[發明專利]一種基于單體電壓差異性的燃料電池故障診斷裝置及方法

有效

• 申請號: 202011311497.0
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112505572B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 紀少波;王榮旭;李新海;劉飛;陳忠言;談宇辰;張其恒
• 申請（專利權）人: 山東氫探新能源科技有限公司
• 主分類號: G01R31/396
• 分類號: G01R31/396;G01R31/367;G01R31/3835
• 代理公司: 北京久維律師事務所 11582
• 代理人: 邢江峰

本發明提供了一種基于單體電壓差異性的燃料電池故障診斷裝置及方法，本發明通過設置單體電壓采集電路、通訊電路、單片機、CAN通訊電路、隔離電源電路以及DC?DC電源電路，對燃料電池的膜干和水淹故障進行判斷，具有高精度電壓測量功能，每片LTC6804?1芯片具有16位ADC采集精度，芯片總測量誤差低于1.2mV，對電池的測量范圍是0?5V，可測量絕大多數化學組分電池，本裝置具有檢測精度高、響應速度快、成本低廉以及抗干擾能力強的特點，能夠滿足燃料電池膜干和水淹故障診斷的需要，適用于質子交換膜燃料電池故障診斷領域。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別是涉及一種基于單體電壓差異性的燃料電池故障診斷裝置及方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)的故障診斷屬于燃料電池的常規工作，而燃料電池膜干和水淹的診斷又是燃料電池故障診斷的重要環節。目前，燃料電池膜干和水淹的診斷有多種檢測方法，如基于模型的膜干和水淹故障診斷、基于陽極氣體壓力降診斷水淹和膜干故障、基于電化學阻抗法(EIS)診斷水淹和膜干故障、基于可視化技術研究水淹和膜干故障的動態過程、基于數據驅動方法的水淹和膜干故障診斷。

基于模型的故障診斷方法是通過建立仿真模型來模擬電池運行狀態，但由于整個PEMFC系統比較復雜，存在著強耦合性、滯后性、約束性、不確定性和隨機干擾等特點，基于模型的檢測方法往往將電堆系統簡單化，實際因素考慮不全，因此該方法并不能保證足夠的精度。

通過測量實際陽極氣體壓力降和理論值比較，發現實際壓力降和理論壓力降的差值隨著電堆水淹程度的加深而增大，可用來判斷水淹的程度，但是無法判斷水淹界限。

基于電化學阻抗法測量得到的數據可對PEMFC模型進行曲線擬合和參數估算，進一步獲取如歐姆阻抗、極化阻抗、雙層電容效應等重要參數，利用各個參數可全面準確分析電池的運行性能以實現燃料電池膜干水淹故障診斷，但此類方法檢測過程耗時長、設備成本高，很難應用于在線診斷。

基于數據驅動方法的診斷技術主要基于大量的歷史數據進行分析，不依靠診斷對象的具體模型，PEMFC運行時的數據作為訓練數據進行測試，通過數學算法對數據進行處理來獲取膜干、水淹和正常狀態的特征，再根據特征來判斷其余數據下電池的工作狀態，但算法所需時間、特征分類及故障識別準確率等需進一步改進提升。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于單體電壓差異性的燃料電池故障診斷裝置及方法，旨在解決現有技術中燃料電池故障檢測存在精度低、成本高以及耗時長的問題，實現提高檢測精度、降低成本，縮短檢測時間的目的。

為達到上述技術目的，本發明提供了一種基于單體電壓差異性的燃料電池故障診斷裝置，所述裝置包括：

單體電壓采集電路、通訊電路、單片機、CAN通訊電路、隔離電源電路以及DC-DC電源電路；

所述單體電壓采集電路包括串接的多個單體電壓監測芯片，每片單體電壓監測芯片之間以及最后一片單體電壓監測芯片與通訊電路之間設置隔離變壓器；

所述通訊電路接收多個單體電壓監測芯片的監測數據，并通過SPI通訊與單片機進行數據傳輸，并經由CAN通訊電路輸出；

所述隔離電源電路為單體電壓采集電路供電；

所述DC-DC電源電路為通訊電路、單片機以及CAN通訊電路供電。

優選地，所述多個單體電壓監測芯片之間采用菊鏈式連接。

優選地，所述單體電壓監測芯片為LTC6804-1芯片，所述通訊電路采用LTC6820芯片，所述單片機為MC9S12XEP100單片機，所述CAN通訊電路采用TJA1040芯片，所述隔離電源電路由反激式隔離轉換器LT8300和隔離變壓器PA0648N組成。