[发明专利]用于车用燃料电池衰减过程的水管理故障诊断方法

说明书

本发明提供一种适用于车用燃料电池衰减过程的水管理故障诊断方法，包括：采集质子交换膜燃料电池的标定I‑V曲线；通过曲线拟合得到标定模型参数；采集工作时燃料电池的实时I‑V曲线，得到电池实时内阻R和极限扩散电流密度J_L；通过对比标定模型参数和实时模型参数来判断电池故障类型，并进行故障消除操作。本发明简单易行，能够消除电池衰减对模型参数带来的影响，且无需额外的设备，降低系统成本和复杂性，避免附加故障。

技术领域

本发明涉及燃料电池故障诊断技术领域，尤其涉及一种适用于车用燃料电池衰减过程的水管理故障诊断方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有转化效率高、清洁无污染、室温下快速启动等优点，是一种理想的车载动力源。然而在质子交换膜燃料电池商业化进程中，燃料电池系统的稳定性和可靠性成为了人们日益关注的焦点。故障诊断技术旨在实时监测电堆状态，及时发现并排除故障，进而提高系统的稳定性和可靠性。该技术的应用对车用燃料电池系统的耐久性、可靠性和可维护性具有重要意义。

质子交换膜燃料电池在工作过程中需要有良好的增湿才能保证电化学反应的正常进行，但常常由于不当的水管理和热管理导致燃料电池出现水淹和脱水故障，影响燃料电池的正常工作，甚至加速电池衰减。因此，研究水管理故障诊断方法具有十分重要的应用价值。专利(CN109726452A)基于等效电路模型来拟合电化学阻抗谱实验数据，得到模型参数，随后采用二叉树支持向量机来对故障进行分类处理，对质子交换膜燃料电池内部容易发生的膜干、水淹、空气饥饿等故障进行诊断。类似的，文献(N.Fouquet,et al.Journal ofPower Sources,2006,159:905–913.)通过等效电路拟合的方法获取模型参数，然后再根据模型参数的分布特征进行水淹和脱水故障的诊断。以上方法虽然均可进行故障诊断，但是等效电路模型的建立充满挑战，而且额外的测量设备增加了系统成本，提高了附加故障的风险。专利(CN201910505040.4)公开的故障诊断方法包括离线处理和在线处理，离线处理根据传感器采集的燃料电池的运行和故障数据建立故障数据库，而在线处理根据故障数据库对运行故障进行识别。但是该方法需要大量的运行数据来建立故障诊断数据库，且电池衰减也会对故障阈值产生影响。专利(CN200510126365.X)首先在质子交换膜润湿良好的情况下采集不同温度、电流下的三维谱图R_Ω′＝f(T,I)，再根据实际运行时的电池电压变化值ΔV和电流变化值ΔI，计算阻抗值R_Ω＝ΔV/ΔI，并通过比较来判定是否缺水。该方法虽然避免了附加设备使用，但缺点是其未考虑电池衰减对模型参数(或阈值)的影响，进而限制其应用。

现有技术多采用等效电路模型参数识别的方法进行故障诊断，但是等效电路模型的建立充满挑战，额外的测量设备也增加了系统成本与复杂性，而且普遍未考虑电池衰减对模型参数(或阈值)的影响。

发明内容

根据上述提出现有检测系统复杂成本高的技术问题，而提供适用于车用燃料电池衰减过程的水管理故障诊断方法。本发明通过反复的标定来消除电池衰减对模型参数的影响，且无需额外测量的设备，降低系统成本和复杂性，避免附加故障。

本发明采用的技术手段如下：

1、一种适用于车用燃料电池衰减过程的水管理故障诊断方法，包括：

S1、采集润湿情况良好条件下质子交换膜燃料电池的标定I-V数据；

S2、根据I-V曲线模型，通过曲线拟合的方法识别标定模型参数，所述标定模型参数包括电池开路电压标定值E₀^*、电流密度标定值J₀^*、极限电流密度标定值J_L^*以及电池内阻标定值R^*；

S3、采集工作时燃料电池的实时I-V曲线数据；