[发明专利]燃料电池混合动力系统中燃料电池工作状态的在线监测系统及方法

说明书

本发明提供一种燃料电池混合动力系统运行中燃料电池工作状态的在线监测方法。具体地说，是在燃料电池混合动力系统运行中，改变燃料电池放电电流，通过检测相应的电压、电流变化量，计算得到此状态下燃料电池的内阻，根据所测燃料电池内阻，来判断燃料电池工作状态是否正常，从而能够进一步优化电池操作条件，改进电池性能。为避免燃料电池电流波动带来的影响，利用辅助电池补充燃料电池电流变化，使系统对外输出电流保持稳定。本发明测试方法简便、易用，非常适合在燃料电池混合动力系统中应用。

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其涉及燃料电池运行状态的一种监测方法。

背景技术

燃料电池是一种电化学反应装置，能够将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。燃料电池具有高效、绿色、环保等特点，既可用作汽车、飞机、潜艇等可移动载具的动力电源，也可用于电信基站、分布式电站，近年来已成为新能源领域研究热点之一。

为保障燃料电池的正常运行，需要对燃料电池的状态进行实时在线监测，常用的监测状态参数包括温度、压力、湿度、电流、电压、内阻等。内阻作为燃料电池运行中的重要状态参数之一，可以反映电池内部工作状态，如膜电极的干湿状态，而膜电极的干湿状态能直接影响电池的性能和寿命。因此国内外众多公司、科研机构、高校等对燃料电池内阻的测量方法进行了深入研究，目前比较典型的测量方法是交流阻抗法、电流中断法、I-V拟合法等。

交流阻抗法是利用阻抗测试设备对燃料电池施加一定频率的电流或电压干扰信号，利用电压监测系统即时检测相应的电压或电流响应信号，再经计算得到阻抗信息。通常高频状态下所得到阻抗中的实部，即为燃料电池的内阻。

电流中断法是使燃料电池放电过程突然中止，即停止放电，燃料电池电压会突然上升，通过测量电池电压的突变量，进而计算便可得到电池内阻。

I-V拟合法是对燃料电池进行I-V极化测试，然后利用得到的测试结果，根据公式进行拟合(如公式(1))：

E＝E₀–b lgi–Ri–m exp(ni)公式(1)

上式中E为电池电压，i为电流密度，E₀、b、R、m、n均为常数，可通过I-V计划曲线拟合得到。通过公式(1)，便可得到电池内阻R。

上述测试方法虽然均能够得到燃料电池的内阻信息，但均存在一定的局限性。交流阻抗法需专用的交流阻抗仪施加高频信号，高频信号导致输出电压波动，降低电能品质；电流中断法则是直接终止燃料电池的电能输出，而且会导致燃料电池状态突变，会影响到电池内部的水、热、气的平衡，可能导致燃料电池损坏；I-V拟合法则需完成I-V极化测试后才能得到内阻，测试时间较长，会影响对外部负载的正常供电。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种燃料电池混合动力系统中燃料电池工作状态的在线监测方法。本发明主要利用一种燃料电池混合动力系统中燃料电池工作状态的在线监测系统，其特征在于，包括：内阻监测模块、燃料电池模块、以及储能电池模块配合对燃料电池运行中内阻进行在线测试，判断电池工作状态；所述燃料电池模块与所述储能电池模块电路并联，共同对外部负载输出电能；所述内阻监测模块实时调控并监测燃料电池模块与储能电池模块工作状态；

当需要测量燃料电池内阻时，所述内阻监测模块将调控所述燃料电池模块减小或增加燃料电池输出电流，同时增加或减小储能电池模块输出电流，以保证对外输出电能满足外部负载要求；

所述内阻监测模块在改变燃料电池输出电流的同时，实时测量并记录所述燃料电池电压即电堆总电压或单池电压的变化，获取燃料电池内阻即电堆总内阻或单池内阻。

进一步地，所述燃料电池模块包括：燃料电池以及电力调控单元；所述燃料电池模块中的电力调控单元包括：DC/DC变换器。进一步地，所述储能电池模块包括：储能电池以及辅助部件；所述储能电池包括二次电池、电容器。