[发明专利]外部提供反应物的电化学装置的内部状态监测方法及装置

说明书

本发明提供了一种外部提供反应物的电化学装置的内部状态监测方法及装置，属于电化学装置技术领域，解决了现有技术在介质传输特征频率和电化学特征频率相近时无法提取电化学装置的有效内部状态信息的问题。该装置包括待测电化学装置，DC‑DC转换器，用于对反应物介质施加设定压力或者压力扰动的反应物介质调控器，以及，用于控制反应物介质调控器启动以施加扰动并在施加扰动过程中实时采集待测电化学装置的工作状态参数执行内部状态计算的多合一控制器。通过反应物介质调控器对气体、液体、固体、等离子体、波色‑爱因斯坦凝聚态等反应物介质施加压力、压力扰动的方式对待测电化学装置进行内部状态检测，可获得电化学反应介质阻抗、膜的传递系数等。

技术领域

本发明涉及电化学装置技术领域，尤其涉及一种外部提供反应物的电化学装置的内部状态监测方法及装置。

背景技术

电化学装置近年来在新能源行业应用广泛，但由于电化学反应涉及到复杂的氧化还原反应，很难有效地监控其内部实时运行状态。一般情况下，电化学装置集成了外部辅助设备以确保电化学反应所需反应物传输及控制。外部辅助设备通常用作电化学装置的激励信号源，发出激励信号的同时采集电流电压反馈，对内部状态进行实时诊断及状态分析。

目前，现有技术主要通过施加电信号扰动对电化学装置的内部状态进行监测，借助外部辅助电力装置，如DC/DC转换器，通过控制DC/DC转换器施加扰动电流，采集检测电化学装置的输出电压、电流，分析电化学装置的内部状态信息，实现对电化学装置的实时监控诊断。

由于介质传输特征频率和电化学特征频率相近时，上述借助外部辅助电力装置的方法将无法将二者解耦，因此在低于1 Hz扰动频率下无法提取有效的内部状态信息，包括阻抗信息。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种外部提供反应物的电化学装置的内部状态监测方法及装置，用以解决现有技术在介质传输特征频率和电化学特征频率相近时无法提取电化学装置的有效内部状态信息的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种外部提供反应物的电化学装置的内部状态监测方法，包括如下步骤：

识别待测电化学装置启动后，对待测电化学装置输入或输出的反应物介质施加压力扰动；

在施加所述压力扰动的同时，检测待测电化学装置的至少一个工作状态参数；

从上述工作状态参数中提取所述压力扰动对应的特征量；

将上述特征量以及对应的扰动幅值和频率输入预设特征模型，得到待测电化学装置的内部状态监测指标。

在上述方法的基础上改进，所述待测电化学装置包括燃料电池电堆、电解制氢装置、氯碱工业装置、电解铝装置中的至少一种；

所述反应物介质包括气体、液体、固体、等离子体、波色-爱因斯坦凝聚态介质、费米子凝聚态介质中的至少一种；

所述工作状态参数包括实时输出电压信号，实时输出电流信号，实时供电电压信号，或者，实时供电电流信号；

所述特征量包括幅值、频率、持续时间、变化以及变化系数中的至少一种；

所述内部状态监测指标包括电化学反应介质阻抗、阴极气体湿度、氧气在阴极催化层和气体扩散层的传递系数中的至少一种。

进一步，所述压力扰动为低频的多频率扰动、高频的多频率扰动、低频至高频的多频率压力扰动、高频至低频的多频率扰动中的一种。

进一步，对于包括燃料电池电堆的电化学装置，所述反应物介质包括空气或空气尾气；并且，

所述压力扰动包括：控制空压器转速改变，对待测电化学装置的输入空气施加低频至高频的压力扰动；或者，控制与待测电化学装置的空气尾气出口连接的尾排阀的开启频率改变，对待测电化学装置的空气尾气施加低频至高频的压力扰动。