[发明专利]氢燃料电池发动机系统运行健康状态的评估方法

说明书

本发明公开了氢燃料电池发动机系统运行健康状态的评估方法，首先抓取氢燃料电堆发动机系统在一定周期内的性能数据：电堆启停机频率f₁、电堆变载频率f₂、非健康功率区间占比f₃、系统升降载速率f₄；设定系统性能数据的限定极值f_m1～f_m4；设定系统各项性能对系统寿命的影响因子K₁～K₄；根据性能数据和设定的极限值、影响因子，计算氢燃料电池发动机系统运行健康状态指标值L＝K₁×f₁/f_m1+K₂×f₂/f_m2+K₃×f₃/f_m3+K₄×f₄/f_m4；根据计算的氢燃料电池发动机系统运行健康状态指标值L，完成提醒操作。本发明将燃料电池系统健康状态定量化表述，并从系统层面给予快速正反馈，可高效且快速改善系统控制和运行状态，有利于提升系统寿命和培养驾驶员健康驾驶习惯。

技术领域

本发明涉及氢燃料电池领域，特别涉及氢燃料电池发动机系统运行健康状态的评估方法。

背景技术

氢燃料电池是利用氢气和氧气/空气作为反应气体，利用催化化学反应，降低氧还原反应能量势垒，使反应生成电子，从而形成电流，为负载提供电能的装置。该装置利用了脱离卡诺热循环，具有非常高的热电转化效率，只产生对环境零污染的水，具有绝对的环境友好型。目前已经广泛应用于便携式电源、固定电源/站、公路交通、海运及军事领域。氢燃料电池驱动车辆同样作为能量消耗型运输工具，其经济性等评价受能耗数据影响非常大，即能耗的高低直接影响工具运营成本。

根据氢燃料电池发动机系统功率表现，可将动力系统设计成全功率跟随模式动力系统和电-电混合动力系统。前者系统中燃料电池发动机作为车辆主动力源输出，小容量功率型电池配合车辆需求起到削峰填谷的作用；后者由于氢燃料电池发动机系统功率响应及升降载速率受系统本身设计影响，比较难以满足车辆动力即时性需求，所以配置较大容量功率或能量型动力电池，起到在较大范围内削峰减谷作用。

影响发动机系统寿命因素众多，其中很多受到动力系统配置、工况条件、驾驶习惯、整车能量控制策略等条件影响。如何将这些影响因素量化，以表示车辆/发动机系统运行健康状态，来指导系统供应厂、整车厂，甚至是驾驶员对相关策略和驾驶习惯进行调整，可以有效提高整车及氢燃料电池发动机寿命。

专利文献2(专利号：CN201910410065.6)公开了一种新能源汽车的燃料电池在线寿命检测方法、系统和装置,具体包括以下步骤：实时采集当前时刻燃料电池的电池温度、电池氢气参数、电池空气参数以及电流值和电压值；根据电池温度、电池氢气参数和电池空气参数计算当前时刻的理想开路电动势；根据电流值、电压值和理想开路电动势计算获取浓差损失电动势和极化损失电动势；根据浓差损失电动势和极化损失电动势计算当前燃料电池直流内阻并且得到燃料电池的健康状态指数。

专利文献2(专利号：CN201811493110.0)公开了一种质子交换膜燃料电池电堆健康状态的分析方法,包括步骤：利用燃料电池测试平台和EIS测试台对质子交换膜燃料电池电堆进行输出性能的测试和阻抗谱的测试；通过阻抗谱测试得到的阻抗谱实验曲线拟合质子交换膜燃料电池等效电路,利用拟合软件,由等效电路得到质子交换膜燃料电池的阻抗谱拟合曲线；通过阻抗谱的实验曲线和拟合曲线,结合燃料电池电堆的输出性能,得到质子交换膜燃料电池电堆的运行状态态。

以上两篇专利文献，均通过对燃料电池本体进行电流、电压、电化学阻抗谱等性能的测试，来反映燃料电池本身的健康状态，反馈速度慢，无法高效且快速改善系统控制和运行状态。

发明内容