CN114914492B - 一种燃料电池***的局部电压检测装置及其检测分析方法 - Google Patents

一种燃料电池***的局部电压检测装置及其检测分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池***的局部电压检测装置及其检测分析方法，燃料电池***包括控制器和划分若干个反应区域的燃料电池堆，局部电压检测装置包括用于检测若干个反应区域的局部电压信息的若干个电压感应探头和用于转换该局部电压信息后传输至控制器的电压采集模块；该方法包括：步骤1、获取燃料电池堆在不同电流下运行产生的若干组第一局部瞬时电压，判断燃料电池堆是否反应不均匀；若是，执行步骤2；若否，执行步骤1；步骤2、获取燃料电池堆在若干个变量参数逐个发生变化时运行产生的若干组第二局部瞬时电压，从中筛选整体数值相对较大的一组第二局部瞬时电压，获取其对应的变量参数。本发明可为技术人员调整电堆控制策略提供参考依据。

Description

一种燃料电池***的局部电压检测装置及其检测分析方法
技术领域
本发明涉及燃料电池应用技术领域，具体是涉及一种燃料电池***的局部电压检测装置及其检测分析方法。
背景技术
燃料电池堆在工作时的内部环境十分复杂，受到气体分布均匀性、温度等因素的影响，燃料电池堆的相邻区域形成电压差异，产生局部电流，影响电堆性能，严重时甚至导致质子交换膜穿孔，损坏电堆。然而，目前的燃料电池***并未提出对燃料电池堆进行分区域的局部电流检测，进而未能分析产生局部电压差异的因素，无法采取相应的控制措施来确保燃料电池堆内部反应均匀。
发明内容
本发明提供一种燃料电池***的局部电压检测装置及其检测分析方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明实施例提供一种燃料电池***的局部电压检测装置，所述燃料电池***包括燃料电池堆和控制器，所述局部电压检测装置包括若干个电压感应探头和电压采集模块，所述若干个电压感应探头与所述电压采集模块连接，所述电压采集模块与所述控制器连接；
所述燃料电池堆上均匀划分出若干个反应区域，所述若干个电压感应探头对应设置在所述若干个反应区域，其中任意一个电压感应探头用于检测其所在反应区域内的局部电压信息，所述电压采集模块用于将所述局部电压信息转换为所述控制器可识别的局部电压信号并将其传输至所述控制器。
进一步地，所述燃料电池***还包括氢气供应模块、空气供应模块和热能管理模块；
所述氢气供应模块与所述燃料电池堆连接，且所述氢气供应模块受控于所述控制器，用于向所述燃料电池堆输送实际所需的氢气；
所述空气供应模块与所述燃料电池堆连接，且所述空气供应模块受控于所述控制器，用于向所述燃料电池堆输送实际所需的空气；
所述热能管理模块与所述燃料电池堆连接，且所述热能管理模块受控于所述控制器，用于对所述燃料电池堆的出入口进行散热调控。
另外，本发明实施例还提供一种燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法，应用上述任一项所述的燃料电池***的局部电压检测装置，所述检测分析方法包括：
步骤S100、获取影响燃料电池堆运行的若干个变量参数；
步骤S200、获取所述燃料电池堆在不同电流下运行所产生的若干组第一局部瞬时电压，再将所述燃料电池堆的工作电流调节至初始状态；
步骤S300、利用所述若干组第一局部瞬时电压判断所述燃料电池堆是否发生反应不均匀的现象；若是，继续执行步骤S400；若否，返回执行步骤S200；
步骤S400、获取所述燃料电池堆在所述若干个变量参数逐个单独发生变化时运行所产生的若干组第二局部瞬时电压，并且所述若干组第二局部瞬时电压是在相同指定电流下采集得到的；
步骤S500、从所述若干组第二局部瞬时电压中筛选出整体数值相对较大的一组第二局部瞬时电压，再将该组第二局部瞬时电压所对应的变量参数指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数。
进一步地，所述步骤S200的实施过程包括：
步骤S210、当所述燃料电池堆的工作电流保持为I0时，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间，其中I0表示为电流初始状态；
步骤S220、当所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+k×ΔI时，获取所述燃料电池堆运行所产生的第k组第一局部瞬时电压，其中ΔI为设定的电流增值；
步骤S230、判断k≥N1是否成立，其中N1为设定的采集总次数，N1为正整数且N1≥2；若成立，则继续执行步骤S240；若不成立，则控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将k+1赋值给k，返回执行步骤S220；
步骤S240、输出N1组第一局部瞬时电压，再将所述燃料电池堆的工作电流调节至初始状态；
其中，上述步骤S220和上述步骤S230形成循环操作，且该循环操作从k＝1开始执行。
进一步地，所述步骤S300的实施过程为：
从所述N1组第一局部瞬时电压中筛选出整体数值不完全相同的M组第一局部瞬时电压，判断M是否小于既定阈值；若是，则判断所述燃料电池堆内部反应均匀；若否，则判断所述燃料电池堆内部反应不均匀。
进一步地，所述若干个变量参数包括空气流量和氢气流量，所述空气流量与过量空气系数相关联，所述氢气流量与氢气过量系数相关联。
进一步地，所述步骤S400的实施过程包括：
步骤S410、当所述燃料电池堆的工作电流保持为I0时，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间，其中I0表示为电流初始状态；
步骤S420、将所述过量空气系数由初始值λ1提高至λ1+Δλ1，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+ΔI，获取所述燃料电池堆运行所产生的第一组第二局部瞬时电压，其中Δλ1为设定的第一系数增值，ΔI为设定的电流增值；
步骤S430、当所述燃料电池堆的工作电流从I0+ΔI恢复至I0并且所述过量空气系数从λ1+Δλ1恢复至λ1时，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间；
步骤S440、将所述氢气过量系数由初始值λ2提高至λ2+Δλ2，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+ΔI，获取所述燃料电池堆运行所产生的第二组第二局部瞬时电压，其中Δλ2为设定的第二系数增值；
步骤S450、将所述燃料电池堆的工作电流从I0+ΔI恢复至I0，以及将所述过量空气系数从λ1+Δλ1恢复至λ1。
进一步地，所述步骤S500的实施过程包括：
当所述第一组第二局部瞬时电压的整体数值大于所述第二组第二局部瞬时电压的整体数值时，将所述第一组第二局部瞬时电压所对应的空气流量指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数；
或者，当所述第二组第二局部瞬时电压的整体数值大于所述第一组第二局部瞬时电压的整体数值时，将所述第二组第二局部瞬时电压所对应的氢气流量指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数。
本发明至少具有以下有益效果：通过将燃料电池堆均匀划分出若干个反应区域，并利用若干个电压感应探头对其进行测量，可以保证采集到的每个反应区域的瞬时电压是同一时刻的，由此确保后续执行电压分析任务时的数据可靠性。通过采集燃料电池堆的若干个反应区域在不同电流下运行所产生的瞬时电压并对其进行分析，可以更为准确地获知燃料电池堆的内部反应情况。通过采集燃料电池堆的若干个反应区域在不同变量参数发生变化时运行所产生的瞬时电压并对其进行对比分析，可以更为准确地获取对燃料电池堆影响最大的变量参数，以便于技术人员及时调整对燃料电池堆的运行控制策略，进一步提高燃料电池***的运行效率。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明实施例中的一种燃料电池***的局部电压检测装置的结构组成示意图；
图2是本发明实施例中的若干个电压感应探头设置在燃料电池堆上的安装分布示意图；
图3是本发明实施例中的一种燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在***示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于***中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
请参考图1至图2，本发明实施例提供一种燃料电池***的局部电压检测装置，其中所述燃料电池***包括燃料电池堆、控制器、氢气供应模块、空气供应模块和热能管理模块，所述局部电压检测装置包括若干个电压感应探头和电压采集模块，在所述燃料电池堆上均匀划分出若干个反应区域(在图2中表示为区域1至区域2N)，所述若干个电压感应探头(在图2中表示为电压感应探头1至电压感应探头2N)对应设置在所述若干个反应区域，即确保每一个反应区域配备有一个电压感应探头进行检测。
在本发明实施例中，所述氢气供应模块与所述燃料电池堆连接，且所述氢气供应模块受控于所述控制器，用于向所述燃料电池堆输送实际所需的氢气；所述空气供应模块与所述燃料电池堆连接，且所述空气供应模块受控于所述控制器，用于向所述燃料电池堆输送实际所需的空气；所述热能管理模块与所述燃料电池堆连接，且所述热能管理模块受控于所述控制器，用于对所述燃料电池堆的出入口进行散热调控以及时排出所述燃料电池堆所产生的多余热量；所述若干个电压感应探头与所述电压采集模块连接，所述电压采集模块与所述控制器连接，其中任意一个电压感应探头用于检测其所在反应区域内的局部电压信息，所述电压采集模块用于将所述局部电压信息转换为所述控制器可识别的局部电压信号并将其传输至所述控制器以执行后续的瞬时电压分析任务。
具体的，所述控制器可以用于调控所述氢气供应模块向所述燃料电池堆所输送的氢气的流量、温度和湿度，还可以用于调控所述空气供应模块向所述燃料电池堆所输送的空气的流量、温度和湿度，以及用于调控所述热能管理模块对所述燃料电池堆的入口温度和出口温度的散热程度。
其中，所述氢气供应模块包括氢气供应设备、第一入口阀、第一排气阀和氢气循环泵，所述空气供应模块包括空气供应设备、第二入口阀和第二排气阀，所述热能管理模块包括散热器和冷却液循环泵，上述三个模块均为现有燃料电池***中的常用设备，不属于本发明所要保护的内容，在此不再进行赘述。
基于上述提及到的所述燃料电池***的局部电压检测装置，本发明实施例还提供一种燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法，参见图3所示出的流程示意图，所述检测分析方法包括如下：
步骤S100、获取影响燃料电池堆运行的若干个变量参数；
步骤S200、获取所述燃料电池堆在不同电流下运行所产生的若干组第一局部瞬时电压，再将所述燃料电池堆的工作电流调节至初始状态；
步骤S300、利用所述若干组第一局部瞬时电压判断所述燃料电池堆是否发生反应不均匀的现象；若是，继续执行步骤S400；若否，返回执行步骤S200；
步骤S400、获取所述燃料电池堆在所述若干个变量参数逐个单独发生变化时运行所产生的若干组第二局部瞬时电压，并且所述若干组第二局部瞬时电压是在相同指定电流下采集得到的；
步骤S500、从所述若干组第二局部瞬时电压中筛选出整体数值相对较大的一组第二局部瞬时电压，再将该组第二局部瞬时电压所对应的变量参数指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数。
在上述步骤S200中，任意一组第一局部瞬时电压是由所述若干个电压感应探头所检测到的，也就是说，任意一组第一局部瞬时电压所包含的第一瞬时电压的数量与所述若干个电压感应探头的数量相同。
在上述步骤S400中，任意一组第二局部瞬时电压是由所述若干个电压感应探头所检测到的；所述若干组第二局部瞬时电压的组数与所述若干个变量参数的数量相同，当所述若干个变量参数的数量为K时，任意一组第二局部瞬时电压是在K-1个变量参数保持不变、仅一个变量参数发生变化的情况下采集得到的，且每一组第二局部瞬时电压所针对的发生变化的变量参数互不相同。
在本发明实施例中，所述步骤S200的实施过程包括如下：
步骤S210、当所述燃料电池堆的工作电流保持为I0时，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间，其中I0表示为电流初始状态；
步骤S220、当所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+k×ΔI时，获取所述燃料电池堆运行所产生的第k组第一局部瞬时电压，其中ΔI为设定的电流增值；
步骤S230、判断k≥N1是否成立，其中N1为设定的采集总次数，N1为正整数且N1≥2；若成立，则继续执行步骤S240；若不成立，则控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将k+1赋值给k，返回执行步骤S220；
步骤240、输出N1组第一局部瞬时电压，再将所述燃料电池堆的工作电流调节至初始状态，即使得所述燃料电池堆的工作电流保持为I0；
其中，上述步骤S220和上述步骤S230形成循环操作，且该循环操作从k＝1开始执行，由此确保该循环操作可执行N1次以获取到N1组第一局部瞬时电压。
在本发明实施例中，所述步骤S300的实施过程为：从所述N1组第一局部瞬时电压中筛选出整体数值不完全相同的M组第一局部瞬时电压，判断M是否小于既定阈值；若是，则判断所述燃料电池堆内部反应均匀；若否，则判断所述燃料电池堆内部反应不均匀。
其中，所述既定阈值视N1的取值而定，以确保所述N1组第一局部瞬时电压中存在绝大多组第一局部瞬时电压处于整体数值完全相同的状态，也就是说，所述绝大多组第一局部瞬时电压中的任意一组第一局部瞬时电压内所包含的所有第一局部瞬时电压的数值相同，此时可以判断在采集该组第一局部瞬时电压时，所述燃料电池堆的内部反应均匀。
需要说明的是，在上述步骤S200中，当该循环操作执行至将所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+N1×ΔI时，该工作电流I0+N1×ΔI不应当超过所述燃料电池堆的允许工作电流范围，以避免对所述燃料电池堆造成不必要的损坏；除此之外，上述步骤S300提出利用所述N1组第一局部瞬时电压进行反应不均匀判断，可以避免因偶然性事件造成误判。
在本发明实施例中，所述若干个变量参数包括但不仅限于空气流量和氢气流量；其中，所述空气流量与过量空气系数相关联，所述氢气流量与氢气过量系数相关联，它们之间的关联性属于现有技术，在此不再进行赘述。
在本发明实施例中，所述步骤S400的实施过程包括：
步骤S410、当所述燃料电池堆的工作电流保持为I0时，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间，其中I0表示为电流初始状态；
步骤S420、将所述过量空气系数由初始值λ1提高至λ1+Δλ1，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+ΔI，获取所述燃料电池堆运行所产生的第一组第二局部瞬时电压，其中Δλ1为设定的第一系数增值，ΔI为设定的电流增值；
步骤S430、当所述燃料电池堆的工作电流从I0+ΔI恢复至I0并且所述过量空气系数从λ1+Δλ1恢复至λ1时，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间；
步骤S440、将所述氢气过量系数由初始值λ2提高至λ2+Δλ2，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+ΔI，获取所述燃料电池堆运行所产生的第二组第二局部瞬时电压，其中Δλ2为设定的第二系数增值；
步骤S450、将所述燃料电池堆的工作电流从I0+ΔI恢复至I0，以及将所述过量空气系数从λ1+Δλ1恢复至λ1。
在本发明实施例中，所述步骤S500的实施过程包括：当所述第一组第二局部瞬时电压的整体数值大于所述第二组第二局部瞬时电压的整体数值时，将所述第一组第二局部瞬时电压所对应的空气流量指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数；或者，当所述第二组第二局部瞬时电压的整体数值大于所述第一组第二局部瞬时电压的整体数值时，将所述第二组第二局部瞬时电压所对应的氢气流量指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数。
在一般情况下，所述第一组第二局部瞬时电压的整体数值和所述第二组第二局部瞬时电压的整体数值并不会存在完全相同的情况，若有例外，则同时将空气流量和氢气流量均指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响较大的两个变量参数。
需要说明的是，在上述步骤S200和步骤S400中所提及到的控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间，其实施效果表现为：所述若干个电压感应探头所检测到的若干个电压数据可以保持在稳定状态。
需要说明的是，上述步骤S300和步骤S500的分析过程是在所述控制器内执行的，而上述步骤S200中所涉及到的工作电流调整以及上述步骤S400中所涉及到的变量参数和工作电流的调整是由所述控制器进行控制调节的。
在本发明实施例中，针对一个输出功率为5kW的燃料电池堆进行测量，以所述局部电压检测装置包括6个电压感应探头为例，对上述步骤S400和步骤S500的实施过程进行细化举例说明，具体包括如下：
步骤A1、当该燃料电池堆的工作电流保持为1A时，控制该燃料电池堆稳定运行一段时间；
步骤A2、将过量空气系数由初始值1.1提高至1.5，控制该燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将该燃料电池堆的工作电流增加至1.5A，获取该燃料电池堆运行产生的第一组第二局部瞬时电压为：U5,air＝706mV，U6,air＝704mV，U1,air＝U2,air＝U3,air＝U4,air＝707mV；
步骤A3、当该燃料电池堆的工作电流从1.5A恢复至1A并且该过量空气系数从1.5恢复至1.1时，控制该燃料电池堆稳定运行一段时间；
步骤A4、将氢气过量系数由初始值1.1提高至1.5，控制该燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将该燃料电池堆的工作电流增加至1.5A，获取该燃料电池堆运行产生的第二组第二局部瞬时电压为：U5,H2＝705mV，U6,H2＝702mV，U1,H2＝U2,H2＝U3,H2＝U4,H2＝707mV；
步骤A5、将该燃料电池堆的工作电流从1.5A恢复至1A，以及将该过量空气系数从1.5恢复至1.1；
步骤A6、通过对上述步骤A2所获取到的第一组第二局部瞬时电压和上述步骤A4所获取到的第二组第二局部瞬时电压进行对比可知，第一组第二局部瞬时电压的整体数值大于第二组第二局部瞬时电压的整体数值，则将空气流量指定为对该燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数，由此告知技术人员可对当前空气流量进行调节以改善该燃料电池堆的运行状况。
在本发明实施例中，针对一个输出功率为10kW的燃料电池堆进行测量，以所述局部电压检测装置包括8个电压感应探头为例，对上述步骤S400和步骤S500的实施过程进行细化举例说明，具体包括如下：
步骤B1、当该燃料电池堆的工作电流保持为2A时，控制该燃料电池堆稳定运行一段时间；
步骤B2、将过量空气系数由初始值1.1提高至1.2，控制该燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将该燃料电池堆的工作电流增加至3A，获取该燃料电池堆运行产生的第一组第二局部瞬时电压为：U1,air＝U2,air＝708mV，U3,air＝U4,air＝U5,air＝U6,air＝710mV，U7,air＝707mV，U8,air＝709mV；
步骤B3、当该燃料电池堆的工作电流从3A恢复至2A并且该过量空气系数从1.2恢复至1.1时，控制该燃料电池堆稳定运行一段时间；
步骤B4、将氢气过量系数由初始值1.1提高至1.2，控制该燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将该燃料电池堆的工作电流增加至3A，获取该燃料电池堆运行产生的第二组第二局部瞬时电压为：U1,H2＝704mV，U2,H2＝705mV，U3,H2＝U4,H2＝U5,H2＝U6,H2＝711mV，U7,H2＝705mV，U8,H2＝706mV；
步骤B5、将该燃料电池堆的工作电流从3A恢复至2A，以及将该过量空气系数从1.2恢复至1.1；
步骤B6、通过对上述步骤B2所获取到的第一组第二局部瞬时电压和上述步骤B4所获取到的第二组第二局部瞬时电压进行对比可知，第一组第二局部瞬时电压的整体数值大于第二组第二局部瞬时电压的整体数值，则将空气流量指定为对该燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数，由此告知技术人员可对当前空气流量进行调节以改善该燃料电池堆的运行状况。
尽管本申请的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本申请的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本申请进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本申请的非实质性改动仍可代表本申请的等效改动。

Claims (7)

1.一种燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法，其特征在于，应用燃料电池***的局部电压检测装置，所述燃料电池***包括燃料电池堆和控制器，所述局部电压检测装置包括若干个电压感应探头和电压采集模块，所述若干个电压感应探头与所述电压采集模块连接，所述电压采集模块与所述控制器连接；
所述燃料电池堆上均匀划分出若干个反应区域，所述若干个电压感应探头对应设置在所述若干个反应区域，其中任意一个电压感应探头用于检测其所在反应区域内的局部电压信息，所述电压采集模块用于将所述局部电压信息转换为所述控制器可识别的局部电压信号并将其传输至所述控制器；
所述检测分析方法包括：
步骤S100、获取影响燃料电池堆运行的若干个变量参数；
步骤S200、获取所述燃料电池堆在不同电流下运行所产生的若干组第一局部瞬时电压，再将所述燃料电池堆的工作电流调节至初始状态；
步骤S300、利用所述若干组第一局部瞬时电压判断所述燃料电池堆是否发生反应不均匀的现象；若是，继续执行步骤S400；若否，返回执行步骤S200；
步骤S400、获取所述燃料电池堆在所述若干个变量参数逐个单独发生变化时运行所产生的若干组第二局部瞬时电压，并且所述若干组第二局部瞬时电压是在相同指定电流下采集得到的；
步骤S500、从所述若干组第二局部瞬时电压中筛选出整体数值相对较大的一组第二局部瞬时电压，再将该组第二局部瞬时电压所对应的变量参数指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数。
2.根据权利要求1所述的燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法，其特征在于，所述步骤S200的实施过程包括：
步骤S210、当所述燃料电池堆的工作电流保持为I0时，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间，其中I0表示为电流初始状态；
步骤S220、当所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+k×ΔI时，获取所述燃料电池堆运行所产生的第k组第一局部瞬时电压，其中ΔI为设定的电流增值；
步骤S230、判断k≥N1是否成立，其中N1为设定的采集总次数，N1为正整数且N1≥2；若成立，则继续执行步骤240；若不成立，则控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将k+1赋值给k，返回执行步骤220；
步骤S240、输出N1组第一局部瞬时电压，再将所述燃料电池堆的工作电流调节至初始状态；
其中，上述步骤S220和上述步骤S230形成循环操作，且该循环操作从k＝1开始执行。
3.根据权利要求2所述的燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法，其特征在于，所述步骤S300的实施过程为：
从所述N1组第一局部瞬时电压中筛选出整体数值不完全相同的M组第一局部瞬时电压，判断M是否小于既定阈值；若是，则判断所述燃料电池堆内部反应均匀；若否，则判断所述燃料电池堆内部反应不均匀。
4.根据权利要求1所述的燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法，其特征在于，所述若干个变量参数包括空气流量和氢气流量，所述空气流量与过量空气系数相关联，所述氢气流量与氢气过量系数相关联。
5.根据权利要求4所述的燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法，其特征在于，所述步骤S400的实施过程包括：
步骤S410、当所述燃料电池堆的工作电流保持为I0时，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间，其中I0表示为电流初始状态；
步骤S420、将所述过量空气系数由初始值λ1提高至λ1+Δλ1，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+ΔI，获取所述燃料电池堆运行所产生的第一组第二局部瞬时电压，其中Δλ1为设定的第一系数增值，ΔI为设定的电流增值；
步骤S430、当所述燃料电池堆的工作电流从I0+ΔI恢复至I0并且所述过量空气系数从λ1+Δλ1恢复至λ1时，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间；
步骤S440、将所述氢气过量系数由初始值λ2提高至λ2+Δλ2，控制所述燃料电池堆稳定运行一段时间之后，将所述燃料电池堆的工作电流增加至I0+ΔI，获取所述燃料电池堆运行所产生的第二组第二局部瞬时电压，其中Δλ2为设定的第二系数增值；
步骤S450、将所述燃料电池堆的工作电流从I0+ΔI恢复至I0，以及将所述过量空气系数从λ1+Δλ1恢复至λ1。
6.根据权利要求5所述的燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法，其特征在于，所述步骤S500的实施过程包括：
当所述第一组第二局部瞬时电压的整体数值大于所述第二组第二局部瞬时电压的整体数值时，将所述第一组第二局部瞬时电压所对应的空气流量指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数；
当所述第二组第二局部瞬时电压的整体数值大于所述第一组第二局部瞬时电压的整体数值时，将所述第二组第二局部瞬时电压所对应的氢气流量指定为对所述燃料电池堆当前运行状态影响最大的一个变量参数。
7.根据权利要求1所述的燃料电池***局部电压检测装置的检测分析方法，其特征在于，所述燃料电池***还包括氢气供应模块、空气供应模块和热能管理模块；
所述氢气供应模块与所述燃料电池堆连接，且所述氢气供应模块受控于所述控制器，用于向所述燃料电池堆输送实际所需的氢气；
所述空气供应模块与所述燃料电池堆连接，且所述空气供应模块受控于所述控制器，用于向所述燃料电池堆输送实际所需的空气；
所述热能管理模块与所述燃料电池堆连接，且所述热能管理模块受控于所述控制器，用于对所述燃料电池堆的出入口进行散热调控。
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Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6451463B1 (en) * 1997-10-06 2002-09-17 Reveo, Inc. Electro-chemical power generation systems employing arrays of electronically-controllable discharging and/or recharging cells within a unity support structure
CN1670647A (zh) * 2004-03-19 2005-09-21 上海神力科技有限公司 燃料电池控制器区域总线分布式控制***
CN1680822A (zh) * 2004-04-07 2005-10-12 上海神力科技有限公司 一种适合大规模集成式燃料电池的电压检测与监控装置
CN1883072A (zh) * 2003-11-19 2006-12-20 日产自动车株式会社 燃料电池***
JP2008177005A (ja) * 2007-01-18 2008-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム
CN101351918A (zh) * 2005-12-27 2009-01-21 日产自动车株式会社 燃料电池***
JP2009283138A (ja) * 2008-05-19 2009-12-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその運転方法
CN102165637A (zh) * 2008-09-25 2011-08-24 丰田自动车株式会社 燃料电池***和燃料电池***的异常检测方法
CN102484265A (zh) * 2009-08-21 2012-05-30 丰田自动车株式会社 燃料电池***
CN102646842A (zh) * 2011-02-22 2012-08-22 上海攀业氢能源科技有限公司 一种提高燃料电池氢气利用率的方法
CN103293356A (zh) * 2012-02-29 2013-09-11 欧姆龙株式会社 电压监视装置及电压监视方法
CN104282925A (zh) * 2013-07-11 2015-01-14 铃木株式会社 车辆用燃料电池的劣化检测装置
CN105446288A (zh) * 2015-04-16 2016-03-30 武汉众宇动力***科技有限公司 燃料电池分布式控制***及控制方法
CN106374121A (zh) * 2015-07-21 2017-02-01 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于pem燃料电池中整体/局部氢匮乏检测的电化学氢传感器
CN109301290A (zh) * 2018-11-23 2019-02-01 武汉理工大学 一种带水淹诊断的燃料电池电压巡检***
CN113193216A (zh) * 2021-04-25 2021-07-30 湖北工业大学 不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池***及控制方法
EP3866320A1 (en) * 2020-02-12 2021-08-18 ABB Schweiz AG Fuel cell power system
CN113363539A (zh) * 2021-05-28 2021-09-07 电子科技大学 一种燃料电池堆内部电流高分辨率分区检测***
CN113793952A (zh) * 2021-08-12 2021-12-14 上海电气集团股份有限公司 燃料电池***及其低温启动控制方法、装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5168848B2 (ja) * 2006-08-10 2013-03-27 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6451463B1 (en) * 1997-10-06 2002-09-17 Reveo, Inc. Electro-chemical power generation systems employing arrays of electronically-controllable discharging and/or recharging cells within a unity support structure
CN1883072A (zh) * 2003-11-19 2006-12-20 日产自动车株式会社 燃料电池***
CN1670647A (zh) * 2004-03-19 2005-09-21 上海神力科技有限公司 燃料电池控制器区域总线分布式控制***
CN1680822A (zh) * 2004-04-07 2005-10-12 上海神力科技有限公司 一种适合大规模集成式燃料电池的电压检测与监控装置
CN101351918A (zh) * 2005-12-27 2009-01-21 日产自动车株式会社 燃料电池***
JP2008177005A (ja) * 2007-01-18 2008-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム
JP2009283138A (ja) * 2008-05-19 2009-12-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその運転方法
CN102165637A (zh) * 2008-09-25 2011-08-24 丰田自动车株式会社 燃料电池***和燃料电池***的异常检测方法
CN102484265A (zh) * 2009-08-21 2012-05-30 丰田自动车株式会社 燃料电池***
CN102646842A (zh) * 2011-02-22 2012-08-22 上海攀业氢能源科技有限公司 一种提高燃料电池氢气利用率的方法
CN103293356A (zh) * 2012-02-29 2013-09-11 欧姆龙株式会社 电压监视装置及电压监视方法
CN104282925A (zh) * 2013-07-11 2015-01-14 铃木株式会社 车辆用燃料电池的劣化检测装置
CN105446288A (zh) * 2015-04-16 2016-03-30 武汉众宇动力***科技有限公司 燃料电池分布式控制***及控制方法
CN106374121A (zh) * 2015-07-21 2017-02-01 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于pem燃料电池中整体/局部氢匮乏检测的电化学氢传感器
CN109301290A (zh) * 2018-11-23 2019-02-01 武汉理工大学 一种带水淹诊断的燃料电池电压巡检***
EP3866320A1 (en) * 2020-02-12 2021-08-18 ABB Schweiz AG Fuel cell power system
CN113193216A (zh) * 2021-04-25 2021-07-30 湖北工业大学 不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池***及控制方法
CN113363539A (zh) * 2021-05-28 2021-09-07 电子科技大学 一种燃料电池堆内部电流高分辨率分区检测***
CN113793952A (zh) * 2021-08-12 2021-12-14 上海电气集团股份有限公司 燃料电池***及其低温启动控制方法、装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Novel Method for In-Situ Monitoring of Local Voltage, Temperature and Humidity Distributions in Fuel Cells Using Flexible Multi-Functional Micro Sensors;Chi-Yuan Lee et al.;《Sensors》;第11卷(第2期);第1418页 *
空冷PEM燃料电池电堆输出功率与水热特性研究;曹颂阳;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》(第第2期期);B015-326 *

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