[發(fā)明專(zhuān)利]一種帶水淹診斷的燃料電池電壓巡檢系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811413076.1
• 申請(qǐng)日: 2018-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109301290B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳啟宏;方軍;張立炎;全書(shū)海;謝長(zhǎng)君
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/04537
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/04537
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開(kāi)了一種帶水淹診斷的燃料電池電壓巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)單電池選通單元、檢測(cè)單元、控制單元以及故障診斷單元；所述控制單元用于向單電池選通單元提供控制信號(hào)，將單片電池選通到測(cè)量母線(xiàn)上；所述單電池選通單元用于根據(jù)控制單元的控制信號(hào)，把待測(cè)單片電池依次加載到測(cè)量母線(xiàn)上；所述檢測(cè)單元用于采集測(cè)量母線(xiàn)上的單片電池電壓信號(hào)，并送入故障診斷單元；所述故障診斷單元用于根據(jù)電壓信號(hào)進(jìn)行水淹診斷。本發(fā)明系統(tǒng)控制策略簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，同時(shí)，故障診斷能使燃料電池處于更好的工作狀態(tài)，以防止因某片電池而影響整個(gè)電堆的發(fā)電效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池管理技術(shù)，尤其涉及一種帶水淹診斷的燃料電池電壓巡檢系統(tǒng)。

背景技術(shù)

作為一種新型發(fā)電方式，燃料電池系統(tǒng)需要測(cè)試系統(tǒng)精確的監(jiān)測(cè)相關(guān)參數(shù)，例如燃料電池的溫度、壓力以及濕度，燃料電池電堆的輸出電壓和電流等，通過(guò)采集到的參數(shù)來(lái)分析電堆性能和維護(hù)電堆，延長(zhǎng)燃料電池的使用壽命。而這些參數(shù)中，電堆的電壓最能體現(xiàn)電堆當(dāng)前的性能和工況。燃料電池發(fā)電過(guò)程中，氫氣和氧氣通過(guò)每片單片電壓的陰極和陽(yáng)極的流速都不盡相同，因此每片電池的輸出電壓也會(huì)不同。實(shí)時(shí)檢測(cè)電堆單片電池電壓，得到的數(shù)據(jù)可以讓研究人員根據(jù)這些單片電壓數(shù)據(jù)分析電堆的性能與工況，以確保電堆中個(gè)單片電池工作性能的一致性；同時(shí)，燃料電池在工作過(guò)程中需要良好的加濕才能保證電化學(xué)的正常運(yùn)行，但常常由于水管里和熱管理不當(dāng)導(dǎo)致燃料電池出現(xiàn)水淹等故障，影響燃料電池正常工作。由于木桶效應(yīng)，燃料電池電堆性能取決于堆中性能最差的單片電池，所以電堆對(duì)自己的運(yùn)行參數(shù)十分敏感。如何有效地防止水淹的發(fā)生是燃料電池運(yùn)行穩(wěn)定的重要課題。

串聯(lián)式電源系統(tǒng)的典型代表有動(dòng)力電池組和燃料電池電堆，具有單體電池電壓低、負(fù)載電流大的特點(diǎn)。燃料電池工作過(guò)程通常帶有風(fēng)機(jī)等高頻信號(hào)源，需要對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的電源及采集電路進(jìn)行隔離，而燃料電池堆單體之間排列緊湊，故電壓采集系統(tǒng)受安裝結(jié)構(gòu)和體積限制，需考慮小型化和整體化設(shè)計(jì)。同時(shí)單體電壓一致性也是燃料電池電堆濕度控制的重要參考因素，燃料電池在額定負(fù)載下正常工作時(shí)，單體電壓差值僅有幾十毫伏級(jí)，采集電路本身差異及傳輸線(xiàn)路帶來(lái)的誤差也會(huì)影響測(cè)量精度，故需對(duì)每一個(gè)單體電池電壓進(jìn)行精確測(cè)量，實(shí)現(xiàn)均衡控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種帶水淹診斷的燃料電池電壓巡檢系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種帶水淹診斷的燃料電池電壓巡檢系統(tǒng)，包括至少一個(gè)單電池選通單元、檢測(cè)單元、控制單元以及故障診斷單元；

所述控制單元用于向單電池選通單元提供控制信號(hào)，將單片電池選通到測(cè)量母線(xiàn)上；

所述單電池選通單元用于根據(jù)控制單元的控制信號(hào)，把待測(cè)單片電池依次加載到測(cè)量母線(xiàn)上；

所述檢測(cè)單元用于采集測(cè)量母線(xiàn)上的單片電池電壓信號(hào)，并送入故障診斷單元；

所述故障診斷單元用于根據(jù)電壓信號(hào)進(jìn)行水淹診斷；診斷步驟具體如下：

1)對(duì)接收的單片電池電壓信號(hào)進(jìn)行小波變換，將原始電壓信號(hào)分解成低頻分量和高頻分量的信號(hào)；

2)對(duì)低頻分量信號(hào)進(jìn)行小波分解，獲得低頻信號(hào)的低頻部分和高頻部分；

3)以此類(lèi)推，將信號(hào)逐層分解，將重構(gòu)的原始電壓信號(hào)進(jìn)行三尺度分解并獲得高頻細(xì)節(jié)系數(shù)向量d₃，當(dāng)檢測(cè)d₃信號(hào)小波系數(shù)的模極大值點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，診斷出某一時(shí)刻燃料電池的某一區(qū)域發(fā)生水淹現(xiàn)象。

按上述方案，所述故障診斷單元中，將各單片電壓信號(hào)進(jìn)行小波變換采用以下公式：

其中，u(t)為單片電壓信號(hào)，ψ(t)為小波函數(shù)，a為尺度因子，用于表示電壓信號(hào)在頻域的伸縮，b為平移因子，用于表示電壓信號(hào)在時(shí)域的平移。