[发明专利]一种具有燃料电池特殊故障诊断功能的升压转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术，尤其是涉及一种具有燃料电池特殊故障诊断功能的升压转换装置。

背景技术

目前，燃料电池由于其清洁、无噪声等因素，成为了新能源汽车领域的重要发展方向，但燃料电池在长时间运行后会出现膜干、膜湿等特殊故障，严重影响燃料电池在汽车领域的应用。因此低成本高、小体积并能实时监控车载燃料电池车设备成为促进燃料电池在汽车领域的应用的重要研究对象。

燃料电池阻抗是反应膜干故障的重要参数，阻抗参数在车载条件下无法直接通过现有的传感器采样方式计算得到，但在实验室内，可以通过交流阻抗谱方法很快获得燃料电池的交流阻抗谱，从而获得燃料池阻抗值，并判别燃料电池当前的故障，但该交流阻抗谱仪器成本贵、设备体积大、实时性差，无法用于车载。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有燃料电池特殊故障诊断功能的升压转换装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有燃料电池故障诊断功能的升压转换设备，包括：

升压转换器，输入端与燃料电池连接，输出端与电机控制器连接；

电流电压采样装置，与燃料电池输出端连接，用于采集燃料电池的纹波电流和响应电压；

升压控制器，与升压转换器连接，采集升压转换器的输入输出端电流电压，用于控制升压转换器实现升压，以及调整燃料电池输出电流的纹波频率，并根据燃料电池的纹波电流和响应电压得到燃料电池阻抗并发送至燃料电池控制器，由燃料电池控制器计算得到膜干状况。

所述升压转换器和电机控制器之间设有动力分配单元和储能电池，所述升压转换器和储能电池通过动力分配单元并联后与电机控制器连接。

所述电流电压采样装置包括用于采集燃料电池的纹波电流的电流传感器和用于采集燃料电池的的响应电压的分压运放采样电路，所述电流传感器和分压运放采样电路均与燃料电池输出端连接。

所述电机控制器与电机连接。

所述储能电池为动力电池。

所述升压控制器得到燃料电池阻抗的过程包括步骤：

S1：升压控制器，控制升压转换器中的IGBT功率器件的开关频率调整燃料电池输出电流的纹波频率；

S2：电流电压采样装置采集燃料电池当前的纹波电流和相应的响应电压；

S3：升压控制器基于纹波电流和响应电压，依次时频转换、阻抗点计算和阻抗计算后得到燃料电池阻抗。

所述电流电压采样装置的采样频率在2kHz以内。

所述步骤S3具体包括步骤：

S31：将采样到的响应电压x_u(t)和纹波电流x_i(t)的时域信号进行快速傅里叶变换运算，得到纹波电流和响应电压的频域信号f_u(w)和f_i(w)，其中t表示时间，w表示频率，x表示采样值，f表示快速傅里叶变换计算得到的频域值；

S32：根据电压电流的频域信号按照如下公式得到阻抗谱：

A(w)＝|f_u(w)|/|f_i(w)|

θ(w)＝|∠f_u(w)-∠f_i(w)|

其中，A(w)为阻抗幅值，θ(w)为阻抗相位。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)利用升压模块的电流的纹波特质，作为燃料电池的电流激励来获取燃料电池的阻抗信息，无需再车上增加任何一个部件即可获得燃料电池的阻抗信息。

2)通过采用高采样速率与高计算速度的处理芯片计算燃料电池交流阻抗点，实时判定燃料电池当前状态。

3)电流电压采样装置的采样频率在2kHz，可以保证对纹波电流进行完整的测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：1、升压转换器，2、电机控制器，3、升压控制器，4、动力分配单元，5、储能电池，6、电流传感器，7、分压运放采样电路，8、燃料电池，9、电机，10、燃料电池控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种具有燃料电池故障诊断功能的升压转换设备，除了具有将燃料电池电压升压并稳压供给后端功率器件的通用功能以外，还具有故障诊断功能，如图1所示，包括：