CN114649550B - 燃料电池寿命预测方法、燃料电池系统、车辆和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种燃料电池寿命预测方法、燃料电池系统、车辆和存储介质，所述方法包括串漏量采集程序，获取电堆的温度、水含量，并根据标准曲线为参照获取修正系数，根据串漏量修正公式获得参考温度和水含量下的串漏指标通过串漏指标与全生命的寿命指标标准曲线进行对比获得寿命信息；本发明利用燃料电池寿命预测方法可以实现对燃料电池寿命的在线估计，无需介入电堆结构，也无需添加结构，使用现有的结构就能够实现监控，并且通过将检测过程融合到开机过程中，在不影响驾驶员使用体验的前提下，实现了对寿命的在线跟踪和记录，为后续的维修保养、策略优化改进等提供了准确的寿命信息。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种燃料电池寿命预测方法、燃料电池系统、车辆和存储介质。
背景技术
质子交换膜燃料电池的工作原理是氢气和氧气发生电化学反应，生成水的同时输出电能，由于燃料电池单体的电压通常小于1V，在实际应用时，需要将上百片单体串联组成燃料电池电堆，并匹配相应的外围附件，构成燃料电池系统。
燃料电池系统寿命是阻碍其商业化的瓶颈之一。其中，氢空串漏量是评估质子交换膜寿命的关键指标，由于燃料电池内部环境复杂，质子交换膜容易受到干湿交变、应力循环、自由基攻击等物理、化学因素的影响，是电堆寿命的薄弱环节，因此实现其寿命的在线估计，通过必要的控制策略优化等手段改善其工作环境是延长寿命的重要方法。
现有方案通常是利用皂泡流量计离线检测电堆的氢空串漏量，或者借助于恒流充电等方法测量其漏氢电流，或者拆解电堆后测量膜的厚度进行评估。
现有技术大多是离线测试的方法，而且借助于专用设备，当燃料电池车辆交付客户后，无法实现对其的在线检测，导致无法及时对其进行有效的干预措施，包含维修保养、改进控制策略等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种实现燃料电池串漏量在线监测进而实现燃料燃料电池寿命预测的燃料电池寿命预测方法、燃料电池系统、车辆和存储介质。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：
一种燃料电池寿命预测方法，包括
串漏量采集程序，记录采集程序所需等待时间t、氢腔压力下降值ΔP；
获取电堆的温度和水含量，并根据温度-水含量-串漏量修正系数的标准曲线为参照获取修正系数C，
根据串漏量修正公式：
获得参考温度和水含量下的串漏指标ΔPref，通过串漏指标ΔPref与全生命的寿命指标标准曲线进行对比获得寿命信息；
进行有效性评估，若有效则将寿命信息进行记录。
优选的，执行所述串漏量采集程序时，所述电堆不施加电流，电压小于0.1V。
优选的，执行所述串漏量采集程序时，所述氢腔内的氢气浓度大于70％。
优选的，获取高频阻抗，通过高频阻抗-温度-水含量的对应关系查表获得水含量。
优选的，所述高频阻抗选择电堆刚开始加载电流时的测量值；所述加载电流在开机操作完成后执行。
优选的，根据所述氢腔压力下降值ΔP与Fick第一定律获得串漏量。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：
一种燃料电池系统，包括燃料电池和云端，所述燃料电池包括控制装置，所述控制装置执行上述的燃料电池寿命预测方法；
将方法获得的有效的寿命信息上传至云端。
优选的，在所述燃料电池系统启动时执行上述的燃料电池寿命预测方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：
一种车辆，包括权上述的燃料电池。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的燃料电池寿命预测方法。
本发明的有益效果在于：利用燃料电池寿命预测方法可以实现对燃料电池寿命的在线估计，无需介入电堆结构，也无需添加结构，使用现有的结构就能够实现监控，并且通过将检测过程融合到开机过程中，在不影响驾驶员使用体验的前提下，实现了对寿命的在线跟踪和记录，为后续的维修保养、策略优化改进等提供了准确的寿命信息。
附图说明
图1为燃料电池的构型图；
标号说明：1、氢气控制阀，2、氢气循环泵，3、吹扫电磁阀，4、电堆，5、调压阀，6、空压机，7、水泵，8、散热器，9、节温器，10、氢气压力传感器，11、电堆入口水温传感器，12、电堆出口水温传感器，13、空气入堆压力传感器，14、空气出堆压力传感器，15、高频阻抗测量装置，20、控制装置。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
一种燃料电池系统，包括燃料电池和云端，
所述燃料电池包括氢气控制阀1、氢气循环泵2、吹扫电磁阀3、电堆4、调压阀5、空压机6、水泵7、散热器8、节温器9、氢气压力传感器10、电堆入口水温传感器11、电堆出口水温传感器12、空气入堆压力传感器13、空气出堆压力传感器14、高频阻抗测量装置15以及控制装置20；
S01：系统启动；
S02：执行串漏量采集程序，串漏量的采集程序优选在启动过程中执行，但不限定其与其他启动操作的先后次序，只需要满足采集过程中不施加电流的情况下电堆电压很低，如低于0.1V，并且优选的，氢腔内的氢气浓度较高，如高于70％等，程序的详细操作如下：
S21：打开氢气控制阀1，向氢腔内充入目标压力的氢气，例如180kPa等；
S22：等待时间t(单位为s)，等待期间，保持吹扫电磁阀3关闭，氢气控制阀1关闭；例如t可以是10s，通常t的时间不能太长，避免影响司机的使用体验，但是串漏量采集程序也可以不是每次开机都执行，可以设置成一定的运行时间或里程后再执行，在这种情况下，由于执行频次低，即使t的时间较长也不会影响司机的使用体验；
S23：通过氢气压力传感器10记录氢腔压力下降值ΔP。
S03：其他开机操作完成，开始加载电流；
S04：测量高频阻抗，通过高频阻抗测量装置15进行测量，可以在不加载电流的情况下测量高频阻抗，优选的是测量记录刚开始加载电流时的高频阻抗；
S05：修正串漏量的数值。由于氢空串漏量与电堆的温度、和电堆的湿度(膜的水含量)有关，因此需要对串漏量的数值进行修正。修正方法如下：利用电堆出口水温传感器12和电堆入口水温传感器11采集电堆温度，根据刚开始加载电流时的高频阻抗值计算膜的水含量，如可以通过事先获得的阻抗-温度-水含量的对应关系查表获得膜的水含量，根据事先获得的温度-水含量-串漏量修正系数C获得本次测量的串漏量修正系数，则串漏量的修正公式为：
其中ΔPref为参考温度和湿度下的串漏指标，例如参考温度25℃，参考水含量5的情况下，便于全生命周期的寿命指标的对比。
也可以根据压力降ΔP(kPa)计算氢空串漏量Q(sccm)，其可以通过氢空串漏量与膜两侧的氢气压差的关系，即Fick第一定律推导获得。
S06：数据有效性评估。对测量过程中的状态进行评估，确认本次的测量结果是否有效，例如是否出现了氢腔其他位置的泄漏，如吹扫电磁阀泄漏等，以及串漏量是否超出了有效性范围等。
S07：存储数据。将有效的数据存储到控制装置的EEPROM中，优选的将其发送到云端的数据平台，作为对电堆寿命的跟踪记录。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种燃料电池寿命预测方法，其特征在于，包括
串漏量采集程序，记录采集程序所需等待时间t、氢腔压力下降值ΔP；
获取电堆的温度和水含量，并根据温度-水含量-串漏量修正系数的标准曲线为参照获取修正系数C，
根据串漏量修正公式：
获得参考温度和水含量下的串漏指标ΔPref，通过串漏指标ΔPref与全生命的寿命指标标准曲线进行对比获得寿命信息；
进行有效性评估，若有效则将寿命信息进行记录；
其中，执行所述串漏量采集程序时，所述电堆不施加电流，电压小于0.1V。
其中，执行所述串漏量采集程序时，所述氢腔内的氢气浓度大于70％。
2.根据权利要求1所述的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，获取高频阻抗，通过高频阻抗-温度-水含量的对应关系查表获得水含量。
3.根据权利要求2所述的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，所述高频阻抗选择电堆刚开始加载电流时的测量值；所述加载电流在开机操作完成后执行。
4.一种燃料电池系统，其特征在于，包括燃料电池和云端，所述燃料电池包括控制装置，所述控制装置执行权利要求1-3任意一项所述的燃料电池寿命预测方法；
将方法获得的有效的寿命信息上传至云端。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述燃料电池系统启动时执行权利要求1-3任意一项所述的燃料电池寿命预测方法。
6.一种车辆，其特征在于，包括权利要求4或5任意一项所述的燃料电池系统。
7.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的燃料电池寿命预测方法。
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| GR01 | Patent grant | ||
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