CN112763926A - 燃料电池的单电池的阻抗检测方法、装置以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种燃料电池的单电池的阻抗检测方法、装置以及电子设备，涉及电池检测技术领域，缓解了目前的测量单电池阻抗方法得到的测量结果的信息全面性较低的技术问题。该方法包括：获取燃料电池***控制器FCU发出的控制指令，并根据所述控制指令控制所述单电池的巡检控制器生成谐波；将所述谐波传输至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流；基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值。

Description

燃料电池的单电池的阻抗检测方法、装置以及电子设备

技术领域

本申请涉及电池检测技术领域，尤其是涉及一种燃料电池的单电池的阻抗检测方法、装置以及电子设备。

背景技术

目前，燃料电池中的每一单电池的阻抗可以反映出电堆的特性，所以测量单电池的阻抗是非常有必要的。

对于现有的针对电压巡检的方法，观测单电池的电压是有局限性的，故障定义就是单电池的电压低，所以具体导致故障的原因是很难定义的。因此，通过目前的测量单电池阻抗方法得到的测量结果的信息全面性较低，难以对故障进行彻底分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池的单电池的阻抗检测方法、装置以及电子设备，以缓解目前的测量单电池阻抗方法得到的测量结果的信息全面性较低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种燃料电池的单电池的阻抗检测方法，所述方法包括：

获取燃料电池***控制器(FCU)发出的控制指令，并根据所述控制指令控制所述单电池的巡检控制器生成谐波；

将所述谐波传输至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流；

基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值。

在一个可能的实现中，在所述基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值的步骤之后，还包括：

基于所述单电池的阻抗值进行分析，得到所述单电池的故障情况和/或所述单电池的质子交换膜的干湿状态；

将所述干湿状态和/或所述故障情况上报至所述FCU。

在一个可能的实现中，所述巡检控制器的巡检测量顺序是基于电堆的最多片数依次循环测量。

在一个可能的实现中，所述巡检控制器的巡检测量过程是通过数字开关根据输入的所述单电池的号码依次进行巡检测量。

在一个可能的实现中，所述将所述谐波传输至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流的步骤，包括：

将所述谐波按照单片排序依次开闭所述数字开关，通过依次开闭的所述数字开关将所述谐波注入至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流。

在一个可能的实现中，所述基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值的步骤，包括：

采集所述单电池产生的谐波电压和所述单电池发电的电压；

基于所述单电池产生的谐波电压和所述单电池发电的电压进行信号处理，并根据信号处理结果进行傅里叶变换以及数据分析，得到所述单电池的阻抗幅值。

在一个可能的实现中，所述单电池为所述燃料电池中的任意一节单电池。

第二方面，提供了一种燃料电池的单电池的阻抗检测装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取燃料电池***控制器FCU发出的控制指令，并根据所述控制指令控制所述单电池的巡检控制器生成谐波；

传输模块，用于将所述谐波传输至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流；

计算模块，用于基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值。

第三方面，本申请实施例又提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的第一方面或第二方面所述方法。

第四方面，本申请实施例又提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述的第一方面或第二方面所述方法。

本申请实施例带来了以下有益效果：

本申请实施例提供的一种燃料电池的单电池的阻抗检测方法、装置以及电子设备，能够获取燃料电池***控制器FCU发出的控制指令，并根据控制指令控制单电池的巡检控制器生成谐波；将谐波传输至单电池内，得到单电池基于谐波反馈的谐波交流电流；基于谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到单电池的阻抗值。本方案中，通过控制单电池的巡检控制器生成谐波，并将谐波传输至单电池内从而得到单电池基于谐波反馈的谐波交流电流，再基于谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到单电池的阻抗值，这种燃料电池电堆单电池阻抗的检测是通过测量到的单电池的谐波交流电流的傅里叶换算关系而得到的，这种方法相较于传统的单电池电压巡检测量的更加全面，对单电池的分析得更加直接，又可以收集单电池的更多信息，对单电池故障分析的更彻底，从而延长电堆的寿命。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的燃料电池的单电池的阻抗检测方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的燃料电池的单电池的阻抗检测方法中单电池阻抗巡检过程的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种燃料电池的单电池的阻抗检测装置的结构示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

目前，通过现有的测量单电池阻抗方法得到的测量结果的信息全面性较低，难以对故障进行彻底分析。基于此，本申请实施例提供了一种燃料电池的单电池的阻抗检测方法、装置以及电子设备，通过该方法可以缓解目前的测量单电池阻抗方法得到的测量结果的信息全面性较低的技术问题。

下面结合附图对本发明实施例进行进一步地介绍。

图1为本申请实施例提供的一种燃料电池的单电池的阻抗检测方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤S110，获取燃料电池***控制器FCU发出的控制指令，并根据控制指令控制单电池的巡检控制器生成谐波。

例如，如图2所示，可以通过燃料电池***控制器(FCU)发出指令给单电池巡检控制器开启谐波生成的功能。

步骤S120，将谐波传输至单电池内，得到单电池基于谐波反馈的谐波交流电流。

示例性的，如图2所示，控制器获得单电池电压后，根据电压幅值自动产生一定频率的电压谐波，并注入到单电池内，进而能够得到单电池基于谐波反馈的谐波交流电流。

步骤S130，基于谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到单电池的阻抗值。

例如，如图2所示，反馈的谐波交流电流通过快速傅立叶变换(fast Fouriertransform，FFT)得出单电池阻抗的幅值。也可以理解为，燃料电池电堆单电池阻抗测量是通过测量到的单电池的电压与控制器之间产生的单电池交流电压和单电池交流电流之间的换算关系而得到的。

需要说明的是，燃料电池的发电平台就是质子交换膜，通过催化剂的作用，氢气和氧气的电化学反应产生电子。膜干和水淹故障的诊断指标就是高频电阻和低频阻抗的变化。这是由于膜电阻可近似由阻抗谱的高频电阻进行描述，实际上来说高频电阻越大，这就表明膜的质子传导率会越低，膜水含量也就越低。在阻抗谱中，低频阻抗可描述成电池的质量传输电阻，根据PEMFC质子交换膜燃料电池的水传输机理可知，水淹的故障可以定义为氢氧通过电化学反应产生的水堵塞气体扩散层和流道，从而导致气体的质量传输电阻增大。对电堆的寿命会有很大的影响，防护措施最为关键，单电池的阻抗检测和分析更有效地即时上报故障，采取措施，从而降低毁坏电堆的风险。

本申请实施例提供的燃料电池的单电池阻抗测量方法(Cell ImpedanceMeasurement)可以取代目前额燃料电池的电压巡检仪的测量方法(Cell VoltageMonitoring，CVM)，本申请实施例提供的方法比传统的CVM检测方法的更加全面，对问题分析得更加直接，又可以收集更多有关质子交换膜相关的信息，对故障分析的更彻底，从而延长电堆的寿命。

下面对上述步骤进行详细介绍。

在一些实施例中，在步骤S130之后，该方法还可以包括以下步骤：

步骤a)，基于单电池的阻抗值进行分析，得到单电池的故障情况和/或单电池的质子交换膜的干湿状态；

步骤b)，将干湿状态和/或故障情况上报至FCU。

示例性的，如图2所示，基于单电池阻抗的幅值可以分析出质子交换膜的干湿状态和/或故障情况，并上报给燃料电池***控制器FCU。最终发送到燃料电池控制器中进行必要的措施，能够确保电堆的寿命不受影响。

在一些实施例中，巡检控制器的巡检测量顺序是基于电堆的最多片数依次循环测量。

例如，如图2所示，巡检控制器的巡检测量的顺序是从1、2、3……到N的顺序依次循环测量和计算出阻抗值，其中的N为电堆的最多片数。通过按照电堆的最多片数的依次顺序巡检测量，能够提高巡检测量的效率，避免巡检测量过程发生错乱情况。

基于此，巡检控制器的巡检测量过程是通过数字开关根据输入的单电池的号码依次进行巡检测量。

在实际应用中，如图2所示，数字开关根据输入的单电池的号码，进行巡检测量。通过数字开关根据输入的单电池的号码依次进行巡检测量，能够利用数字开关保证巡检过程的有序性。

基于此，上述步骤S120可以包括如下步骤：

步骤c)，将谐波按照单片排序依次开闭数字开关，通过依次开闭的数字开关将谐波注入至单电池内，得到单电池基于谐波反馈的谐波交流电流。

例如，如图2所示，将谐波按照单片排顺序从0至N依次开闭数字开关注入单电池内，通过获得的电池电压产生交流电压。通过将谐波按照单片排序依次开闭数字开关，进而能够依次有序的将谐波注入至单电池内。

在一些实施例中，上述步骤S130可以包括如下步骤：

步骤d)，采集单电池产生的谐波电压和单电池发电的电压；

步骤e)，基于单电池产生的谐波电压和单电池发电的电压进行信号处理，并根据信号处理结果进行傅里叶变换以及数据分析，得到单电池的阻抗幅值。

示例性的，如图2所示，可以将采集反馈电流发送到采集板进行信号处理。需要说明的是，单电池的总电压是由产生的谐波电压和单电池发电的电压，经采集之后，通过信号处理、傅里叶变换、阻抗值的推算，以及分析和判断，最终得到更加准确全面的单电池的阻抗幅值。

在一些实施例中，单电池可以为燃料电池中的任意一节单电池。本申请实施例提供的方法也可以灵活的检测任意一节单电池的阻抗值，从而更加有效的对指定的单电池的性能进行评估和检测，提高检测的灵活性和有效性。

图3提供了一种燃料电池的单电池的阻抗检测装置的结构示意图。如图3所示，燃料电池的单电池的阻抗检测装置300包括：

获取模块301，用于获取燃料电池***控制器FCU发出的控制指令，并根据所述控制指令控制所述单电池的巡检控制器生成谐波；

传输模块302，用于将所述谐波传输至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流；

计算模块303，用于基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值。

在一些实施例中，该装置还包括：

分析模块，用于基于所述单电池的阻抗值进行分析，得到所述单电池的故障情况和/或所述单电池的质子交换膜的干湿状态；

上报模块，用于将所述干湿状态和/或所述故障情况上报至所述FCU。

在一些实施例中，所述巡检控制器的巡检测量顺序是基于电堆的最多片数依次循环测量。

在一些实施例中，所述巡检控制器的巡检测量过程是通过数字开关根据输入的所述单电池的号码依次进行巡检测量。

在一些实施例中，传输模块302具体用于：

将所述谐波按照单片排序依次开闭所述数字开关，通过依次开闭的所述数字开关将所述谐波注入至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流。

在一些实施例中，计算模块303具体用于：

采集所述单电池产生的谐波电压和所述单电池发电的电压；

基于所述单电池产生的谐波电压和所述单电池发电的电压进行信号处理，并根据信号处理结果进行傅里叶变换以及数据分析，得到所述单电池的阻抗幅值。

在一些实施例中，所述单电池为所述燃料电池中的任意一节单电池。

本申请实施例提供的燃料电池的单电池的阻抗检测装置，与上述实施例提供的燃料电池的单电池的阻抗检测方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本申请实施例提供的一种电子设备，如图4所示，电子设备400包括处理器402、存储器401，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例提供的方法的步骤。

参见图4，电子设备还包括：总线403和通信接口404，处理器402、通信接口404和存储器401通过总线403连接；处理器402用于执行存储器401中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器401可能包含高速随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口404(可以是有线或者无线)实现该***网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线403可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器401用于存储程序，所述处理器402在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本申请任一实施例揭示的过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器402中，或者由处理器402实现。

处理器402可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器402中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器402可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器401，处理器402读取存储器401中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

对应于上述燃料电池的单电池的阻抗检测方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述燃料电池的单电池的阻抗检测方法的步骤。

本申请实施例所提供的燃料电池的单电池的阻抗检测装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的***、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

再例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述燃料电池的单电池的阻抗检测方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池的单电池的阻抗检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取燃料电池***控制器FCU发出的控制指令，并根据所述控制指令控制所述单电池的巡检控制器生成谐波；

将所述谐波传输至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流；

基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的单电池的阻抗检测方法，其特征在于，在所述基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值的步骤之后，还包括：

基于所述单电池的阻抗值进行分析，得到所述单电池的故障情况和/或所述单电池的质子交换膜的干湿状态；

将所述干湿状态和/或所述故障情况上报至所述FCU。

3.根据权利要求1所述的燃料电池的单电池的阻抗检测方法，其特征在于，所述巡检控制器的巡检测量顺序是基于电堆的最多片数依次循环测量。

4.根据权利要求3所述的燃料电池的单电池的阻抗检测方法，其特征在于，所述巡检控制器的巡检测量过程是通过数字开关根据输入的所述单电池的号码依次进行巡检测量。

5.根据权利要求4所述的燃料电池的单电池的阻抗检测方法，其特征在于，所述将所述谐波传输至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流的步骤，包括：

将所述谐波按照单片排序依次开闭所述数字开关，通过依次开闭的所述数字开关将所述谐波注入至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流。

6.根据权利要求1所述的燃料电池的单电池的阻抗检测方法，其特征在于，所述基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值的步骤，包括：

采集所述单电池产生的谐波电压和所述单电池发电的电压；

基于所述单电池产生的谐波电压和所述单电池发电的电压进行信号处理，并根据信号处理结果进行傅里叶变换以及数据分析，得到所述单电池的阻抗幅值。

7.根据权利要求1所述的燃料电池的单电池的阻抗检测方法，其特征在于，所述单电池为所述燃料电池中的任意一节单电池。

8.一种燃料电池的单电池的阻抗检测装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取燃料电池***控制器FCU发出的控制指令，并根据所述控制指令控制所述单电池的巡检控制器生成谐波；

传输模块，用于将所述谐波传输至所述单电池内，得到所述单电池基于所述谐波反馈的谐波交流电流；

计算模块，用于基于所述谐波交流电流通过傅里叶变换法进行计算，得到所述单电池的阻抗值。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行所述权利要求1至7任一项所述的方法。

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