燃料电池电压巡检系统故障的检测方法、装置及车辆与流程

1.本发明电池管理领域，尤其涉及一种燃料电池电压巡检系统故障的检测方法、装置及车辆。


背景技术：

2.目前氢燃料电池车的常见故障之一就是燃料电池的电压巡检系统故障。
3.发明人在实施本发明技术方案的过程中发现，目前氢燃料电池车的常见故障之一就是单低故障，其中电压巡检系统问题导致的单低故障通常为假低问题。这种单低故障导致的假低问题会影响发动机的功率输出，降低发动机的性能，增加整车的故障率，降低车辆的可靠性，因此需要快速判定。现有技术缺少对这种假低的快速判断方法。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种燃料电池电压巡检系统故障的检测方法、装置及车辆，至少部分解决无法快速判断电压巡检系统的单低故障导致的假低问题。
5.第一方面，本发明提供了一种燃料电池电压巡检系统故障的检测方法，包括：获取燃料电池每片的电压，得到多个单片电压；将每个单片电压与参照电压进行对比，判断是否存在单片电压低于参照电压；如存在低于参照电压的单片电压，则判断是否存在单片电压高于参照电压；如存在高于参照电压的单片电压，则判断高于参照电压的单片电压和低于参照电压的单片电压是否满足故障要素；将满足故障要素的单片电压与参照电压进行计算，得到计算结果，判断计算结果是否符合判定因子，得到判定结果；基于所述判定结果得到燃料电池电压巡检系统故障的检测结果。
6.可选的，所述将每个单片电压与参照电压进行对比，判断是否存在单片电压低于参照电压，包括：基于所述燃料电池的额定参数得到参照电压；将每片的电压与参照电压进行比对，判断是否存在单片电压低于参照电压。
7.可选的，所述判断高于参照电压的单片电压和低于参照电压的单片电压是否满足故障要素，包括：判断单片电压高于参照电压的单片与单片电压低于参照电压的单片是否相邻。
8.可选的，所述判定因子包括因子a和因子b，所述将满足故障要素的单片电压与参照电压进行计算，得到计算结果，判断计算结果是否符合判定因子，得到判定结果，包括：参照电压减低于参照电压的单片电压，得到第一计算差值；高于参照电压的单片电压减参照电压，得到第二计算差值；判断第一计算差值是否不小于因子a；判断第二计算差值是否不小于因子b。
9.可选的，所述因子a的取值范围为100mv≤a≤1000mv，所述因子b的取值范围为100mv≤b≤1000mv。
10.可选的，所述基于所述判定结果得到燃料电池电压巡检系统故障的检测结果，包括：如计算结果符合判定因子，则判定为电压巡检系统故障。
11.第二方面，本发明还提供了一种燃料电池电压巡检系统故障的检测装置，包括：电压获取模块，用于获取燃料电池每片的电压，得到多个单片电压；对比模块，用于将每个单片电压与参照电压进行对比，判断是否存在单片电压低于参照电压；第一判断模块，用于如存在低于参照电压的单片电压，则判断是否存在单片电压高于参照电压；第二判断模块，用于如存在高于参照电压的单片电压，则判断高于参照电压的单片电压和低于参照电压的单片电压是否满足故障要素；计算模块，用于将满足故障要素的单片电压与参照电压进行计算，得到计算结果，判断计算结果是否符合判定因子，得到判定结果；检测模块，用于基于所述判定结果得到燃料电池电压巡检系统故障的检测结果。
12.第三方面，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第一方面任一所述的燃料电池电压巡检系统故障的检测方法。
13.第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使计算机执行第一方面任一所述的燃料电池电压巡检系统故障的检测方法。
14.第五方面，本发明还提供了车辆，使用第一方面任一所述的燃料电池电压巡检系统故障的检测方法。
15.本发明提供的燃料电池电压巡检系统故障的检测方法、装置及车辆，其中燃料电池电压巡检系统故障的检测方法，当电池电压巡检系统出现单片电压低于参照电压时，即出现单低故障时，判断是否存在单片电压高于参照电压的单片，且判断单片电压高于参照电压的单片与单片电压低于参照电压的单片是否满足故障要素，从而快速判断是否为的单低故障导致电压巡检系统的假低故障。从而达到快速判断假低故障的目的。
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为本发明实施例提供的一种燃料电池电压巡检系统故障的检测方法流程图；图2为本发明实施例提供的在具体的应用场景中燃料电池电压巡检系统故障的检测方法的流程图；图3为本发明实施例提供的一种燃料电池电压巡检系统故障的检测装置的原理框图；图4为本发明实施例提供的一种电子设备的原理框图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
20.应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
21.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
22.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
23.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
24.质子交换膜燃料电池堆是由多个单电池以串联的形式层叠组合而成，其中每一个单电池性能的好坏直接影响到整个电堆的性能的发挥。而每一个单电池性能的发挥程度的差异性产生了pem（质子交换膜燃料电池）堆单片的一致性问题。pem堆各单片存在不同程度的差异性，主要是由多方面的原因所造成: (1)各单电池单元的mea（膜电极）的制造和组装水平不一致； (2)由于电堆的进气方式的不同而引起流量和压力的分布不均；(3)由于电堆在高电流密度下的温度分布极其不均匀；(4)电堆在饱和加湿下会出现某片或某几片堵水的现象，以至于pem堆单片的一致性较差；(5)在寿命测试过程中，由于各单电池单元性能衰减的速率不一致，而引起pem堆单片的不一致性。一个稳定性较好的电堆，单电池的性能应尽量一致， 如果波动太大将导致局部电流密度过高，出现热点，甚至产生反极现象，导致电
堆失效。
25.质子交换膜燃料电池堆，处在一个复杂多变的环境中，由于各种因素的叠加，其一致性不好，具体的原因很多。
26.在一个没有加热装置也没有冷却装置的测试环境下，对一个10片的电堆各单片单元的温度进行了测试，发现中间的单电池的温度较两边的单电池的温度高，并且认为温度分布的不均匀性会引起单电池电压分布的不均匀。
27.模拟一个空冷型电堆的温度的分布情况。从模拟的结果可知，由于堆中各单片电池空气冷却的不一致性，导致温度极大的差异，从一个单电池到另一个单电池，最高达到8
°
c。 pem堆中各单片的温度的差异性会引起单电池电压的波动，以至于减少整个电堆的电化学功率。
28.在较高的电流密度下，电堆的温度分布更加不均匀，并且中间的单电池较两侧的单电池温度高。
29.pem堆单片一致性不好的影响因素很多，包括反应气体流量的分布不均、电堆各单片电池的温度的分布不均、在耐久性测试过程中不一致的衰减率以及有损坏的电池。
30.不一致的气体流量分布和温度分布会直接影响到水管理，而且在电堆的环境下比在单电池的环境下更难达到一个较好的水平衡。
31.单片电压一致性的影响因素，包括大电流密度、水热分布不均、动态载荷、长时间运行等情况下，单片电压一致性明显变差。
32.燃料电池单片一致性随着电流密度增加逐渐变差，电流密度影响如下：1.低电流密度(i《01a/cm2) 活化损耗起主要作用。电极材料、电池工作条件相近接近，单片一致性较好。
33.2.中电流密度(0.1a/cm2《1《06a/cm2) 欧姆损耗起主要作用。 单片内阻的不均匀导致单池电压一致性较差。
34.3.高电流密度(1》06a/cm2)浓度损耗起主要作用。气体流量和压力的分配不均导致单片一致性较差。
35.电流量随着过量系数的增加，单片一致性先变好后变差，流速过小，产物水不能及时排出，会降低阴极侧氧的传质速度，增加浓度极化。
36.速度过大，水的饱和度降低、膜变得干涩、电池性能下降。随着温度升高，单片一致性先变好后变差。电池温度过低： (1) 水以液态形式存在，可能淹没催化剂和气体扩散层，从而降低气体的扩散性；(2) 活化损耗增加；(3) 质子电导率温度降低。
37.电池温度过高: (1)会造成质子交换的严重脱水，甚至破裂；(2)温度分布不均匀，有些膜处于失水状态，内阻波动较大，单片一致性变差。
38.随着相对湿度增加，单片一致性先变好后变差。湿度低时，质子膜脱水，电阻率增加，单片一致性差。湿度增加，电解质膜得到充分水合，电导率增加，一致性变好。湿度继续增加，一方面由于温度不均，引起单电池间湿度差异， 一致性不均，另一方面可能由于水管理失衡，使单电池分布查得不均匀。
39.极板材料热导率通过影响温度进而影响单池一致性，流道结构不同流道气体分配效果不同，公共气道入口处更多的平行流道可以使气体流速慢下来.增加水含量；出口区域、减少流动通道可加速流量，有利于排水。进气方式影响，u型进气: (1) 不同单体进气口
与出气口压差不同。(2) 集成进气口和出气口一端的气体更多，气体的分配不均引起不一致。z型进气，电堆内单体进出口压差较u型更均匀。
40.上述是燃料电池中电压不一致的一些常见原因，本实施例对上述具体造成电压不一致的原因不做分析，只是从软件方面对电压出现意见的单片进行处理，从而保证车辆正常运行。
41.名词解释：平均电压：燃料电池电堆平均单片电压。
42.一高一低：燃料电池电堆中的随机单片出现电压明显高于平均电压或低于平均电压的现象，同时随机单片出现电压明显低于平均电压或高于平均电压的现象，称为一高一低现象。即一个单片的电压高于平均电压，同时另一个单片的电压低于平均电压。
43.单低：燃料电池电堆中的一单片或个别单片电压明显低于平均电压的现象。
44.单高：燃料电池电堆中的一单片或个别单片电压明显高于平均电压的现象。
45.电压巡检系统出现单低故障时，判断是否为一高一低现象引起的假单低故障，而不是真正的单片电压出现故障。
46.本实施例的检测方法无需到现场排查，通过云端数据，基于电压巡检系统故障发生的机理和市场车辆运行经验，即基于电压巡检系统故障发生的历史数据分析，对电压巡检系统程序故障进行快速判断，节约了时间、人力、物力成本，提升了车辆的可靠性和安全性。
47.为了便于理解，如图1所示，本实施例公开了一种燃料电池电压巡检系统故障的检测方法，包括：步骤s101：获取燃料电池每片的电压，得到多个单片电压。
48.通过电压巡检系统对燃料电池的每个单片的电压进行检测，得到每个单片的电压。
49.步骤s102：将每个单片电压与参照电压进行对比，判断是否存在单片电压低于参照电压。
50.可选的，所述将每个单片电压与参照电压进行对比，判断是否存在单片电压低于参照电压，包括：基于所述燃料电池的额定参数得到参照电压；将每片的电压与参照电压进行比对，判断是否存在单片电压低于参照电压。
51.在一个具体的应用场景中，参照电压为燃料电池的平均电压，可以根据燃料电池额定电压或每个单片的额定电压计算得出燃料电池的所有单片的平均电压作为参照电压。额定参数可以为额定电压、额定功率等。
52.然后将每个单片电压与平均电压进行对比，判断是否存在单片电压低于平均电压的单片电压。
53.步骤s103：如存在低于参照电压的单片电压，则判断是否存在单片电压高于参照电压。
54.同上，将每个单片电压与平均电压进行对比，判断是否存在单片电压高于平均电压的单片电压。
55.步骤s104：如存在高于参照电压的单片电压，则判断高于参照电压的单片电压和低于参照电压的单片电压是否满足故障要素。
56.可选的，所述判断高于参照电压的单片电压和低于参照电压的单片电压是否满足故障要素，包括：判断单片电压高于参照电压的单片与单片电压低于参照电压的单片是否相邻。
57.即在一个具体的应用场景中故障要素为单片电压高于参照电压的单片与单片电压低于参照电压的单片是相邻的。
58.如不是相邻的则不属于电压巡检系统的故障误报。
59.步骤s105：将满足故障要素的单片电压与参照电压进行计算，得到计算结果，判断计算结果是否符合判定因子，得到判定结果。
60.可选的，所述判定因子包括因子a和因子b，所述将满足故障要素的单片电压与参照电压进行计算，得到计算结果，判断计算结果是否符合判定因子，得到判定结果，包括：参照电压减低于参照电压的单片电压，得到第一计算差值；高于参照电压的单片电压减参照电压，得到第二计算差值；判断第一计算差值是否不小于因子a；判断第二计算差值是否不小于因子b。
61.可选的，所述因子a的取值范围为100mv≤a≤1000mv，所述因子b的取值范围为100mv≤b≤1000mv。
62.因子a可以取值100 mv、150 mv、200 mv、250 mv、300 mv、350 mv、400 mv、450 mv、500 mv、550 mv、600 mv、650 mv、700 mv、750 mv、800 mv、850 mv、900 mv、950 mv或1000 mv。
63.因子b也可以取值100 mv、150 mv、200 mv、250 mv、300 mv、350 mv、400 mv、450 mv、500 mv、550 mv、600 mv、650 mv、700 mv、750 mv、800 mv、850 mv、900 mv、950 mv或1000 mv。
64.在一个具体的应用场景中，因子a为550，因子b为600。
65.步骤s106：基于所述判定结果得到燃料电池电压巡检系统故障的检测结果。
66.可选的，基于所述判定结果得到燃料电池电压巡检系统故障的检测结果，包括：如计算结果符合判定因子，则判定为电压巡检系统故障。
67.一个具体的应用场景为，如图2所示，在燃料电池运行， 电压巡检系统检测到有单片电压低于平均电压时，首先判断燃料电池是否发生一高一低现象。如发生一高一低现象，则判断一高一低为相邻片。如为相邻片，则判断是否满足v平均-v单低片≥a，v单高-v平均≥b。如符合条件时，则判定为电压巡检系统故障。
68.如图3所示，一种燃料电池电压巡检系统故障的检测装置，包括：电压获取模块，用于获取燃料电池每片的电压，得到多个单片电压；对比模块，用于将每个单片电压与参照电压进行对比，判断是否存在单片电压低于参照电压；第一判断模块，用于如存在低于参照电压的单片电压，则判断是否存在单片电压高于参照电压；第二判断模块，用于如存在高于参照电压的单片电压，则判断高于参照电压的单片电压和低于参照电压的单片电压是否满足故障要素；计算模块，用于将满足故障要素的单片电压与参照电压进行计算，得到计算结果，
判断计算结果是否符合判定因子，得到判定结果；检测模块，用于基于所述判定结果得到燃料电池电压巡检系统故障的检测结果。
69.可选的，所述将每个单片电压与参照电压进行对比，判断是否存在单片电压低于参照电压，包括：基于所述燃料电池的额定参数得到参照电压；将每片的电压与参照电压进行比对，判断是否存在单片电压低于参照电压。
70.可选的，所述判断高于参照电压的单片电压和低于参照电压的单片电压是否满足故障要素，包括：判断单片电压高于参照电压的单片与单片电压低于参照电压的单片是否相邻。
71.可选的，所述判定因子包括因子a和因子b，所述将满足故障要素的单片电压与参照电压进行计算，得到计算结果，判断计算结果是否符合判定因子，得到判定结果，包括：参照电压减低于参照电压的单片电压，得到第一计算差值；高于参照电压的单片电压减参照电压，得到第二计算差值；判断第一计算差值是否不小于因子a；判断第二计算差值是否不小于因子b。
72.可选的，所述因子a的取值范围为100mv≤a≤1000mv，所述因子b的取值范围为100mv≤b≤1000mv。
73.可选的，所述基于所述判定结果得到燃料电池电压巡检系统故障的检测结果，包括：如计算结果符合判定因子，则判定为电压巡检系统故障。
74.根据本公开实施例的电子设备包括存储器和处理器。该存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。该易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（ram）和/或高速缓冲存储器（cache）等。该非易失性存储器例如可以包括只读存储器（rom）、硬盘、闪存等。
75.该处理器可以是中央处理单元（cpu）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，该处理器用于运行该存储器中存储的该计算机可读指令，使得该电子设备执行前述的本公开各实施例的燃料电池电压巡检系统故障的检测方法全部或部分步骤。
76.本领域技术人员应能理解，为了解决如何获得良好用户体验效果的技术问题，本实施例中也可以包括诸如通信总线、接口等公知的结构，这些公知的结构也应包含在本公开的保护范围之内。
77.如图4为本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。其示出了适于用来实现本公开实施例中的电子设备的结构示意图。图3示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
78.如图4所示，电子设备可以包括处理装置（例如中央处理器、图形处理器等），其可以根据存储在只读存储器（rom）中的程序或者从存储装置加载到随机访问存储器（ram）中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram中，还存储有电子设备操作所需的各种程序和
数据。处理装置、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出（i/o）接口也连接至总线。
79.通常，以下装置可以连接至i/o接口：包括例如传感器或者视觉信息采集设备等的输入装置；包括例如显示屏等的输出装置；包括例如磁带、硬盘等的存储装置；以及通信装置。通信装置可以允许电子设备与其他设备（比如边缘计算设备）进行无线或有线通信以交换数据。虽然图4示出了具有各种装置的电子设备，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。
80.特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置从网络上被下载和安装，或者从存储装置被安装，或者从rom被安装。在该计算机程序被处理装置执行时，执行本公开实施例的燃料电池电压巡检系统故障的检测方法。
81.有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。
82.根据本公开实施例的计算机可读存储介质，其上存储有非暂时性计算机可读指令。当该非暂时性计算机可读指令由处理器运行时，执行前述的本公开各实施例的燃料电池电压巡检系统故障的检测方法。
83.上述计算机可读存储介质包括但不限于：光存储介质（例如：cd－rom和dvd）、磁光存储介质（例如：mo）、磁存储介质（例如：磁带或移动硬盘）、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体（例如：存储卡）和具有内置rom的媒体（例如：rom盒）。
84.有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。
85.另外本公开实施例的车辆通过安装的电子设备或运行计算机可读存储介质上的程序使用燃料电池电压巡检系统故障的检测方法。
86.以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
87.在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
88.另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c，或ab或ac或bc，或abc（即a和b和c）。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
89.还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
90.可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
91.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
92.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技术改进，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。