一种燃料电池在线阻抗检测的方法和装置与流程

本技术涉及电力电子设备，具体涉及一种燃料电池在线阻抗检测的方法和装置。

背景技术：

1、随着制氢技术的发展，氢燃料电池离我们的生活越来越近。氢燃料电池是使用氢元素制造成储存能量的电池，使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60％～80％，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。

2、现有的电堆运行条件苛刻、涉及部件、实验测试和运行环境复杂，为了提升燃料电池系统的耐久性，优化相关控制指标，越来越多的燃料电池公司在燃料电池系统中集成了电堆在线阻抗检测系统。且随着氢燃料电堆功率的逐渐提升，基于单电池串联的氢燃料电堆开路电压愈来愈高，与此同时，母线电压一般由动力电池支撑，在系统运行过程中保持恒定，根据电堆输出伏安特性可知，需要电力电子直流变换器可实现升压或降压两种电压变换。为此，双管buck-boost(double-switch buck-boost，dsbb)拓扑变换器以其工作原理简单、升降压模态清晰和适合大功率场合应用等优势较适合应用于氢燃料电池系统直流升降压场合。

3、现有技术的一种氢燃料电池系统中双管buck-boost变换器拓扑图如图1所示，其中ri为变换器输入电容寄生串接电阻、ci为变换器输入电容、s1为变换器降压桥臂功率开关管、d1为变换器降压桥臂功率二极管、rs为变换器电感等效串接电阻、ls为变换器电感、s2为变换器升压桥臂功率开关管、d2为变换器升压桥臂功率二极管、ro为变换器输出电容寄生串接电阻、co为变换器输出电容、vo为动力电池电压、vi为氢燃料电堆输出电压、ii为氢燃料电堆输出电流、il为变换器电感电流。

4、发明人在实现本发明时发现，在进行燃料电池在线阻抗检测时，现有的基于双管buck-boost变换器的电堆电流和电感电流交流分量的数学关系不明确，很难指导电堆注入交流电流幅值指令的自适应转换处理。

技术实现思路

1、有鉴于此，本说明书实施例提供一种燃料电池在线阻抗检测的方法和装置，解决了现有技术中由于基于双管buck-boost变换器的电堆电流和电感电流交流分量的数学关系不明确，从而造成难指导电堆注入交流电流幅值指令的自适应转换处理的问题。

2、本说明书实施例提供以下技术方案：

3、提供了一种燃料电池在线阻抗检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

4、a、采用电感电流交流注入方式进行交流电流注入；

5、b、获取电感电流实际值；

6、c、根据所述电感电流实际值，获取所述燃料电池的阻抗。

7、在一些实施例中，所述步骤a具体包括：

8、a1、获取电感电流采样值；

9、a2、获取电感电流交流分量指令值；

10、a3、根据所述电感电流交流分量指令值与电感电流采样值的差，获取交流分量控制值；

11、a4、根据所述交流分量控制值进行交流电流注入。

12、在一些实施例中，所述步骤a1具体为：对所述电感电流实际值进行低通滤波，得到电感电流采样值。

13、在一些实施例中，所述步骤a2具体包括：

14、a21、获取电堆注入交流电流指令值；

15、a22、对所述电堆注入交流电流指令值进行电流限制，获取所述电感电流交流分量指令值。

16、在一些实施例中，所述电堆注入交流电流指令值为预先设置的电流值。

17、在一些实施例中，所述步骤a22具体为：当燃料电堆输出电压小于或等于动力电池电压时，所述电感电流交流分量指令值的幅值为所述电堆注入交流电流指令值的幅值；当燃料电堆输出电压大于动力电池电压时，所述电感电流交流分量指令值的幅值为动力电池电压与燃料电堆输出电压的比值的倒数与所述电堆注入交流电流指令值的幅值的积。

18、在一些实施例中，所述步骤a22具体为：根据公式

19、

20、获取所述电感电流交流分量指令值；其中，ilac*为电感电流交流分量指令值，iiac*为电堆注入交流电流指令值，a为避免除零操作值，a大于0，vo为动力电池电压，vi为燃料电堆输出电压。

21、在一些实施例中，所述a的取值为10-6。

22、在一些实施例中，所述步骤a3具体为：通过谐振控制器对所述电感电流交流分量指令值与电感电流采样值的差进行谐振控制，获取交流分量控制值。

23、在一些实施例中，所述步骤b包括：

24、b1、获取直流分量控制值；

25、b2、根据所述交流分量控制值和直流分量控制值，获取电感电流实际值。

26、在一些实施例中，所述步骤b1包括：

27、b11、获取电感电流直流分量指令值；

28、b12、获取电感电流采样值；

29、b13、根据所述电感电流直流分量指令值与电感电流采样值的差，获取直流分量控制值。

30、在一些实施例中，所述电感电流直流分量指令值为预先设置的电流值。

31、在一些实施例中，所述步骤b12具体为：对所述电感电流实际值进行低通滤波，得到电感电流采样值。

32、在一些实施例中，所述步骤b13具体为：通过谐振控制器对所述电感电流直流分量指令值与电感电流采样值的差进行谐振控制，获取直流分量控制值。

33、在一些实施例中，所述步骤b2包括：

34、b21、对所述交流分量控制值和直流分量控制值的和进行脉宽调制；

35、b22、将脉宽调制调制后的信号转换为电感电流实际值。

36、提供了一种燃料电池在线阻抗检测的装置，所述装置包括交流电流注入模块、电感电流实际值获取模块和阻抗获取模块；其中所述电感电流实际值获取模块分别与交流电流注入模块和阻抗获取模块连接；

37、所述交流电流注入模块，用于采用电感电流交流注入方式进行交流电流注入；

38、所述电感电流实际值获取模块，用于获取电感电流实际值；

39、阻抗获取模块，用于根据所述电感电流实际值，获取所述燃料电池的阻抗。

40、在一些实施例中，所述交流电流注入模块包括电感电流采样子模块、电感电流交流分量指令值获取子模块、交流分量控制值获取子模块和注入子模块；其中所述谐振控制子模块分别与所述电感电流采样子模块、电感电流交流分量指令值获取子模块和注入子模块连接；

41、所述电感电流采样子模块，用于获取电感电流采样值；

42、所述电感电流交流分量指令值获取子模块，用于获取电感电流交流分量指令值；

43、所述谐振控制子模块，用于根据所述电感电流交流分量指令值与电感电流采样值的差，获取交流分量控制值；

44、所述注入子模块，用于根据所述交流分量控制值进行交流电流注入。

45、在一些实施例中，所述电感电流交流分量指令值获取子模块包括电堆注入交流电流指令值获取单元和电流限制单元；其中所述电堆注入交流电流指令值获取单元与所述电流限制单元连接；

46、所述电堆注入交流电流指令值获取单元，用于获取电堆注入交流电流指令值；

47、所述电流限制单元，用于对所述电堆注入交流电流指令值进行电流限制，获取所述电感电流交流分量指令值。

48、在一些实施例中，所述电流限制单元根据公式

49、

50、获取所述电感电流交流分量指令值；其中，ilac*为电感电流交流分量指令值，iiac*为电堆注入交流电流指令值，a为避免除零操作值，a大于0，vo为动力电池电压，vi为燃料电堆输出电压。

51、在一些实施例中，所述电感电流实际值获取模块包括直流分量控制值获取子模块和电感电流实际值获取子模块；其中所述直流分量控制值获取子模块与所述电感电流实际值获取子模块连接；

52、所述直流分量控制值获取子模块，用于获取直流分量控制值；

53、所述电感电流实际值获取子模块，用于根据所述交流分量控制值和直流分量控制值，获取电感电流实际值。

54、在一些实施例中，所述直流分量控制值获取子模块包括电感电流直流分量指令值获取单元、电感电流采样值获取单元和谐振控制单元；其中所述谐振控制单元分别与所述电感电流直流分量指令值获取单元和电感电流采样值获取单元连接；

55、所述电感电流直流分量指令值获取单元，用于获取电感电流直流分量指令值；

56、所述电感电流采样值获取单元，用于获取电感电流采样值；

57、所述谐振控制单元，用于根据所述电感电流直流分量指令值与电感电流采样值的差，获取直流分量控制值。

58、在一些实施例中，所述电感电流实际值获取子模块包括脉宽调制单元和信号转换单元，其中所述脉宽调制单元与信号转换单元连接；

59、所述脉宽调制单元，用于对交流分量控制值和直流分量控制值的和进行脉宽调制；

60、所述信号转换单元，用于将脉宽调制调制后的信号转换为电感电流实际值。

61、与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本技术的燃料电池在线阻抗检测的方法和装置，在在线阻抗检测的dc/dc(direct current/direct current，直流转直流)升降压变换器注入交流电流，采用电感电流交流注入方式，明确了电堆电流和电感电流内在关系，将电堆电流交流注入指令转换为电感电流指令，设计方法简单且物理释义清晰，可用于指导电堆注入交流电流幅值指令的自适应转换处理。