[發明專利]外部提供反應物的電化學裝置的內部狀態監測方法及裝置

有效

• 申請號: 202210237037.0
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114361534B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 李飛強;張國強;方川;趙興旺;盛有冬;閆延風;王鵬;王海平;李傲
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04537
• 分類號: H01M8/04537;H01M8/04992;C25B1/04;C25B1/34;C25C3/20;C25B15/023
• 代理公司: 北京共騰律師事務所 16031
• 代理人: 姚星

1.一種外部提供反應物的電化學裝置的內部狀態監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

識別待測電化學裝置啟動后，對待測電化學裝置輸入或輸出的反應物介質施加壓力擾動；

在施加所述壓力擾動的同時，檢測待測電化學裝置的至少一個工作狀態參數；

從上述工作狀態參數中提取所述壓力擾動對應的特征量；

將上述特征量以及對應的擾動幅值和頻率輸入預設特征模型，得到待測電化學裝置的內部狀態監測指標；其中，

對于包括燃料電池電堆的電化學裝置、內部狀態監測指標包括電化學反應介質阻抗、所述工作狀態參數包括實時輸出電流信號的情形，所述根據上述特征量以及對應的擾動幅值和頻率輸入預設特征模型，得到待測電化學裝置的內部狀態監測指標的步驟進一步包括：

將低頻至高頻的每一壓力擾動對應的所有特征量以及對應的擾動幅值和頻率輸入事先訓練好的電化學反應介質阻抗模型，得出待測電化學裝置的電化學反應介質阻抗；其中，所述電化學反應介質阻抗模型為

其中

式中，為電流信號角頻率的無量綱化變量；為燃料電池電流密度的無量綱化變量；i為虛數單位；u為無綱定值常數；為無量綱化的氣體擴散層厚度；為氣體擴散層氧氣擴散無量綱化系數；為陰極催化層氧濃度無量綱化變量；為氧氣孔隙擴散無量綱化系數；為雙曲正切函數；Cosh（）為雙曲余弦函數。

2.根據權利要求1所述的外部提供反應物的電化學裝置的內部狀態監測方法，其特征在于，所述待測電化學裝置包括燃料電池電堆、電解制氫裝置、氯堿工業裝置、電解鋁裝置中的至少一種；

所述反應物介質包括氣體、液體、固體、等離子體、波色-愛因斯坦凝聚態介質、費米子凝聚態介質中的至少一種；

所述工作狀態參數包括實時輸出電壓信號，實時輸出電流信號，實時供電電壓信號，或者，實時供電電流信號；

所述特征量包括幅值、頻率、持續時間、變化以及變化系數中的至少一種；

所述內部狀態監測指標包括電化學反應介質阻抗、陰極氣體濕度、氧氣在陰極催化層和氣體擴散層的傳遞系數中的至少一種。

3.根據權利要求1或2所述的外部提供反應物的電化學裝置的內部狀態監測方法，其特征在于，所述壓力擾動為低頻的多頻率擾動、高頻的多頻率擾動、低頻至高頻的多頻率壓力擾動、高頻至低頻的多頻率擾動中的一種。

4.根據權利要求3所述的外部提供反應物的電化學裝置的內部狀態監測方法，其特征在于，對于包括燃料電池電堆的電化學裝置，所述反應物介質包括空氣或空氣尾氣；并且，

所述壓力擾動包括：控制空壓器轉速改變，對待測電化學裝置的輸入空氣施加低頻至高頻的壓力擾動；或者，控制與待測電化學裝置的空氣尾氣出口連接的尾排閥的開啟頻率改變，對待測電化學裝置的空氣尾氣施加低頻至高頻的壓力擾動。

5.根據權利要求4所述的外部提供反應物的電化學裝置的內部狀態監測方法，其特征在于，當采用控制空壓器轉速改變實現輸入空氣的壓力擾動時，所述識別待測電化學裝置啟動后，對待測電化學裝置輸入或輸出的反應物介質施加壓力擾動的步驟，進一步包括：

啟動待測電化學裝置，控制空壓機向燃料電池電堆內通入空氣；

根據待測電化學裝置的實時輸出電壓或電流信號識別該裝置是否正常運行，如果正常運行，執行下一步，否則，繼續下一時刻的所述識別；

前N個采樣周期內，每一周期內控制空壓機目標轉速或電機Q軸電流改變一次，以實現入堆陰極氣體壓力的低頻擾動；

后N個采樣周期內，每一周期內通過空壓機控制器對空壓機的驅動波形的驅動波形注入高頻小信號諧波，以實現入堆陰極氣體壓力的高頻擾動。