一种燃料电池运行状态计算方法与流程

本发明涉及燃料电池，具体涉及一种燃料电池运行状态计算方法。

背景技术：

1、燃料电池系统在运行过程中，当系统所处环境、操作条件、系统状态等产生变化时，会导致燃料电池的状态发生变化，使燃料电池处于非健康运行状态，长时间以非健康状态运行会使燃料电池性能持续衰减，进而导致燃料电池系统受损，影响燃料电池使用寿命。因此实时监控燃料电池系统的运行状态，及时调整操作条件保证燃料电池系统处于健康运行状态，对提升燃料电池系统可靠性及耐久性具有深远意义。

2、现有燃料电池系统运行过程中，通常需要布置多个传感器来监控燃料电池系统运行状态，从而保证燃料电池系统运行的稳定性，上述方法不仅导致燃料电池在安装时由于自身具有过多传感器而使其装配复杂度升高，也提高了燃料电池系统的运行成本。

3、燃料电池的健康状态主要反映在其单体电压上，过干、过湿、缺气等不良操作条件及机械损伤等因素均会使燃料电池的单体电压发生改变。因此，如果要诊断燃料电池的状态或依靠单体电压进行燃料电池系统控制，就需要知道燃料电池的单体电压，配合使用燃料电池和巡检。燃料电池电堆巡检(cvm)通过采集燃料电池单体电压(或电堆总电压)信号，并将其发送到燃料电池系统控制器，通过对单体电压信号的检查，来判断燃料电池的工作状态，并做对应的控制操作。

4、因此，亟待设计一种燃料电池运行状态计算方法，解决上述现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、为达上述目的，本发明提供了一种燃料电池运行状态计算方法，本发明采用了如下技术方案：

2、一种燃料电池运行状态计算方法，所述计算方法包括如下步骤：

3、s1.使用燃料电池电堆巡检采集燃料电池电堆单体电池电压，并将单体电池电压记为vn，其中n为电堆巡检编号，n的取值范围为{1，2，3，……，m}，其中m为燃料电池电堆单体电池的个数，燃料电池电堆前后单体电池的电压差δvk表示为：

4、δvk＝vn+1-vn (1)；

5、其中，k＝n，且此处n的取值范围为{1，2，3，……，(m-1)}，将δvk归一化处理，得到电压趋势数列vtk；

6、s2.使用燃料电池电堆巡检，按步骤s1所述方法，计算得到燃料电池电堆分别在高冷却液温度、低冷却液温度、高阴极湿度、低阴极湿度、高阳极背压、低阳极背压、高阴极计量比、低阴极计量比、高阳极计量比、低阳极计量比条件下运行时的电压趋势数列vtk；

7、s3.设置目标运行状态参照组，使用燃料电池电堆巡检，按步骤s1所述方法，计算得到燃料电池电堆在目标操作条件下运行时的电压趋势数列vtk_ref；使目标操作条件下运行时的电压趋势数列vtk_ref分别与高冷却液温度、低冷却液温度、高阴极湿度、低阴极湿度、高阳极背压、低阳极背压、高阴极计量比、低阴极计量比、高阳极计量比、低阳极计量比条件下运行时的电压趋势数列vtk做差，得到参考电压趋势数列差δvtk_ref；

8、s4.当燃料电池系统实际运行时，使用燃料电池电堆巡检，按步骤s1所述方法，实时计算得到燃料电池电堆在现行条件下运行时的电压趋势数列vtk_now；使现行条件下运行时的电压趋势数列vtk_now分别与高冷却液温度、低冷却液温度、高阴极湿度、低阴极湿度、高阳极背压、低阳极背压、高阴极计量比、低阴极计量比、高阳极计量比、低阳极计量比条件下运行时的电压趋势数列vtk做差，得到现行电压趋势数列差δvtk_now；

9、s5.对步骤s3得到的多个参考电压趋势数列差δvtk_ref分别进行归一化处理，将结果数列记为对比参考电压趋势数列vttk_ref，具体处理方法如下：

10、

11、随后，将对比参考电压趋势数列vttk_ref按下式计算，将结果记为参考电压趋势率vtr_ref，具体公式如下：

12、

13、s6.对步骤s4得到的多个现行电压趋势数列差δvtk_now分别进行归一化处理，将结果数列记为对比现行电压趋势数列vttk_now，具体处理方法如下：

14、

15、随后，将对比现行电压趋势数列vttk_now按下式计算，将结果记为现行电压趋势率vtr_now，具体公式如下：

16、

17、s7.分别将高冷却液温度、低冷却液温度、高阴极湿度、低阴极湿度、高阳极背压、低阳极背压、高阴极计量比、低阴极计量比、高阳极计量比、低阳极计量比对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr；

18、s8.将高冷却液温度对应的δvtr与低冷却液温度对应的δvtr作差后，取其绝对值记为δvtr_temp；将高阴极湿度对应的δvtr与低阴极湿度对应的δvtr作差后，取其绝对值记为δvtr_hr；将高阳极背压对应的δvtr与低阳极背压对应的δvtr作差后，取其绝对值记为δvtr_press；将高冷却液温度对应的δvtr与低冷却液温度对应的δvtr作差后，取其绝对值记为δvtr_casr；将高冷却液温度对应的δvtr与低冷却液温度对应的δvtr作差后，取其绝对值记为δvtr_ansr；

19、s9.比较δvtr_temp、δvtr_hr、δvtr_press、δvtr_casr和δvtr_ansr，其中，值最大的表示该值对应的运行条件出现问题，随后比较该运行条件下对应的两种δvtr，δvtr值更小的表示该对应条件即为问题点；并根据计算结果调节燃料电池电堆运行条件，使燃料电池电堆回到健康运行状态。

20、进一步的，所述步骤s1中将δvk归一化处理，得到电压趋势数列vtk，具体处理方法如下：

21、

22、进一步的，所述步骤s2中，高冷却液温度运行条件下的电压趋势数列记为vtk_temp_max、低冷却液温度运行条件下的电压趋势数列记为vtk_temp_min、高阴极湿度运行条件下的电压趋势数列记为vtk_hr_max、低阴极湿度运行条件下的电压趋势数列记为vtk_hr_min、高阳极背压运行条件下的电压趋势数列记为vtk_press_max、低阳极背压运行条件下的电压趋势数列记为vtk_press_min、高阴极计量比运行条件下的电压趋势数列记为vtk_casr_max、低阴极计量比运行条件下的电压趋势数列记为vtk_casr_min、高阳极计量比运行条件下的电压趋势数列记为vtk_ansr_max、低阳极计量比运行条件下的电压趋势数列记为vtk_ansr_min。

23、进一步的，所述步骤s3具体计算如下：

24、

25、进一步的，所述步骤s4具体计算如下：

26、

27、进一步的，所述步骤s7具体如下：

28、将高冷却液温度对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_temp_max；将低冷却液温度对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_temp_min；将高阴极湿度对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_hr_max；将低阴极湿度对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_hr_min；将高阳极背压对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_press_max；将低阳极背压对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_press_min；将高阴极计量比对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_casr_max；将低阴极计量比对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_casr_min；将高阳极计量比对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_ansr_max；将低阳极计量比对应的现行电压趋势率vtr_now与参考电压趋势率vtr_ref作差，结果记为δvtr_ansr_min；具体计算如下：

29、

30、进一步的，所述步骤s8具体计算如下：

31、

32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

33、通过设计燃料电池运行状态计算方法，设置目标运行状态参照组，并在高冷却液温度、低冷却液温度、高阴极湿度、低阴极湿度、高阳极背压、低阳极背压、高阴极计量比、低阴极计量比、高阳极计量比、低阳极计量比条件下运行时使用燃料电池电堆巡检采集燃料电池电堆单体电池电压，经过计算得到相应结果，当燃料电池系统实际运行时，使用燃料电池电堆巡检采集燃料电池电堆单体电池电压，经过计算比较不同条件下的δvtr，其中，值最大的表示该值对应的运行条件出现问题，随后比较该运行条件下对应的两种δvtr，δvtr值更小的表示该对应条件即为问题点；并根据计算结果调节燃料电池电堆运行条件，使燃料电池电堆回到健康运行状态。

34、上述计算方法仅通过电堆巡检采集电压的计算即可发现燃料电池系统现行运行条件的问题点，从而监控电堆的运行状态，保证电堆运行安全性。与传统方法相比，减少了传感器的设置和安装，有效降低产品成本和安装复杂程度。

35、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。