CN110752396A - 一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法，涉及燃料电池水合状态评估技术领域。该方法具体包括以下步骤：根据系统负荷需求得到燃料电池请求电流对应的辅机设定状态，当调节辅机运行状态达到该辅机设定状态时，将该状态作为水合状态异常自愈控制的基准运行状态；在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，采样燃料电池请求电压序列，对燃料电池水合状态进行异常评估；基于差分电流注入原理，采样燃料电池设定电压序列，对燃料电池水合状态异常进行进一步分类；根据质子交换膜燃料电池水合状态综合评估分类结果，生成偏置请求电流信号以及迭代电流设定序列，对该质子交换膜燃料电池水合状态异常进行迭代自愈控制。

Description

一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制 方法
技术领域
本发明涉及燃料电池水合状态评估技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池以其功率密度高、运行温度低、动态响应快以及环境友好等突出优点，是轨道交通、电动汽车领域最具商业化前景的燃料电池类型。随着商用质子交换膜燃料电池集成技术的发展和集成大功率质子交换膜燃料电池使用寿命的不断提高，质子交换膜燃料电池系统在分布式发电、固定电站等并网发电领域也具有广阔的应用前景。
质子交换膜燃料电池系统由质子交换膜燃料电池电堆和必要的辅机子系统构成。为了满足负荷要求，质子交换膜燃料电池电堆通常由相互串联的多个质子交换膜燃料电池单体构成，通过辅机子系统的协同控制，确保反应气体供给并维持合理的电堆温度和水合状态。作为氢氧电化学反应的界面，质子交换膜燃料电池的质子交换膜组件主要包括质子交换膜层、催化剂层和气体扩散层，由于质子交换膜燃料电池工作温度一般不超过100℃，因此，质子交换膜燃料电池水合状态，即所述质子交换膜组件的湿润程度，不仅包括质子交换膜的增湿状态，而且涉及气体扩散层的液态水饱和状态。一方面，未充分湿润的质子交换膜的质子传导率不佳，会导致质子交换膜燃料电池输出性能衰减，并且其热稳定性对增湿状态非常敏感；另一方面，质子交换膜与气体扩散层中液态水的过度累积会引起催化剂有效表面积损失，恶化高分子聚合物的溶解腐蚀和污染等材料变性，造成质子交换膜燃料电池性能衰退，降低其运行稳定性和服役寿命。由此可知，如何确保合理的质子交换膜燃料电池水合状态，对质子交换膜燃料电池系统的长时稳定运行至关重要。
目前，对质子交换膜燃料电池水合状态的评估主要依赖于交流阻抗测量方法，通过交流阻抗谱的变化来判断质子交换膜燃料电池水合状态。然而，由于需要采样不同交流频率电流下的质子交换膜燃料稳态输出电压，因而交流阻抗谱的测量难以在线进行。虽然近年来提出了多种基于随机电流信号注入和小波分解的质子交换膜燃料电池交流阻抗在线监测技术，但是由于随机电流信号注入引起的质子交换膜燃料电池输出电流纹波会恶化质子交换膜燃料电池内部电化学反应环境，并且小波分解固有的高计算复杂度使得交流阻抗计算过程难以实现与信号采样同步，限制了该技术在质子交换膜燃料电池系统水合状态评估中的应用。目前对质子交换膜燃料电池水合状态的在线评估研究仍然非常有限，而基于质子交换膜燃料电池水合状态在线评估的水合状态异常自愈控制技术及其方法更是未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种通过对质子交换膜燃料电池的注入差分电流进行迭代控制，实现质子交换膜燃料电池水合状态异常的迭代自愈控制的燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法。
本发明具体采用如下技术方案：
一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法，基于质子交换膜燃料电池，质子交换膜燃料电池包括发电系统和负荷系统，发电系统包括辅机驱动子系统、电池子系统、级联变换子系统；
所述辅机驱动子系统包括辅机单元和辅机驱动控制单元；
所述电池子系统包括水合状态异常自愈控制单元、基础控制单元和燃料电池单元；
所述级联变换子系统包括级联变换控制单元和级联变换单元；
所述负荷系统包括负荷单元和负荷控制单元；
所述方法包括以下步骤：
步骤1，根据系统负荷需求得到燃料电池请求电流对应的辅机设定状态，当调节辅机运行状态达到该辅机设定状态时，将该状态作为水合状态异常自愈控制的基准运行状态；
步骤2，在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，采样燃料电池请求电压序列，对燃料电池水合状态进行异常评估；
步骤3，基于差分电流注入原理，采样燃料电池设定电压序列，对燃料电池水合状态异常进行进一步分类；
步骤4，根据质子交换膜燃料电池水合状态综合评估分类结果，生成偏置请求电流信号以及迭代电流设定序列，对该质子交换膜燃料电池水合状态异常进行迭代自愈控制。
优选地，所述步骤2包括：
在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，由基础控制单元采样燃料电池单元的输出电压序列，记为燃料电池单元的请求电压序列，由水合状态异常自愈控制单元设置斜率阈值和斜率死区，如果燃料电池单元的请求电压序列的斜率位于斜率死区内，则燃料电池单元的水合状态为正常水合；如果燃料电池单元的请求电压序列的斜率小于斜率负阈值，则燃料电池单元的水合状态为异常水合。
优选地，所述步骤3包括：
在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，如果燃料电池单元的水合状态为异常水合，则基于差分电流注入原理，由基础控制单元向级联变换控制单元发送叠加指定正差分电流值的输入电流设定信号，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流达到该指定输入电流设定信号，当级联变换单元的输入电流达到该叠加指定差分电流值的电流设定信号时，记录指定间隔内发电系统的燃料电池单元的输出电压序列，记为燃料电池单元的设定电压序列，根据水合状态异常自愈控制单元设置的用于评估燃料电池单元水合状态的斜率阈值和斜率死区，如果燃料电池单元的设定电压序列斜率大于请求电压序列斜率，该燃料电池单元的水合状态为欠水合；如果燃料电池单元的设定电压序列的斜率小于请求电压序列斜率，则燃料电池单元的水合状态为过水合。
优选地，所述步骤4包括：
当燃料电池单元的水合状态为欠水合时，由水合状态异常自愈控制单元通过斜率极值搜索方法获取以实时电压序列斜率绝对值最小为目标的正偏置请求电流信号，由水合状态异常自愈控制单元生成以正偏置请求电流信号为终值的递减电流设定信号序列，并将该递减电流设定信号序列发送至级联变换控制单元，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流，直到该递减电流设定信号序列对应的电压设定信号序列斜率小于斜率正阈值；
优选地，所述步骤4包括：
当燃料电池单元的水合状态为过水合时，由水合状态异常自愈控制单元通过斜率极值搜索方法获取以实时电压序列斜率绝对值最小为目标的负偏置请求电流信号，由水合状态异常自愈控制单元生成以负偏置请求电流为终值的递增电流设定信号序列，并将该递增电流设定信号序列发送至级联变换控制单元，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流，直到该递增电流设定信号序列对应的电压设定信号序列斜率小于斜率正阈值。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的方法，无需进行离线阻抗谱测量以及复杂的滑窗信号时频分解，充分利用了集成质子交换膜燃料电池系统通信交互控制过程，只需基于质子交换膜燃料电池发电系统既有电压、电流量测信号，对差分电流注入过程中的燃料电池系统输出电流、输出电压动态进行在线分析控制，即可实现对质子交换膜燃料电池系统的质子交换膜燃料电池水合状态实现有效的在线评估以及水合状态异常的在线迭代自愈控制。
该方法原理明确，实现简单，相较于已有方法更加适用于集成质子交换膜燃料电池系统中质子交换膜燃料电池水和状态异常的在线自愈控制，在增强燃料电池系统输出性能的同时，能够有效延长燃料电池系统的服役寿命。
附图说明
图1为集成质子交换膜燃料电池系统结构原理图；
图2为质子交换膜燃料电池液态水饱和度与系统差分电流关联示意图；
图3为质子交换膜燃料电池水合状态异常自愈控制实施流程；
图4为质子交换膜燃料电池水合状态异常为欠水合状态时的自愈控制过程电压、电流、功率信号变化示意图；
图5为质子交换膜燃料电池水合状态异常为过水合状态时的自愈控制过程电压、电流、功率信号变化示意图。
其中，10为发电系统，100为辅机驱动子系统，102为辅机驱动控制单元，104为辅机单元，200为电池子系统，202为基础控制单元，204为燃料电池单元，206为水合状态异常自愈控制单元，300为级联变换子系统，302为级联变换控制单元，304为级联变换单元，400为负荷系统，402为负荷控制单元，404为负荷单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法，基于如图1所示的质子交换膜燃料电池，质子交换膜燃料电池包括发电系统10和负荷系统400，发电系统10包括辅机驱动子系统100、电池子系统200、级联变换子系统300；
辅机驱动子系统100包括辅机单元104和辅机驱动控制单元102；
电池子系统200包括水合状态异常自愈控制单元206、基础控制单元202和燃料电池单元204；
级联变换子系统300包括级联变换控制单元302和级联变换单元304；
负荷系统400包括负荷单元404和负荷控制单元402；
基础控制单元202与水合状态异常自愈控制单元206、辅机驱动控制单元102、级联变换控制单元302、负荷控制单元402之间隔离通信连接。同时，基础控制单元202与燃料电池单元204隔离通信连接；辅机驱动控制单元102与辅机单元104隔离通信连接；级联变换控制单元302与级联变换单元304隔离通信连接；负荷控制单元402与负荷单元404隔离通信连接。辅机单元104与燃料电池单元204物理连接；燃料电池单元与级联变换单元304物理连接；级联变换单元304与负荷单元404物理连接。
上述的质子交换膜燃料电池的质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法，基于附图2中虚框中所示的差分电流注入过程对燃料电池水合状态的影响机理，即当所燃料电池单元204的实际输出电流值比请求电流值大时，即注入差分电流为正，燃料电池单元204的质子交换膜组件中液态水饱和度会逐渐增加；而当燃料电池单元204的实际输出电流比请求电流小时，即注入差分电流为负，燃料电池单元204的质子交换膜组件中液态水饱和度会逐渐减小，并且液态水饱和度的变化斜率与注入差分电流的绝对幅值相关，包括如图3所示的以下步骤：
步骤1，根据系统负荷需求得到燃料电池请求电流对应的辅机设定状态，当调节辅机运行状态达到该辅机设定状态时，将该状态作为水合状态异常自愈控制的基准运行状态；
步骤2，在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，采样燃料电池请求电压序列，对燃料电池水合状态进行异常评估；
步骤3，基于差分电流注入原理，采样燃料电池设定电压序列，对燃料电池水合状态异常进行进一步分类；
步骤4，根据质子交换膜燃料电池水合状态综合评估分类结果，生成偏置请求电流信号以及迭代电流设定序列，对该质子交换膜燃料电池水合状态异常进行迭代自愈控制。
基于上述步骤2，具体为，由负荷控制单元402经隔离通信向发电系统10的燃料电池基础控制单元202发送请求电流信号，并由燃料电池基础控制单元202根据请求电流信号经隔离通信向所辅机驱动控制单元102发送辅机设定信号，由辅机驱动控制单元102将辅机单元104的工作状态调节至辅机设定信号对应的辅机设定运行状态，同时，由燃料电池基础控制单元202经隔离通信向级联变换控制单元302发送电流设定信号，由级联变换控制单元302控制级联变换单元304的输入电流达到指定电流设定信号，将该时刻对应发电系统10运行状态记为该辅机设定运行状态下的质子交换膜燃料电池水合状态异常自愈控制的基准运行状态。
基于上述步骤2，具体的为，确定辅机设定运行状态下的质子交换膜燃料电池水合状态异常自愈控制的基准运行状态时，在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，由基础控制单元采样燃料电池单元的输出电压序列，记为燃料电池单元的请求电压序列，由水合状态异常自愈控制单元设置斜率阈值和斜率死区，如果燃料电池单元的请求电压序列的斜率位于斜率死区内，则燃料电池单元的水合状态为正常水合；如果燃料电池单元的请求电压序列的斜率小于斜率负阈值，则燃料电池单元的水合状态为异常水合。
基于上述步骤3，具体的为，在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，如果燃料电池单元的水合状态为异常水合，则基于差分电流注入原理，由基础控制单元向级联变换控制单元发送叠加指定正差分电流值的输入电流设定信号，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流达到该指定输入电流设定信号，当级联变换单元的输入电流达到该叠加指定差分电流值的电流设定信号时，记录指定间隔内发电系统的燃料电池单元的输出电压序列，记为燃料电池单元的设定电压序列，根据水合状态异常自愈控制单元设置的用于评估燃料电池单元水合状态的斜率阈值和斜率死区，如果燃料电池单元的设定电压序列斜率大于请求电压序列斜率，该燃料电池单元的水合状态为欠水合；如果燃料电池单元的设定电压序列的斜率小于请求电压序列斜率，则燃料电池单元的水合状态为过水合。
基于上述步骤4，具体的为，当燃料电池单元的水合状态为欠水合时，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流，直到该递减电流设定信号序列对应的电压设定信号序列斜率小于斜率正阈值：当燃料电池单元的水合状态为欠水合时，由水合状态异常自愈控制单元通过斜率极值搜索方法获取以实时电压序列斜率绝对值最小为目标的正偏置请求电流信号，由水合状态异常自愈控制单元生成以正偏置请求电流信号为终值的递减电流设定信号序列，并将该递减电流设定信号序列发送至级联变换控制单元，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流，直到该递减电流设定信号序列对应的电压设定信号序列斜率小于斜率正阈值。
当燃料电池单元的水合状态为过水合时，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流，直到该递增电流设定信号序列对应的电压设定信号序列斜率小于斜率正阈值：当燃料电池单元的水合状态为过水合时，由水合状态异常自愈控制单元通过斜率极值搜索方法获取以实时电压序列斜率绝对值最小为目标的负偏置请求电流信号，由水合状态异常自愈控制单元生成以负偏置请求电流为终值的递增电流设定信号序列，并将该递增电流设定信号序列发送至级联变换控制单元，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流，直到该递增电流设定信号序列对应的电压设定信号序列斜率小于斜率正阈值。
附图4示出了当发电系统10的水合状态异常自愈控制单元206评估所述燃料电池单元204的水合状态为欠水合时，经本发明实施例提供的燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法得到的发电系统10的燃料电池单元204的水合状态异常自愈控制结果。附图4中，Ireq,1为设定请求电流，I′req，1为正偏置请求电流，Ireal,n为所述递减电流设定信号序列的第n个值，经所述递减电流设定信号序列调节过程(①→②→①)，燃料电池单元204的输出功率由Preq增加至Preal。附图5示出了当发电系统10的水合状态异常自愈控制单元206评估燃料电池单元204的水合状态为过水合时，经本发明实施例提供的燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法得到的发电系统10的燃料电池单元204的水合状态异常自愈控制结果。附图5中，Ireq,1为设定请求电流，I′req，1为负偏置请求电流，Ireal,n为所述递减电流设定信号序列的第n个值，经所述递增电流设定信号序列调节过程(①→②→①)，燃料电池单元204的输出功率由Preq增加至Preal。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法，基于质子交换膜燃料电池，质子交换膜燃料电池包括发电系统和负荷系统，发电系统包括辅机驱动子系统、电池子系统、级联变换子系统；
所述辅机驱动子系统包括辅机单元和辅机驱动控制单元；
所述电池子系统包括水合状态异常自愈控制单元、基础控制单元和燃料电池单元；
所述级联变换子系统包括级联变换控制单元和级联变换单元；
所述负荷系统包括负荷单元和负荷控制单元；
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，根据系统负荷需求得到燃料电池请求电流对应的辅机设定状态，当调节辅机运行状态达到该辅机设定状态时，将该状态作为水合状态异常自愈控制的基准运行状态；
步骤2，在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，采样燃料电池请求电压序列，对燃料电池水合状态进行异常评估；
步骤3，基于差分电流注入原理，采样燃料电池设定电压序列，对燃料电池水合状态异常进行进一步分类；
步骤4，根据质子交换膜燃料电池水合状态综合评估分类结果，生成偏置请求电流信号以及迭代电流设定序列，对该质子交换膜燃料电池水合状态异常进行迭代自愈控制。
2.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：
在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，由基础控制单元采样燃料电池单元的输出电压序列，记为燃料电池单元的请求电压序列，由水合状态异常自愈控制单元设置斜率阈值和斜率死区，如果燃料电池单元的请求电压序列的斜率位于斜率死区内，则燃料电池单元的水合状态为正常水合；如果燃料电池单元的请求电压序列的斜率小于斜率负阈值，则燃料电池单元的水合状态为异常水合。
3.如权利要求1或2所述的一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：
在质子交换膜燃料电池基准运行状态下，如果燃料电池单元的水合状态为异常水合，则基于差分电流注入原理，由基础控制单元向级联变换控制单元发送叠加指定正差分电流值的输入电流设定信号，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流达到该指定输入电流设定信号，当级联变换单元的输入电流达到该叠加指定差分电流值的电流设定信号时，记录指定间隔内发电系统的燃料电池单元的输出电压序列，记为燃料电池单元的设定电压序列，根据水合状态异常自愈控制单元设置的用于评估燃料电池单元水合状态的斜率阈值和斜率死区，如果燃料电池单元的设定电压序列斜率大于请求电压序列斜率，该燃料电池单元的水合状态为欠水合；如果燃料电池单元的设定电压序列的斜率小于请求电压序列斜率，则燃料电池单元的水合状态为过水合。
4.如权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法，其特征在于，所述步骤4包括：
当燃料电池单元的水合状态为欠水合时，由水合状态异常自愈控制单元通过斜率极值搜索方法获取以实时电压序列斜率绝对值最小为目标的正偏置请求电流信号，由水合状态异常自愈控制单元生成以正偏置请求电流信号为终值的递减电流设定信号序列，并将该递减电流设定信号序列发送至级联变换控制单元，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流，直到该递减电流设定信号序列对应的电压设定信号序列斜率小于斜率正阈值。
5.如权利要求4所述的一种质子交换膜燃料电池水合状态在线评估与异常自愈控制方法，其特征在于，所述步骤4包括：
当燃料电池单元的水合状态为过水合时，由水合状态异常自愈控制单元通过斜率极值搜索方法获取以实时电压序列斜率绝对值最小为目标的负偏置请求电流信号，由水合状态异常自愈控制单元生成以负偏置请求电流为终值的递增电流设定信号序列，并将该递增电流设定信号序列发送至级联变换控制单元，由级联变换控制单元控制级联变换单元的输入电流，直到该递增电流设定信号序列对应的电压设定信号序列斜率小于斜率正阈值。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008123783A (ja) * 2006-11-10 2008-05-29 Denso Corp 燃料電池システム
CN101371392A (zh) * 2006-01-23 2009-02-18 日产自动车株式会社 燃料电池系统
JP2013110019A (ja) * 2011-11-22 2013-06-06 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法
CN102422473B (zh) * 2009-05-14 2014-06-25 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN105990590A (zh) * 2014-10-06 2016-10-05 现代自动车株式会社 用于诊断燃料电池堆的方法及系统
US20180102559A1 (en) * 2013-08-16 2018-04-12 Hyundai Motor Company Apparatus and method for measuring internal ohmic resistance of fuel cell system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101371392A (zh) * 2006-01-23 2009-02-18 日产自动车株式会社 燃料电池系统
JP2008123783A (ja) * 2006-11-10 2008-05-29 Denso Corp 燃料電池システム
CN102422473B (zh) * 2009-05-14 2014-06-25 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
JP2013110019A (ja) * 2011-11-22 2013-06-06 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法
US20180102559A1 (en) * 2013-08-16 2018-04-12 Hyundai Motor Company Apparatus and method for measuring internal ohmic resistance of fuel cell system
CN105990590A (zh) * 2014-10-06 2016-10-05 现代自动车株式会社 用于诊断燃料电池堆的方法及系统

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