一种燃料电池单片一致性评价装置和方法与流程

1.本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及一种燃料电池单片一致性评价装置和方法。


背景技术：

2.燃料电池单片性能的好坏决定了整个电堆的输出性能，而各单片之间性能发挥的差异就导致了电堆的单片一致性问题。
3.现有技术中，车载燃料电池系统一般通过电压巡检装置测量燃料电池系统在运行过程中的各单片电压，并计算其标准差、方差等来评价单片一致性。当燃料电池系统长时间停机时，由于无电压则无法使用该方法。
4.因此，如何实现在燃料电池系统停机后进行燃料电池单片一致性评价，是目前有待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明公开了一种燃料电池单片一致性评价装置，用以解决现有技术中无法在燃料电池系统停机后进行燃料电池单片一致性评价的技术问题。该装置包括燃料电池系统、双向dc/dc变换器、整车动力电池、停机备用电池和控制器，其中，所述燃料电池系统的正极和负极分别连接所述双向dc/dc变换器的第一端和第二端，所述双向dc/dc变换器的第三端连接所述整车动力电池的正极和所述停机备用电池的正极，所述双向dc/dc变换器的第四端连接所述整车动力电池的负极和所述停机备用电池的负极；所述控制器，用于在所述燃料电池系统处于停机状态时，通过所述停机备用电池向所述燃料电池系统供电，并控制所述双向dc/dc变换器向所述燃料电池系统施加预设交流扰动信号后确定所述燃料电池系统中各单片的交流阻抗值，并基于各所述交流阻抗值确定燃料电池单片一致性评价的结果。
6.在本技术一些实施例中，所述装置还包括电压巡检装置和电流传感器，所述控制器具体用于：在控制所述双向dc/dc变换器向所述燃料电池系统施加预设交流扰动信号后，基于所述电压巡检装置获取所述燃料电池系统中各单片的第一电压信号；基于所述电流传感器获取所述燃料电池系统中各单片的电流信号；对所述第一电压信号和所述电流信号进行快速傅里叶变换后确定各所述交流阻抗值。
7.在本技术一些实施例中，所述电流传感器设置于所述双向dc/dc变换器中。
8.在本技术一些实施例中，所述控制器还用于：在所述燃料电池系统处于运行状态时，基于所述电压巡检装置获取所述燃料电池系统中各单片的第二电压信号；
基于各所述第二电压信号的标准差或方差确定燃料电池单片一致性评价的结果。
9.在本技术一些实施例中，所述控制器具体用于：基于局部异常因子算法确定各所述交流阻抗值的局部异常因子；基于各所述交流阻抗值的局部异常因子确定燃料电池单片一致性评价的结果。
10.在本技术一些实施例中，所述控制器具体用于：基于各所述交流阻抗值的标准差或方差确定燃料电池单片一致性评价的结果。
11.在本技术一些实施例中，所述控制器还用于：在停机状态下确定燃料电池单片一致性评价的结果后，向所述停机备用电池发送中断信号，以使所述停机备用电池停止向所述燃料电池系统供电。
12.在本技术一些实施例中，所述控制器根据从整车控制器获取的停机信号确定所述燃料电池系统进入停机状态。
13.在本技术一些实施例中，所述控制器为多合一控制器。
14.相应的，本发明还提出了一种燃料电池单片一致性评价方法，应用于如上所述的装置，所述方法包括：在所述燃料电池系统处于停机状态时，通过所述停机备用电池向所述燃料电池系统供电；控制所述双向dc/dc变换器向所述燃料电池系统施加预设交流扰动信号后确定所述燃料电池系统中各单片的交流阻抗值；基于各所述交流阻抗值确定燃料电池单片一致性评价的结果。
15.通过应用以上技术方案，燃料电池单片一致性评价装置包括燃料电池系统、双向dc/dc变换器、整车动力电池、停机备用电池和控制器，其中，燃料电池系统的正极和负极分别连接双向dc/dc变换器的第一端和第二端，双向dc/dc变换器的第三端连接整车动力电池的正极和停机备用电池的正极，双向dc/dc变换器的第四端连接整车动力电池的负极和停机备用电池的负极；控制器，用于在燃料电池系统处于停机状态时，通过停机备用电池向燃料电池系统供电，并控制双向dc/dc变换器向燃料电池系统施加预设交流扰动信号后确定燃料电池系统中各单片的交流阻抗值，并基于各交流阻抗值确定燃料电池单片一致性评价的结果，实现了在燃料电池系统停机后准确的进行燃料电池单片一致性评价，进而更加可靠的对燃料电池系统进行监测。
16.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
17.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
18.图1示出了本发明实施例中一种燃料电池单片一致性评价装置的结构示意图；图2示出了本发明实施例中一种燃料电池单片一致性评价方法的流程示意图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
20.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
21.本技术实施例提供一种燃料电池单片一致性评价装置，如图1所示，装置包括燃料电池系统fc、双向dc/dc变换器、整车动力电池bat1、停机备用电池bat2和控制器，其中，燃料电池系统fc的正极和负极分别连接双向dc/dc变换器的第一端和第二端，双向dc/dc变换器的第三端连接整车动力电池bat1的正极和停机备用电池bat2的正极，双向dc/dc变换器的第四端连接整车动力电池bat1的负极和停机备用电池bat2的负极；控制器，用于在燃料电池系统fc处于停机状态时，通过停机备用电池bat2向燃料电池系统fc供电，并控制双向dc/dc变换器向燃料电池系统fc施加预设交流扰动信号后确定燃料电池系统fc中各单片的交流阻抗值，并基于各交流阻抗值确定燃料电池单片一致性评价的结果。
22.本实施例中，燃料电池系统fc是一种电化学反应装置，氢气和氧气在电堆内部的质子交换膜两侧反应，并在空气侧生成水，将化学能转化为电能，燃料电池系统fc主要由燃料电池电堆、空气子系统、氢气子系统和冷却子系统组成。
23.燃料电池单片一致性评价装置中包括整车动力电池bat1和停机备用电池bat2，该停机备用电池bat2可以为锂电池或其他类型的电池。双向dc/dc变换器集成了双向输出、升压、降压、交流扰动等功能。而现有技术中的dc/dc变换器为单向，且dc/dc变换器未连接停机备用电池，因此只有在燃料电池系统处于工作状态下才能施加交流扰动信号，从而获取单片的交流阻抗值。
24.本实施例中，在燃料电池系统fc停机后，整车动力电池bat1处于未唤醒状态，控制器唤醒停机备用电池bat2向燃料电池系统fc供电，并控制双向dc/dc变换器向燃料电池系统fc施加预设交流扰动信号，然后可确定燃料电池系统fc中各单片的交流阻抗值，基于各交流阻抗值可确定燃料电池单片一致性评价的结果，通过该燃料电池单片一致性评价的结果可确定燃料电池系统fc中各单片的性能差异，并可检测出性能异常的单片。
25.需要说明的是，控制双向dc/dc变换器向燃料电池系统fc施加预设交流扰动信号的具体过程为现有技术，在此不再赘述。
26.为了可靠的确定燃料电池系统fc中各单片的交流阻抗值，在本技术一些实施例中，装置还包括电压巡检装置和电流传感器，控制器具体用于：在控制双向dc/dc变换器向燃料电池系统fc施加预设交流扰动信号后，基于电压巡检装置获取燃料电池系统fc中各单片的第一电压信号；基于电流传感器获取燃料电池系统fc中各单片的电流信号；
对第一电压信号和电流信号进行快速傅里叶变换后确定各交流阻抗值。
27.本实施例中，控制器控制双向dc/dc变换器向燃料电池系统fc施加预设交流扰动信号，待电流传感器所测数值稳定后，启动电压巡检装置，基于电压巡检装置获取燃料电池系统fc中各单片的第一电压信号，并基于电流传感器获取燃料电池系统fc中各单片的电流信号，然后对第一电压信号和电流信号进行快速傅里叶变换，根据快速傅里叶变换的结果确定各交流阻抗值。
28.需要说明的是，对第一电压信号和电流信号进行快速傅里叶变换的具体过程为现有技术，在此不再赘述。
29.为了可靠的获取燃料电池系统fc中各单片的电流信号，在本技术一些实施例中，电流传感器设置于双向dc/dc变换器中。
30.本领域技术人员还可将电流传感器设置于其他可准确检测各单片的电流的位置，这并不影响本技术的保护范围。
31.为了保证系统的可靠性，在本技术一些实施例中，控制器还用于：在燃料电池系统fc处于运行状态时，基于电压巡检装置获取燃料电池系统fc中各单片的第二电压信号；基于各第二电压信号的标准差或方差确定燃料电池单片一致性评价的结果。
32.本实施例中，在燃料电池系统fc处于运行状态时，先基于电压巡检装置获取燃料电池系统fc中各单片的第二电压信号，然后计算各第二电压信号标准差或方差，从而燃料电池单片一致性评价的结果。
33.可选的，在燃料电池系统fc处于运行状态时，控制双向dc/dc变换器向燃料电池系统fc施加预设交流扰动信号后确定燃料电池系统fc中各单片的交流阻抗值，并基于各单片的交流阻抗值确定燃料电池单片一致性评价的结果。
34.可以理解的是，在燃料电池系统fc处于运行状态时，停机备用电池bat2不向燃料电池系统fc供电。
35.为了准确的进行燃料电池单片一致性评价，在本技术一些实施例中，控制器具体用于：基于局部异常因子算法确定各交流阻抗值的局部异常因子；基于各交流阻抗值的局部异常因子确定燃料电池单片一致性评价的结果。
36.本实施例中，局部异常因子具体为：一个样本点周围的样本点所处位置的平均密度比上该样本点所在位置的密度。比值越大于1，则该点所在位置的密度越小于其周围样本所在位置的密度，这个点就越有可能是异常点。因此，可通过单片交流阻抗值异常因子大于1的程度判断其一致性。
37.可选的，在本技术一些实施例中，控制器具体用于：基于各交流阻抗值的标准差或方差确定燃料电池单片一致性评价的结果。
38.为了提高系统的可靠性，在本技术一些实施例中，控制器还用于：在停机状态下确定燃料电池单片一致性评价的结果后，向停机备用电池bat2发送中断信号，以使停机备用电池bat2停止向燃料电池系统fc供电。
39.为了保证系统的可靠性，在本技术一些实施例中，如图1所示，控制器根据从整车控制器vcu获取的停机信号确定燃料电池系统fc进入停机状态。
40.为了提高系统的可靠性，在本技术一些实施例中，控制器为多合一控制器。
41.本实施例中，多合一控制器可包括但不限于多核控制模块、低压处理电路模块、降压dc/dc功率驱动模块、氢泵驱动模块、水泵驱动模块、空压机驱动模块、升压dc/dc及高压配电模块及功能安全模块。
42.通过应用以上技术方案，燃料电池单片一致性评价装置包括燃料电池系统、双向dc/dc变换器、整车动力电池、停机备用电池和控制器，其中，燃料电池系统的正极和负极分别连接双向dc/dc变换器的第一端和第二端，双向dc/dc变换器的第三端连接整车动力电池的正极和停机备用电池的正极，双向dc/dc变换器的第四端连接整车动力电池的负极和停机备用电池的负极；控制器用于在燃料电池系统处于停机状态时，通过停机备用电池向燃料电池系统供电，并控制双向dc/dc变换器向燃料电池系统施加预设交流扰动信号后确定燃料电池系统中各单片的交流阻抗值，并基于各交流阻抗值确定燃料电池单片一致性评价的结果，实现了在燃料电池系统停机后准确的进行燃料电池单片一致性评价，进而更加可靠的对燃料电池系统进行监测。
43.与本技术实施例中的一种燃料电池单片一致性评价装置相对应，本技术实施例还提出了一种燃料电池单片一致性评价方法，应用于如上所述的装置，如图2所示，所述方法包括以下步骤：步骤s101，在所述燃料电池系统处于停机状态时，通过所述停机备用电池向所述燃料电池系统供电；步骤s102，控制所述双向dc/dc变换器向所述燃料电池系统施加预设交流扰动信号后确定所述燃料电池系统中各单片的交流阻抗值；步骤s103，基于各所述交流阻抗值确定燃料电池单片一致性评价的结果。
44.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。