[发明专利]一种基于阻抗谱的在线质子交换膜燃料电池故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于阻抗谱的在线质子交换膜燃料电池故障诊断方法，其特征在于：

首先建立质子交换膜燃料电池的电化学等效电路模型，测量得到质子交换膜燃料电池的电化学阻抗谱，用电化学阻抗谱拟合求解电化学等效电路模型中的参数，然后选取其中部分参数作为分类特征，并使用基于二叉树支持向量机的故障诊断算法对质子交换膜燃料电池进行分类处理，对质子交换膜燃料电池内部容易发生的膜干、水淹、空气饥饿故障进行诊断；

所述的电化学等效电路模型主要由膜内阻(R_m)、电荷转移电阻(R_p)、物质转移电阻(R_w)、物质转移电容(C_w)和常相位角元件(CPE)组成，膜内阻(R_m)与常相位角元件(CPE)串联，物质转移电容(C_w)与物质转移电阻(R_w)并联后与电荷转移电阻(R_p)串联再并联到常相位角元件的两端；常相位角元件的阻抗Z_CPE计算为：

其中，Q表示常相位角元件(CPE)等效电容的大小，ω表示角频率，j表示虚数，n表示常相位角元件的分布参数；

电化学等效电路模型的总阻抗Z_model(ω)计算如下：

其中，R_m表示膜内阻的阻值，R_p表示电荷转移电阻的阻值、R_w表示物质转移电阻的阻值、C_w表示物质转移电容的容值。

2.如权利要求1中所述的基于阻抗谱的在线质子交换膜燃料电池故障诊断方法，其特征在于：用电化学阻抗谱拟合求解电化学等效电路模型中的参数，的具体方法是使用非线性最小二乘法求解，求解获得电化学等效电路模型中的参数后，选择电化学等效电路模型中的膜内阻(Rm)、电荷转移电阻(Rp)、物质转移电阻(Rw)的三个参数作为分类特征。

3.如权利要求1中所述的基于阻抗谱的在线质子交换膜燃料电池故障诊断方法，其特征在于：用已知分类的质子交换膜燃料电池的分类特征及其分类标签作为训练数据，使用二叉树结构的支持向量机算法分别训练预分类器、膜干分类器、水淹分类器和空气饥饿分类器的四种分类器，四种分类器均为呈二叉树结构排列的子支持向量机分类器；

采用四种分类器对未知分类的待测质子交换膜燃料电池进行故障诊断处理，具体为：

S1：通过预分类器判断电池是处于正常状态还是故障状态：若处于正常状态，则结束，不进行下一步判断；若处于故障状态，则进行下一步判断；

S2：使用膜干分类器判断电池是否发生膜干故障，若处于膜干故障状态，则结束，不进行下一步判断；若处于非膜干故障状态，则进行下一步判断；

S3：使用水淹分类器判断电池是否发生水淹故障，若处于水淹故障状态，则结束，不进行下一步判断；若处于非水淹故障状态，则进行下一步判断；

S4：使用空气饥饿分类器判断电池是否发生空气饥饿故障，若处于空气饥饿故障状态，则结束；若处于非空气饥饿故障状态，则判断为其他故障状态。

4.如权利要求1中所述的基于阻抗谱的在线质子交换膜燃料电池故障诊断方法，其特征在于：测量得到质子交换膜燃料电池的电化学阻抗谱的方法具体为：质子交换膜燃料电池的输出端并联一个可控恒流源电路，首先通过控制可控恒流源电路在质子交换膜燃料电池的输出电流中注入M序列形式的脉冲扰动电流，接着在质子交换膜燃料电池的输出端进行采集获得扰动电流与响应电压，对采集得到的扰动电流与响应电压数据使用阻抗计算方法获得电化学阻抗谱。