[发明专利]在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法和设备

说明书

本发明涉及燃料电池领域。本发明涉及一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法，所述方法包括以下步骤：S1：在与燃料电池直接连接的电压转换器上施加扰动电流，使得借助所述扰动电流模拟车载电网中的电负载状态切换；S2：检测燃料电池的输出电压响应；S3：根据燃料电池的输出电压响应的不同区段确定与不同损耗机制相关的信息。本发明还涉及一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的设备和一种计算机程序产品。本发明旨在提供一种能够在车辆环境中易于实施、低成本且能够实现不同劣化机制分析的燃料电池健康诊断方案。

技术领域

本发明涉及一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法、一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的设备和一种计算机程序产品。

背景技术

燃料电池作为能够减少温室气体排放的清洁能源被广泛用于电动车辆领域。然而，寿命仍是燃料电池面临的主要瓶颈。开发诊断燃料电池健康状态(SOH)的方案具有重要意义。

在现有技术中，为了实现燃料电池的健康状态监测，最流行的诊断方法是极化曲线测量法和交流(AC)阻抗谱测量法。但是，这两种解决方案仍存在诸多不足，特别是，极化曲线只能反映燃料电池的整体性能优劣，并不能区分不同类型的损耗。中低频交流阻抗谱测量法虽已在实验室环境中用于燃料电池的劣化测量，但由于测量时间长且工作条件不稳定，因此并不适用于常规车辆应用。高频交流阻抗测量法能够分离欧姆电阻引起的损耗，然而当燃料电池在高负载下运行并且当传质损耗占主导时，这种方法提供的信息仍不够充分。

在这种背景下，期待提供一种能够在车辆环境中易于实施、低成本且能够实现不同劣化机制分析的燃料电池健康诊断方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法、一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的设备和一种计算机程序产品，以至少解决现有技术中的部分问题。

根据本发明的第一方面，提供一种用于在车辆环境中对燃料电池进行健康诊断的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：在与燃料电池直接连接的电压转换器上施加扰动电流，使得借助所述扰动电流模拟车载电网中的电负载状态切换；

S2：检测燃料电池的输出电压响应；以及

S3：根据燃料电池的输出电压响应的不同区段确定与不同损耗机制相关的信息。

本发明尤其包括以下技术构思：通过在车载电压转换器上施加特定形式的扰动电流，在车辆环境中为燃料电池模拟出从极化区到传质区的大跨度负载变化，将实验条件下才能实现的特定诊断方法迁移到车辆环境中，因此能够在无须拆卸燃料电池且无须加装复杂设备的情况下解析出关于燃料电池健康状态的更多有效信息。此外，这种健康诊断方法允许将燃料电池的不同损耗类型区分开，这对于探究燃料电池整体性能衰退的原因具有重要意义。

可选地，与燃料电池直接连接的电压转换器包括DC/DC转换器和DC/AC转换器。

由此，实现以下技术优点：由此能够使上述健康诊断方法应用于不同类型的车辆电力拓扑结构，提高了所述方法适用性。

可选地，模拟车载电网中的电负载状态切换包括：模拟车载电网中的至少部分的、尤其所有的电负载的接入或移除。

由此，实现以下技术优点：燃料电池的输出电流和输出电压会根据以燃料电池为电源的车载电网中的负载状况而动态变化，在这种波动的电子负载条件下，由电池老化导致的诸多结构劣化可以更明显地通过电压变化趋势反映出来。通过记录这些对于车辆燃料电池模型而言易于测量的物理量，可以更直观地看出燃料电池的衰减信息，因此在整体上以较低成本实现了健康状态分析。

可选地，施加扰动电流包括：

将电压转换器上原本施加的恒定电流跳变增大到确定值、尤其在电压转换器上施加阶跃电流；或者，