燃料电池电堆的状态确定方法、装置、车辆及存储介质与流程

本技术涉及燃料电池，特别涉及一种燃料电池电堆的状态确定方法、装置、车辆及存储介质。

背景技术：

1、燃料电池电堆由多节单电池串联组成，需为每节单电池配备电压巡检仪以实时监测各节电压。然而，电压巡检仪及其连接线束显著增加了系统硬件成本和结构复杂度，且巡检通道自身也存在故障风险。因此，越来越多的燃料电池系统在设计中取消了单电池电压巡检仪，仅保留电堆的总电压和总电流传感器，以降低成本和简化结构。

2、相关技术中，在取消单电池电压巡检仪后，通常仅依赖电堆的总电压信号进行故障判断，例如设定总电压阈值，当总电压低于该阈值时判断为异常并触发报警。然而，该方法无法在故障早期发现局部单电池异常，也难以区分不同故障类型，亟待解决。

技术实现思路

1、本技术提供一种燃料电池电堆的状态确定方法、装置、车辆及存储介质，以解决无电压巡检仪条件下相关技术无法在故障早期发现局部单电池异常，也难以区分不同故障类型的问题，实现了零硬件成本的在线监测与分级保护。

2、为达到上述目的，本技术第一方面实施例提出一种燃料电池电堆的状态确定方法，包括以下步骤：

3、根据燃料电池电堆的当前运行电流确定当前扰动幅值，并基于所述当前扰动幅值和第一预设扰动频率，向所述燃料电池电堆施加电流扰动激励；

4、对所述燃料电池电堆在所述电流扰动激励下的总电压响应波形进行频谱分析，得到总谐波畸变率；

5、响应于所述总谐波畸变率处于预设模糊区间，确定所述总电压响应波形的时域畸变特征参数，并根据所述时域畸变特征参数确定所述燃料电池电堆的故障类型和故障等级，以基于所述故障类型和所述故障等级向所述燃料电池电堆的执行器发送保护动作指令。

6、根据本技术的一个实施例，所述对所述燃料电池电堆在所述电流扰动激励下的总电压响应波形进行频谱分析，得到总谐波畸变率，包括：

7、基于预设采样频率对所述总电压响应波形进行采样，采集至少三个扰动周期内的电压响应数据；

8、对所述电压响应数据施加窗函数，并对施加窗函数后的电压响应数据进行快速傅里叶变换，得到频域谱线；

9、从所述频域谱线中提取基波幅值和至少两次谐波幅值，并基于所述基波幅值和所述至少两次谐波幅值计算所述总谐波畸变率。

10、根据本技术的一个实施例，在基于所述当前扰动幅值和所述第一预设扰动频率，向所述燃料电池电堆施加所述电流扰动激励之前，还包括：

11、基于所述当前扰动幅值和第一预设扰动频率，生成电流参考信号；

12、根据所述电流参考信号，生成所述电流扰动激励。

13、根据本技术的一个实施例，在根据所述时域畸变特征参数确定所述燃料电池电堆的故障类型和故障等级时，还包括：

14、响应于无故障等级输出，按照预设顺序向所述燃料电池电堆注入多个第二预设扰动频率，得到每个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率；

15、根据多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率的变化趋势，确定所述燃料电池电堆的故障类型，并根据所述故障类型对应的第二预设扰动频率下的总谐波畸变率，确定所述故障等级。

16、根据本技术的一个实施例，所述根据多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率的变化趋势，确定所述燃料电池电堆的故障类型，包括：

17、响应于所述多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率的变化趋势为总谐波畸变率随所述第二预设扰动频率的升高而降低，判定所述燃料电池电堆的故障类型为水淹故障；

18、响应于所述多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率的变化趋势为总谐波畸变率随所述第二预设扰动频率的升高而升高，判定所述燃料电池电堆的故障类型为膜干故障；

19、响应于所述多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率均大于第一预设畸变率阈值且所述时域畸变特征参数中的抖动方差大于预设抖动阈值，判定所述燃料电池电堆的故障类型为欠气故障。

20、根据本技术的一个实施例，燃料电池电堆的状态确定方法，还包括：

21、响应于燃料电池系统处于停机状态，在执行预设吹扫程序之前，获取所述燃料电池电堆的新的当前运行电流；

22、响应于所述新的当前运行电流小于预设电流阈值，根据燃料电池电堆的额定电流确定新的扰动幅值，并基于所述新的扰动幅值和所述第一预设扰动频率向所述燃料电池电堆施加新的电流扰动激励；

23、对所述燃料电池电堆在所述新的电流扰动激励下的总电压响应波形进行频谱分析，得到停机后总谐波畸变率；

24、若所述停机后总谐波畸变率大于第二预设畸变率阈值，则启动所述预设吹扫程序，以第一吹扫时长执行吹扫，否则以第二吹扫时长执行吹扫，所述第一吹扫时长大于所述第二吹扫时长。

25、根据本技术实施例提出的燃料电池电堆的状态确定方法，通过向燃料电池电堆施加电流扰动激励，对电堆在激励下的总电压响应波形进行频谱分析以得到总谐波畸变率，当总谐波畸变率处于预设模糊区间时，根据总电压响应波形的时域畸变特征参数确定燃料电池电堆的故障类型和故障等级，并基于故障类型和故障等级向执行器发送保护动作指令。由此，通过主动注入电流扰动并分析总电压响应波形的总谐波畸变率及时域畸变特征，解决了无电压巡检仪条件下相关技术无法在故障早期发现局部单电池异常，也难以区分不同故障类型的问题，实现了零硬件成本的在线监测与分级保护。

26、为达到上述目的，本技术第二方面实施例提出一种燃料电池电堆的状态确定装置，包括：

27、第一处理模块，用于根据燃料电池电堆的当前运行电流确定当前扰动幅值，并基于所述当前扰动幅值和第一预设扰动频率，向所述燃料电池电堆施加电流扰动激励；

28、第一分析模块，用于对所述燃料电池电堆在所述电流扰动激励下的总电压响应波形进行频谱分析，得到总谐波畸变率；

29、确定模块，用于响应于所述总谐波畸变率处于预设模糊区间，确定所述总电压响应波形的时域畸变特征参数，并根据所述时域畸变特征参数确定所述燃料电池电堆的故障类型和故障等级，以基于所述故障类型和所述故障等级向所述燃料电池电堆的执行器发送保护动作指令。

30、根据本技术的一个实施例，所述第一分析模块，具体用于：

31、基于预设采样频率对所述总电压响应波形进行采样，采集至少三个扰动周期内的电压响应数据；

32、对所述电压响应数据施加窗函数，并对施加窗函数后的电压响应数据进行快速傅里叶变换，得到频域谱线；

33、从所述频域谱线中提取基波幅值和至少两次谐波幅值，并基于所述基波幅值和所述至少两次谐波幅值计算所述总谐波畸变率。

34、根据本技术的一个实施例，在基于所述当前扰动幅值和所述第一预设扰动频率，向所述燃料电池电堆施加所述电流扰动激励之前，所述第一处理模块，还用于：

35、基于所述当前扰动幅值和第一预设扰动频率，生成电流参考信号；

36、根据所述电流参考信号，生成所述电流扰动激励。

37、根据本技术的一个实施例，在根据所述时域畸变特征参数确定所述燃料电池电堆的故障类型和故障等级时，所述确定模块，还包括：

38、处理单元，用于响应于无故障等级输出，按照预设顺序向所述燃料电池电堆注入多个第二预设扰动频率，得到每个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率；

39、确定单元，用于根据多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率的变化趋势，确定所述燃料电池电堆的故障类型，并根据所述故障类型对应的第二预设扰动频率下的总谐波畸变率，确定所述故障等级。

40、根据本技术的一个实施例，所述根据多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率的变化趋势，确定所述燃料电池电堆的故障类型，所述确定单元，具体用于：

41、响应于所述多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率的变化趋势为总谐波畸变率随所述第二预设扰动频率的升高而降低，判定所述燃料电池电堆的故障类型为水淹故障；

42、响应于所述多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率的变化趋势为总谐波畸变率随所述第二预设扰动频率的升高而升高，判定所述燃料电池电堆的故障类型为膜干故障；

43、响应于所述多个第二预设扰动频率下的总谐波畸变率均大于第一预设畸变率阈值且所述时域畸变特征参数中的抖动方差大于预设抖动阈值，判定所述燃料电池电堆的故障类型为欠气故障。

44、根据本技术的一个实施例，燃料电池电堆的状态确定装置，还包括：

45、获取模块，用于响应于燃料电池系统处于停机状态，在执行预设吹扫程序之前，获取所述燃料电池电堆的新的当前运行电流；

46、第二处理模块，用于响应于所述新的当前运行电流小于预设电流阈值，根据燃料电池电堆的额定电流确定新的扰动幅值，并基于所述新的扰动幅值和所述第一预设扰动频率向所述燃料电池电堆施加新的电流扰动激励；

47、第二分析模块，用于对所述燃料电池电堆在所述新的电流扰动激励下的总电压响应波形进行频谱分析，得到停机后总谐波畸变率；

48、控制模块，用于在所述停机后总谐波畸变率大于第二预设畸变率阈值的情况下，启动所述预设吹扫程序，以第一吹扫时长执行吹扫，否则以第二吹扫时长执行吹扫，所述第一吹扫时长大于所述第二吹扫时长。

49、根据本技术实施例提出的燃料电池电堆的状态确定装置，通过向燃料电池电堆施加电流扰动激励，对电堆在激励下的总电压响应波形进行频谱分析以得到总谐波畸变率，当总谐波畸变率处于预设模糊区间时，根据总电压响应波形的时域畸变特征参数确定燃料电池电堆的故障类型和故障等级，并基于故障类型和故障等级向执行器发送保护动作指令。由此，通过主动注入电流扰动并分析总电压响应波形的总谐波畸变率及时域畸变特征，解决了无电压巡检仪条件下相关技术无法在故障早期发现局部单电池异常，也难以区分不同故障类型的问题，实现了零硬件成本的在线监测与分级保护。

50、为达到上述目的，本技术第三方面实施例提出一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的燃料电池电堆的状态确定方法。

51、为达到上述目的，本技术第四方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的燃料电池电堆的状态确定方法。

52、为达到上述目的，本技术第五方面实施例提出一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，以用于实现如上述实施例所述的燃料电池电堆的状态确定方法。

53、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。