一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置及方法

本发明涉及燃料电池故障诊断，具体涉及一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置及方法。

背景技术：

1、近些年，新能源技术在世界快速发展的大背景下发展态势良好，发展速度迅猛，其中以新能源和可再生能源氢气为主要动力源的燃料电池技术，以其能量效率高、工作温度低、噪声小和无污染等优点，在车辆工程、交通运输、航空航天和分布式发电等领域备受关注。

2、目前燃料电池电堆已经可以达到240kw的额定输出功率，但是在面对大功率或复杂工况需求时，通常是使用由多个燃料电池电堆组成多堆燃料电池系统以提高输出功率和工作效率。相较于单堆燃料电池系统，由于多堆燃料电池系统的结构和工作方式发生了变化，使用单堆燃料电池系统的子系统逐一检测的诊断方式对多堆燃料电池系统进行故障诊断时，不仅需要为每个燃料电池电堆设置故障诊断模块和控制器，还存在效率低和影响功率正常输出的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，以解决现有多堆燃料电池诊断方法存在的效率低和影响功率正常输出的技术问题。

2、本发明所采用的技术方案为：一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，包括：

3、功率检测单元，所述功率检测单元设置于多堆燃料电池子系统上，用于检测输出功率的实时信息；

4、氢气检测单元，所述氢气检测单元设置于与所述多堆燃料电池子系统连接的氢气供给子系统上，用于检测氢气供给的实时信息；

5、空气检测单元，所述空气检测单元设置于与所述多堆燃料电池子系统连接的空气供给子系统上，用于检测空气供给的实时信息；

6、冷却水检测单元，所述冷却水检测单元设置于与所述多堆燃料电池子系统连接的水热管路子系统上，用于检测冷却水温度的实时信息；

7、信息采集及故障诊断子系统，所述信息采集及故障诊断子系统分别与所述功率检测单元、所述氢气检测单元、所述空气检测单元和所述冷却水检测单元电连接，用于接收所述实时信息、并与预设信息对比确定故障信息。

8、优选的，所述信息采集及故障诊断子系统包括信号收集器、故障诊断器和控制器，所述信号收集器与所述功率检测单元、所述氢气检测单元、所述空气检测单元和所述冷却水检测单元电连接，用于接收所述实时信息；所述故障诊断器与所述信号收集器电连接，用于将预设信息与实时信息比较并确定故障信息；所述控制器与所述故障诊断器电连接，用于接收所述故障信息并控制多堆燃料电池系统恒功率输出，同时控制所述氢气供给子系统、空气供给子系统和/或水热管路子系统动作并解决故障。

9、优选的，所述功率检测单元包括设置于燃料电池电堆输出电路上的电压表和电流表，所述电压表用于检测所述燃料电池电堆的输出电压，所述电流表用于检测所述燃料电池电堆的输出电流。

10、优选的，所述氢气供给子系统包括设置于氢气供给管路上的高压氢气瓶、入堆氢气共轨管、进气电磁阀a、背压阀a和出堆氢气共轨管；所述氢气检测单元用于检测所述高压氢气瓶出口的氢气压力、用于检测所述入堆氢气共轨管内部压力和温度、用于检测进气电磁阀a处入堆氢气压力和流量、用于检测背压阀a处出堆氢气压力和流量、用于检测所述出堆氢气共轨管内部压力和温度。

11、优选的，所述空气供给子系统包括设置在空气供给管路上的增压装置、空气缓冲罐、入堆空气共轨管、进气电磁阀b、背压阀b和出堆空气共轨管；所述空气检测单元用于检测增压空气的压力、用于检测所述空气缓冲罐的进口空气流量、用于检测所述空气缓冲罐内部压力和温度、用于检测所述空气缓冲罐的出口空气流量、用于检测进气电磁阀b处入堆空气流量和压力、用于检测背压阀b处出堆空气流量和压力。

12、优选的，所述冷却水检测单元包括第一温度传感器c和第二温度传感器c，所述第一温度传感器c设置于燃料电池电堆的入口，用于检测所述燃料电池电堆的入口冷却水温度；所述第二温度传感器c设置于所述燃料电池电堆的出口，用于检测所述燃料电池电堆的出口冷却水温度。

13、本发明的另一目的在于提供一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，所述方法包括以下步骤：

14、获取多堆燃料电池系统的实时信息；

15、判断所述实时信息与预设信息是否相同；否，则判定所述多堆燃料电池系统故障；

16、通过所述实时信息与所述预设信息的对比确定故障信息；

17、根据所述故障信息调节燃料电池电堆的输出功率，并使所述多堆燃料电池系统恒功率输出；

18、根据所述故障信息控制所述多堆燃料电池系统的子系统执行预设动作解决故障。

19、优选的，获取多堆燃料电池系统的实时信息具体包括：

20、获取多堆燃料电池子系统中每个燃料电池电堆的输出电压和输出电流；

21、获取氢气供给子系统中高压氢气瓶出口氢气压力、入堆氢气共轨管内部压力和温度、入堆氢气压力和流量、出堆氢气压力和流量、以及出堆氢气共轨管内部压力和温度；

22、获取空气供给子系统中增压装置出口空气压力、空气缓冲罐内部压力和温度、空气缓冲罐出口流量、入堆空气流量和压力、以及出堆空气流量和压力；

23、获取水热管路子系统中入口冷却水温度和出口冷却水温度。

24、优选的，所述故障信息包括故障位置和故障类型。

25、优选的，根据所述故障信息调节燃料电池电堆的输出功率，并使所述多堆燃料电池系统恒功率输出具体包括：根据所述故障信息降低故障电堆的输出功率，并提高正常电堆的输出功率，以使所述多堆燃料电池系统恒功率输出。

26、本发明的有益效果：

27、本发明采用集成化思路将信号收集器与多堆燃料电池系统各个子系统中的传感器连接，实现多堆燃料电池系统多维实时信息的获取；并通过在故障诊断装置内置的先验故障类型和正常运行信息判断系统故障信息，实现故障的快速诊断；然后通过控制器根据故障信息调节各个燃料电池电堆的功率输出，保证多堆燃料电池系统的功率正常输出；同时通过控制器控制多堆燃料电池系统的子系统动作并缓解或消除故障，使多堆燃料电池系统正常运行，进而保证多堆燃料电池系统的耐久性，并延长使用寿命。

技术特征：

1.一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述信息采集及故障诊断子系统(500)包括信号收集器(501)、故障诊断器(502)和控制器(503)，所述信号收集器(501)与所述功率检测单元、所述氢气检测单元、所述空气检测单元和所述冷却水检测单元电连接，用于接收所述实时信息；所述故障诊断器(502)与所述信号收集器(501)电连接，用于将预设信息与实时信息比较并确定故障信息；所述控制器(503)与所述故障诊断器(502)电连接，用于接收所述故障信息并控制多堆燃料电池系统恒功率输出，同时控制所述氢气供给子系统(100)、空气供给子系统(300)和/或水热管路子系统(400)动作并解决故障。

3.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述功率检测单元包括设置于燃料电池电堆(201)输出电路上的电压表(202)和电流表(203)，所述电压表(202)用于检测所述燃料电池电堆(201)的输出电压，所述电流表(203)用于检测所述燃料电池电堆(201)的输出电流。

4.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述氢气供给子系统(100)包括设置于氢气供给管路上的高压氢气瓶(101)、入堆氢气共轨管(106)、进气电磁阀a(109)、背压阀a(114)和出堆氢气共轨管(116)；所述氢气检测单元用于检测所述高压氢气瓶(101)出口的氢气压力、用于检测所述入堆氢气共轨管(106)内部压力和温度、用于检测进气电磁阀a(109)处入堆氢气压力和流量、用于检测背压阀a(114)处出堆氢气压力和流量、用于检测所述出堆氢气共轨管(116)内部压力和温度。

5.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述空气供给子系统(300)包括设置在空气供给管路上的增压装置(302)、空气缓冲罐(307)、进气电磁阀b(315)和背压阀b(320)；所述空气检测单元用于检测增压空气的压力、用于检测所述空气缓冲罐(307)的进口空气流量、用于检测所述空气缓冲罐(307)内部压力和温度、用于检测所述空气缓冲罐(307)的出口空气流量、用于检测进气电磁阀b(315)处入堆空气流量和压力、用于检测背压阀b(320)处出堆空气流量和压力。

6.根据权利要求1所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置，其特征在于，所述冷却水检测单元包括第一温度传感器c(404)和第二温度传感器c(405)，所述第一温度传感器c(404)设置于燃料电池电堆(201)的入口，用于检测所述燃料电池电堆(201)的入口冷却水温度；所述第二温度传感器c(405)设置于所述燃料电池电堆(201)的出口，用于检测所述燃料电池电堆(201)的出口冷却水温度。

7.一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于，获取多堆燃料电池系统的实时信息具体包括：

9.根据权利要求7所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于，所述故障信息包括故障位置和故障类型。

10.根据权利要求7所述的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于，根据所述故障信息调节燃料电池电堆(201)的输出功率，并使所述多堆燃料电池系统恒功率输出具体包括：根据所述故障信息降低故障电堆的输出功率，并提高正常电堆的输出功率，以使所述多堆燃料电池系统恒功率输出。

技术总结
本发明公开了燃料电池故障诊断技术领域的一种非侵入式多堆燃料电池系统故障诊断装置及方法；包括设有功率检测单元的多堆燃料电池子系统、设有氢气检测单元的氢气供给子系统、设有空气检测单元的空气供给子系统、设有冷却水检测单元水热管路子系统和信息采集及故障诊断子系统，信息采集及故障诊断子系统分别与功率检测单元、氢气检测单元、空气检测单元和冷却水检测单元电连接，用于接收检测到的实时信息。本发明先通过实时信息与预设信息的对比确定故障信息，再根据故障信息调节多堆燃料电池子系统的功率输出，保证多堆燃料电池系统的功率正常输出；同时通过控制多堆燃料电池系统的子系统动作并缓解或消除故障，使得堆燃料电池系统正常运行。

技术研发人员：周苏,高建华,陆彦达,樊磊,张岗,胡哲,翟双
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13