[发明专利]一种燃料电池阻抗测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池阻抗测量系统及方法，其中系统，包括：信号采集单元，用于采集电堆电压、电堆电流和单体电压；阻抗计算单元，接收采集的电堆电压、电堆电流和单体电压计算得到燃料电池电堆的阻抗和单片燃料电池阻抗；系统负载；DC/DC功率变换器，设于燃料电池电堆和系统负载之间，用于将燃料电池电堆的输出电压升高到系统工作电压，并在直流电流上叠加正弦交流电流作为阻抗的激励电流；控制单元，与阻抗计算单元、DC/DC功率变换器和系统负载，用于根据阻抗计算单元的输出判定燃料电池内部状态，并结合负载功率需求产生相应的PWM控制信号已发送至DC/DC功率变换器。与现有技术相比，本发明具有精度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术，尤其是涉及一种燃料电池阻抗测量系统及方法。

背景技术

相比于其他种类新能源，燃料电池具有转化效率高、环境友好和组装简单灵活的特点虽然燃料电池有诸多优点，就目前实际来看，燃料电池仍然存在诸多问题，如寿命问题、可靠性问题和成本问题。其中可靠性是制约燃料电池大规模应用和商业化关键因素之一。电化学阻抗谱可以将不同电化学过程对燃料电池的影响分离出来，尤其适用于包含多步反应、并行反应的复杂电化学系统。通过燃料电池阻抗信息可以推断燃料电池内部状态，包括：质子交换膜含水量、阴极液态水含量、气体供应状态等等。近年来，电化学阻抗谱已经成为燃料电池系统故障诊断的主要工具。

专利CN107482911A提出了一种适用于氢燃料电池堆交流阻抗测试的DC/DC变换器。其拓扑结构为传统boost电路结构，当整个系统的功率增加时，电路中元器件取值较大，增加系统体积和成本。而且，传统的电路导致整个电路纹波较大，增大交流信号提取的难度。

专利CN105699902A提出了一种用于燃料电池诊断的阻抗测定装置及其方法。此项专利指明了燃料电池阻抗测量的具体实施方法，但是所述方法只是计算得出了燃料电池电堆的阻抗。燃料电池电堆由多片燃料电池单体构成，不同单体由于其在电堆中的位置不同，各个单体的温度、气体供应状态甚至电流密度都会存在不一致性问题，造成单体的阻抗不一致的问题。由于电堆为串联结构，电堆系统的可靠性取决于电堆中性能最差的单体燃料电池。所以，有必要测定燃料电池单体的阻抗，为电堆故障诊断提供最精准的数据。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池阻抗测量系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池阻抗测量系统，包括：

信号采集单元，输入端连接至燃料电池电堆，用于采集电堆电压、电堆电流和单体电压；

阻抗计算单元，输入端与信号采集单元的输出端连接，接收采集的电堆电压、电堆电流和单体电压计算得到燃料电池电堆的阻抗和单片燃料电池阻抗；

系统负载，与燃料电池电堆的输出端连接；

还包括：

DC/DC功率变换器，设于燃料电池电堆和系统负载之间，用于将燃料电池电堆的输出电压升高到系统工作电压，并在直流电流上叠加正弦交流电流作为阻抗的激励电流；

控制单元，与阻抗计算单元、DC/DC功率变换器和系统负载，用于根据阻抗计算单元的输出判定燃料电池内部状态，并结合负载功率需求产生相应的PWM控制信号已发送至DC/DC功率变换器。

所述DC/DC功率变换器包括输入电容、输出电容和多相并联支路。

所述多相并联支路包括相互并联的多路boost支路，任一boost支路包括功率电感、开关管和二极管，所述开关管的集电极分别与功率电感的一端和二极管的阳极连接，发射极分别与燃料电池电堆的负极和系统负载的一端连接，基极与控制单元连接，所述功率电感的另一端与燃料电池电堆的正极连接，所述二极管的阴极与系统负载的另一端连接。