技术问题在于,提供一种燃料电池短路的诊断方法、燃料电池短路的诊断系统、计算机设备及计算机可读存储介质,可实时判断燃料电池是否发生短路。[0007] 为了解决上述技术问题,本发明提供了一种燃料电池短路的诊断方法,包括:连续采集燃料电池的最低单体电压信号;根据所述最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率;判断所述单体电压周期内变化速率是否大于预先标定的最低单体电压的最大变化速率,判断为是时,则燃料电池电堆短路,并判断短路类型,判断为否时,则重新根据所述最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率。[0008] 作为上述方案的改进,所述燃料电池短路的诊断方法还包括:连续采集燃料电池的DC‑DC输入电流;记录预先标定的时间周期内所述DC‑DC输入电流的电流最大值;判断短路类型时,将所述电流最大值与预先标定的最大操作电流进行比对,判断所述电流最大值是否小于最大操作电流,判断为是时,则燃料电池电堆内部短路,判断为否时,则燃料电池电堆外部短路。[0009] 作为上述方案的改进,所述燃料电池短路的诊断方法还包括:连续采集燃料电池的DC‑DC输入电压信号;根据所述DC‑DC输入电压信号计算电堆平均单体电压信号;判断短路类型时,将所述电堆平均单体电压信号与预先标定的最低平均电压进行比对,判断所述电堆平均单体电压信号是否大于最低平均电压,所述电堆平均单体电压信号为DC‑DC输入电压信号与燃料电池电堆的总电池片数之商,判断为是时,则燃料电池电堆内部短路,判断为否时,则燃料电池电堆外部短路。[0010] 作为上述方案的改进,所述最大变化速率及最低平均电压的标定步骤包括:对燃料电池系统进行电堆外部短路试验,并根据试验结果计算外部最大变化速率及外部最低平均电压;对燃料电池系统进行电堆内部短路试验,并根据试验结果计算内部最大变化速率及内部最低平均电压;将所述外部最大变化速率及内部最大变化速率中的最大值标定为最大变化速率;将所述外部最低平均电压及内部最低平均电压中的最小值标定为最低平均电压。[0011] 相应地,本发明还提供了一种燃料电池短路的诊断系统,包括:单体电压采集模块,用于连续采集燃料电池的最低单体电压信号;速率计算模块,用于根据所述最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率;初级判断模块,用于判断所述单体电压周期内变化速率是否大于预先标定的最低单体电压的最大变化速率,判断为是时,则表示燃料电池电堆短路并驱动次级判断模块,判断为否时,则重新驱动所述速率计算模块;所述次级判断模块用于判断短路类型。[0012] 作为上述方案的改进,所述燃料电池短路的诊断系统还包括升压转换模块,所述升压转换模块用于连续采集燃料电池的DC‑DC输入电流和/或DC‑DC输入电压信号;所述次级判断模块包括第一短路判断模块和/或第二短路判断模块。[0013] 作为上述方案的改进,所述第一短路判断模块包括:电流记录单元,用于记录预先标定的时间周期内所述DC‑DC输入电流的电流最大值;第一判断单元,用于将所述电流最大值与预先标定的最大操作电流进行比对,判断所述电流最大值是否小于最大操作电流,判断为是时,则表示燃料电池电堆内部短路,判断为否时,则表示燃料电池电堆外部短路。[0014] 作为上述方案的改进,所述第二短路判断模块包括:电压计算单元,用于根据所述DC‑DC输入电压信号计算电堆平均单体电压信号;第二判断单元,用于将所述电堆平均单体电压信号与预先标定的最低平均电压进行比对,判断所述电堆平均单体电压信号是否大于最低平均电压,判断为是时,则表示燃料电池电堆内部短路,判断为否时,则表示燃料电池电堆外部短路。[0015] 作为上述方案的改进,所述燃料电池短路的诊断系统还包括标定模块,所述标定模块包括:外部短路试验单元,用于对燃料电池系统进行电堆外部短路试验,并根据试验结果计算外部最大变化速率及外部最低平均电压;内部短路试验单元,用于对燃料电池系统进行电堆内部短路试验,并根据试验结果计算内部最大变化速率及内部最低平均电压;速率标定单元,用于将所述外部最大变化速率及内部最大变化速率中的最大值标定为最大变化速率;电压标定单元,用于将所述外部最低平均电压及内部最低平均电压中的最小值标定为最低平均电压。[0016] 相应地,本发明还提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述燃料电池短路的诊断方法的步骤。[0017] 相应地,本发明还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现上述燃料电池短路的诊断方法的步骤。[0018] 实施本发明,具有如下有益效果:[0019] 本发明通过对比单体电压周期内变化速率与最低单体电压的最大变化速率,作为触发判断燃料电池系统是否出现短路现象的条件,再进一步判断短路类型,判断过程不需要燃料电池系统添加额外的辅件,直接利用燃料电池系统现有的辅件即可完成监测;[0020] 同时,本发明利用燃料电池系统中现有的电流及电压的特征量,只进行逻辑判断,不需要燃料电池系统再进行额外的运算,而只根据对比结果判断短路情况,不会增加燃料电池系统的运算量;[0021] 进一步,本发明还可以根据燃料电池的电流最大值或电堆平均单体电压信号是否高于当前工况下默认正常值,来断定是否真正出现了短路情况以及短路的类型,因此,本发明可采用多种方式进行监测,鲁棒性较好。附图说明[0022] 图1是本发明燃料电池短路的诊断方法的第一实施例流程图;[0023] 图2是本发明燃料电池短路的诊断方法的第二实施例流程图;[0024] 图3是本发明燃料电池短路的诊断方法的第三实施例流程图;[0025] 图4是本发明中燃料电池内部短路的示意图;[0026] 图5是本发明中燃料电池外部短路的示意图;[0027] 图6是本发明中燃料电池的示意图;[0028] 图7是本发明燃料电池短路的诊断系统的第一实施例结构示意图;[0029] 图8是本发明燃料电池短路的诊断系统的第二实施例结构示意图;[0030] 图9是本发明燃料电池短路的诊断系统的第三实施例结构示意图。具体实施方式[0031] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。[0032] 参见图1,图1显示了本发明燃料电池短路的诊断方法的第一实施例流程图,其包括:[0033] S101,连续采集燃料电池的最低单体电压信号。[0034] 需要说明的是,可通过燃料电池系统现有的燃料电池电堆巡检(CVM),采集燃料电池的最低单体电压信号(参见图6)。[0035] S102,根据最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率。[0036] 需要说明的是,标定的时间周期应尽量短,通常来说标定的时间周期是根据控制器软硬件决定的,例如,标定的时间周期应处于10ms‑100ms区间。[0037] S103,判断单体电压周期内变化速率是否大于预先标定的最低单体电压的最大变化速率;判断为是时,则燃料电池电堆短路,并判断短路类型;判断为否时,则重新根据最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率。[0038] 需要说明的是,短路类型包括内部短路(参见图4)及外部短路(参见图5)。燃料电池电堆短路是燃料电池较为常见的一种故障,其中,外部短路一般指的是正负极直接接触造成的短路,内部短路指的是当燃料电池受到尖锐物体穿刺或者受到碰撞、挤压时,造成燃料电池内部受到外物作用区域的短路。[0039] 当发生燃料电池电堆短路时,无论是燃料电池电堆内部短路还是外部短路,都会导致所监测的燃料电池的最低单体电压迅速下降,且下降速度(即变化速率)通常是大幅大于由其他多数燃料电池电堆故障引起的电压下降。因此,本发明将单体电压周期内变化速率与预先标定的最低单体电压的最大变化速率进行比较,若单体电压周期内变化速率大于最低单体电压的最大变化速率,则表示燃料电池电堆发生短路故障,此时,可进一步判断短路类型;若单体电压周期内变化速率不大于最低单体电压的最大变化速率,则重新返回步骤S102进行判断。[0040] 相应地,所述最大变化速率的标定步骤包括:[0041] (1)对燃料电池系统进行燃料电池电堆外部短路试验,并根据试验结果计算外部最大变化速率;[0042] (2)对燃料电池系统进行燃料电池电堆内部短路试验,并根据试验结果计算内部最大变化速率;[0043] (3)将所述外部最大变化速率及内部最大变化速率中的较大值标定为最大变化速率。[0044] 需要说明的是,对燃料电池系统进行燃料电池电堆短路试验时,需进行两次,一次对燃料电池电堆外部短路,另一次对燃料电池电堆内部短路;两次短路分别得出外部最大变化速率及内部最大变化速率,两者取较大值作为最大变化速率。因此,通过对使用该诊断方法的燃料电池系统进行燃料电池短路试验,即可根据试验结果计算得出最低单体电压的最大变化速率。[0045] 参见图2,图2显示了本发明燃料电池短路的诊断方法的第二实施例流程图,其包括:[0046] S201,连续采集燃料电池的最低单体电压信号及DC‑DC输入电流。[0047] 需要说明的是,可通过燃料电池系统现有的燃料电池电堆巡检(CVM)采集燃料电池的最低单体电压信号,并通过DC‑DC升压转换装置采集燃料电池的DC‑DC输入电流(参见图6)。[0048] S202,根据最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率,并记录预先标定的时间周期内DC‑DC输入电流的电流最大值。[0049] S203,判断单体电压周期内变化速率是否大于预先标定的最低单体电压的最大变化速率;判断为是时,则燃料电池电堆短路,并进入步骤S204;判断为否时,则重新根据最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率。[0050] S204,将电流最大值与预先标定的最大操作电流进行比对,判断电流最大值是否小于最大操作电流;判断为是时,则燃料电池电堆内部短路;判断为否时,则燃料电池电堆外部短路。[0051] 需要说明的是,燃料电池系统通常有一个最大操作电流,最大操作电流可根据燃料电池电堆供应商提供的最大值进行标定/设置。当发生燃料电池电堆外部短路时,不仅最低单体电压会迅速下降,燃料电池系统也会监测到非常大的电流;当发生燃料电池电堆内部短路时,虽然最低单体电压会发生迅速下降,但燃料电池系统所监测到的电流通常变化不大。因此结合这两个条件即可判断出燃料电池系统是否发生了外部短路或内部短路。[0052] 参见图3,图3显示了本发明燃料电池短路的诊断方法的第三实施例流程图,其包括:[0053] S301,连续采集燃料电池的最低单体电压信号及DC‑DC输入电压信号。[0054] 需要说明的是,可通过燃料电池系统现有的燃料电池电堆巡检(CVM)采集燃料电池的最低单体电压信号,并通过DC‑DC升压转换装置采集燃料电池的DC‑DC输入电压信号(参见图6)。[0055] S302,根据DC‑DC输入电压信号计算电堆平均单体电压信号。[0056] 当使用DC‑DC输入电压信号计算电堆平均单体电压信号时,所述电堆平均单体电压信号为DC‑DC输入电压信号与燃料电池电堆的总电池片数之商,即电堆平均单体电压信号=DC‑DC输入电压信号/燃料电池电堆的总电池片数。[0057] S303,根据所述最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率。[0058] S304,判断单体电压周期内变化速率是否大于预先标定的最低单体电压的最大变化速率;判断为是时,则燃料电池电堆短路,并进入步骤S305;判断为否时,则重新根据所述最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率。[0059] S305,将电堆平均单体电压信号与预先标定的最低平均电压进行比对,判断电堆平均单体电压信号是否大于最低平均电压;判断为是时,则燃料电池电堆内部短路;判断为否时,则燃料电池电堆外部短路。[0060] 当发生燃料电池电堆外部短路时,不仅最低单体电压会迅速下降,平均电压也会迅速降低到正常值之下(接近0V);当发生燃料电池电堆内部短路时,虽然最低单体电压会发生迅速下降,但平均电压不会受到非常大的影响。因此结合这两个条件即可判断出燃料电池系统是否发生了外部短路或内部短路。[0061] 具体地,所述最低平均电压的标定步骤包括:[0062] (1)对燃料电池系统进行燃料电池电堆外部短路试验,并根据试验结果计算外部最低平均电压;[0063] (2)对燃料电池系统进行燃料电池电堆内部短路试验,并根据试验结果计算内部最低平均电压;[0064] (3)将所述外部最低平均电压及内部最低平均电压中的较小值标定为最低平均电压。[0065] 需要说明的是,对燃料电池系统进行燃料电池电堆短路试验时,需进行两次,一次对燃料电池电堆外部短路,另一次对燃料电池电堆内部短路;两次短路分别得出外部最低平均电压及内部最低平均电压,两者取较小值作为最低平均电压。通过对使用该诊断方法的燃料电池系统进行燃料电池短路试验,即可根据试验结果计算得出最低平均电压。[0066] 结合第一实施例至第三实施例可知,本发明利用燃料电池系统现有的辅件(如燃料电池电堆巡检及DC‑DC升压转换装置)进行监测,无需添加额外的辅件,通过对比单体电压周期内变化速率与单体电压的最大变化速率的大小关系,来判断是否出现短路现象,然后根据DC‑DC输入电流与燃料电池的最大操作电流的大小关系,来判断是发生了内短路还是外短路;或者根据电堆平均单体电压和标定的最低平均电压的大小关系,来判断是发生了内短路还是外短路。[0067] 综上所述,通过本发明能够简单及时地诊断出燃料电池电堆是否发生短路,从而将短路与燃料电池缺气、反极等现象区分开;还能判断短路类型是外部短路还是内部短路,精确性高。当燃料电池系统发生短路故障时,可以及时自动地进行诊断和记录;根据诊断和记录,施行对应的措施去保护燃料电池电堆与人员的安全,提升燃料电池系统的安全性;另外,通过诊断和记录,当对故障的燃料电池系统进行排查时,能够提前知道燃料电池电堆的状态,迅速确定排查方向,节省时间,提高效率。[0068] 相应地,本发明还提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述燃料电池短路的诊断方法的步骤。同时,本发明还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现上述燃料电池短路的诊断方法的步骤。[0069] 参见图7,图7显示了本发明燃料电池短路的诊断系统100的第一实施例,其包括单体电压采集模块1、速率计算模块2、初级判断模块3及次级判断模块4,具体地:[0070] 单体电压采集模块1,用于连续采集燃料电池的最低单体电压信号。优选地,所述单体电压采集模块1可为燃料电池电压巡检(CVM)系统,其可以采集燃料电池的单体电压。[0071] 速率计算模块2,用于根据所述最低单体电压信号,计算预先标定的时间周期内的单体电压变化速率。需要说明的是,标定的时间周期应尽量短,通常来说标定的时间周期是根据控制器软硬件决定的,例如,标定的时间周期应处于10ms‑100ms区间。[0072] 初级判断模块3,用于判断所述单体电压周期内变化速率是否大于预先标定的最低单体电压的最大变化速率,判断为是时,则表示燃料电池电堆短路并驱动次级判断模块4,判断为否时,则重新所述驱动速率计算模块2;[0073] 所述次级判断模块4用于判断短路类型。[0074] 需要说明的是,短路类型包括内部短路(参见图4)及外部短路(参见图5)。当发生燃料电池电堆短路时,无论是燃料电池电堆内部短路还是外部短路,都会导致燃料电池的最低单体电压迅速下降,且下降速度(即变化速率)通常是大幅大于由其他多数燃料电池电堆故障引起的下降速度。因此,初级判断模块将单体电压周期内变化速率与预先标定的最低单体电压的最大变化速率进行比较,若单体电压周期内变化速率大于最低单体电压的最大变化速率,则表示燃料电池电堆发生短路故障,此时,可驱动次级判断模块进一步判断短路类型;若单体电压周期内变化速率不大于最低单体电压的最大变化速率,则重新驱动所述速率计算模块进行跟踪判断。[0075] 参见图8,图8显示了本发明燃料电池短路的诊断系统100的第二实施例,与图7所示的第一实施例不同的是,本实施例中还包括升压转换模块5,所述升压转换模块5用于连续采集燃料电池的DC‑DC输入电流和/或DC‑DC输入电压信号。优选地,所述升压转换模块5为DC‑DC升压转换装置,可以读取到整个电堆的电压与电流。[0076] 需要说明的是,所述次级判断模块4包括第一短路判断模块41和/或第二短路判断模块42。本发明中,可根据实际情况启动第一短路判断模块41或第二短路判断模块42进行短路类型的判断。若启动第一短路判断模块41进行短路类型的判断,则当初级判断模块3判断出燃料电池电堆发生短路时,立即驱动第一短路判断模块41;若启动第二短路判断模块42进行短路类型的判断,则当初级判断模块3判断出燃料电池电堆发生短路时,立即驱动第二短路判断模块42,灵活性强。[0077] 具体地,所述第一短路判断模块41包括:[0078] 电流记录单元411,用于记录预先标定的时间周期内所述DC‑DC输入电流的电流最大值。[0079] 第一判断单元412,用于将所述电流最大值与预先标定的最大操作电流进行比对,判断所述电流最大值是否小于最大操作电流,判断为是时,则表示燃料电池电堆内部短路,判断为否时,则表示燃料电池电堆外部短路。[0080] 所述第二短路判断模块42包括:[0081] 电压计算单元421,用于根据所述DC‑DC输入电压信号计算电堆平均单体电压信号。[0082] 第二判断单元422,用于将所述电堆平均单体电压信号与预先标定的最低平均电压进行比对,判断所述电堆平均单体电压信号是否大于最低平均电压,判断为是时,则表示燃料电池电堆内部短路,判断为否时,则表示燃料电池电堆外部短路。[0083] 需要说明的是,当发生燃料电池电堆外部短路时,不仅最低单体电压会迅速下降,燃料电池系统也会监测到非常大的电流,且平均电压会迅速降低到正常值之下(接近0V);当发生燃料电池电堆内部短路时,虽然最低单体电压会发生迅速下降,但燃料电池系统所监测到的电流通常变化不大,且平均电压也不会受到非常大的影响。因此通过第一短路判断模块41或第二短路判断模块42均可判断出燃料电池系统是否发生了外部短路或内部短路。[0084] 因此,本发明利用燃料电池系统现有的辅件(如燃料电池电堆巡检及DC‑DC升压转换装置)进行监测,无需添加额外的辅件,通过初级判断模块3即可对比单体电压周期内变化速率与最低单体电压的最大变化速率,从而判断是否出现短路现象;然后由第一短路判断模块41根据DC‑DC输入电流与燃料电池的最大操作电流的大小关系,来判断是发生了内短路还是外短路;或者由第二短路判断模块42根据电堆平均单体电压和标定的最低平均电压的大小关系,来判断是发生了内短路还是外短路,鲁棒性好。[0085] 参见图9,图9显示了本发明燃料电池短路的诊断系统100的第三实施例,与图8所示的第二实施例不同的是,本实施例中还包括标定模块6。其中,所述标定模块6包括:[0086] 外部短路试验单元61,用于对燃料电池系统进行电堆外部短路试验,并根据试验结果计算外部最大变化速率及外部最低平均电压;[0087] 内部短路试验单元62,用于对燃料电池系统进行电堆内部短路试验,并根据试验结果计算内部最大变化速率及内部最低平均电压;[0088] 速率标定单元63,用于将所述外部最大变化速率及内部最大变化速率中的最大值标定为最大变化速率;[0089] 电压标定单元64,用于将所述外部最低平均电压及内部最低平均电压中的最小值标定为最低平均电压。[0090] 需要说明的是,对燃料电池系统进行燃料电池电堆短路试验时,需进行两次,一次对燃料电池电堆外部短路,另一次对燃料电池电堆内部短路;两次短路得出两个最大变化速率及两个最低平均电压,取两次试验中最大变化速率的较大值作为最大变化速率,并取两次试验中最低平均电压的较小值作为最低平均电压。因此,通过对使用该诊断方法的燃料电池系统进行燃料电池短路试验,即可根据试验结果计算得出最低单体电压的最大变化速率及最低平均电压。[0091] 综上所述,本发明具有以下优点:[0092] 1、本发明适用于车用燃料电池电堆,能针对车用燃料电池电堆短路情况进行实时监测;[0093] 2、本发明不需要添加额外的辅件,直接利用燃料电池系统现有的辅件即可完成监测;[0094] 3、本发明通过对比单体电压周期内变化速率与最低单体电压的最大变化速率作为触发判断燃料电池系统是否发生短路现象的条件,然后根据燃料电池的电流最大值或电堆平均单体电压信号是否高于当前工况下默认正常值,来断定是否真正出现了短路情况以及短路的类型,因此,本发明可以囊括车用燃料电池在变载时出现短路的情况,还可采用多种方式进行监测,鲁棒性较好;[0095] 4、本发明利用燃料电池系统中现有的电流及电压的特征量(如最低单体电压、电堆平均单体电压、DC‑DC输入电流),只进行逻辑判断,不需要燃料电池系统再进行额外的运算,根据对比结果判断短路情况,并做出对策即可,不会增加燃料电池系统的运算量;[0096] 5、本发明通过监测燃料电池是否短路,进而施行对应的措施去保护燃料电池电堆与人员的安全,提升燃料电池系统的安全性。[0097] 以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

专利地区:广东

专利申请日期:2021-02-08

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114910791B

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