[发明专利]一种统计负载功率变化预测燃料电池剩余寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种预测燃料电池剩余寿命的方法，尤其涉及一种统计负载功率变化预测燃料电池剩余寿命的方法，属于燃料电池技术领域。

背景技术

随着环境污染和能源危机的加剧，传统内燃机汽车暴露出越来越多的弊端。新能源汽车，如纯电动汽车、氢燃料电池电动车等成为当前各大国家的研究热点。其中，氢燃料电池电动车相比纯电动汽车，具有能量转化效率高、完全零排放、过载能力强等优点，因此其成为继纯电动汽车之后汽车领域的又一热门选择。

氢燃料电池作为一种新型的能源系统，是一种可以将化学能转化为电能的能源装置，具有结构简单，噪音低等优点，但制作成本和使用成本较高是其一大缺点，因此，寿命研究成为燃料电池研究的一个核心课题，燃料电池使用寿命的长短直接关系到其商业化的发展。对燃料电池寿命研究的一个重要方面就是对燃料电池剩余寿命进行预测，从而分析燃料电池寿命受实际工况的影响程度，从而得到燃料电池剩余寿命的预测值，并且能够实现对燃料电池使用的优化，燃料电池的制造也具有重要的意义。

燃料电池作为一个能量源，相比于蓄电池、超级电容，其功率变化特性较弱，没有办法在很短的时间内很好地应对较大的功率变动，即燃料电池不能够在短时间内进行较大电流的变化，而其作为电动车的心脏，由于电动车行驶工况复杂，频繁的启停，不停的加速减速，频繁的输出功率的变动势必会影响燃料电池的寿命。

相比于锂电池循环寿命研究，燃料电池需要考虑负载功率变化，放电倍率、温度以及湿度的影响，在此认为，燃料电池在正常的工况下温度、湿度及放电倍率都处于合适的值，因此，负载功率变化成为影响燃料电池寿命的主要因素。

当前对燃料电池寿命预测多依赖实验室测试的方法，即在实验室条件下进行工况模拟或者加速试验的方法来对燃料电池进行寿命预测。但这些方法，一方面引入了实验室测试这一较为复杂的流程，另一方面也难以准确模拟燃料电池使用中的实际工况，通常只能进行线性拟合，在对燃料电池寿命预测的准确性上存在困难。因此，发明一种可应用于实际燃料电池系统且可以实时预测燃料电池剩余寿命的方法至关重要。

中国专利公开号为CN104865061A，提出了一种实时雨流计数法，该方法克服了传统雨流计数法只能对离线数据进行统计的缺点，适用范围广，准确性高。对于本研究中对燃料电池寿命的研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服当前燃料电池研究中没有办法很好地实时对燃料电池剩余寿命进行预测的难题，实时地对燃料电池的放电电流幅值进行统计和分析，利用该方法可以实时预测燃料电池的剩余寿命。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种统计负载功率变化预测燃料电池剩余寿命的方法，该方法是将实时雨流计数法与燃料电池寿命预测相结合，该方法基于疲劳寿命预测系统实现，该系统的传感器模块、信号采集系统、滤波模块与信号采集系统顺次连接，用以对采集信号中的无效波进行有效滤波；雨流计数模块与滤波模块连接，用以对采集的有效信号进行循环提取与计数，输出当前统计次数，并计算出当前寿命损耗。

目前，最为直接的能够反映燃料电池性能衰减的指标为燃料电池的开路电压，同样以燃料电池的开路电压为评价指标。

该方法的包括以下步骤：

首先，完好的燃料电池的开路电压为U₀，燃料电池寿命终止时燃料电池的电压为U₁，当燃料电池由开路电压U₀开始工作到开路电压为U₁时，则确定燃料电池寿命终止。基于燃料电池寿命终止的过程，确定燃料电池的功率变化P_i与使用寿命N_i的关系曲线，P_i为燃料电池输出功率变化；燃料电池的输出电流的额定值为1kW，则此时需要测试的燃料电池的功率变化P_i为0W、200W、400W、600W、800W和1kW，N_i表示对应的放电功率幅值变化下的最大使用次数，根据绘制的曲线图得到N_i与P_i之间的函数关系；i表示功率变动事件的次数。

然后，针对选定的燃料电池，采用实时雨流计数法对实际运行中的燃料电池变化次数n与功率变化幅值P_i进行顺序统计，得到燃料电池在不同功率变化下真实的变化次数n(P_i)；