[发明专利]一种基于非线性阻抗谱的燃料电池故障诊断方法

说明书

本发明涉及一种基于非线性阻抗谱的燃料电池故障诊断方法，包括以下步骤：S1、设计不同类型下不同程度的故障工况，并对燃料电池施加设定幅值的交流扰动，采集激励电流和响应电压；S2、进行快速傅里叶变化得到目标频率下各阶谐波响应，并计算一阶频响函数和二阶频响函数；S3、构成非线性阻抗故障数据集，通过主成分分析对数据集进行故障特征提取和降维；S4、根据降维后的故障数据集，构建故障诊断模型并进行训练；S5、对燃料电池施加设定幅值的交流扰动并采集电压电流数据，计算频响函数，经降维后输入到训练好的故障诊断模型中，实时诊断当前燃料电池健康状态。与现有技术相比，本发明基于线性阻抗进行故障诊断，具有更高的诊断精度。

技术领域

本发明涉及燃料电池故障诊断技术领域，尤其是涉及一种基于非线性阻抗谱的燃料电池故障诊断方法。

背景技术

燃料电池汽车是新能源汽车的一个重要分支，由于其加注速度快、效率高、噪音低、零排放等优点，被认为是未来汽车的最终解决方案之一，但其大规模商用化应用仍受到耐久性限制，对燃料电池系统进行故障诊断，能够为系统控制提供当前健康状态信息，进而进行反馈控制，减缓故障程度以提升燃料电池使用寿命。

中国专利CN113359037A公开了基于BP神经网络的燃料电池故障诊断方法，该方法对燃料电池系统传感器中获取的故障数据进行归一化处理后，采用改进的线性判别分析法进行特征提取，进而利用BP神经网络进行故障诊断，但是该方法无法对不同的燃料电池故障类型和燃料电池故障程度进行判断。

中国专利CN110676488A公开了一种基于低频阻抗与电化学阻抗谱的在线质子交换膜燃料电池故障诊断方法，该方法将测量得到的低频阻抗与低频阻抗故障阈值进行在线比较，基于模糊逻辑的故障诊断算法对电化学阻抗谱进行分类和故障诊断，但是该方法本质上采用的是传统线性电化学阻抗谱，在面对混合型故障时，难以单独区分。

中国专利CN109726452A公开了一种基于阻抗谱的在线质子交换膜燃料电池故障诊断方法，该方法利用等效电路模型对燃料电池电化学阻抗谱进行参数辨识，然后选取其中部分参数作为分类特征，并使用基于二叉树支持向量机的故障诊断算法对质子交换膜燃料电池进行分类处理，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，但是与专利CN110676488A一样，其仅采用线性阻抗信息，在面对混合型故障时，精度难以保证。

综上，需要一种准确性更好适用于混合型故障的燃料电池障诊断方法。

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基于非线性阻抗谱的燃料电池故障诊断方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于非线性阻抗谱的燃料电池故障诊断方法，包括以下步骤：

S1、设计不同类型下不同程度的故障工况，并对燃料电池施加设定幅值的交流扰动，采集激励电流和响应电压；

S2、去除响应电压数据中的稳态分量，进行快速傅里叶变化得到目标频率下各阶谐波响应，并计算一阶频响函数和二阶频响函数；

S3、将一阶频响函数和二阶频响函数共同构成非线性阻抗故障数据集，通过主成分分析对数据集进行故障特征提取和降维；

S4、根据降维后的故障数据集，构建故障诊断模型并进行训练；

S5、对燃料电池施加设定幅值的交流扰动并采集电压电流数据，计算频响函数，经降维后输入到训练好的故障诊断模型中，实时诊断当前燃料电池健康状态。

所述的步骤S1中，不同类型的故障工况包括膜干、饥饿、水淹、膜干和水淹以及水淹和饥饿，每个类型下包含轻微、中等和严重的程度。

所述的步骤S1中，通过不同的工作参数设置，实现不同程度和不同类型故障设置，则有：