CN115939462A - 一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了燃料电池故障诊断技术领域的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置及方法；包括设有功率检测单元的多堆燃料电池子系统、设有氢气检测单元的氢气供给子系统、设有空气检测单元的空气供给子系统、设有冷却水检测单元水热管路子系统和信息采集及故障诊断子系统，信息采集及故障诊断子系统分别与功率检测单元、氢气检测单元、空气检测单元和冷却水检测单元电连接，用于接收检测到的实时信息。本发明先通过实时信息与预设信息的对比确定故障信息，再根据故障信息调节多堆燃料电池子系统的功率输出，保证多堆燃料电池系统的功率正常输出；同时通过控制多堆燃料电池系统的子系统动作并缓解或消除故障，使得堆燃料电池系统正常运行。

Description

一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置及方法

技术领域

本发明涉及燃料电池故障诊断技术领域，具体涉及一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置及方法。

背景技术

近些年，新能源技术在世界快速发展的大背景下发展态势良好，发展速度迅猛，其中以新能源和可再生能源氢气为主要动力源的燃料电池技术，以其能量效率高、工作温度低、噪声小和无污染等优点，在车辆工程、交通运输、航空航天和分布式发电等领域备受关注。

目前燃料电池电堆已经可以达到240kW的额定输出功率，但是在面对大功率或复杂工况需求时，通常是使用由多个燃料电池电堆组成多堆燃料电池系统以提高输出功率和工作效率。相较于单堆燃料电池系统，由于多堆燃料电池系统的结构和工作方式发生了变化，使用单堆燃料电池系统的子系统逐一检测的诊断方式对多堆燃料电池系统进行故障诊断时，不仅需要为每个燃料电池电堆设置故障诊断模块和控制器，还存在效率低和影响功率正常输出的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，以解决现有多堆燃料电池诊断方法存在的效率低和影响功率正常输出的技术问题。

本发明所采用的技术方案为：一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，包括：

功率检测单元，所述功率检测单元设置于多堆燃料电池子系统上，用于检测输出功率的实时信息；

氢气检测单元，所述氢气检测单元设置于与所述多堆燃料电池子系统连接的氢气供给子系统上，用于检测氢气供给的实时信息；

空气检测单元，所述空气检测单元设置于与所述多堆燃料电池子系统连接的空气供给子系统上，用于检测空气供给的实时信息；

冷却水检测单元，所述冷却水检测单元设置于与所述多堆燃料电池子系统连接的水热管路子系统上，用于检测冷却水温度的实时信息；

信息采集及故障诊断子系统，所述信息采集及故障诊断子系统分别与所述功率检测单元、所述氢气检测单元、所述空气检测单元和所述冷却水检测单元电连接，用于接收所述实时信息、并与预设信息对比确定故障信息。

优选的，所述信息采集及故障诊断子系统包括信号收集器、故障诊断器和控制器，所述信号收集器与所述功率检测单元、所述氢气检测单元、所述空气检测单元和所述冷却水检测单元电连接，用于接收所述实时信息；所述故障诊断器与所述信号收集器电连接，用于将预设信息与实时信息比较并确定故障信息；所述控制器与所述故障诊断器电连接，用于接收所述故障信息并控制多堆燃料电池系统恒功率输出，同时控制所述氢气供给子系统、空气供给子系统和/或水热管路子系统动作并解决故障。

优选的，所述功率检测单元包括设置于燃料电池电堆输出电路上的电压表和电流表，所述电压表用于检测所述燃料电池电堆的输出电压，所述电流表用于检测所述燃料电池电堆的输出电流。

优选的，所述氢气供给子系统包括设置于氢气供给管路上的高压氢气瓶、入堆氢气共轨管、进气电磁阀A、背压阀A和出堆氢气共轨管；所述氢气检测单元用于检测所述高压氢气瓶出口的氢气压力、用于检测所述入堆氢气共轨管内部压力和温度、用于检测进气电磁阀A处入堆氢气压力和流量、用于检测背压阀A处出堆氢气压力和流量、用于检测所述出堆氢气共轨管内部压力和温度。

优选的，所述空气供给子系统包括设置在空气供给管路上的增压装置、空气缓冲罐、入堆空气共轨管、进气电磁阀B、背压阀B和出堆空气共轨管；所述空气检测单元用于检测增压空气的压力、用于检测所述空气缓冲罐的进口空气流量、用于检测所述空气缓冲罐内部压力和温度、用于检测所述空气缓冲罐的出口空气流量、用于检测进气电磁阀B处入堆空气流量和压力、用于检测背压阀B处出堆空气流量和压力。

优选的，所述冷却水检测单元包括第一温度传感器C和第二温度传感器C，所述第一温度传感器C设置于燃料电池电堆的入口，用于检测所述燃料电池电堆的入口冷却水温度；所述第二温度传感器C设置于所述燃料电池电堆的出口，用于检测所述燃料电池电堆的出口冷却水温度。

本发明的另一目的在于提供一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，所述方法包括以下步骤：

获取多堆燃料电池系统的实时信息；

判断所述实时信息与预设信息是否相同；否，则判定所述多堆燃料电池系统故障；

通过所述实时信息与所述预设信息的对比确定故障信息；

根据所述故障信息调节燃料电池电堆的输出功率，并使所述多堆燃料电池系统恒功率输出；

根据所述故障信息控制所述多堆燃料电池系统的子系统执行预设动作解决故障。

优选的，获取多堆燃料电池系统的实时信息具体包括：

获取多堆燃料电池子系统中每个燃料电池电堆的输出电压和输出电流；

获取氢气供给子系统中高压氢气瓶出口氢气压力、入堆氢气共轨管内部压力和温度、入堆氢气压力和流量、出堆氢气压力和流量、以及出堆氢气共轨管内部压力和温度；

获取空气供给子系统中增压装置出口空气压力、空气缓冲罐内部压力和温度、空气缓冲罐出口流量、入堆空气流量和压力、以及出堆空气流量和压力；

获取水热管路子系统中入口冷却水温度和出口冷却水温度。

优选的，所述故障信息包括故障位置和故障类型。

优选的，根据所述故障信息调节燃料电池电堆的输出功率，并使所述多堆燃料电池系统恒功率输出具体包括：根据所述故障信息降低故障电堆的输出功率，并提高正常电堆的输出功率，以使所述多堆燃料电池系统恒功率输出。

本发明的有益效果：

本发明采用集成化思路将信号收集器与多堆燃料电池系统各个子系统中的传感器连接，实现多堆燃料电池系统多维实时信息的获取；并通过在故障诊断装置内置的先验故障类型和正常运行信息判断系统故障信息，实现故障的快速诊断；然后通过控制器根据故障信息调节各个燃料电池电堆的功率输出，保证多堆燃料电池系统的功率正常输出；同时通过控制器控制多堆燃料电池系统的子系统动作并缓解或消除故障，使多堆燃料电池系统正常运行，进而保证多堆燃料电池系统的耐久性，并延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明的非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置的结构示意图。

图中附图标记说明：

100、氢气供给子系统；

101、高压氢气瓶；102、第一压力传感器A；103、手动阀；104、一级减压阀A；105、二级减压阀A；106、入堆氢气共轨管；107、第二压力传感器A；108、第一温度传感器A；109、进气电磁阀A；110、第三压力传感器A；111、第一流量计A；112、第四压力传感器A；113、第二流量计A；114、背压阀A；115、水气分离器A；116、出堆氢气共轨管；117、第五压力传感器A；118、第二温度传感器A；119、氢气循环泵；120、引射器；121、排氢阀；

200、多堆燃料电池子系统；

201、燃料电池电堆；202、电压表；203、电流表；

300、空气供给子系统；

301、气体滤清器；302、增压装置；303、第一压力传感器B；304、一级减压阀B；305、二级减压阀B；306、第一流量计B；307、空气缓冲罐；308、第二压力传感器B；309、第一温度传感器B；310、第二流量计B；311、加湿通路阀；312、非加湿通路阀；313、加湿器；314、入堆空气共轨管；315、进气电磁阀B；316、第三流量计B；317、第三压力传感器B；318、第四流量计B；319、第四压力传感器B；320、背压阀B；321、出堆空气共轨管；322、水气分离器B；323、排气阀；

400、水热管路子系统；

401、水箱；402、水泵；403、冷却水入口三通阀；404、第一温度传感器C；405、第二温度传感器C；406、混合阀；407、混合器；408、去离子器；409、三通选择阀；410、散热器；

500、信息采集及故障诊断子系统；

501、信号收集器；502、故障诊断器；503、控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明；而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中；需要说明的是；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系；仅是为了便于描述本发明和简化描述；而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；因此不能理解为对本发明的限制。此外；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的；而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中；需要说明的是；除非另有明确的规定和限定；术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解；例如；可以是固定连接；也可以是可拆卸连接；或一体地连接；可以是机械连接；也可以是电连接；可以是直接相连；也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言；可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外；在本发明的描述中；除非另有说明；“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例；如图1所示，一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，该装置用于实现多堆燃料电池系统故障的自动化快速检测，并维持多堆燃料电池系统输出功率的恒定，以及故障的快速消除；该故障诊断装置包括：

功率检测单元，该功率检测单元设置于多堆燃料电池子系统200上，用于检测输出功率的实时信息。

氢气检测单元，该氢气检测单元设置于氢气供给子系统100上，用于检测氢气供给的实时信息；氢气供给子系统100与多堆燃料电池子系统200连接，用于向多堆燃料电池子系统200输送氢气。

空气检测单元，该空气检测单元设置于空气供给子系统300上，用于检测空气供给的实时信息；空气供给子系统300与多堆燃料电池子系统200连接，用于向多堆燃料电池子系统200输送空气。

冷却水检测单元，该冷却水检测单元设置于水热管路子系统400上，用于检测冷却水温度的实时信息；水热管路子系统400与多堆燃料电池子系统200连接，用于向多堆燃料电池子系统200输送冷却水。

信息采集及故障诊断子系统500，该信息采集及故障诊断子系统500分别与功率检测单元、氢气检测单元、空气检测单元和冷却水检测单元电连接，用于接收输出功率的实时信息、氢气供给的实时信息、空气供给的实时信息和冷却水温度的实时信息，并通过与预设信息的对比确定故障信息。

本申请先通过信息采集及故障诊断子系统500与多堆燃料电池系统各个子系统中的检测单元电连接，获取多堆燃料电池系统的多维实时信息，再通过内置的先验故障类型和正常运行信息与获取的实时信息对比，确定多堆燃料电池系统的故障信息，进而实现多堆燃料电池系统故障的快速诊断；然后通过信息采集及故障诊断子系统500调节多堆燃料电池系统的输出功率、以及控制多堆燃料电池系统各个子系统执行预设动作缓解或消除故障，使多堆燃料电池系统正常运行，进而保证多堆燃料电池系统的耐久性，并延长使用寿命。

在一具体实施例中，如图1所示，信息采集及故障诊断子系统500包括信号收集器501、故障诊断器502和控制器503，信号收集器501分别与功率检测单元、氢气检测单元、空气检测单元和冷却水检测单元电连接，用于接收多堆燃料电池子系统200的输出功率的实时信息、氢气供给子系统100的氢气供给的实时信息、空气供给子系统300的空气供给的实时信息和水热管路子系统400的冷却水温度的实时信息。故障诊断器502与信号收集器501电连接，故障诊断器502内置预设信息和先验故障类型，用于将预设信息与接收的实时信息对比并确定故障信息。控制器503与故障诊断器502电连接，用于接收故障信息并控制多堆燃料电池系统恒功率输出，同时控制氢气供给子系统100、空气供给子系统300和/或水热管路子系统400执行故障诊断器502内置的消除故障动作，以使多堆燃料电池系统恢复正常运行。如此设置，是因为：先通过信号收集器501采集多堆燃料电池系统各个子系统的实时信息，再通过故障诊断器502将预设信息与实时信息对比确定故障信息，然后通过控制器503控制多堆燃料电池系统各个子系统执行相对应的消除故障动作，并维持多堆燃料电池系统功率输出的稳定，不仅可以提高故障的诊断效率，还可在多堆燃料电池系统故障和解决故障时，保证多堆燃料电池系统的输出功率恒定，进而保证多堆燃料电池系统的耐久性，并延长使用寿命。

其中，预设信息包括但不限于：多堆燃料电池系统以额定功率正常运行时的输出功率信息、氢气供给信息、空气供给信息和冷却水温度信息；故障信息包括但不限于：故障类型、故障位置和解决故障执行动作。

在一具体实施例中，如图1所示，多堆燃料电池子系统200包括多个燃料电池电堆201，功率检测单元包括电压表202和电流表203；其中，电压表202和电流表203一一对应设置于每个燃料电池电堆201的输出电路上，用于检测燃料电池电堆201的实时输出电压和实时输出电流，并间接得到每个燃料电池电堆201的实时输出功率，以作为判断燃料电池电堆201是否发生故障的依据。如此设置，是因为：多堆燃料电池系统的对外输出功率是由所有的燃料电池电堆201叠加组成的，且多堆燃料电池系统的任意故障都必然导致至少一个燃料电池电堆201的实时输出功率变化，所以将燃料电池电堆201的实时输出功率作为判断多堆燃料电池系统故障的参考依据。同时，将燃料电池电堆201的实时输出功率作为参考依据进行检测时，还可准确确定多堆燃料电池系统对外输出功率的变化，便于在解决故障时，调节各个燃料电池电堆201实时输出功率的升降，以满足多堆燃料电池系统的功率输出要求。

在一具体实施例中，如图1所示，氢气供给子系统100包括设置于氢气供给管路上的高压氢气瓶101、手动阀103、一级减压阀A104、二级减压阀A105、入堆氢气共轨管106、进气电磁阀A109、背压阀A114、水气分离器A115、出堆氢气共轨管116、氢气循环泵119和引射器120；多个进气电磁阀A109一一对应设置于进气支管上，该进气支管的一端与入堆氢气共轨管106连接，另一端与燃料电池电堆201一一对应连接；多个背压阀A114一一对应设置于出气支管上，该出气支管的一端与出堆氢气共轨管116连接，另一端与燃料电池电堆201一一对应连接。氢气检测单元包括第一压力传感器A102、第二压力传感器A107、第一温度传感器A108、第三压力传感器A110、第一流量计A111、第四压力传感器A112、第二流量计A113、第五压力传感器A117和第二温度传感器A118，其中，第一压力传感器A102设置于高压氢气瓶101的出口管路上，用于检测高压氢气瓶101出口的氢气压力；第二压力传感器A107和第一温度传感器A108设置在入堆氢气共轨管106上，用于检测入堆氢气共轨管106的内部压力和温度；第三压力传感器A110和第一流量计A111设置在进气电磁阀A109的出口管路上，用于检测入堆氢气压力和流量；第四压力传感器A112和第二流量计A113设置在背压阀A114的进口管路上，用于检测出堆氢气压力和流量；第五压力传感器A117和第二温度传感器A118设置在出堆氢气共轨管116上，用于检测出堆氢气共轨管116内部压力和温度。如此设置，是因为：在氢气供给子系统100上设置多个压力传感器、温度传感器和流量计，可检测氢气供给子系统100不同位置的氢气压力、温度和流量信息，并通过与多堆燃料电池系统正常运行时的氢气压力、温度和流量信息对比，可快速确定氢气供给子系统100上的故障位置。当故障位置信息输送至控制器503后，控制器503根据内置的先验故障类型确定解决故障的执行动作，并控制氢气供给子系统100的执行器执行对应的动作。

在一具体实施例中，如图1所示，空气供给子系统300包括设置在空气供给管路上的气体滤清器301、增压装置302、一级减压阀B304、二级减压阀B305、空气缓冲罐307、入堆空气共轨管314、进气电磁阀B315、背压阀B320、出堆空气共轨管321、水气分离器B322和排气阀323；多个进气电磁阀B315一一对应设置于进气支管上，该进气支管的一端与入堆空气共轨管314连接，另一端与燃料电池电堆201一一对应连接；多个背压阀B320一一对应设置于进气支管上，该进气支管的一端与出堆空气共轨管321连接，另一端与燃料电池电堆201一一对应连接。空气检测单元包括第一压力传感器B303、第一流量计B306、第二压力传感器B308、第一温度传感器B309、第二流量计B310、第三流量计B316、第三压力传感器B317、第四流量计B318和第四压力传感器B319；其中，第一压力传感器B303设置于增压装置302的出口管路上，用于检测增压空气的压力；第一流量计B306设置于二级减压阀B305的出口管路上，用于检测空气缓冲罐307的进口空气流量；第二压力传感器B308和第一温度传感器B309设置于空气缓冲罐307上，用于检测空气缓冲罐307的内部压力和温度；第二流量计B310设置于空气缓冲罐307的出口管路上，用于检测空气缓冲罐307的出口空气流量；第三流量计B316和第三压力传感器B317设置于进气电磁阀B315的出口管路上，用于检测入堆空气流量和压力；第四流量计B318和第四压力传感器B319设置于背压阀B320进口管路上，用于检测出堆空气流量和压力。如此设置，是因为：在空气供给子系统300上设置多个压力传感器、温度传感器和流量计，可检测空气供给子系统300不同位置的空气压力、温度和流量信息，并通过与多堆燃料电池系统正常运行时的空气压力、温度和流量信息对比，可快速确定空气供给子系统300上的故障位置。当故障位置信息输送至控制器503后，控制器503根据内置的先验故障类型确定解决故障的执行动作，并控制空气供给子系统300的执行器执行对应的动作。

在一具体实施例中，如图1所示，水热管路子系统400包括设置在冷却水供给管路上的水箱401、水泵402、冷却水入口三通阀403、混合阀406、混合器407、去离子器408、三通选择阀409和散热器410；冷却水检测单元包括第一温度传感器C404和第二温度传感器C405，第一温度传感器C404设置于燃料电池电堆201的冷却水入口，用于检测燃料电池电堆201的入口冷却水温度；第二温度传感器C405设置于燃料电池电堆201的冷却水出口，用于检测燃料电池电堆201的出口冷却水温度。如此设置，是因为：燃料电池电堆201在运行过程中，温度不易直接测量，可通过测量燃料电池电堆201入口冷却水温度和出口冷却水温度，间接得出燃料电池电堆201的温度，并通过与燃料电池电堆201正常运行时的温度进行对比，快速确定燃料电池电堆201的温度是否正常。当故障位置信息输送至控制器503后，控制器503根据内置的先验故障类型确定解决故障的执行动作，并控制水热管路子系统400的执行器执行对应的动作。

实施例，一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，该方法包括以下步骤：

S10：获取多堆燃料电池系统的实时信息。

具体为：获取多堆燃料电池子系统200中每个燃料电池电堆201的实时输出电压和实时输出电流，以间接获取每个燃料电池电堆201的输出功率，以及多堆燃料电池系统的总输出功率。

获取氢气供给子系统100中高压氢气瓶101出口氢气压力、入堆氢气共轨管106内部压力和温度、入堆氢气压力和流量、出堆氢气压力和流量、以及出堆氢气共轨管116内部压力和温度。

获取空气供给子系统300中增压装置302出口空气压力、空气缓冲罐307内部压力和温度、空气缓冲罐307出口流量、入堆空气流量和压力、以及出堆空气压力和流量。

获取水热管路子系统400中入口冷却水温度和出口冷却水温度。

S20：判断实时信息与预设信息是否相同；否，则判定多堆燃料电池系统故障。

具体为：判断每个燃料电池电堆201的实时输出功率与预设功率阈值是否相同；否，则判定该燃料电池电堆201为故障电堆；是，则判定该燃料电池电堆201为正常电堆。

S30：通过实时信息与预设信息的对比确定故障信息。

具体为：通过将与故障电堆连接的氢气供给子系统100、空气供给子系统300和水热管路子系统400中的压力、流量和温度实时信息与预设阈值一一对比，并根据预设的先验故障类型确定故障位置和故障类型。

S40：根据故障信息调节燃料电池电堆201的输出功率，并使多堆燃料电池系统恒功率输出。

具体为：降低或停止故障电堆输出功率，并提高正常电堆的输出功率，使得多堆燃料电池系统以额定功率稳定输出。

S50：根据故障信息控制多堆燃料电池系统的子系统执行预设动作解决故障。

具体为：根据故障位置和故障类型控制多堆燃料电池系统对应的子系统执行器动作，该执行器的动作为预先设置的，并可以解决或缓解相对应的故障。

参考实施例1，多堆燃料电池系统中某个燃料电池电堆201长时间处于高功率区间工作时，高温高湿气体供给可能使得燃料电池电堆201内部流道内液态水积聚，并导致燃料电池电堆201进出口的气体压力变化和实时输出功率变化；传感器获取的信息集合与燃料电池电堆201正常工作时的信息集合有差异，这些差异信息传递到故障诊断器502中进行判断，判断条件为前期先验故障嵌入信息，判断结果为具体故障类型和故障位置。确定燃料电池电堆201发生故障并确定故障类型和故障原因后，故障诊断器502会将故障信息传递给控制器503，控制器503控制各个子系统执行器动作，针对液态水积聚故障，可采用脉冲气流进行缓解或消除故障，而针对其他类型的故障也有相对应的解决方案。在燃料电池电堆201发生故障并解决故障、降低输出功率或停止工作的同时，控制器503还会对其他正常电堆进行升功率指令，以保证系统的输出功率稳定。

本申请的工作原理如下：

氢气从高压氢气瓶101经由氢气供给子系统100的进气管路进入多堆燃料电池子系统各个燃料电池电堆201进行电化学反应，反应后的氢气通过氢气循环泵119和引射器120形成循环回路；氢气供给子系统中各个传感器的布置，其主要功能是检测氢气进入电堆前和流出电堆后的气体状态信息，各个传感器的信号传递到故障诊断器502。空气从环境经气体滤清器301、增压装置302进行增压处理，经由空气供给子系统300进气管路进入多堆燃料电池子系统各个燃料电池电堆201进行电化学反应，反应后的尾气经干燥处理排到环境中；空气供给子系统中各个传感器的布置，其主要功能是检测空气进入电堆前和流出电堆后的气体状态信息，各个传感器的信号传递到故障诊断器502。冷却水从水箱401经过水泵402，经由水热管路子系统400冷却水路进入多堆燃料电池子系统，保证燃料电池电堆201的工作温度，流出多堆燃料电池子系统的冷却水经混合、去离子以及散热后返回水箱401；水热管路子系统中温度传感器的布置，其主要功能是检测电堆的工作温度，保证系统及时散热。多堆燃料电池子系统200是进行电化学反应和功率输出的装置，该子系统中各个燃料电池电堆均设有电压表202和电流表203，其功能是检测燃料电池功率输出状态。上述各个子系统中布置的传感器获取的信号，传递至信息采集及故障诊断子系统500的故障诊断器502中，故障诊断器502在先验知识的基础上，综合各个信号对多堆燃料电池系统的运行状态进行判定，并将判定结果传递到控制器503，控制器503根据判定结果对各个子系统执行器进行指令动作，以保证燃料电池在故障时缓解故障或消除故障，同时对其他正常电堆重新部署功率分配策略，使多堆燃料电池系统保持需求的功率输出。

与现有技术相比，本申请至少具有以下有益技术效果：

本申请采用集成化思路，将故障诊断器502和多控制器503集成到一起，减少了多堆燃料电池系统各自独立设置的故障诊断模块和控制器503的数量，降低了生产成本；本申请通过在多堆燃料电池系统的各个子系统上设置各种类型的传感器，可以检测各个子系统中的压力、流量和温度信息，并通过故障诊断器502对检测到的实时信息与预设信息对比，从而确定多堆燃料电池系统的故障位置和故障类型；然后控制器503根据内置的故障解决方法控制各个子系统动作并解决故障，同时控制器503通过降低故障电堆功率和提高正常电堆功率的方式，实现多堆燃料电池系统输出功率的稳定。

本申请中的故障诊断装置根据信号收集器501获取的多维信息，判断多堆燃料电池系统的运行状态，并将运行状态信息传递给控制器503，控制器503用于控制各个子系统，在电堆发生故障时可以快速定位和执行消除或者缓解故障的策略，并且能够切换各个电堆的输出功率，使其满足系统需求功率。

以上仅是本发明的优选实施方式；应当指出；对于本技术领域的普通技术人员来说；在不脱离本发明技术原理的前提下；还可以做出若干改进和替换；这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，包括：

功率检测单元，所述功率检测单元设置于多堆燃料电池子系统(200)上，用于检测输出功率的实时信息；

氢气检测单元，所述氢气检测单元设置于与所述多堆燃料电池子系统(200)连接的氢气供给子系统(100)上，用于检测氢气供给的实时信息；

空气检测单元，所述空气检测单元设置于与所述多堆燃料电池子系统(200)连接的空气供给子系统(300)上，用于检测空气供给的实时信息；

冷却水检测单元，所述冷却水检测单元设置于与所述多堆燃料电池子系统(200)连接的水热管路子系统(400)上，用于检测冷却水温度的实时信息；

信息采集及故障诊断子系统(500)，所述信息采集及故障诊断子系统(500)分别与所述功率检测单元、所述氢气检测单元、所述空气检测单元和所述冷却水检测单元电连接，用于接收所述实时信息、并与预设信息对比确定故障信息。

2.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述信息采集及故障诊断子系统(500)包括信号收集器(501)、故障诊断器(502)和控制器(503)，所述信号收集器(501)与所述功率检测单元、所述氢气检测单元、所述空气检测单元和所述冷却水检测单元电连接，用于接收所述实时信息；所述故障诊断器(502)与所述信号收集器(501)电连接，用于将预设信息与实时信息比较并确定故障信息；所述控制器(503)与所述故障诊断器(502)电连接，用于接收所述故障信息并控制多堆燃料电池系统恒功率输出，同时控制所述氢气供给子系统(100)、空气供给子系统(300)和/或水热管路子系统(400)动作并解决故障。

3.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述功率检测单元包括设置于燃料电池电堆(201)输出电路上的电压表(202)和电流表(203)，所述电压表(202)用于检测所述燃料电池电堆(201)的输出电压，所述电流表(203)用于检测所述燃料电池电堆(201)的输出电流。

4.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述氢气供给子系统(100)包括设置于氢气供给管路上的高压氢气瓶(101)、入堆氢气共轨管(106)、进气电磁阀A(109)、背压阀A(114)和出堆氢气共轨管(116)；所述氢气检测单元用于检测所述高压氢气瓶(101)出口的氢气压力、用于检测所述入堆氢气共轨管(106)内部压力和温度、用于检测进气电磁阀A(109)处入堆氢气压力和流量、用于检测背压阀A(114)处出堆氢气压力和流量、用于检测所述出堆氢气共轨管(116)内部压力和温度。

5.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述空气供给子系统(300)包括设置在空气供给管路上的增压装置(302)、空气缓冲罐(307)、进气电磁阀B(315)和背压阀B(320)；所述空气检测单元用于检测增压空气的压力、用于检测所述空气缓冲罐(307)的进口空气流量、用于检测所述空气缓冲罐(307)内部压力和温度、用于检测所述空气缓冲罐(307)的出口空气流量、用于检测进气电磁阀B(315)处入堆空气流量和压力、用于检测背压阀B(320)处出堆空气流量和压力。

6.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述冷却水检测单元包括第一温度传感器C(404)和第二温度传感器C(405)，所述第一温度传感器C(404)设置于燃料电池电堆(201)的入口，用于检测所述燃料电池电堆(201)的入口冷却水温度；所述第二温度传感器C(405)设置于所述燃料电池电堆(201)的出口，用于检测所述燃料电池电堆(201)的出口冷却水温度。

7.一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取多堆燃料电池系统的实时信息；

判断所述实时信息与预设信息是否相同；否，则判定所述多堆燃料电池系统故障；

通过所述实时信息与所述预设信息的对比确定故障信息；

根据所述故障信息调节燃料电池电堆(201)的输出功率，并使所述多堆燃料电池系统恒功率输出；

根据所述故障信息控制所述多堆燃料电池系统的子系统执行预设动作解决故障。

8.根据权利要求7所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于，获取多堆燃料电池系统的实时信息具体包括：

获取多堆燃料电池子系统(200)中每个燃料电池电堆(201)的输出电压和输出电流；

获取氢气供给子系统(100)中高压氢气瓶出口氢气压力、入堆氢气共轨管内部压力和温度、入堆氢气压力和流量、出堆氢气压力和流量、以及出堆氢气共轨管内部压力和温度；

获取空气供给子系统(300)中增压装置出口空气压力、空气缓冲罐内部压力和温度、空气缓冲罐出口流量、入堆空气流量和压力、以及出堆空气流量和压力；

获取水热管路子系统(400)中入口冷却水温度和出口冷却水温度。

9.根据权利要求7所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于，所述故障信息包括故障位置和故障类型。

10.根据权利要求7所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于，根据所述故障信息调节燃料电池电堆(201)的输出功率，并使所述多堆燃料电池系统恒功率输出具体包括：根据所述故障信息降低故障电堆的输出功率，并提高正常电堆的输出功率，以使所述多堆燃料电池系统恒功率输出。

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